基于海綿城市理念下的中小學校園設計研究
——以廈門市某中學為例

張 朔

(福建省建筑科學研究院有限責任公司 福建省綠色建筑技術(shù)重點實驗室 福建福州 350108)

0 引言

海綿城市的建設，是指城市能夠在適應環(huán)境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，在確保城市防洪排澇安全的前提下，最大限度地實現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的積存、滲透和凈化[1]。為促進義務教育的均衡發(fā)展，國內(nèi)正在大力推進義務教育學校標準化建設，因此各地中小學的建設規(guī)模迅速擴大，但常常由于缺乏合理的規(guī)劃布局，沒有考慮場地雨水的自然流行路線，導致校園內(nèi)的硬化面積不斷增加，綠地、透水面積逐漸萎縮，既不利于實現(xiàn)校園內(nèi)雨水自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市建設目標，也不利于雨天時學校師生的出行安全[2]。

廈門市作為首批海綿城市建設試點城市之一，一直致力于推廣打造全市域的海綿城市，因此自開展試點工作以來，積累了一批中小學校園海綿城市的建設經(jīng)驗。雖然設計案例不斷增多，設計能力不斷提升，但缺乏對適合中小學校園的海綿城市設計做法進行總結(jié)?；诖?，本文擬以廈門市某中學為例，探討中小學校園設計落實海綿城市理念路徑。

1 中小學校園特點對海綿城市設計的影響

1.1 安全與美觀相協(xié)調(diào)

中小學校園在布局設計時一般遵循“以人為本、安全為重”原則。中小學生正處于人生精力旺盛階段，在校園中的活動范圍不會僅局限于教室內(nèi)，活動頻繁且不可控，因此在校園海綿城市設計時應充分考慮各區(qū)域的安全性問題。

從整體布局上看，海綿城市設計時應充分考慮各功能空間的人流密度，在人員密集活動的場所盡量避免設置高差過大的下凹式綠地、雨水花園等雨水滯留設施，保證在正常教學活動情況下師生能夠有序、安全地在校園內(nèi)活動。從細節(jié)處理上看，在學生頻繁活動的室內(nèi)外場所應避免出現(xiàn)凸起、尖刺的部位，防止學生在活動中磕碰受傷，例如對屋面雨水斷接時雨水立管不宜直接裸露在地面上。海綿設施內(nèi)的植物不宜采用會散發(fā)異味、具有毒性或植株帶刺的植物，如夾竹桃、海芋等[3]，如表1所示。

表1 中小學校園內(nèi)海綿設施不推薦采用植物

當然，在強調(diào)“安全為重”的同時，也不應忽視校園設計的美觀性要求。和諧宜人的校園環(huán)境能夠讓學生在放松自在的氛圍下學習活動，有利于增進知識的吸收，提升學習主動性，促進師生間的交流互動。因此，在進行校園內(nèi)海綿設施設計時，應充分考慮海綿設施的景觀功能，適當美化和修飾工程措施的外觀，通過合理的植物搭配、鋪裝拼接和藝術(shù)設計，營造舒適美觀的校園環(huán)境。

1.2 空間與功能相適應

隨著城市化腳步加快，城市土地資源日趨緊張，而社會對教學資源的需求卻逐漸增加，中小學校園不同于占地面積一般較大的高校，常面臨用地緊張的現(xiàn)狀，導致新建中小學的布局設計逐漸向集約化和多功能化發(fā)展，使得場地利用率最大化[4]。中小學校園內(nèi)一般包括教學區(qū)、教學輔助及辦公區(qū)、運動區(qū)、宿舍區(qū)、食堂餐飲區(qū)等功能分區(qū)，以連廊為紐帶串聯(lián)各區(qū)打造“無風雨學?！保沟酶鞣謪^(qū)相對獨立又相互聯(lián)系。

根據(jù)《中小學校設計規(guī)范》GB 50099-2011中規(guī)定，“各類小學的主要教學用房不應設在四層以上，各類中學的主要教學用房不應設在五層以上”[5]。一般中小學內(nèi)的教學用房、辦公用房、食堂等多為多層建筑，層高相對不高，適合在屋面設置部分屋頂綠化以減少屋面產(chǎn)生的徑流。同時，從屋面流至地面的雨水能量相對高層建筑較小，適合斷接至建筑周邊的海綿蓄滯設施內(nèi)，不易對設施內(nèi)的植物造成長期沖刷。

運動區(qū)一般包括室外運動場、籃球場、排球場等大面積硬質(zhì)區(qū)域，基于運動功能及耐久性要求，不適宜采用透水鋪裝，所以，運動區(qū)在降雨時往往產(chǎn)生大量徑流進入雨水管網(wǎng)，是校園海綿城市設計中應解決的重點。室外足球場可采用天然草坪代替人工草坪增強場地入滲，硬質(zhì)地面產(chǎn)生的徑流可通過線性排水溝等方式有組織地匯流至蓄水池等灰色設施內(nèi)，或利用場地高程轉(zhuǎn)輸至下凹式綠地等綠色設施內(nèi)，收集的雨水經(jīng)處理后可用來灌溉足球場地的天然草坪。

