基于“海綿城市”理念的校園生態環境建設

徐澤飛

（廣西民族大學， 廣西 南寧 530000）

0 引言

“海綿城市”作為一種新型城市建設方法，其核心理念為融合自然與生態，旨在利用有效措施以保留雨水、緩解洪水問題，并減少對水資源的浪費和破壞，從而實現水文平衡、解決水資源短缺和水生態惡化等問題。校園作為一個生態微環境，人口眾多且密集，是典型的小規模社會，校園生態的保護和改善尤為重要。無處不在的灰色基礎設施、不透水的表面、建筑物等缺乏生態恢復力和彈性，導致校園微氣候惡化，并在陰雨天氣、雷暴天氣時污水系統中水流增加，這是目前高校校園環境存在的主要問題。“海綿城市”建設成功案例為“海綿城市”理念應用到校園建設中提供了有效方案。

本文主要從校園生態道路建設、可持續排水系統建設、校園景觀結構生態建設及水資源回收利用基礎設施建設等四方面闡述“海綿城市”理念應用于校園建設的可行性。

1 校園生態道路建設

1.1 透水性路面材料的應用

校園道路作為連接校園各個角落的重要通道，不僅提供便捷的交通功能，還承載生態系統保護和校園生態環境可持續發展的重要功能。為了創建綠色、宜人的校園環境，校園生態道路建設愈發重要[1-3]。

校園傳統路面存在排水效果差、噪聲大、雨天行車視線不安全等缺點[4]，這些問題對校園內行車安全和生態環境產生了很多負面影響。此外，目前校園內的道路設計只單純追求承載強度、美觀等非生態需求，很少關注生態效益。基于“海綿城市”理念，新型校園道路路面建設不僅可實現路面的基本功能，還可實現良好的生態效益。

對于新型道路路面，最直接的設計方案是將傳統道路的基本功能與景觀、排水功能相結合[5]，并采用透水材料作為路面主要材料，如滲透性路面材料Eco-PPMs。透水材料在海綿城市建設中被廣泛應用。與傳統路面相比，一方面，透水材料可降低路面溫度，緩解城市熱島效應；另一方面，可有效促進雨水的儲存、滲透和凈化，對調節校園內雨水徑流具有極大的生態效益，并在凈化水質、降低交通噪音、緩解熱島效應、回收廢棄物等方面具有顯著優勢，故可廣泛應用于校園道路的路面建設中。但隨著透水材料的應用日益廣泛，如何提高透水路面全生命周期性能是迫切需要解決的問題，進一步發展相關的高耐久性生態材料是亟待解決的問題之一。

發展高耐久性生態滲透性路面材料，應重點關注材料設計、應用和性能改進等方面。透水路面主要采用瀝青基或水泥基材料建造，不同材料的孔隙率、骨料級配和配合比是影響其力學性能和滲透性能的主要因素，在路面材料設計方面應重點關注以上因素影響，并根據實際情況進行調整。此外，由于透水路面結構的特殊性，很難平衡透水性和力學性能。普通透水路面的力學性能比傳統路面低50%左右，尋求適宜新材料和設計新內部孔隙結構，并提高機械性能和耐用性是關鍵問題之一。總之，即使透水路面建設符合“海綿城市”理念，但如何克服該類材料的施工技術、力學性能及應用范圍的限制，有效將透水路面材料應用于校園道路全生命周期仍面臨諸多挑戰。

1.2 建筑原材料的應用

據統計，建筑垃圾占城市固體廢物的40%，有研究表明該類垃圾可制備為再生材料，以代替天然碎石。該類技術已被廣泛應用，不僅可以緩解碳排放壓力，減少環境污染，還可節約資源和能源，滿足當今社會對綠色混凝土發展的要求。因此，該類技術在校園建設中具備極大潛力和可行性，以實現校園建設的可持續發展目標，同時打造更加環保和資源節約的校園環境。

