建筑設計下的海綿城市思考

　　傳統城市建設模式，處處是硬化路面。工業化、機械化的大規模推進，過度使用了征服自然的能力，忽視了自然的強大報復能力，造成了今天城市中的種種矛盾。解決這些矛盾問題，需要觀念上、行為方式上的轉變。海綿城市建設是對傳統城市建設模式、排水方式進行深刻反思的重要成果，是城市生態文明不可或缺的組成部分。在海綿城市設計理念下，建筑設計中的雨水系統應從思想上發生根本的變化，設計理念的提升必將引導設計系統的變化，派生出新的雨水系統模式與雨水系統設備。

　　《建筑設計管理》(月刊)創刊于1985年，是由中華人民共和國住房和城鄉建設部主管，中國建筑東北設計研究院有限公司與中國勘察設計協會主辦的全國建筑設計協會會刊，國內外公開發行的建筑科學類綜合性期刊;是中國核心期刊(遴選)數據庫、中國學術期刊綜合評價數據庫、萬方數據—數字化期刊群和中文科技期刊數據庫全文收錄期刊，為中國建筑行業權威刊物，在全國建筑業具有相當的權威性和影響力。

　　引言

　　在一個大雨天和一位總工一同打傘走在積水的路上，不禁感嘆：“為何現在每每下雨的時候，城市路面上經常積水內澇，而在小時候，這種情況似乎并不多見。”答：“因為以前的城市化并沒有如此快如此大，城市中還有很多的土壤，周邊還有很多農田，下雨的時候雨水下滲的速度快，并含在土壤之中，而現在城市中幾乎都是硬化路面，雨水無法下滲，只會積在路面之上。”于是恍然大悟。“海綿城市”這個全新概念就是在這個大環境下應運而生，核心就是雨水的收集和利用，這不但可以提高水資源利用率，解決城市水源短缺的問題，同時還可以增強水分循環，凈化空氣，補給地下水緩解地面沉降，減輕城市防洪壓力，有利于提高小流域綜合治理效果。然中國的人口眾多，中國的城市化進程世界矚目，城市的人口密度與規模都是其他一些國家無法比擬的，所以中國的海綿城市所遇到的問題與難度也將不同于其他一些國家。

　　作為海綿城市的主要組成部分之一，建筑設計中的雨水系統應從當下的盡快排放為主的思想中脫離出來，轉變為可以滲水、吸水、蓄水、凈水的海綿式建筑雨水系統。

　　1設計理念

　　建設海綿城市，首先要改換城市規劃的設計思路。傳統城市建設模式，求大求新，道路追求筆直寬廣平坦，處處是硬化路面。每逢大雨，主要依靠城市的排水管道、泵站等設施來排水，以“快速排除”和“末端集中”控制為主要規劃設計理念，往往造成逢雨必澇，旱澇急轉。根據《海綿城市建設技術指南》，城市建設將強調優先利用植草溝、雨水花園、下沉式綠地等“綠色”措施來組織排水，以“慢排緩釋”和“源頭分散”控制為主要規劃設計理念，采用“滲”、“滯”、“蓄”、“凈”、“用”、“排”等措施。以化整為零的思想，從城市雨水系統的源頭修復與重構雨水循環系統，選擇合適的收集、排放、調蓄系統，根據建筑的功能與性質，結合雨量計算，經濟性分析，設計合理的雨水回用系統與處理工藝。完善的海綿式建筑雨水系統不僅能夠減少地塊雨水排放量，降低地塊徑流，對入滲雨水進行凈化，保護地表及地下水體，而且可以增加地塊雨水蒸發，有效的帶走太陽輻射熱量，降低地塊的熱島強度。

　　2國外案例

　　國家不同，城市不同，特點和優勢也不盡相同。因此建設“海綿城市”不能生搬硬套他人的經驗做法，而應在科學的規劃下，因地制宜采取符合自身特點的措施，才能真正發揮出海綿作用，從而改善城市的生態環境，提高居民的生活質量。

　　2.1德國：高效集水 平衡生態

　　得益于發達的地下管網系統、先進的雨水綜合利用技術和規劃合理的城市綠地建設，德國“海綿城市”建設頗有成效。

　　德國城市地下管網的發達程度與排污能力處于世界領先地位。是建設海綿城市的參照。德國城市都擁有現代化的排水設施，不僅能夠高效排水排污，還能起到平衡城市生態系統的功能。分布在柏林市中心的管道多為混合管道系統，可以同時處理污水和雨水。而在郊區，主要采用分離管道系統，即污水和雨水分別在不同管道中進行處理。可以提高水處理的針對性，提高效率。