1.3 生態(tài)與教育相結(jié)合

在可持續(xù)發(fā)展的大背景下，建設生態(tài)校園已成為大趨勢和普遍性的要求。生態(tài)校園一般指運用生態(tài)學的基本原理和方法進行校園的規(guī)劃、設計、建設及運營管理，形成人與自然關系和諧、布局結(jié)構(gòu)合理、環(huán)境質(zhì)量優(yōu)良的集學習、工作、生活、休閑功能于一體的校園生態(tài)系統(tǒng)[6]。中小學校園內(nèi)的綠地率要求一般均較高，尤其新建學校綠地率在30%以上，非常適合利用天然綠地消納場地內(nèi)雨水，構(gòu)建自然生態(tài)的水循環(huán)系統(tǒng)。

中小學校園建設在注重生態(tài)的同時，應積極將學校本身的教育功能與生態(tài)概念相融合。在現(xiàn)代教育理念下，學生的學習活動已經(jīng)不局限于課堂，而是擴散到校園的各個地方。相應地，在海綿城市設計時盡量采用多樣化的海綿措施，配以簡明清晰的標牌或展板說明，能夠?qū)⒏髦行W校建設為海綿城市理念的最佳宣傳場所。校園內(nèi)的海綿城市設計還可以適當融入互動性的元素，例如將屋頂綠化改造為種植園的形式，與學校的自然實踐課相結(jié)合，讓學生們親自參與到海綿設施的建設和維護中來(圖1)。

圖1 海綿城市措施標牌、展板、屋頂種植園實景圖

2 案例分析

2.1 案例概況

廈門市某中學位于海綿城市建設試點區(qū)內(nèi)，總用地面積約4.8hm2，總建筑面積47 282.46m2，設計綠地率為35%，場地東南角毗鄰規(guī)劃中體育綜合館。項目規(guī)劃建設48班初中部，擬建設教學樓、教學綜合樓、合班教室、教師宿舍、食堂、400m標準環(huán)形塑膠跑道及其他附屬配套設施，各樓棟之間通過風雨連廊相連通，效果圖如圖2所示。

項目所在地年平均氣溫20.6℃左右，年極端最低氣溫1.5℃，年極端最高氣溫38.5℃，年均溫差不大。3月～9月為春夏多雨濕潤季節(jié)，每月雨量一般為100mm～200mm，最多的月份可超過700mm(受臺風影響)；10月～11月、12月～2月為秋冬少雨干燥季節(jié)，每月雨量一般為30mm～80mm，最少的月份可滴雨不下。根據(jù)中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)的降雨數(shù)據(jù)，廈門地區(qū)1983～2010平均降雨量統(tǒng)計值如表2所示。

圖2 項目效果圖

表2 廈門地區(qū)逐月降雨統(tǒng)計表

根據(jù)廈門市試點區(qū)域海綿城市上位規(guī)劃要求，該項目所在控制單元要求年徑流總量控制率不少于75%，對應廈門地區(qū)設計降雨量為32.0mm，徑流污染削減率不小于45.0%。

2.2 技術(shù)路線確定

該項目進行海綿城市設計前下墊面主要為硬質(zhì)屋面、硬質(zhì)鋪裝、綠地及部分景觀水體，參照《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》GB 50400-2016中各下墊面類型的徑流系數(shù)取值范圍，場地綜合雨量徑流系數(shù)為0.59，統(tǒng)計如表3所示。

表3 場地添加海綿城市技術(shù)前徑流系數(shù)計算表

參考前文中小學校園特點及該項目場地特征，主要考慮采用下凹綠地、雨水花園、屋頂綠化、透水鋪裝等綠色生態(tài)措施，局部設置雨水調(diào)蓄池、雨水桶等人工調(diào)蓄設施來實現(xiàn)雨水控制目的，通過雨水斷接、植草溝、暗溝等引流方式合理組織場地徑流，具體技術(shù)路線，如圖3所示。

圖3 技術(shù)路線圖

2.3 海綿城市設計分析

2.3.1匯水分區(qū)劃分

該項目匯水分區(qū)的劃分,綜合考慮下墊面條件、豎向條件、地表與屋面徑流流向、室外雨水管線布置等情況，將產(chǎn)流區(qū)域根據(jù)匯水流向分為若干匯水分區(qū)，教學區(qū)、運動區(qū)、辦公區(qū)、宿舍區(qū)、食堂餐飲區(qū)等盡量按照其功能劃分為相對獨立的分區(qū)，總共將場地劃分為7個匯水分區(qū)，如圖4所示，并分別計算徑流量和海綿設施調(diào)蓄量以達到建設目標。

2.3.2減少場地徑流

該項目設計的海綿城市設施平面布局圖如圖5所示。

圖4 匯水分區(qū)示意圖

圖5 海綿城市設施平面布局圖

該中學在海綿城市設計前硬質(zhì)屋面和硬質(zhì)地面所占比例較大，降雨時易產(chǎn)生大量徑流，給雨水管網(wǎng)造成很大壓力。在海綿城市設計時，在食堂屋面布置了約300m2屋頂綠化以減少此區(qū)域徑流量，屋頂綠化結(jié)合學校教學要求建設為種植園地的形式，種植植物可選取常見的果蔬類或觀賞類植物，供各班學生輪換使用和學習。

