海綿城市理念在校園建筑設計的應用研究
——以宜昌市三峽旅游職業技術學院高水平產教融合實訓基地為例

王宇，李世偉，劉豐亮，商慶坤

（1 三峽旅游職業技術學院，湖北宜昌 443000；2 湖北鄂西地質設計有限公司，河南扶溝 461300）

0 引言

近年來，城市內澇、水污染等已成為城市發展的突出問題，傳統大基礎設施和雨水管網建設的思路已無法滿足現代城市的雨水管理要求，建設自然積存、自然凈化的海綿城市理念應運而生[1]。校園中人口密度大、師生出行頻繁，校園景觀空間中存在大量硬質不透水地面，引發諸如校園內澇、山體滑坡等問題，影響了校園安全。

海綿城市，一般指“低影響開發雨水系統構建”，通過采用“滲、滯、蓄、凈、用、排”等多用技術手段實現水循環。在校園建筑設計中應用海綿城市理念，通過對建筑空間的場地設計，實現雨水的收集和利用，既能解決校園雨洪問題，還能提升校園環境價值。

1 國內外發展概述

1.1 國外發展概述

“海綿城市”最早于20 世紀70 年代提出，是西方國家對當時城市雨洪管理的經驗總結。后來英國、德國、澳大利亞等又提出城市雨水系統應與城市設計結合起來實現良性水循環。在海綿城市與校園結合方面，國外已有許多案例。塞勒姆州立大學將校園內的雨水系統與生態修復相結合，打造濕地走廊，達到水土保持的目的[2]。賓夕法尼亞大學將校園的荒草地與雨水花園巧妙結合，考慮植物生長特性的同時也改善了地區環境，使場地自然舒適。

1.2 國內發展概述

國內相關研究起步較晚，政策層面于2012 年首次提出“海綿城市”。2013 年，習近平總書記在中央城鎮化工作會議中提出建設“海綿城市”。2014 年，住房和城鄉建設部發布《海綿城市建設指南》,自此在全國范圍內掀起一股海綿城市建設熱潮[3]。

目前國內的海綿城市校園建設處于探索階段。遵循低影響開發理念，各地高校通過不同的方式、手段推進“海綿”建設。許昌學院在校園屋頂綠化設計中，通過屋頂花園、屋頂綠化等方式加強屋頂水土保持，達到收集雨水的目的[4]。武漢大學在校園景觀設計中，將部分質量差的綠地進行改造，用植草磚、可透水磚改變地面材質，增加了更多的雨水處理點[5]。

宜昌市為加快建設海綿城市試點示范工程，先后發布了《宜昌市中心城區海綿城市專項規（2016—2030）》《宜昌市海綿城市實施方案（2019—2022）》《宜昌市海綿城市建設指標體系與技術導則（試行）》《宜昌市海綿城市建設施工圖審查要點（試行）》《宜昌市海綿城市建設工程驗收管理實施細則》，進一步推動海綿城市理念落地落實。

1.3 經驗總結

通過國內外案例可以總結得出：海綿城市校園景觀設計的核心是抓住“滲、滯、蓄、凈、用、排”這六大要素，結合校園綠地、建筑、道路、廣場等進行設計和改造，達到雨水的收集、滲透、凈化和利用的目的，最終實現水循環利用[6]。本文以宜昌市三峽旅游職業技術學院高水平產教融合實訓基地為例，結合海綿城市設計理念，對校園綠地、建筑、道路、廣場等進行“海綿”設計，最終達到水循環利用。

2 海綿城市理念在校園建筑的設計方式

本文以《宜昌市海綿城市建設技術導則》為指導，提出海綿城市校園建筑設計方式，從校園綠地、建筑、道路、廣場四個方面入手，通過海綿設施分布圖、場地豎向及徑流路徑設計圖、匯水分區圖等施工圖紙設計，計算得出下沉式綠地率、雨水資源化利用率、透水鋪裝率等指標，使其滿足宜昌市海綿城市控制率要求（圖1）。

2.1 綠地

綠地的作用在于快速吸納雨水的同時，又能蓄留雨水。綠地可以通過植草溝和下沉式綠地兩種途徑吸收雨水。用植草溝代替原來的排水溝，巧妙地將雨水收集系統和景觀系統結合起來[7]。下沉式綠地中設置生態式雨水口，底層下鋪設穿孔排水管，對下滲雨水進行收集，保證雨水2 h 內排空，避免蚊蠅滋生，同時在下沉式綠地處設置溢流口，超標雨水通過溢流口排入下游雨水管。這種基于海綿城市的排水理念更多的強調離散狀分布，通過這種毛細血管式的布置，達到吸收雨水、蓄留雨水的目的。

2.2 建筑

建筑的海綿設計主要在屋頂花園，屋頂花園要保證在不破壞建筑本身結構的基礎上，鋪置不同結構的土層，達到減緩雨水流速、凈化雨水以及收集雨水的目的[8]。通過屋頂花園的植物根系、卵石層過濾和吸收雨水，并通過雨水管收集到雨水罐，雨水罐裝滿后，雨水通過溢流管溢流至室外雨水系統，最終匯聚到市政管網中。

2.3 道路

道路的海綿設計在于減少路面積水，減少徑流總量及未被綠地、屋頂花園吸收的雨水，大部分積水會回到道路路面中，通過透水鋪裝實現雨水滲透[9]。對于改造成本較大的水泥路面來說，通過在路邊石上開口，直接將道路雨水引入就近綠地中，通過綠地的吸水性達到鎖水功能，滯留雨水。