　　近年來，德國開始廣泛推廣“洼地一滲渠系統”，使各個就地設置的洼地、滲渠等設施與帶有孔洞的排水管道相連，形成了分散的雨水處理系統。低洼的草地能短期儲存下滲的雨水，滲渠則能長期儲存雨水，從而減輕城市排水管道的負擔。

　　德國的雨水利用技術經過多年發展已日臻成熟，目前主要的城市雨水利用方式有3種：一是屋面雨水集蓄系統。收集的雨水經簡單處理后，可用于家庭、公共場所和企業的非飲用水;二是雨水截污與滲透系統。道路雨洪通過下水道排入沿途大型蓄水池或通過滲透補充地下水。德國城市街道雨洪管道口均設有截污掛籃，以攔截雨洪徑流攜帶的污染物。城市地面使用可滲透地磚，以減小徑流;三是生態小區雨水利用系統。小區沿著排水道修建可滲透淺溝，表面植有草皮，供雨水徑流時下滲。超過滲透能力的雨水則進入雨洪池或人工濕地，作為水景或繼續下滲。

　　2.2瑞士：雨水工程民眾參與

　　瑞士是世界上最富裕的國家之一，同時也可謂是世界上最節省的國家之一。瑞士并不缺水，境內湖泊眾多。但瑞士政府一向提倡節約用水，鼓勵民眾在下雨時吸水、蓄水、凈水，使雨水得到循環利用。

　　20世紀末開始，瑞士在全國大力推行“雨水工程”。這是一個花費小、成效高、實用性強的雨水利用計劃。通常來說，城市中的建筑物都建有從房頂連接地下的雨水管道，雨水經過管道直通地下水道，然后排入江河湖泊。瑞士則以一家一戶為單位，在原有的房屋上動了一點兒“小手術”：在墻上打個小洞，用水管將雨水引入室內的儲水池，然后再用小水泵將收集到的雨水送往房屋各處。瑞士以“花園之國”著稱，風沙不多，冒煙的工業幾乎沒有，因此雨水比較干凈。各家在使用時，靠小水泵將沉淀過濾后的雨水打上來，用以沖洗廁所、擦洗地板、澆花，甚至還可用來洗滌衣物、清洗蔬菜水果等。

　　日常生活污水和雨水是通過不同的管道進行處理的。生活污水通過單獨的管道流到污水處理站，進行凈化處理，未經收集的雨水則通過簡單的過濾處理后流入湖水或其他自然水體。污水和雨水流入不同的管道，含有大量油污的廚房污水就不會流入雨水管道并堵塞管道，應該說這在一定程度上有利于避免大規模降水時造成的城市洪澇現象。

　　2.3新加坡：疏導有方 標準嚴格

　　新加坡作為一個雨量充沛的熱帶島國，其最高年降雨量在近30年間呈持續上升趨勢，卻鮮有城市內澇的情況發生。這一切要歸功于設計科學、分布合理的雨水收集和城市排水系統。

　　首先，預先規劃城市排水系統。新加坡通常在進行地面建筑的建設之前，會事先規劃和設計好該建筑的地下和地面排水系統，因此每一棟建筑，包括人行道、馬路周邊都分布有一定數量的排水渠，與城市的主要排水系統相連，形成了遍布全島的城市雨水收集、排放網絡，保證大量雨水能夠及時、快速地排出。同時，建筑物本身的雨水收集和排放系統也相當完善。樓頂、走廊、樓梯間等重要部位均設有雨水收集管。雨水可由此排至建筑外的排水溝渠，隨后匯入城市主排水管道。在細節方面，新加坡的地面排水溝渠往往設有多個接入城市主排水管道的連接口，既確保了排水的通暢，也防止水溝過深。

　　其次，加強雨水疏導，建立大型蓄水池。經由城市雨水收集系統收集到的雨水最終將匯入新加坡城市周邊的大型蓄水池，而這些大型蓄水池也是新加坡解決雨水疏導和城市內澇問題的關鍵所在。

　　第三，建立嚴格的地面建筑排水標準。為確保在雨量激增情況下，能夠將雨水及時排出，所有新建筑物提高了防水門檻的高度。除此之外，還有建造地下儲水池。為建筑物安裝的儲水或“吸水”設施須能“困住”25%至35%的地面徑流，以減少暴雨對建筑物造成的負擔。

