海綿城市理念在房屋建筑中的應用與發展

邱玉發， 王鵬， 胡永亮， 馬文虎， 馬東祥

（中國建筑土木建設有限公司）

1 引言

海綿城市已經成為推動綠色建筑建設、低碳城市發展、智慧城市創建的重要指導思想，是現代綠色技術、社會、環境、人文等諸多因素的深度融合，不但能夠實現水資源的整合利用，而且緩解了城市熱島效應，減少了城市內澇災害的產生，將海綿城市理念運用在房屋建筑中，有利于突破工程建設發展瓶頸，提高房屋建筑的經濟效益和生態效益。

2 海綿城市理念內涵分析

海綿城市是一種城市雨洪管理創新理念，使城市像海綿一樣能夠適應降雨環境變化，具有良好的雨水吸納利用彈性，從而更好地應對自然災害、滿足發展需求。從生態系統的角度出發，通過構建水生態基礎設施，結合運用多種科學技術，讓雨水在海綿城市中自由遷移，滲水、滯水、蓄水、凈水、用水、排水是海綿城市理念的集中體現。在進行建筑設計時，需要圍繞這幾個方面展開探索研究，利用各種屋面、墻面、路面、地面采集雨水，降低雨水匯流速度和峰值流量，調節雨水時空分布，并通過建設雨水處理設施和管網，實現雨水凈化利用的目的，加快雨污分流管網工程建設。尤其是各類老舊小區的改造工程，充分體現人文關懷的設計原則，注重生態空間營造，堅持低影響開發，采用生態型設備設施，為海綿城市發展提供有力支持。

3 海綿城市理念在房屋建筑中的應用與發展

3.1 房屋建筑總平面設計

海綿城市理念在房屋建筑中的應用首先要從總平面布置開始，全面掌握現場自然環境和施工條件，通過對建筑、道路、綠化的統籌安排，確定室外設施的位置和規模，管制地面滲透與徑流方向，實現對雨水的有效控制和利用。遵循集約經濟用地的基本原則，處理好建筑與空間之間的關系，可以適當提高建筑層數，降低建筑密度，增加綠地面積，提供更多的雨水下滲空間，減少不透水面積，所以，緊湊型生態小區更符合海綿城市理念內涵。在規劃設計總平面時，除了要集約經濟利用土地，還應該充分尊重原有自然條件，盡量保留溝渠、坑塘、天然水面等水體，保證水源涵養區足夠，可以將其設計為雨水調蓄設施，改造成雨水花園、景觀水體，以豐富建設場地的生態性和生物多樣性。充分利用建設場地現有條件，合理安排建筑、道路、綠地及其他設施位置，建筑、道路等不透水區域應該優先布置在透水性較低的高地上，相反，綠地景觀、水體等應該優先布置在低洼地段，能夠與自然生態相結合。在房屋建筑總平面設計時，應該盡可能縮減不透水面積，并降低不透水區域的連貫性，多設置一些透水性鋪裝地面，將雨水可以順利導入到設計區域，結合場地要素和綠地景觀優化布局。著重控制建筑地下空間的開發強度，尤其是在中心城區，雖然加強地下空間開發能夠解決用地緊張問題，但是不利于地下水生態循環，地下空間開發強度應該與海綿城市相協調，嚴格控制相關技術指標，防止對地下水和雨水的循環利用產生過多干擾，通過增加頂板覆土厚度、設置導水盲管等方式，滿足植物生長需求，為雨水下滲留有足夠的空間和通道[1]。

