雨水管理下辦公建筑屋頂景觀花園設計研究

范曉煒

（福州市建筑設計院有限責任公司，福建 福州 350011）

0 引言

隨著城市化步伐的不斷加快，辦公建筑作為現代都市的標志性建筑，其屋頂景觀花園設計日益受到人們的矚目。這些設計不僅為城市的天際線增添了綠意和活力，還在生態、節能和減排等方面發揮了至關重要的作用。近年來，隨著生態理念的逐漸深入人心，辦公建筑屋頂景觀花園設計正朝著多元化、復合化的方向發展，設計手法和技術手段日新月異，旨在達到建筑與環境的和諧統一。時至今日，景觀花園設計已成為我國建筑學、園林學、生態學等多個學科交叉融合的研究熱點。許多學者圍繞這一主題進行了深入的研究，并取得了豐碩的成果。文獻[1]作者何疏悅等分別從平面、色彩以及立體構成角度，對城市屋頂生產性景觀設計展開著重分析，推進生產性景觀種植設計的可持續性發展；文獻[2]作者劉建宏等在屋頂花園的景觀設計中引入耗能減震特性較高的粉土，在滿足屋頂花園環境綠化的同時達到減輕地震災害目的；文獻[3]作者陳超淼將形態、材質、色彩等視覺元素融入園林景觀設計中，可促使園林景觀達到更加美好的審美訴求和精神體驗。盡管我國學者現有研究已經取得了顯著的進展，但在應對城市化帶來的雨洪問題方面，仍顯得捉襟見肘。因此，本文引入雨水管理概念，旨在探索辦公建筑屋頂景觀花園設計在雨水利用與排放方面的創新策略，有望為未來的城市建設提供更加綠色、可持續的解決方案。

1 辦公建筑屋頂景觀花園設計

1.1 透水鋪裝

在辦公建筑屋頂景觀花園的設計過程中，構建基礎設施的首要環節在于硬質鋪裝的選擇與應用，這不僅直接關系到整體景觀效果，而且是雨水管理策略中的核心組成部分[4]。如混凝土和石材等傳統硬質鋪裝材料，盡管堅固耐用，但缺乏雨水滲透性，這導致了雨水徑流的增加，加劇了城市洪澇風險。因此，在雨水管理概念下，本文選用了透水材料作為景觀花園的硬質鋪裝設計原材料[5]。具體而言，在廣場區域，本文采用了透水混凝土鋪裝，透水混凝土是一種特殊的混凝土材料，由粗骨料、水泥、水和添加劑組成，其內部含有大量連通孔隙，使得雨水能夠迅速滲透，通過精心設計孔隙率和骨料級配，透水混凝土在承受行人和輕型車輛通行的同時，有效減少了地表徑流；在道路鋪裝方面，本文選用了透水磚，透水磚是一種具有特殊結構的多孔磚體，表面多孔，內部存在相互連通的孔道，透水磚的鋪裝不僅提升了景觀效果，還能有效增加地表滲水面積，促進雨水下滲；在游憩場地的鋪裝設計中，本文采用了透水型橡膠材料，透水型橡膠材料是一種由廢舊輪胎等橡膠制品經破碎、加工后制成的環保型鋪裝材料，內部含有大量空隙，具有良好的透水性和防滑性，透水型橡膠鋪裝為游憩活動提供了安全舒適的場地，同時其透水性能有效減少了游憩場地因雨水積聚而造成的使用不便[6]。綜上所述，通過透水混凝土、透水磚和透水型橡膠等透水性材料的科學應用，不僅可以提升景觀花園的生態功能和美學價值，而且能夠達到雨水的高效滲透、減少徑流目的。

