新時期“海綿城市”設計的技術途徑與主要問題
——以大都市武漢為例

◎ 文劍鋼 劉華明

一、武漢海綿城市建設的背景

中國作為2017年世界創新指數排名第17位的發展中國家，新型城鎮化建設成效讓世界矚目。為修復環境生態，建設低碳、環保、生態城市所做的承諾與擔當，正在逐步推進兌現。然而在早期高速城市化中，因時代、觀念局限與科技手段落后而導致的許多城鎮基礎建設問題依然存在并阻礙著城鎮健康發展，尤其是面臨暴雨、內澇突發之際，城市因雨水無法及時排出而危機頻現，威脅著人民生命和財產的安全[1]。例如武漢市歷史上多次雨洪泛濫，抗洪救災成為汛期武漢人民的生活常態。作為我國首批入選的“海綿”試點城市，武漢開始借助海綿功效，積極打造屬于自己的雨洪生態管理體系。

武漢是我國中部地區的重要城市，有較強的經濟趕超實力和發展潛力。2016年7月，受厄爾尼諾影響，武漢市再次出現嚴重內澇，災情輻射廣泛，這進一步強化了社會各界建設生態大武漢的決心。同年12月，國家發改委在《促進中部地區崛起十三五規劃》中指出“支持武漢建設國家中心城市”；2017年10月，習近平總書記在《中國共產黨第十九次全國代表大會報告》的14條基本策略的第9項中明確提出要加快生態文明體制改革，建設美麗中國。利用海綿城市建設，構建城市生態廊道和生物多樣性保護網絡，提升生態系統質量和穩定性，解決城市問題，突破發展局限刻不容緩[2]。

二、國內外海綿城市研究與實踐

（一）國內外海綿城市設計研究概述

“海綿城市”理念和技術20多年前已經被西方國家提出并推廣運用，現在雖然看起來概念不新、方法不奇，但是參照對應解決我國某些城市熱島、內澇以及環境、生態、低碳問題卻另具深意，因為“海綿”方法可以將城市變成“逢雨而吸收、遇水而儲存、受擠而供用”的海綿一樣，通過“滲、滯、蓄、緩、凈、用、排”化害為利、減災受益。

當前許多國家建立了具有本國特色的雨水管理體系。例如，美國的“最佳管理措施”（BMPs）和“低影響開發”（LID），英國的“可持續城市排水系統”（SUDS）體系，澳大利亞的“水敏感性城市設計”（WSUD）體系，日本的“第二代城市排水總體規劃”，德國的“雨水利用設施標準”（DIN）。由于LID技術有施工難度低、對現狀破壞小的特點，因此被國內主流設計采用（表1）。

2003年，我國學者俞孔堅教授最早提出“海綿城市”理念，深圳市最先引進了LID概念。2013年12月，中央城鎮化會議提出要建設自蓄、自滲、自凈的“海綿城市”，明確了相關概念和方向。2016年12月，《國務院關于印發“十三五”生態環境保護規劃的通知》發布，明確要求推進海綿城市建設，保護和修復城市生態。2017年10月，黨的十九大報告基于低影響開發與綠色基礎設施理論，明確指出要加大生態系統保護力度。我國海綿城市建設理論與實施從盲目借鑒轉向本土化，城市設計中對于雨洪的處理變得更加理性，方法逐步完善。

表1 各國雨洪管理特點比較

（二）國內海綿城市建設現狀

深圳市光明區率先在城市建設中采取相關的技術，并且在雨水綜合利用方面已初具成效，對全國各地的海綿城市建設有一定示范效用。各地根據自身的情況采取了相應的措施和方法（表2）。

盡管我國在低影響開發的理念下對城市推行“海綿”化取得了一定成就，但是究其目標方法，依然顯得單一偏頗。從推廣應用看，尚存認識不足，顯得“口號強，落地弱”。海綿建設工程措施帶來小范圍的短時效益，并未觸及問題本質。例如，對雨污的處理利用方法，普遍做法是重污水凈化，輕污染源根治；對防洪則重在堤岸防護，忽略了河道之外的城市基礎設施完善與市政管網系統改造。導致對海綿城市設計產生“理念高、成效低，呼聲大、動作小”的錯誤看法。其實換一種思維，聚焦問題本質，就能夠以海綿低成本解決雨洪大問題。