3.2 房屋建筑場地豎向設計

豎向設計是建筑總圖設計的重要組成部分，對海綿城市理念運用同樣具有重要影響，特別是在地形復雜的山區房屋建筑中，當下雨時，在較大的地形坡度下，無論是直排入河流還是排入市政雨水管網，都會快速排走場地雨水，這不符合海綿城市理念。除了保證基本的安全性、經濟性、適用性，還應該遵循自然水循環規律，保護現場自然生態環境，降低對土地的干擾程度。健康的原生土壤能夠為植物生長提供良好環境，同時具備雨水蓄積和凈化功能，能夠有效過濾污染物。在以往的工程建設中，為了提高地基承載力，會對地基土壤進行加固，降低了土壤的滲透性，削弱了土壤的雨水存儲、凈化能力，還有的工程需要大規模的高挖低填，會破壞土壤結構層，造成水土流失。針對于此，房屋建筑場地豎向設計要充分利用原有地形地貌，選擇合適的基礎設計形式，盡可能減少挖填施工，根據自然坡度靈活采用平坡式、臺地式、混合式的豎向設計方案，土方工程和場地施工要控制在建筑物基礎等必要區域。合理處理道路與綠地之間的關系，一般情況下，道路、廣場要高于綠地，能夠使雨水順利流入周邊綠地，利用原場地地形，可以在局部設計成波浪形，以增強滯留、分散、滲透雨水的功能，盡可能減小坡度，延長波長，增加雨水徑流時間，實現豎向層面的水資源自主循環。在室外排水管網設計時，采用新型雨水回用系統，改變以往單一的雨水快速排出模式，做好滲井、滲排管、蓄水池、深水井等地下設施設計，充分利用地下空間，有效收集雨水，并實現凈化回用，用作景觀綠化、車輛清洗、道路噴灑、水體補充等方面。

3.3 房屋建筑圍護結構設計

圍護結構是房屋建筑與自然環境交流的主要載體，包括屋頂和墻面，在運用海綿城市理念進行圍護結構設計時，綠色屋頂、花園屋頂、綠墻等都是比較成熟的應用，能夠從源頭上減少雨水徑流量，并且通過檐溝、收集管、蓄水池、雨水箱等設備設施的建造，實現了多途徑的雨水收集利用。嚴格把控綠化覆蓋率指標，充分考慮雨水資源對植物的澆灌作用，加強建筑荷載和防水排水計算分析。將過量雨水順利排入屋頂排水層，考慮屋頂結構能否承受設計壓力，盡可能避免大型、超重構件的使用，而且要考慮對防水層的影響，采用合適施工工藝，降低綠化屋頂對房屋結構和防水功能的影響，根據屋頂承重能力，選擇合適的栽培材料，泥炭土、人造土等新材料的運用能夠有效降低土壤重量。具有良好的保水保肥功能，能夠保證蓄水效果和植物存活率。按照相關標準，綠色屋頂可以分為簡式綠色屋頂和花園式綠色屋頂，從經濟性、技術復雜性的角度出發，采用簡式綠色屋頂更為實際，種植土厚度一般控制在10-30厘米左右即可，如果采用輕量化改良土或無機種植土，產生的屋面荷載相對較小，不需要對屋頂結構做特殊設計，而且也能夠強化雨水管理效果，所以具有較強的推廣可行性。簡式綠色屋頂適用于種植地被植物、低矮灌木等品種，要充分重視高層建筑植物選配，考慮到防水保護的問題，需要控制植物根系生長，同時要保證抗風性、耐寒性、耐熱性等方面要求，在保證存活率的前提下，盡可能做到錯落有致、色彩協調、系統豐富，能夠形成可持續發展的生態系統。

相對于綠化屋頂而言，墻面綠化同樣能夠產生不錯的集水蓄水效果，可以有效減少雨水地表徑流，但在設計施工時存在一定的難度，應用相對較少。綠墻主要由攀緣植物覆蓋建筑外墻形成的，主要種植方式有花槽傾斜放置式、框架式、水培式、模塊式等，通常以常綠植物為主，像常春藤、三葉地棉之類的都能夠保持較長的綠化景觀效果，而且對建筑保溫隔熱十分有利。框架牽引式綠墻是將植物種植在墻底部土壤，使用木質網格及金屬框架作為植物攀緣牽引，不需要其他生長基質和灌溉措施，隨著技術的不斷成熟，在海綿城市理念的指導下，綠墻在房屋建筑中的運用將會越來越多。除了綠化屋頂和綠墻的設計，還可以在建筑物下面設置雨水桶等雨水收集設施，實現雨水的就地收集利用，但存儲容積比較有限，應該加強建筑與周邊環境的有效融合，在降雨量較大的情況下，綠色屋頂、綠墻等設計不能滿足雨水處理需求，需要能夠及時將多余雨水引入到周邊綠地、花壇中，實現雨水整體綜合管理目的[2]。

