探討住宅小區(qū)的海綿城市設計
——以上海市某項目為例

（中國建筑科學研究院有限公司上海分公司，上海 200023）

我國于2012年4月，在《2012低碳城市與區(qū)域發(fā)展科技論壇》中“海綿城市”概念被首次提出；2015年4月和2016年4月，國家三部委確定海綿城市建設首批試點16個城市及第二批海綿城市建設試點14個城市。2017年3月，《2017年政府工作報告》中鼓勵推進海綿城市建設，使城市既有“面子”、更有“里子”。

雖然我國在2014年10月正式發(fā)布了《海綿城市建設技術指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建（試行）》。標準中建議：按照因地制宜和經濟高效的原則選擇低影響開發(fā)技術及其組合系統(tǒng)，根據(jù)城市總規(guī)、專項規(guī)劃及詳規(guī)明確的控制目標，結合匯水區(qū)特征和設施的主要功能、經濟性、適用性、景觀效果等因素選擇效益最優(yōu)的單項設施及其組合系統(tǒng)。但卻沒有因地制宜地給出LID組合系統(tǒng)設計建議。

2019年8月1日，《海綿城市建設評價標準》（GB/T 51345—2018）與《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378—2019）將同時啟用。標準要求從規(guī)劃、設計、建設、運營及管理全過程對海綿城市設計進行把控。本文以上海市某典型住宅小區(qū)項目為例，探討海綿城市的設計運用，以點及面、從“小區(qū)”到“城市”，推動海綿城市的設計發(fā)展[1]。

1 國內外海綿城市發(fā)展概況

在全球范圍內，德國是最早對城市雨水采用政府管制制度的國家，現(xiàn)已形成標準化的雨洪利用技術。德國的聯(lián)邦水法、建設法規(guī)和地區(qū)法規(guī)以法律條文或規(guī)定的形式，對自然環(huán)境的保護和水的可持續(xù)利用提出明晰的要求。制定了各自的雨水費用征收標準用于雨水項目的投資補貼，并且由水務局統(tǒng)一管理與水務有關的全部事項，包括雨水、地表水、地下水、供水和污水處理等水循環(huán)的各個環(huán)節(jié)。同時積極推廣屋面雨水集蓄、雨水截污滲透、生態(tài)小區(qū)雨水利用這三種最典型的雨水利用方式。

日本是一個典型的水資源較缺乏的國家，政府十分重視對雨水的收集和利用，早在1980年日本建設省就開始推行雨水貯留滲透計劃，近年來隨著雨水滲透設施的推廣和應用，相關領域內的雨水資源化利用的法律、技術和管理體系被逐漸完善。自20世紀90年代開始，海綿設計借助多功能調蓄設施的廣泛應用，達到了一個飛躍。

澳大利亞提倡水敏感城市設計（WSUD），這是一種雨水源頭控制的設計理念，實質是將雨水在源頭上進行收集、控制，并減少暴雨徑流，同時也減少了水資源的浪費，是一種新型的海綿理念節(jié)水技術。WSUD的設計原則，是在城市開發(fā)過程中保護自然系統(tǒng)和水質，將雨水處理與景觀設計相結合，從而降低雨水徑流量和峰值流量。

我國海綿城市建設試點城市已經率先進行了海綿城市建設的探索。在北上廣等地均建設了海綿城市示范區(qū)。但目前海綿城市技術還沒有得到大規(guī)模的應用和拓展，僅是通過零散的綠化、鋪裝等手段來實現(xiàn)，還需要針對不同LID技術措施進行進一步研究，才能有利于海綿城市建設的更好發(fā)展[2]。

2 上海某住宅小區(qū)項目概況

項目位于上海市，以住宅用地為主，并設有配套商業(yè)。總用地面積122 230.20 m2，建筑密度27.02%，住宅及商業(yè)分別綠地率為35%和20%，總綠地面積39 382.56 m2。

項目以年徑流總量控制率70%（對應設計降雨量18.7 mm）、年徑流污染控制率（TSS）50%為設計目標，力求解決項目內澇積水問題，同時結合解決居民關心問題從而提升環(huán)境品質、提高海綿城市建設的公眾參與度，并且遵循生態(tài)優(yōu)先等原則，將自然途徑與人工措施相結合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度地實現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的自然存積、自然滲透及自然凈化，促進雨水資源的利用和生態(tài)環(huán)境的保護。

3 上海某住宅小區(qū)項目海綿設計

3.1 項目豎向分析

對小區(qū)內豎向標高情況進行分析[3]，得到以下數(shù)據(jù)：

（1）項目整體高差變化不大，最高點為5.30 m，最低點為4.95 m。

（2）住宅區(qū)域中部部分高于靠近道路部分，配套商業(yè)周邊場地標高相對較高。

（3）小區(qū)地勢比外部道路高、無道路地表徑流流向小區(qū)內。

（4）場地客水分析：小區(qū)各出入口處內部標高高于外部，無場地外客水進入。

（5）排水管網分析：小區(qū)為雨污分流制。雨水及污水管均順小區(qū)道路鋪設；其中雨水排水在地塊南側和東側各設1個排放口，污水管在地塊東側設1個排放口，南側設2個排放口。