（三）武漢市現狀研究與實踐

1.武漢市水文及地形特征

江河湖塘水系網絡密布的特點。武漢市水資源豐富，水域面積占全市土地面積的1/4（圖1）。長江、漢水穿越市區，將城切分為漢口、漢陽、武昌三鎮，因之“濱江造城、依水而建”的江城武漢，既得益于水，又受制于水。每年4～8月，伴隨著降雨量加大、汛期逼近，武漢地下管網等基礎設施將迎來抗災排澇新考驗。

圖1 武漢市水系分布圖

表2 我國各地建設海綿城市的措施和方法

武漢地勢呈東南高、西北低的特點。武漢城區南部分布有東西走向的條帶狀丘陵和密集的枝狀沖溝，具有山水交融的復雜地形。陸地最高海拔150米左右，最低約18米，主要呈現剝蝕丘陵區、剝蝕堆積壟崗區、堆積平原區等三種地貌形態類型。

2.武漢市城市內澇的主要因素

江河水系和低洼地勢給武漢帶來了豐水喜悅與水患困擾，因此武漢海綿城市建設，主要集中在解決城市內澇問題上，而城市內澇往往因素眾多，主要原因匯集如下：（1）地表硬化。便于人車通行而大量鋪設混凝土道路。廣場、街巷、小區建筑、室外地面的硬質鋪裝阻礙雨水的自然下滲，加快了地表徑流，導致路面積水，地下管網泄洪瞬時超載，引起內澇。（2）排水系統落后。武漢傳統的排水系統是一套單一的處理方法。通常雨水降落到地面后會經過排水溝匯流進入下水管道、雨水箱涵、泵站到達污水處理廠，經過處理后方能排放。這種方法效率低，遇暴雨無效。（3）大面積湖泊消失。“填湖建城”使得城市天然的水洪調節能力受到破壞。武漢曾經被譽為“百湖之城”，擁有大小湖泊127個，如今僅剩38個，城市自主雨洪調蓄能力下降嚴重。一旦降雨量超過100毫米，武漢的積水面積就會在10km2以上[3]。（4）城區地勢低下。武漢每年4～8月降雨量較大，此時正值汛期。 據統計，武漢市年均最高洪水位為25.5米，而武漢市內60%的區域地面高度低于25.5米，導致雨水無處可排。

表3 LID技術的應對手段

三、利用LID技術解決武漢當前問題

相比傳統雨水設施，LID更加經濟、環保，施工簡單、投資少，兼具景觀效果，對降雨徑流的水質處理水量控制更加高效。針對武漢市現存問題分別從源頭、中途和末端選出較有代表性的技術類型和可行性分析如下（表3）。

（一）源頭上

1.透水鋪裝

武漢市內澇往往始于無法順暢排水，硬質鋪地是誘因之一。透水鋪裝在方便人車通過的同時還可快速排除積水，并對吸收城市噪聲，降低城市溫度和削路面減徑流有明顯效果。常用的透水鋪裝有三類，分別是透水性瀝青鋪裝、透水性地磚及透水性混凝土鋪裝等。

透水性瀝青鋪裝具有防滑、耐久、吸聲、抗壓、排水效率高的優點；透水性地磚美觀、施工簡單，鋪裝孔隙率可達25%，當然這也造成其承重能力較低、整體性較差，因此只能用于荷載較低的路面；而透水混凝土鋪裝外觀樸素，整體性優良，剛性承載力較好，但是抗折能力較差，需要做承載能力的設計和限定。對武漢市停車場、廣場等地面合理利用鋪裝特性，可利于提高地面滲、吸、滯、排等功能。

2.雨水花園

通過天然或人工下凹地形收集雨水，利用地表綠植和沙土使之得到凈化。降雨初期利用地面的滲透作用進行滯、排水，當降雨量超過地面滲透速度時，積水匯集通過溢流口排入下水管。雨水花園“海綿”主體由蓄水層、樹皮覆蓋層、換土層、透水土工布或砂層、穿孔排水板和礫石層等6個部分組成，水處理分為兩類：雨水滲透型和雨水收集型。前者以控制徑流量為主，后者則更注重于對雨水的凈化收集。

“海綿”體建設需要注意武漢水系眾多、地下水位較高的地理特點，選址盡量避開地下水較高的區域和低洼地帶，下層選擇通透性較好的土壤，避免長期積水帶來其問題。

3.屋頂綠化

屋頂綠化是在建筑物、構筑物或大型人工假山山體上進行種植樹木花卉的統稱。屋頂綠化能通過構筑物頂部設置綠植削減雨水徑流量，并利用綠植對雨水進行初期凈化。

2008年在漢口暨濟電力商城頂部建成了武漢最大的屋頂綠化，效果明顯。 同年為鼓勵建設樓頂綠化，武漢曾提出對試點單位給予20%的補貼。在2015年1月23日，武漢市對2005年出臺的《武漢市建設工程項目配套綠地面積審核管理辦法》進行了修訂。 因此，相對于技術上的問題，建設屋頂綠化更多需要政府支持、開發商和公眾的多方參與協作。