建筑垃圾主要分為建筑垃圾再生骨料和建筑垃圾再生粉。建筑垃圾再生骨料通常具有較大的破碎值和較高的吸水率，而再生粉具有潛在的火山灰活性。再生骨料是指將建筑垃圾產生的廢混凝土、廢磚等建筑垃圾經破碎、除雜、篩分得到粒徑＜40mm 的骨料。粒徑大于4.75mm的顆粒稱為再生粗骨料，粒徑＜4.75mm的顆粒稱為再生細骨料。現有研究中使用的再生骨料根據其來源和成分主要分為三類：（1）再生混凝土骨料（RCA）； （2）再生磚骨料（RBA）； （3）再生磚混骨料（RBCA）。 RCA是廢舊混凝土砌塊破碎、篩分后得到的一種再生骨料，主要由碎石顆粒、膏體顆粒、水泥顆粒和表面涂有膏體和表面不涂膏體的混凝土粉末組成。RBA是一種再生骨料，由廢磚破碎而成，通常由廢黏土燒制磚（紅磚）和磚粉組成。RBCA是一種通過拆除磚混結構（構筑物）而生產的再生骨料。其成分復雜，含有大量廢磚、廢混凝土、玻璃、木材等雜質以及少量輕質物質。

目前學者對建筑垃圾的研究主要集中在利用再生材料制備再生混凝土和路基填料。“海綿城市”的建設需要透水混凝土作為關鍵材料，透水混凝土作為一種綠色生態功能混凝土，被廣泛應用于城市道路、停車場等地區。它是以級配粗骨料和膠凝材料為主，并加以一定比例的水及外加劑等原材料，通過特定的攪拌方法制成的多孔混凝土[6]。與普通混凝土相比，透水混凝土具有優良的透水性、降噪和抗滑等特性，可以減輕城市排水系統的壓力。

2 可持續排水系統建設

在氣候變化和城市化的快速發展背景下，校園排水基礎設施的建設變得尤為關鍵。隨著學校人口規模的增加和校園建筑的擴張，有效的排水系統對于確保校園環境的可持續發展和學生的學習生活質量至關重要。

排水系統作為基礎設施，主要用于收集和輸送雨水、廢水。校園內傳統排水系統的主要任務是通過下水道和水處理設施快速收集并處理本區域徑流，并將其輸送到受納水體中，其目標是管理水量，以避免學校區域出現洪水。在此過程中水被視為一種環境的困擾，多以“眼不見心不煩”的方式處理。此外，傳統排水系統的維修和擴建成本巨大，適應特殊情況的靈活性較差。

相反地，隨著可持續發展生態建設理念的深入，雨水被認為是一種可利用資源，隨之用于雨水管理的可持續排水系統應運而生。該類排水系統更關注環境生態效益，并考慮水量、水質和生物多樣性等多個方面。主要采用過濾和滲透溝、蓄水、洼地、盆地及綠色屋頂等方式實現新型排水系統。其中，綠色屋頂是通過土壤和植被共同覆蓋屋頂的生態方式。該方式有助于減少雨水徑流，從而降低洪水風險，并極大程度上降低供暖和空調成本及熱島效應，此外，還能提高生物多樣性。綠色屋頂通常由四層材料，包括排水材料、過濾器、土壤基質和植被[7]，如圖1。有研究表明，影響屋頂保水能力的因素主要是土壤基質的深度和類型。此外，綠色屋頂徑流動態的影響因素主要有屋頂特性，如層數和材料類型、土壤厚度、土壤類型、植被覆蓋、植被類型，以及屋頂幾何形狀（坡度、屋頂位置及年限）；此外，還取決于校園所在地區的天氣情況，應充分考慮持續干旱期的時長、氣溫及濕度、降雨強度和持續時間等因素。在充分了解綠色屋頂相關機理后，可將該類技術用于校園建設中，目前校園內教學樓樓頂多以平屋頂為主，使用綠色屋頂可實現校園生態效益的最大化。

圖1 綠色屋頂構造圖

然而，綠色屋頂排水系統仍存在很多問題亟待解決，需進一步完善。如植被茂盛可有助于增強空氣質量，并實現最優屋頂性能，但通過頻繁施肥則存在污染雨水徑流的風險。綠色屋頂是否需要施肥以及施肥量是設計關鍵。

3 校園景觀結構生態建設

生態系統是由人類社會和自然系統共同組成的，景觀結構可用來描述城市生態系統的景觀類型、多樣性和空間結構，有助于理解環境、物種和人類之間的關系。景觀生態是用來評估環境的直觀方法。近年來，隨著高校擴招政策的實施，校園建筑數量迅速增加，學生人數也隨之增長。然而，這種擴張導致了綠色空間的減少，給校園生態功能帶來了損害。大規模的建筑開發和土地利用變化對校園生物多樣性產生了負面影響，導致物種群落均勻度的降低。校園作為學習和生活的場所，宜居環境和生態平衡對學生的健康和學習具有重要影響。然而，由于綠地面積減少和生態環境破壞，校園生態系統的穩定性受到威脅，生物多樣性遭受破壞。這不僅限制了學生接觸大自然的機會，還影響了生態系統的恢復能力和校園環境的可持續發展。因此，需通過科學規劃和設計，合理布局綠地和景觀，引入原生植物，創建棲息地，改善校園生態環境，提高物種群落均勻度，并為學生提供一個更加和諧、宜人的校園環境。