3.4 道路交通系統規劃設計

在海綿城市理念指導下，建筑場地道路交通系統規劃設計應該從減少不透水面積著手，縮減道路面積是重要途徑之一，在滿足基本交通需求的情況下，盡可能縮短路網長度，減少道路寬度，與傳統方格路網相比，采用主干路與近端路相結合的循環棒棒糖路網設計，能夠使場地道路面積減少1/4 左右，同時，減少人行道面積，在人流量不大的道路，可以設置單側人行道，甚至取消人行道，采用共享停車、立體停車、地下停車等多種方式，減少地面停車占用空間，適度增加綠色車輛停車位，滿足新能源車停車需求，不但可以降低大氣污染，而且也會減少燃油車對場地雨水的污染。采用透水鋪裝也是減少不透水面積的有效措施，已經獲得了不錯的應用效果，根據面材的不同，透水鋪裝主要包括透水混凝土、透水瀝青、透水磚、水洗石、膠筑透水石、植草磚、鵝卵石等，顯著增強了雨水滲透效率，從根本上解決了硬化路面破壞雨水循環的問題。在進行場地道路、廣場、停車場等方面設計時，根據承載力需求，采取合適的透水鋪裝類型，一般情況下，地面停車場可以采用植草磚鋪裝，人行道、廣場可以采用透水磚、透水混凝土鋪裝，行車道對承載力要求較高，需要對路面結構和材料運用加強設計，必須同時滿足透水要求和承載力要求。

除了交通系統主體組成部分的優化設計，還應該加強細節處理。路緣石是鋪設在道路邊緣的界石，會高出路面或與路面齊平，基于海綿城市理念需要加強整體的聯系，通過相互協作對雨水徑流進行處理和利用。所以路緣石的設計不應該成為雨水流向的障礙，需要通過透水材料立石預制開口，立石部分缺失立石的有效應用，在地勢作用下引導雨水走向，將路面徑流引入到周邊綠地。

3.5 建筑場地綠化景觀設計

場地景觀綠化是雨水調蓄的關鍵所在，是建筑場地最佳的透水面。在以往的景觀綠化設計時，綠地的豎向高度可能會比較高，那樣會增強綠化效果，但是不能產生較好的蓄水作用。從海綿城市理念實踐的角度出發，必須合理設計綠地規模、形狀、分布結構，盡可能保留原有植被，適當增加綠地面積，根據相關研究表明，綠地規模提高10%，雨水徑流會降低約5%，在面積一定的情況下，可以增加綠地分布，以減少雨水徑流、降低峰值，提高綠地形狀的復雜度，形狀越不規則，綠地周長越長，與雨水接觸范圍越廣，雨洪管理效果越好。采用下凹式綠地，下凹深度控制在5cm～10cm左右，綜合考慮土壤滲透力、植物耐水性等方面的要求，在適當區域做好詳細設計。雨水花園有效結合了植物和微生物的凈化功能，可以充分利用自然條件實現凈化雨水、維護生態的目的，植草溝能夠緩解水流的沖刷力，降低水流速度，通常作為雨水滯留、凈化處理的重要措施，而且在技術上、經濟上易于實現[3]。

4 結語

綜上所述，海綿城市理念與綠色建筑發展存在著千絲萬縷的關系，有利于推動房屋建筑工程的轉型升級，為人們提供更加綠色、健康、宜居的生活環境。將海綿城市理念運用到房屋建筑中，能夠提高不同區域對水資源的整合利用率，提升雨洪管理效果，減少城市內澇問題的產生，實現海綿城市與綠色建筑的深度融合，從而獲得更好的綜合效益。