（二）中途上

1.植草溝

植草溝的本質是排水溝，只是比傳統排水溝多了一層植被覆蓋。這種設計使其可以凈化雨水并能避免堵塞。植草溝只對雨水起滯留、收集、引導作用，儲藏能力較弱，因此要注意植草溝與城市雨水管道的連接。

植草溝非常適合武漢市道路綠帶這類狹長的空間。應對武漢的暴雨天氣有很好的效果。其造價低，施工簡單，維護成本也不高，但是需要一定的坡度對雨水進行引導，不適合坡度較大區域的雨洪問題。

2.下凹式綠地

下凹式綠地比周圍的路面低100～200 mm且不超過200mm，綠地內置本地綠植，并設低于路面且高出綠地50～100mm的雨水口。主要利用植物和土壤的吸附作用，對雨水進行截流和凈化，并將流入到這個區域的雨水排向土壤中，當雨水超過了該區土壤的下滲速度時，便會溢入高出綠地的雨水口中，進入下水管網。武漢市大部分綠化設施采取的是花壇式綠化模式，將綠植和道路完全分割開。如將路邊的花壇改設為下凹式綠地，當雨水來臨時，道路邊的雨水會經由道路的坡度引導到道路兩邊的下凹式綠地中，再經由綠地中的溢流口排到下水道中，將綠地與城市管網相連，使綠化帶擁有完整的排蓄體系。

圖2 武漢海綿城市重點建設區域分布

（三）末端上

1.生態濕地結合淺層調蓄

利用水系密布、濕地眾多的資源，結合淺層調蓄十分契合武漢的地理特征。建設時須在生態濕地的周圍設置淺層調蓄模塊，并在岸邊設置管道口、導流盲管。當暴雨來臨，雨水將匯集流入調蓄裝置以及生態濕地中。濕地中的水位到達管道口時便會進入調蓄裝置之中，從而增加整塊區域對雨水的吸收能力。當枯水期來臨，生態濕地的水位下降，周邊調蓄池的水便會從導流盲管（毛細管）中流出，補充濕地的水分。

生態濕地本身是一塊巨大的“海綿”，有濕潤空氣、凈化雨水的功能，濕地中眾多生物形成閉環的生態環境，可化害為利。據實驗，一公頃的濕地在生長季節可以“消耗”掉七千多噸水分。武漢作為百湖之市，濕地資源居世界內陸城市前列，有巨大的發展潛力。

2.軟基礎雨水箱

軟基礎雨水箱本質上是雨水收集裝置。它的建造材料并非傳統的鋼筋混凝土，而是塑料箱做骨架，軟性防水基質做外表面的一種新型池體，這種水箱不受場地約束，可以隨場地改變形狀，最大限度地收集雨水。由于施工簡單，造價低廉，可用于武漢市區中的雨水收集。

（四）武漢海綿城市建設現狀與未來規劃

武漢市政府在2015年至2017年投資了162.9億元進行海綿城市建設工程。主要用于在都市圈內進行黑臭水治理、內澇防治、湖泊生態修復以及海綿城市示范區建設（圖2）。

目前武漢采用LID的建設區域主要在青山區與四新區一舊一新兩塊。已實施青山、四新示范區海綿化改造項目共計234項，其中已完工38項，完工面積12.62km2；在建項目196項，共計投資50.26億元，占項目總投資的37.62%。整體上，青山區的建設步伐較快，區內多采取地表上的低影響措施，通過海綿體建設，對降落到地面的雨水進行徑流削減，凈化收集[4]。

武漢海綿城市近期規劃至2020年，將重點建設35個建設區，覆蓋區域約203.51km2，中心城區與新城區覆蓋區域分別為177.11km2和32.4km2，興建通道34條，計劃對11個湖泊進行生態修復。新改擴建污水處理廠9座，擴建出江泵站18座[5]。結合生態框架和規劃布局發揮生態綠地的滲、滯、蓄、凈作用，改善城市的自然雨洪調節能力，并計劃實現綠地覆蓋率達45%的標準（圖3）[6]。遠期至2030年，內澇防治以常規灰色設施為基礎，結合舊城改造和交通系統大建設機遇，加強地下主干管的排水能力，地下支管隨地上建筑與道路同步建設，在必要地區，開挖非常規深邃與徑流蓄水設施。以收集和處理建設為切入口治理污水，明確分流區和混流區規劃建設[7]。