場地內(nèi)主要車道及主入口區(qū)域考慮承載力和耐久性要求，保留原設計硬質(zhì)鋪裝?；@球場、排球場及室外運動場跑道考慮其運動功能要求，采用硬質(zhì)塑膠地面。為增強地面下滲能力，將場地西側(cè)機動車與非機動車停車位設計為生態(tài)植草磚，將部分庭院、食堂入口和運動器材區(qū)等人員活動較頻繁的室外區(qū)域設計為透水磚，做到“小雨不濕鞋”，方便師生活動。

標準400m運動場占地較大，校方結(jié)合自身學校的定位與需求，在中央?yún)^(qū)域的足球場采用天然草坪，替代一般學校采用的人工草坪，既減少了運動區(qū)的徑流量，又提供了優(yōu)質(zhì)的活動場地，提升了學校的規(guī)格。海綿城市設計后的場地徑流系數(shù)從0.59減少至0.55，如表4所示。

表4 場地添加海綿城市技術(shù)后徑流系數(shù)計算表

2.3.3 雨水調(diào)蓄

為達到該項目的海綿城市建設目標，根據(jù)各分區(qū)產(chǎn)生的徑流量設置調(diào)蓄設施，在建筑和道路周邊布置下凹式綠地和雨水花園消納場地徑流。一部分屋面雨水通過立管直接斷接或通過短距離植草溝轉(zhuǎn)輸至生態(tài)滯留設施內(nèi)，一部分通過建筑邊溝溢流至周邊生態(tài)滯留設施。車道兩側(cè)不設路緣石，通過地面找坡自然匯入綠地內(nèi)，籃球場和跑道匯水面積較大，采用排水溝統(tǒng)一收集后接至相應調(diào)蓄設施內(nèi)，超過調(diào)蓄量的雨水可通過生態(tài)滯留設施內(nèi)的溢流口進入雨水管網(wǎng)。

除綠色調(diào)蓄設施外，室外運動場南側(cè)綠地由于地下室頂板覆土深度不足，不適宜設計為海綿滯蓄設施，考慮在地下室內(nèi)設計一處有效調(diào)蓄容積約120m3的雨水調(diào)蓄回用池，收集運動場區(qū)域的徑流，收集的雨水經(jīng)處理后可用于足球場天然草坪的定期灌溉。此外，在教學樓局部不利于斷接至綠地的立管處采用設置雨水桶的方式調(diào)蓄屋面徑流，雨水桶蓄存的雨水可供鄰近綠化澆灑使用。

通過綠色措施與灰色措施相結(jié)合的方案，場地共設計有效調(diào)蓄容積873.87m3，能夠控制33.31mm設計降雨量，對應年徑流總量控制率約為76.0%，徑流污染削減率約為57.3%，滿足該項目的海綿城市建設目標。

2.3.4細節(jié)設計

考慮到中小學校園內(nèi)不宜存在高差過大的區(qū)域，該項目在海綿城市設計時，針對長條狀下凹式綠地或雨水花園采用跌水壩的形式進行分隔，如圖6所示，在保證調(diào)蓄容積的情況下，既能使綠地的下凹深度不至于過深，又能通過高差緩沖逐級調(diào)蓄雨水，不會導致過多雨水積存在低洼地帶。

圖6 跌水壩做法示意圖

在屋面雨水斷接方式的處理上，設計時將學生日?；顒訁^(qū)域的雨水立管接入建筑邊溝后再溢流至下凹式綠地或雨水花園內(nèi)(圖7)，避免了雨水立管直接斷接而裸露于地面造成安全隱患的情形，也使得地面的景觀效果得到提升。

圖7 屋面雨水斷接示意圖

2.3.5教育意義

鑒于該項目為新建中小學校園項目，進行海綿城市設計時，結(jié)合場地條件盡量選取了多樣化的措施，包括下凹式綠地、雨水花園、屋頂綠化、透水鋪裝、雨水調(diào)蓄回用池、雨水桶、植草溝等，大大豐富了場地景觀和生態(tài)環(huán)境。項目建成后可在具體位置設立相應海綿設施的標牌或展板，通過基本的原理介紹和生動的圖文說明向?qū)W生們普及海綿城市的理念，打造示范性的海綿校園。

3 結(jié)語

中小學校園的海綿城市設計應當充分考慮其布局與建筑特點，并結(jié)合學校內(nèi)不同功能分區(qū)的需求，將校園安全擺在設計原則的首要位置，兼顧景觀效果與經(jīng)濟實用，通過灰綠結(jié)合和多樣化的海綿措施調(diào)控場地雨水，為學生營造生態(tài)和可持續(xù)的校園氛圍。同時，應鼓勵將海綿城市理念與學生的日常學習活動緊密結(jié)合，利用各種途徑在校園內(nèi)做好海綿城市相關知識的普及與宣傳，有利于推動海綿城市未來的建設與發(fā)展。