在校園生態景觀結構設計中，應重點關注植被覆蓋類型及種植方式等相關問題。有學者提出，開放空間景觀結構會影響人類生理、心理反應。研究表明，人們更偏向于景觀設計較為規則且形狀較為簡單的景觀結構，而植被密度較大的景觀設計會使人們產生消極情緒，使人們產生防備心理。因此，在校園景觀設計中，應在為學生提供安全、放松開放空間的基礎上，進一步考慮樹木形態、樹木配置及管理計劃。此外，相關學者建議在校園內多使用垂直綠化，并在教學樓周圍或沿道路兩側種植大片高大樹木，考慮到學生健康和生態可持續性的雙重目標，應采用曲線邊界和多樣化的植被栽種方式[8]。

校園景觀設計應與“海綿城市”中的雨水管理相結合，以實現美觀與資源最大化利用的雙重目標，通過巧妙的設計和規劃，可以將雨水收集系統中的水資源用于校園景觀中。

4 水資源回收利用基礎設施建設

在我國部分城市，水資源短缺問題日益突出，特別是在校園環境中，由于人口眾多、用水量大，水資源的保障和節約顯得尤為重要。因此，迫切需要采取措施改進水資源回用，以實現對水資源的有效管理和合理利用，最大程度地減少浪費，實現水資源的循環利用和可持續發展。基于“海綿城市”可滲透性生態道路建設及其他生態措施的實施，可最大化實現校園內雨水和中水的二次利用。根據《多倫多低影響開發暴雨管理規劃設計導則》，可將低影響開發設施分為以下5種：雨水收集型、雨水滯留型（典型代表：綠色屋頂）、雨水滲透型、雨水滯留滲透型和雨水運輸過濾滲透型。針對不同校園適用情況，可選擇合理的水資源回收設施[9]。

校園水資源回收利用應首先評估校園用水量和排水量，估算教學區、辦公區、宿舍區等的人口、人均用水、人均排水，從而得到每天的用水量和排水量。其中，辦公樓的給水計算標準可根據《給排水設計手冊建筑給水排水》公共建筑用水定額；宿舍區可通過集體宿舍用水定額；食堂可采用專用食堂用水定額；綠地可通過綠化用水定額，以確定給水計算標準。排水計算中，教學樓、辦公樓和宿舍樓可按照用水量的80%確定。確定以上數據后，可根據中水站概況及利用情況確定不同區域的中水回用潛力。對于雨水回用潛力，則需確定校園所在區域的降雨特征、下墊面類型及分布、當地降雨量與凈流量及各類型設施適用性，確定雨水的回用潛力。

需要注意的是，水資源回用受多方面因素影響：

（1）降雨量。雨水收集系統產生效益隨當地降雨量的變化而發生改變。對于降雨量較大的地區，其雨水收集系統可發揮最大效益；而在低降雨量地區，雨水收集量較少，若雨水收集系統建設成本較高，則無法達到預期效果。故應該根據當地降雨量合理布置雨水收集系統。

（2）暴雨強度。暴雨強度與各類型的低影響開發設施產生的徑流消減效益有關，若暴雨強度較大，則暴雨徑流消減效益較明顯，反之則較小。

（3）土壤入滲能力。該因素是影響低影響開發設施效益的關鍵因素。對于土壤入滲能力較強的地區，低影響開發設施對徑流的消減效益相對較明顯；土壤入滲能力較弱的地區則反之。

（4）綠色基礎設施建設規模。該因素與低影響開發設施效益顯著相關。

5 結束語

綜上所述，將海綿城市理念引入校園建設中，是解決校園生態問題的一種有效途徑。通過應用生態道路建設、排水系統管理優化、景觀結構建設及水資源回收等海綿城市建設原則和技術，推動校園可持續發展，為校園創造一個更加健康、可持續發展的生活和學習環境，為學生和教職員工提供一個更好的學習和成長平臺。