　　目前，新加坡在對當地建造新的地下排水和蓄水綜合系統進行調研。新系統將具備排水、蓄水和發電3大功能，在水源和能源供給方面更好的達到自給自足。

　　2.4美國：強化設計，改建大多數城市秉承傳統的水利設施設計理念

　　在郊外儲存雨水，利用水渠送到市區，污水通過地下溝渠排走。這種理念按照西方的說法始于古羅馬時代，現在仍然大行其道。并不適合當地生態的城市水利與用水模式。

　　目前，美國的一些城市規劃專家正在研究在干旱地區重新進行規劃，打造海綿城市。一些城市規劃者在設想如何將傾盆大雨留下，變成飲用水和灌溉用水，把城市打造成像海綿一樣，可以有效吸收雨水。

　　洛杉磯的許多社區，對規劃者提出的要求都是盡快將雨水排走，暴雨通過下水道直接流進大海。但是面對日益干旱的環境，未來需要多次使用雨水，并且將水分級處理。埃爾默街區就是這樣一個將雨水視為寶貴資源加以吸收的“實驗田”：人行道旁邊就是生態濕地——種植了抗旱植被的水溝;下雨的時候，雨水流進這些水溝，滲透到下面的蓄水暗池中。實驗區一年收集的雨水可供大約30個普通家庭使用。

　　在這些設計者的想象中，經過改造的整個城市就像一個巨大的海綿。目前他們經常思考的問題就是改造的速度能不能更快一些——因為收集雨水的事，在洛杉磯這樣嚴重缺水的地區實在是太緊迫了。

　　3建筑設計中的海綿城市

　　目前的廈門市，還并未有真正意義上的海綿城市建設，做的相對比較好的，被人稱頌的為華僑大學廈門工學院。劉院長在設計之初，便依據現有的地形，依山傍水，因地制宜，并未全部規劃成硬地廣場，使學院內部自成體系，形成了較好的“海綿城市”效應。建設海綿城市是一項重大民生工程，是推進生態文明建設和新興城鎮化發展的重要舉措，下面就從海綿城市建設的六大要素來探討建筑設計中的海綿城市。

　　3.1“滲”

　　傳統的城市規劃改變了地表覆蓋，阻礙了雨水的下滲，同時也降低了地塊的蒸發作用，破壞了自然狀態下的水文循環過程。海綿城市的理念是以原生態的思路重構雨水循環系統，但并不是簡單的回到原生態，而是在滿足人們對城市的舒適度的要求同時，修復被破壞的雨水循環系統，還自然一個友好的生態環境。

　　雨水入滲系統是海綿城市的重要組成部分，也是區別于傳統雨水系統的關鍵點。入滲的辦法主要有透水路面和綠地入滲。主要區別在于地表覆蓋物的不同，透水路面主要以透水混凝土或透水地磚等為地表覆蓋物，綠地入滲主要以綠地作為主要的地表覆蓋物，同樣的結合入滲墊層、透水底板等形成入滲系統。

　　因此在今后的建筑設計中需要更多的考慮是如何改善原有設計思路中的廣場景觀等設計，研發入滲及蒸發性能優越的地表覆蓋材質;分析、量化水分在雨水入滲系統中分配的影響;制定地表覆蓋物的量化指標;完善雨水入滲系統的設計模型。

　　而在建筑單體設計中可考慮的是對于屋頂排水形式的深入改善。摒棄傳統屋面的迅速收集、盡快排放的主導思想，而更多的考慮屋面雨水的收集、初級過濾、屋面降溫、綠化灌溉等。

　　3.2“滯”

　　主要作用是延緩短時間內形成的雨水徑流量。通過微地形調節，讓雨水慢慢地匯集到一個地方，用空間換時間。城市內的降雨，是按分鐘計、按小時計的，這跟大河大海不一樣。城市內短歷時強降雨，對地下墊層產生沖擊，形成快速徑流，積水起來就容易導致內澇。因此，“滯”非常重要，可以延緩徑流峰現時間。

　　在建筑設計中主要方法包括在道路兩側建設下凹式綠地、植草溝等，以及可以在小區的綠化中心更多的設置下沉式綠地廣場。這些措施可匯集周圍硬化地表產生的降雨徑流，利用植被、土壤、微生物的作用，截留和凈化小流量雨水徑流。不僅可以起到削減徑流量、減輕城市洪澇災害的作用，而且下滲的雨水可以增加土壤水分含量以減少綠地澆灌用水量，并補充地下水含量的作用。

