工業(yè)廠房海綿城市施工控制技術(shù)研究

王凱 吳明亮 柳川

海綿城市的規(guī)劃與建設重在地表的透水及自然蓄水能力設計。工業(yè)廠房可通過建立一套相對完整的自然生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)對雨水的收集和再利用，提高雨水資源的利用率，同時也能解決工業(yè)園區(qū)雨季的排水壓力，實現(xiàn)工業(yè)廠房用水相對平衡。本文從海綿城市規(guī)劃與建設理念入手，探討了工業(yè)廠房海綿城市施工控制技術(shù)。旨在為海綿城市的建設與施工提供一些參考。

近些年來，國內(nèi)城市淡水資源緊缺，該問題在大部分人口集中的城市普遍存在。為了解決該問題，同時加快低碳城市的建設，2012年4月在《2012低碳城市與區(qū)域發(fā)展科技論壇》中，北京建筑大學代表提出了“海綿城市”的建設概念。2013年，總書記在《中央城鎮(zhèn)化工作會議》的講話明確指出“要優(yōu)先將優(yōu)先的雨水留下，優(yōu)先利用自然的力量排水，建設自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”。海綿城市的建設與規(guī)劃自此也成為我國城鎮(zhèn)化建設的主要方向。

一、海綿城市的建設要求

海綿城市的建設理念是基于低影響開發(fā)的雨水系統(tǒng)，它強調(diào)通過建設小型的自然控水設施來提高城市的自然水文功能，緩解城市硬化導致的洪峰地表徑流增大及城市環(huán)境污染問題，同時提高雨水資源的利用率。海綿城市建設要求通過建設城市綠地、花園、滲透路面等配套設施，將城市雨水系統(tǒng)將湖、河、池塘等自然水系相關聯(lián)，構(gòu)建城市海綿體，使城市能夠像海綿一樣自由的呼吸。因而，生態(tài)建設是海綿城市建設的核心要求。它的建設具體有以下幾方面重點要求：（1）爭取將70%的雨水通過積蓄、滲透保持在當?shù)兀唬?）利用人工工程和自然環(huán)境恢復來留住城市雨水；（3）通過區(qū)域整治收集雨水，減小地表徑流，增加雨水下滲，綜合治理城市雨水系統(tǒng)；（4）要求總體規(guī)劃、分布實施建設海綿城市，由海綿區(qū)域向海綿城市過渡；（5）要求呈現(xiàn)建設部門全面規(guī)劃、全面建設、全面啟動。

二、工業(yè)廠房與海綿城市的關系

工業(yè)廠房是城鎮(zhèn)化建設的重要組成部分，它是城市區(qū)域的一部分。將工業(yè)廠房建設為海綿工廠是規(guī)劃和建設海綿城市的第一步。工業(yè)廠房作為海綿城市建設的單元，只有將工業(yè)廠區(qū)的雨水系統(tǒng)及生態(tài)建設搞好，才能逐漸的擴大目標，實現(xiàn)海綿城市整體化建設的目標，提高城市的自然蓄水能力和自然滲水能力。海綿工廠作為海綿城市的一部分，就像一個微縮版的海綿體。開發(fā)海綿工廠與海綿城市的規(guī)劃類似，重點在于利用低影響的基礎設施來提高廠區(qū)的自然積存、自然滲透、自然凈化能力，提高工業(yè)廠區(qū)的生態(tài)功能和可持續(xù)循環(huán)用水。最終將多個類似海綿工廠的單元雨水系統(tǒng)相連，構(gòu)成生態(tài)功能較強的海綿城市。因此，工業(yè)廠房是海綿城市的組成單元，它與海綿城市是相互依存的關系、共同存在的關系。

三、基于工業(yè)廠房建設海綿城市的重要性

傳統(tǒng)的工業(yè)廠房建設對于生態(tài)環(huán)境的影響較大。基于工業(yè)廠房建設海綿城市是一種低影響的統(tǒng)籌建設模式。簡言之，就是通過科學規(guī)劃和布局，在工業(yè)廠房區(qū)域內(nèi)建設下沉式綠地、植草溝、雨水濕地、透水鋪裝、多功能調(diào)蓄等低影響的設施設備及組合式雨水系統(tǒng)，使工程成為一個城市海綿體。海綿工廠的建設有利于提高工廠的自然蓄水、自然滲水能力，它作為城市海綿體的一部分，能夠積存大量的雨水資源，同時對雨水資源實現(xiàn)工業(yè)再利用，節(jié)約水資源，緩解城市排水壓力。海綿工廠的建設是提高城市生態(tài)系統(tǒng)自然修復功能和強化城市水資源利用的關鍵，同時也是工廠走低碳、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展路線的必要路徑。基于工業(yè)廠房海綿城市的建設對于城市吸納集中降水、充分利用雨水、緩解城市雨季內(nèi)澇壓力有著重要的意義，它對于促進城市生態(tài)與經(jīng)濟共同發(fā)展有著重要的作用。

四、基于工業(yè)廠房海綿城市施工控制技術(shù)的實施

1.項目概況

某工業(yè)廠區(qū)總占地面積373333.33m2，硬化不透水面積超過90%。利用SWMM模型對廠區(qū)區(qū)域概念化。廠區(qū)總共劃分為八分排水單元，設置八個排水節(jié)點、一條自然河流、一個出水口。根據(jù)現(xiàn)場實測和CAD工程圖顯示結(jié)果，各匯水區(qū)的流域的概化結(jié)果如下表1所示：