3.2 項目下墊面分析

下墊面是降雨受水面的總稱，包括屋面、地面、水面等，根據(jù)統(tǒng)計，項目各下墊面面積計算如下。

3.2.1 綠化地面

綠地面積39 382.56 m2，綠地在小區(qū)內分散排布；建筑物周邊綠地主要為花壇形式，設計推薦采用斷接引流措施疏導雨水進入綠地。綠地可低于周邊道路設置，形成帶狀下凹式綠地將硬質道路雨水徑流進行消解。集中布置的綠地可設置為雨水花園，通過植草溝將雨水徑流引入。

3.2.2 硬質地面

硬質地面面積49 821.14 m2，包括車行道路、人行步道、地面停車位。人行步道可采用砌石鋪裝，地面停車位推薦采用植草磚設計。

3.2.3 建筑屋面

小區(qū)屋面均為普通平頂屋面，面積30 926.25 m2；建筑雨水排水主要采用外排水方式，且建筑周邊設有花壇，設計通過斷接方式將雨水接入花壇。

3.3 海綿技術措施與設計工藝

建筑與小區(qū)是城市雨水排水系統(tǒng)的起端，是海綿城市建設的主要內容。項目海綿城市技術設施與組合工藝系統(tǒng)的選擇優(yōu)化需要考慮各方面的實際情況與需求，綜合選取最佳方案。海綿城市技術策略如圖1所示。

圖1 海綿城市技術策略

3.3.1 建筑屋面雨水

在屋面雨水海綿化設計實施中，運用了高位雨水花壇的技術設施，通過雨落管斷接方式將雨水接入。

（1）工藝路線：屋面雨水通過雨落管斷接至高位雨水花壇內；雨水經花壇礫石層及土壤層后進入儲水空腔；儲水空腔雨水受無動力緩釋器控制，儲存雨水在24～48 h內延時勻速排出。

（2）海綿作用機理：花壇內礫石層及土壤層具有較好的凈化作用，同時緩沖屋面雨水的勢能沖擊。

無動力緩釋器能夠增加雨水在儲水腔內的停留時間，一方面強化沉淀功能，保證了雨水排出前的沉淀凈化時間；同時延長了雨水與植物根系及其附著的微生物接觸時間，提高雨水中污染物的去除效果。

利用高位雨水花壇的土壤與生物作用、儲水空間和無動力緩釋器的儲存延時凈化作用，實現(xiàn)設施“凈”“蓄”“滯”“排”等海綿功能。

3.3.2 小區(qū)路面雨水

在小區(qū)道路路面雨水的海綿化設計實施中，選擇了以下凹式綠地、植草溝、雨水花園為主的技術設施和工藝系統(tǒng)組合方式。

（1）工藝路線：小區(qū)道路路面雨水通過徑流方式進入下凹式綠地當中；下凹式綠地控制消納設計目標內的雨水，超標雨水溢流出水接入雨水井；超量雨水通過植草溝進入雨水花園進行調蓄。

（2）海綿作用機理：利用下凹式綠地初步攔截路面雨水中大體積雜物；利用植草溝對雨水中SS進行攔截；利用雨水花園的植物、微生物、土壤層、過濾介質層等的綜合作用，消減雨水排出總量和凈化雨水水質。

3.3.3 停車場及砌石鋪裝雨水

在停車場及砌石鋪裝的海綿化設計中，選擇了植草磚、砌石鋪裝等加強滲透的技術設施。

（1）工藝路線：停車場表面雨水通過植草磚，滲入地下；人行步道采用砌石鋪裝，滲入地下。

（2）海綿作用機理：利用植草磚及砌石透水鋪裝降低雨水表面徑流量，去除雨水中的大顆粒污染物。

3.3.4 小區(qū)綜合雨水末端處置

在小區(qū)綜合雨水末端的海綿化設計實施中，選擇地下儲水設施和調蓄凈化延時緩釋裝置兩種技術的組合方式。

（1）工藝路線[4]：對徑流量超標分區(qū)設置地下蓄水設施；設施出水通過延時緩釋設施緩釋滲入地下，補涵養(yǎng)周邊綠化植物。

（2）海綿作用機理：利用地下儲水設施的調蓄容積為雨水提供了儲存停留時間，結合無動力緩釋器延長了雨水在蓄沉溝內的停留時間，加強了沉淀凈化功能，提高污染物質的去除效率。

利用地下儲水設施、無動力緩釋器的綜合作用，實現(xiàn)設施“蓄”“凈”的海綿功能。

結合地下儲水設施設置雨水利用系統(tǒng)，可用于場地綠化灌溉、地面沖洗等用途。

3.4 項目匯水分區(qū)設計

3.4.1 匯水分區(qū)劃分

以地塊區(qū)域內原有雨水管網分布作為前提，區(qū)域內道路作為分區(qū)主體輪廓，根據(jù)下墊面組成、排水特性，結合豎向標高等因素，將整個小區(qū)劃分為3個匯水分區(qū)。匯水分區(qū)的控制率內雨水徑流基本可以在每個分區(qū)內自行消納。