　　3.3“蓄”

　　在海綿城市理念之前，雨水調蓄已經存在，主要調蓄需要回用的雨水。“蓄”主要包括保護、恢復和改造城市建成區內河湖水域、濕地并加以利用，因地制宜建設雨水收集調蓄設施等，主要目的是降低徑流峰值流量，為雨水利用創造條件。雨水調蓄始于地面雨水收集系統的末端，止于雨水排放系統及雨水回用系統的起端。除了水體調蓄，水池調蓄，還包含管道調蓄等。

　　結合水景的水體調蓄是雨水調蓄系統的最好方式，既可以調蓄雨水，又可以兼顧景觀;水池調蓄是雨水調蓄系統的最重要形式，大部分會選擇這種形式，水池有混凝土水池和模塊化拼裝水池;管道調蓄主要是用在既有建筑的改造中，有可能遇到地塊空間狹小的情況，此時可以考慮利用部分或全部雨水收集管路系統作為雨水調蓄系統。

　　3.4“凈”

　　通過土壤的滲透，通過植被、綠地系統、水體等，都能對水質產生凈化作用。“凈”工程主要包括建設污水處理設施及管網、綜合整治河道、建設沿岸生態緩坡及開展海灣清淤，主要目的是減少面源污染，改善城市水環境。

　　在建筑設計中需要思考的問題是單棟建筑或是整個小區規劃，是否可以引進或研發更先進的雨水凈化設備，將自主收集、調蓄的雨水進行自我凈化，可以最直接的回用給本棟以及周邊用地，研發安全有效的消毒方式得到的凈化雨水來達到使用標準。

　　3.5“用”

　　雨水回用系統應綜合考慮水量與水質的條件，以最簡單、經濟的方式將雨水回用。回用系統可能包含：取水泵井、回用管路、處理設施、回用水池、供水水泵等，回用的雨水主要用于一些用水質量要求并不太高的地方，比如說，馬桶沖水、路面沖洗、綠化灌溉屋面冷卻等。而引進或者研發的凈化設備，對建筑本身產生的一些影響，機房、水池、設備，以及預留管道，屋面冷卻系統的設計等等都是需要思考的問題。

　　3.6“排”

　　當降雨多了，滲透也滲透不了，用也用不了那么多，所以才導致的內澇。這就必須要采取人工措施，把它排掉。通過人工和自然的結合、生態措施和工程措施的結合、地上和地下的結合，用來解決城市內澇問題。主要目的是使城市豎向與人工機械設施相結合、排水防澇設施與天然水系河道相結合以及地面排水與地下雨水管渠相結合。

　　在海綿城市理念下，雨水排放系統的設計理念并沒有太多的變化，但是負荷比傳統的設計系統降低很多。傳統的雨水都是盡快盡多的排走，而海綿城市需考慮的是滲滯蓄后的多余雨水，經過雨水排放井后，進入排放管路最終排入市政雨水管道或附近自然水體。而在建筑單體當中可能還需考慮的是，水質水量的檢測，避免雨水在系統中長期的存放產生水質惡化現象，并預防雨季到來之時，雨水調蓄系統已經充滿的情況下，制定合適的排放策略，為下一次降雨預留出足夠的調蓄容積。

　　4結語

　　新的設計理念必將產生新的系統形式，同時會促進新的設備與設施的產生，在海綿城市的理念下，應該以開放的態度來接受新系統的演變與進化。對于屋面雨水收集系統，可以引入新的設計理念，如：雨水初期過濾措施、屋頂花園、屋面降溫系統等;海綿式雨水系統的關鍵部分是雨水入滲系統，該系統也是傳統雨水系統所沒有的，也是傳統雨水系統各種癥狀的焦點。雨水入滲系統的成功設置，是海綿城市成功重構雨水循環系統的先決條件。

　　建設“海綿城市”的根本目的是要轉變傳統的城市發展觀念和城市規劃、建設、管理理念。“海綿城市”理念、管理方式的全方位植入，是對傳統城市建設模式、排水方式進行深刻反思的集中體現。建筑設計中將繼續在海綿城市規劃建設管理制度、技術標準和法規的制定等方面積累經驗。