1.2 植物配置

在辦公建筑屋頂景觀花園的設計過程中，植物配置占據了至關重要的地位，深刻影響著花園的視覺美感和生態功能的實現。鑒于屋頂環境的獨特性質，如覆土深度有限、光照條件強烈以及承重能力限制等，在選擇辦公建筑屋頂景觀花園植物時，必須綜合考慮多種因素，以確保植物的順利生長[7]。這里本文選擇小喬木、灌木和地被植物等那些喜光、耐旱且根系較淺的植被來營造花園的植物景觀。這些植物不僅能夠很好地適應屋頂的生長環境，還能有效減輕屋頂的荷載壓力，同時提供豐富的視覺體驗和生態功能。具體植物配置情況如表1 所示。

表1 建筑屋頂花園植物配置表

與此同時，為確保辦公建筑屋頂景觀花園的穩定性，需要根據屋頂花園允許的荷載重量來確定種植層的厚度[8]。一般來說，種植層厚度的計算是一個復雜的過程，其涉及土壤重量、植物重量、硬質鋪裝重量以及雨水管理系統重量等多個因素，具體計算公式如下式所示：

式中，H表示辦公建筑屋頂景觀花園的植物種植厚度；G1表示景觀花園土壤的重量；G2表示景觀花園植物的重量；G3表示景觀花園硬質鋪裝的重量；G4表示景觀花園雨水管理系統的重量；F表示建筑屋頂允許荷載重量。根據式（1），本文可以在確保不超過屋頂承重能力的前提下，為植物提供一個良好的生長環境。最后，在實際的辦公建筑屋頂景觀花園的設計過程中，根據設計厚度將選擇的植物合理地配置在屋頂景觀花園中[9]，通過合理布局實現植物配置與屋頂花園的整體設計風格相協調，以營造出和諧、美觀的景觀效果。

1.3 雨水管理

在辦公建筑屋頂景觀花園設計中，雨水管理的作用至關重要。作為城市綠色基礎設施的重要組成部分，辦公建筑屋頂景觀花園的雨水管理策略不僅關系到建筑本身的可持續性，而且直接影響到城市的生態環境以及居民的生活質量[10]。在雨水管理概念下，本文通過集成運用雨水收集、儲存、凈化和利用等技術手段，有效地實現對雨水的科學管理，進而推動雨水的循環利用，并降低城市洪澇災害的發生概率。具體而言，本文采用雨水收集系統、雨水存儲箱、排水管道、凈化設施等設備進行雨水管理[11]，示意圖如圖1 所示。

圖1 建筑屋頂景觀花園雨水管理系統示意圖

如圖1 所示，在整個辦公建筑屋頂景觀花園的雨水管理系統運行過程中，屋頂花園內設置的雨水收集系統是起始裝置，合理設計雨水收集系統的結構和容量，并綜合考慮雨水的均勻分布和防止堵塞等問題，可以有效地將雨水從屋頂景觀花園中匯集起來，并引導至地下儲存設施中，這種設計不僅減少了雨水徑流，緩解了城市排水系統的壓力，而且有助于緩解建筑屋頂的雨水存儲壓力。其次，為確保存儲的雨水可以從屋頂順利傳輸到地表中，本文設置了排水管道，合理設計排水管道的直徑、坡度、連接方式等參數，并綜合考慮防止滲漏和堵塞的問題后，將屋頂雨水收集系統和建筑地下雨水收集系統連接在一起，即可將景觀花園內部雨水順利引導至地下存儲設施中。最后，雨水凈化環節是保證雨水質量和提升其利用價值的關鍵環節[12]。在地下雨水存儲箱中，本文采用了先進的雨水凈化裝置和技術，例如過濾、消毒等，其中過濾裝置可以去除雨水中的大顆粒物質和懸浮物，而消毒裝置則能夠殺滅雨水中的細菌和病毒等微生物，確保雨水的安全性。經過凈化的雨水其水質得到顯著提升，不僅可以用于沖廁、洗車等非飲用水用途，還可以用于植物灌溉和景觀用水，從而實現了雨水的多元化高效利用。總而言之，在雨水管理概念下，雨水的循環利用是辦公建筑屋頂景觀花園設計核心目標，本文通過綜合運用雨水收集裝置、存儲裝置、轉移裝置以及凈化等裝置，實現雨水的合理收集，并將收集雨水轉移至地表下進行凈化，將凈化后的雨水合理地用于植物灌溉、景觀用水等方面，可以實現雨水的科學管理和利用，減少對傳統水資源的依賴。應用了雨水管理系統的辦公建筑屋頂景觀花園不僅有助于節約水資源，還可以改善景觀花園內部土壤質量、促進植物生長，進而提升屋頂景觀花園的生態功能和美學價值。