圖3 2016—2020年武漢市綠地系統規劃

四、武漢海綿城市建設中的問題解析

（一）城市設計與規劃理念落后

過去武漢市城市規劃設計受經濟、技術、速度、效益指標制約，注重的是“規模開發、路面硬化”，忽略對流域上游生態、自然環境的控制保護與城市內的生態和諧問題。大面積湖泊減少和消失削弱了對市區雨洪自然調蓄能力。在新型海綿城市規劃設計建設初期，規劃設計過多關注海綿體建設的空間與技術問題，忽略了對生態環境源頭的治理與市政給排水管徑、網絡綜合改革，常常以城市道路級別作為雨水管道的布局參考，導致海綿建設手法單一，實際工程與排水規劃目標脫節。此外，慣性的總體規劃觀念，忽視了專項規劃與控規的重要作用。

（二）資金困境

國家對武漢海綿城市的專項獎補資金為3年15億元。然而，這些補助資金相比動輒百億元的治理雨洪工程的專項資金只是杯水車薪。2014年12月，財政部發布《關于開展中央財政支持海綿城市建設試點工作的通知》，第一條就明確提出PPP模式（即政府與企業共同開發并經營的融資模式），對采取 PPP模式達到一定比例的城市，將獎勵補助資金的10%[8]。2016年4月，在財政部和住建部共同發布的《城市管網專項資金績效考核辦法》中，明確規定了 PPP模式的比例所對應的得分，體現了國家對 PPP模式的重視。現在PPP模式建設海綿城市已經在我國各地開展，但是尚存許多問題：PPP模式運行的法律規范保障與運營機制還有待完善；項目的策劃、職責擔當、收益分配，考核指標、運營問題等界定還不夠清晰。且目前主流PPP的項目大多存在融資手段單一、風險較大、投資高、企業簽約率低的問題，難以市場化運作。

（三）基礎設施建設與管理問題

據湖北省氣象局數據顯示，2016年6月1日至7月6日，武漢市降雨量達到932.6mm。其中，6月30日20時至7月6日10時，累積降雨560.5mm，為武漢有記錄以來的周最大降雨量。此時正值武漢汛期，長江水位高于武漢市城區內的大部分地面高度，導致城內大部分積水無處可排，造成了嚴重的內澇。可以看出，2016年的強降雨屬于災害天氣，武漢起步階段的海綿建設是無法應對這么高強度的短時降雨的。因此，武漢需要建設可應對這類災害天氣的彈性雨洪設施。

在建設海綿城市過程中，“部門分管、各自為政”的政府管理體制和機制，導致了水系難以統籌管理，在面對雨洪突發時，缺乏快速的反應和系統應對。武漢近年工程項目眾多，建設單位為了趕工期，施工粗糙，無法達到預期效果，甚至導致排水管網被破壞、堵塞[9]。這從側面反映了海綿城市建設中的管理缺失。

五、“PPP＋”提升武漢海綿城市建設質量的基本策略

PPP模式（Public-Private-Partnership）作為部門（政府）、企業（私人）與需求（主體）合作，為社會提供優質公共產品和服務的商業模式。參與項目開發建設、投資、運行管理工作，按政府要求提供相應的服務并收取一定的報酬。在海綿城市建設中政府的參與雖然重要，但是面對如此大規模的城市設計工程，單靠政府力量短時間難以完成，因此企業與公眾的協同參與至關重要。

（一）“PPP＋”智慧城市

海綿城市建設規劃設計是一項整體系統工程，運用智慧城市大數據、遙感監測、分析、整合城市運行核心系統的各項關鍵信息將給予設計師與決策者可靠的數據支持。

據統計，PPP模式可以幫助政府節省5%～20%的費用，并對項目質量有顯著的提升效果。因此，智慧城市與PPP模式結合將更有效提高項目服務質量和運營效率，降低建設成本。對于智慧城市的資金投入可借助PPP的模式，由政府主導引入企業資金，借助科技的力量和主體單位的動力機制對城市的節點進行數據分析，制訂對策方案，解決實際問題。