3.4.2 匯水分區(qū)徑流量計算

排水分區(qū)一：占地面積35 373.70 m2、綜合徑流系數(shù)0.61、計算徑流量403.51 m3；排水分區(qū)二：占地面積53 209.55 m2、綜合徑流系數(shù)0.45、計算徑流量447.76 m3；排水分區(qū)三：占地面積33 647.05 m2、綜合徑流系數(shù)0.81、計算徑流量509.65 m3。經計算：項目整體綜合徑流系數(shù)0.60、計算徑流量1 360.92 m3。

3.5 項目匯水分區(qū)設計

排水分區(qū)一：雨水花園428 m2、下凹式綠地988 m2、高位花壇209 m2、植草溝53 m2；排水分區(qū)二：雨水花園518 m2、下凹式綠地1 090 m2、高位花壇302 m2、植草溝53 m2；排水分區(qū)三：雨水花園183 m2、下凹式綠地936 m2、高位花壇22 m2、植草溝51 m2、地下儲水設施250 m3。經計算：項目整體雨水花園1 129 m2、下凹式綠地3 014 m2、高位花壇533 m2、植草溝157 m2、地下儲水設施250 m3。

LID設施平面布置圖如圖2所示。

圖2 LID設施平面布置圖

3.6 徑流量控制率計算

LID設施調蓄容積匯總表如表1所示。

表1 LID設施調蓄容積匯總表

經計算：地塊整體的LID設施調蓄容積為1 489.64 m3。

徑流量計算匯總表如表2所示。

表2 徑流量計算匯總表

經計算，地塊整體徑流控制總量為1 360.92 m3。

3.7 污染控制率TSS計算

根據(jù)《海綿城市建設指南》表4-1低影響開發(fā)設施比選表可知，LID設施污染物去除率（以SS計）：雨水花園、下凹式綠地70%；高位花壇、調蓄凈化設施80%、傳輸型植草溝30%。各分區(qū)徑流污染控制率計算匯總表如表3所示。

表3 各分區(qū)徑流污染控制率計算匯總表

經計算：地塊整體污染物去除率為80.98%。通過海綿設施設計，地塊區(qū)域年雨水徑流污染消減率（以SS計）為80.98%×70%=56.69%＞50%，滿足海綿城市建設對年徑流污染去除率的要求。

3.8 擬設計LID設施構造

3.8.1 雨水花園

雨水花園是一種在地勢較低的區(qū)域，通過植物、土壤和微生物系統(tǒng)蓄滲、凈化徑流雨水的設施。雨水花園形式多樣、使用區(qū)域廣、易與景觀結合，徑流控制效果好，建設費用與維護費用較低；但地下水位和巖石層較高、土壤滲透性能差、地形較陡的地區(qū)，應采取必要的換土、防滲、設置階梯等措施避免次生災害的發(fā)生，增加建設費用。

3.8.2 高位花壇

花壇內礫石層及土壤層具有較好的凈化作用，同時緩沖屋面雨水的勢能沖擊；無動力緩釋器能夠增加雨水在儲水腔內的停留時間，一方面強化沉淀功能，保證了雨水排出前的沉淀凈化時間；同時延長了雨水與植物根系及其附著的微生物接觸時間，提高雨水中污染物的去除效果；利用高位雨水花壇的土壤與生物作用、儲水空間和無動力緩釋器的儲存延時凈化作用，實現(xiàn)設施“凈”“蓄”“滯”“排”等海綿功能。

3.8.3 地下儲水設施

地下儲水設施由聚丙烯回用材料制作而成，主要應用于雨水的存儲和回用系統(tǒng)中。項目中地下儲水設施與延時緩釋器聯(lián)合應用，提供調蓄空間的同時，提高了雨水凈化效果，并為周邊植物涵養(yǎng)提供了水源。

3.9 LID設施工程概算

LID設施工程概算表如表4所示。

表4 LID設施工程概算表

4 結語

我國第三版綠色建筑評價標準即將出臺，新標準中就現(xiàn)行綠建國標新增了“8環(huán)境宜居”章節(jié)“8.1.3場地的豎向設計應有利于雨水的收集或排放，應有效組織雨水的下滲、滯蓄或再利用。對大于10 hm2的場地應進行雨水控制利用專項設計，對場地雨水實施外排總量進行控制。”本條文作為評價的控制項，是綠色建筑項目設計的強制要求。而綠色建筑正逐漸成為我國各省市新建項目建設的必備條件。

本文通過對上海市某住宅小區(qū)的海綿城市設計分析，以此探究適用于10 萬m2左右用地面積的居建項目應如何選擇適宜的LID措施組合，同時幫助項目更好地達到綠色建筑標準的相關要求，開啟“綠色+海綿”的設計新篇章。