2 實例分析

2.1 項目背景

本章選取某辦公建筑屋頂景觀花園設計工程作為研究對象，該建筑樓層較高，屋頂面積大，具備屋頂花園實施條件。通過查找資料分析，工程所處城市屬于海洋性亞熱帶季風氣候，雨水充沛、陽光充足、溫暖濕潤、夏長冬短，具體年降水量數據如圖2 所示。

圖2 實例工程2023 年平均降水量變化趨勢

如圖2 所示，該區域年降水量較多，鑒于城市中心區域人口密度大、建筑密集的特點，該區域面臨著嚴重的城市熱島效應和雨水徑流問題。在夏季高溫時，城市熱島效應導致該區域的氣溫遠高于周邊地區，給居民生活和工作帶來諸多不便。同時，由于屋頂硬質鋪裝面積廣泛，缺乏有效的雨水管理措施，使得雨水徑流量大，加重了城市排水系統的負擔，容易誘發城市洪澇災害。為了改善這一狀況，本研究決定引入雨水管理概念，對該辦公建筑的屋頂景觀花園進行改造設計。

2.2 模擬分析

根據文中研究內容完成實例辦公建筑屋頂景觀花園的設計后，為評價本次設計效果，構建屋頂景觀花園的SWMM 模型進行模擬分析。SWMM 模型也就是暴雨洪水管理模型，可以對城市降水過程進行動態模擬，且模擬結果較為直觀，適用于本次辦公建筑屋頂景觀花園設計效果評價中。首先，確定實例辦公建筑屋頂景觀花園設計工程的研究區域，并將其相關數據導入SWMM 軟件中，構建出初始SWMM 模型；然后，在SWMM 模型中設定本次降雨事件，具體參數如表2 所示。

表2 建筑屋頂景觀花園SWMM 模型參數設置

最后，基于上述SWMM 模型分別對未引入雨水管理概念和引入了雨水管理概念下辦公建筑屋頂景觀花園降雨事件進行模擬，并統計降雨事件下景觀花園產生的地表徑流深度數據作為模擬結果，具體結果如圖3 所示。

圖3 建筑屋頂景觀花園SWMM 模型模擬結果

從圖3 所示建筑屋頂景觀花園SWMM 模型模擬結果中可以看出，當SWMM 模型的降雨事件設定為年降雨量為2 409.8mm情景時，在未引入雨水管理概念下，辦公建筑屋頂景觀花園在降雨事件中產生的年地表徑流深度為1 628.6mm，年徑流總量控制率為32.42%；在引入了雨水管理概念下，辦公建筑屋頂景觀花園在降雨事件中產生的年地表徑流深度為911.1mm，年徑流總量控制率為62.19%，達到了實例工程建設標準。由此可以說明，本文引入雨水管理概念進行辦公建筑屋頂景觀花園設計，可以顯著降低地表徑流深度，通過有效收集和儲存雨水來提高雨水利用效率，從而減輕城市洪澇壓力。

3 結論

本研究通過深入探討雨水管理概念在辦公建筑屋頂景觀花園設計中的應用，取得了顯著的成果。本研究創新性地結合了透水鋪裝、植物配置及雨水管理技術，為辦公建筑屋頂景觀花園設計提供了全新的視角和解決方案。實驗結果表明：

（1）該方法未應用時，景觀花園在降雨事件中產生的年地表徑流深度為1 628.6mm，年徑流總量控制率為32.42%；應用后，景觀花園在降雨事件中產生的年地表徑流深度為911.1mm，年徑流總量控制率為62.19%，應用效果較好。

（2）本次設計可有效收集和儲存雨水，提高雨水利用率，應用效果較好。