具體實施方法可分為傳感器布控、數據傳輸、數據收集、提供服務。就水資源的控制來說，企業與政府簽訂合同，成立水資源控制公司。將城市的管網改造并設置傳感器，利用傳感器獲得管網中的實時的流量，將數據匯總后進行分析并與水資源管理、電力供應、污染控制、交通運輸等部門進行信息共享提供精確數據，合作解決已出現或潛在的問題，為武漢市制定適宜的雨洪管理體系。企業將以項目運營獲得的收益，并利用掌握的大數據開發新的商業模式。在合同到期后，則由政府管理。此開發模式十分契合黨的十九大報告中的“企業為主體，政府主導，公眾參與”的環境治理體系。在有利的政策背景下，相信能產生令人滿意的效果。

（二）“PPP＋”產業投資基金

盡管PPP開發模式存在許多問題和挑戰，但是它優勢明顯，值得大力推進。對于其現存的問題，可以通過其他的手段進行規避。如將產業投資基金與PPP模式結合。發揮產業投資基金的融資優勢，為企業減少投資風險。“PPP+”產業投資基金根據發起方的不同可分為三種模式。（1）由政府主導，省政府（GP）聯合金融機構（LP）設立母基金，再由母基金、地方政府與金融機構成立項目基金，用于PPP的投資。其中金融機構為優先方，地方政府為劣后方。（2）由金融機構（GP，LP）主導并作為發起人，與地方政府（LP）成立專項資管計劃。專項資管計劃與承建公司（LP）共同成立PPP產業基金，承建公司即負責項目的建設與運營，同時還是劣后方。其中金融機構為優先方，地方政府為次優先方，承建公司為劣后方。（3）社會企業（GP，LP）作為主導和發起方，政府只作為合作方，提供經營權和特定的購買服務。社會企業與金融機構（LP）合作負責項目的融資，獨自負責項目的建設與運營。金融機構為優先方，地方政府為次優先方，承建公司為劣后方。

相比傳統的海綿城市PPP項目，加入產業投資基金的模式進行融資，保證了海綿城市建設順利開展，合理分配了風險與收益，且突破了傳統PPP模式下對參與企業的資本要求較高的障礙，使更多優質企業也能參與。通過基金平臺，利用政府的資信擔保和政策措施，引入大量的資本，發展可持續的融資模式建設海綿城市[10]。

（三）“PPP＋”城市開發建設

“海綿體”雖然可以“吸收”雨水，但是超負荷溢出雨水依然會注入管道并積蓄在洼地。武漢內澇，根本上是雨水無處可排的問題。面對武漢如此大規模的市政工程基礎設施瓶頸，需要的資金、時間與力量等受制約因素眾多。對此可以借鑒國際生態城市建設的先進理念，利用新時代“PPP＋”的模式配合城市更新與開發建設。充分發揮政府的政策調控，企業資金、管理和運營優勢，高效推動城市改造建設。例如，政企合作融資對武漢的公園、綠地、廣場進行蓄水能力的提升并達到一定的標準，從而企業獲得投資區域若干年限的運營權以獲得投資補償；另外，由政府主導，與多方（企業）簽訂合同，企業出資在建筑、道路交通的下方或內澇嚴重區域修建大型雨水收集和再利用蓄水設施，達到防洪、生態預期標準后可獲得周邊地區或其他地區若干年限的開發運營權。

參考文獻：

[1]仇保興.海綿城市(LID)的內涵、途徑與展望[J].建設科技,2015,(1):1-6.

[2]習近平.在中國共產黨第十九次全國代表大會上的報告[EB/OL].http://www.gov.cn/zhuanti/2017-10/27/content_5234876.htm,2017-10-27.

[3]季冬蘭,李婷,甄斌.武漢園林綠地中海綿城市建設的思考[J].華中建筑,2015(9):125-127.

[4]梁亞楠,周林,武艷芳.海綿城市建設過程中的問題與對策——武漢市案例研究[J].凈水技術,2016(6):119-127.

[5]毛田田.武漢近300個項目打造海綿城市樣板[N].中國環境報,2017-04-06.

[6]武漢市國土資源和規劃局.武漢市總體規劃(2010-2020年)[Z],2010.

[7]武漢市國土資源和規劃局.武漢市海綿城市專項規劃(2016-2030年)[Z],2016.

[8]財建[2014]838號.關于開展中央財政支持海綿城市建設試點工作的通知[Z],2014.

[9]林小如,曹韻.我國城市雨洪管理困境解析與行動應對[J].現代城市研究,2014(7):14-18.

[10]耿瀟,趙陽,車伍.對海綿城市建設PPP模式的思考[J].城市發展研究,2017,24(1):C1-5.