2.4 廣場

廣場的海綿設計在于透水鋪裝，設置生態樹池、滲渠，提高雨水滲入率。通過校園地形高差，布置下沉式綠地、植草磚、嵌草磚、雨水罐等吸收和凈化雨水，形成不同的場地豎向及徑流路徑設計圖和匯水分區圖，最終成為不同功能的海綿廣場[10]。

3 研究區概況

研究區為宜昌市三峽旅游職業技術學院校區，該校區新建高水平產教融合實訓基地占地面積20 490.3 m2，總建筑面積24 970.28 m2，綠地面積3 041.64 m2。整個區域為新建項目，場地地勢總體北西側高，現有地面高程在66.7～75.50 m 之間，相對高差8.8 m，場地地貌為丘陵剝蝕地貌，周邊未見有影響地質問題，工程地質環境較好。

研究區域中地下水類型主要為雜填土中的上層滯水，主要補給來源于大氣降水，通過大氣蒸發或由地勢相對較高的北西側向南東側地勢低洼處滲流、排泄，分布不均，在大降雨量期間，易造成校園內澇、小山體滑坡等問題。

4 基于“海綿城市”理念的校園建筑設計對策

4.1 綠地

在海綿城市設施分布圖中(圖2），綠地主要通過植草溝和下沉式綠地兩種途徑吸收雨水，綠地內種植狗牙根草和梅樹，其中下沉式綠地和植草溝僅種狗牙根草，狗牙根草具有很強的吸收雨水作用。

圖2 海綿城市設施分布圖

下沉式綠地內有種植土（圖3），種植土下面依次設有過濾層和礫石，礫石下面有滲透管，這樣的布置結構可以使滲透管發揮很大的作用，既能增加雨水滲水的面積，又能延緩雨水的流失速度，使土壤長時間保持濕潤。在本次設計中，綠地面積3 041.64 m2，其中下沉綠地931.25 m2，根據《宜昌市海綿城市建設指標體系與技術導則（試行）》推算下沉式綠地率為30.62%，滿足下沉式綠地率管控指標25%的要求。

圖3 下沉式綠地大樣圖

4.2 建筑

本研究選取區域：高水平文旅產教融合實訓基地中A 棟和B 棟的連接體建筑，一層的室外露臺設計為屋頂花園，屋頂花園可以減少太陽輻射、使建筑降溫，達到節省能耗、調節小氣候、延長建筑使用壽命的目的。在屋頂平臺設計中，屋頂多鋪設植草溝，當出現降雨時，雨水通過植草溝、卵石過濾雨水，再通過雨水管網連接，最后匯聚到落水管中。

在雨水管四周設置雨水罐，雨水罐中設置雨水過濾裝置，屋頂雨水經過濾后二次使用。在本次設計中，一共設置了10 個雨水罐，容積為38 m3，可蓄水222.38 m3。根據《宜昌市海綿城市建設指標體系與技術導則（試行）》推算雨水資源化利用率為15%，滿足雨水資源化利用率管控指標6%的要求，儲存后的雨水可用于清洗地面、路面、澆灌綠化等。

4.3 道路

在本次研究區域中，整個場地北高南低，場地高差8.8 m，北側、西側、南側三面道路均為現有道路，在下暴雨時節，雨水主要匯聚到南側道路市政管網中，極易產生積水。路面局部積水高20～30 cm，師生出行十分不便。在本次設計中，通過調整場地豎向，設計雨水徑流路徑圖（圖4），通過下沉式綠地、植草溝減緩雨水對道路的沖刷。東側道路在新建時采用排水降燥瀝青路面鋪裝，包括排水瀝青面層、封水層、墊層，其中排水瀝青面層厚度為4 cm，孔隙率為15%～25%，增加雨水滲透能力。人行道路面采用透水磚鋪裝。

圖4 場地豎向及徑流路徑圖

4.4 廣場

本研究區域中，廣場采用透水鋪裝，能夠提高雨水資源使用效率，有效減少地面積水現象。根據場地豎向高程，整個廣場共劃分十一個匯水分區（圖5），其中在匯水區域四、七、八、十中設置有下沉式綠地，在滿足基本的休憩、娛樂功能外，達到調蓄雨水的目的。在匯水區域二中場地高差較大，采用透水草坪使雨水下滲，避免直接沖刷廣場內人行道。人行道兩側設置植草溝，使植物能對雨水中的污染物進行運輸、凈化和阻滯，以起到過濾的作用。

圖5 匯水分區圖

廣場中除設置下沉式綠地，植草溝外，還有生態樹池、嵌草磚，嵌草磚主要布置在生態停車場中。在整個設計中，廣場區域能夠提高雨水資源使用效率，緩解暴雨帶來的校園內澇并有效補充地下水，維護生態平衡。整個廣場和道路的透水鋪裝面積達到6 119.57 m2，可滲透地面面積共 9 161.21 m2，其它硬地和道路面積 2 695.52 m2，根據《宜昌市海綿城市建設指標體系與技術導則（試行）》的規定，透水鋪裝面積占硬化地面的面積比例為69.42%，滿足透水鋪裝率管控指標不低于50%的要求。

5 結語

本文以宜昌市三峽旅游職業技術學院高水平產教融合實訓基地為例，在相關研究基礎上，提出了微觀層面的海綿城市校園建筑設計方式，從校園綠地、建筑、道路、廣場四個方面分析，完成海綿設施布置圖、場地豎向及徑流路徑設計圖、匯水分區圖等施工圖紙設計，計算得出下沉式綠地率、雨水資源化利用率、透水鋪裝率等指標，使其滿足宜昌市海綿城市控制要求。本次設計是宜昌市首例海綿城市設計理念在建筑項目中的實施應用，未來，通過繼續研究和探索，推動設計方式應用于其他高校，最終實現解決校園內澇、凈化水質的目的。

圖片來源：圖1—圖5 均為作者自繪。