表1 各匯水區(qū)的流域的概化結(jié)果

2.低影響開發(fā)的技術(shù)選擇

（1）地表產(chǎn)流的計算

降雨經(jīng)過損失變成凈雨的過程就叫做地表產(chǎn)流，它等于各排水區(qū)域的流量總和。計算公式為R1=P-E，R1表示不透水地表產(chǎn)水量，P表示降雨量，E表示蒸發(fā)量。

（2）降雨設計

降雨設計參考暴雨模型法中的CHN法和PC法。根據(jù)《室外排水設計規(guī)范》（GB50014-2006）中的相關標準，暴雨強度的計算公式為q=167A1(1+Clgp)/(td+b)n。A1表示重現(xiàn)期一年的設計降雨量，C表示雨量變動參數(shù)，P表示設計降雨重現(xiàn)期，td表示降雨歷時，b、n表示常數(shù)，q表示一定降雨歷時td內(nèi)單位面積上超過頻率為P的平均雨深。

（3）地表污染物積累公式

根據(jù)《海綿型工業(yè)園區(qū)關鍵技術(shù)與設計方案研究》中的公式，污染物積累量公式為B=min(C1+C2TC3)，其中C1表示最大累積量，C2表示累計率常數(shù)，C3表示時間常數(shù)，t表示時間變量。當污染物累積與實踐形成函數(shù)關系時，累積停止。此時B=C1(1-e-C2t)，其中C1表示最大累積量，C2表示累計率，t表示時間變量。

（4）LID（低影響開發(fā)技術(shù)）設計參數(shù)

低影響開發(fā)技術(shù)主要包括滲透管渠、透水鋪裝、蓄水池、下凹式綠地、植草溝、雨水花園、綠色屋頂?shù)燃夹g(shù)。根據(jù)該廠區(qū)的實際流域面積，下凹式綠地師的產(chǎn)流系數(shù)設計為0.5左右時透水地表比例最大。透水管渠應與透水鋪裝技術(shù)相結(jié)合，應用在廠區(qū)的停車場區(qū)域、工業(yè)園區(qū)和居民區(qū)的人行道區(qū)域，其中滲透鋪裝的比例要求超過30%以上才能滿足較高的自然滲透效果。根據(jù)廠區(qū)屋頂平面設計的情況，可對廠區(qū)的屋頂進行改造，設置綠色景觀來提高屋頂雨水自然積存、蓄水和滲水的能力。在屋頂設置綠色景觀，屋頂西南角位置設置集中屋面雨水收集區(qū)域，通過集中雨水收集區(qū)間屋面雨水引入路面雨水網(wǎng)。這部分收集的雨水可用于路面沖洗、綠化帶澆水、混凝土拌和水等用途。在工業(yè)廠房的西南角靠近生產(chǎn)車間的位置設置蓄水池，該蓄水池與屋頂雨水系統(tǒng)、路面雨水網(wǎng)相連，集中收集工業(yè)廠區(qū)內(nèi)的雨水，用于工業(yè)循環(huán)用水再利用。

3.海綿廠區(qū)建設的效果分析

在工業(yè)廠房區(qū)域內(nèi)采用低影響開發(fā)技術(shù)建設城市海綿體，使工廠廠房區(qū)域內(nèi)的雨水通過屋頂、地表的生態(tài)設施集中收集，豐富了工業(yè)廠區(qū)水生態(tài)修復功能和自然蓄水能力。經(jīng)過一年的測試，最終結(jié)果顯示該工業(yè)廠區(qū)內(nèi)的雨季時地表徑流得到有效控制，地表污染物明顯較少，廠區(qū)范圍內(nèi)的地下水得到有效的補充。

4.海綿廠區(qū)低影響開發(fā)的優(yōu)勢及前景

海綿廠區(qū)低影響開發(fā)的優(yōu)勢在于有限利用了生態(tài)系統(tǒng)的功能實現(xiàn)了廠區(qū)內(nèi)雨季地表徑流的控制和自然滲水的增量化。利用海綿體生態(tài)設計可以有效的調(diào)節(jié)地下水，控制地表污染物，提高降雨的利用率。這對解決未來城市水資源短缺問題、城市雨季內(nèi)澇和提高雨水綜合利用率，建設城市生態(tài)系統(tǒng)意義深遠。未來，綠色理念是城市建設與發(fā)展的指導理念，而工業(yè)廠房海綿城市施工技術(shù)完全符合城市生態(tài)與經(jīng)濟共同發(fā)展的目標，因此在未來城市建設與規(guī)劃方面有著廣闊的應用前景。

五、結(jié)語

當前，水資源緊缺問題已經(jīng)成為影響城市發(fā)展的關鍵問題，這一問題隨著城市化進程的加快更加突出。工業(yè)廠房海綿城市的建設是解決傳統(tǒng)城市建設中多徑流、少下滲造成的水資源浪費的有效途徑。將工業(yè)廠房及工業(yè)園區(qū)建設為海綿廠房及海綿廠區(qū)，能夠極大程度提高工業(yè)廠區(qū)的自然滲水、蓄水能力，進而實現(xiàn)對雨水資源的再利用。這種基于自然生態(tài)體系的建設對生態(tài)環(huán)境的影響較低，同時又能節(jié)約雨水資源，改善城市生態(tài)環(huán)境，一舉多得。在施工控制上，重點在于提高工業(yè)廠房建設區(qū)域的自然蓄水能力和滲水能力，可通過建設生態(tài)滯留區(qū)、雨水花園、生態(tài)樹池、植草溝等方式實現(xiàn)。地表以生態(tài)景觀作為滲水層，下層設置導水管集中蓄水，既有效的預防了廠區(qū)內(nèi)澇造成地表沉降或塌陷的問題，同時又大量收納了地表徑流的水，以此用于工業(yè)用水。