海绵城市理念下建筑给排水设计探究_邓睿.pdf

LOW CARBON WORLD 2023/6海绵城市理念下建筑给排水设计探究邓睿（江西新淦工程设计有限公司，江西 吉安 331300）【摘要】基于海绵城市理念的建筑设计十分广泛，但在设计过程中也存在很多缺陷，如设计思路不合理、内容与实际需求不符等，存在与项目自身特点不适配的问题。因此，结合实际工程对海绵城市理念应用进行研究，遵循生态优先原则，最大限度地优化建筑给排水设计，促进生态平衡。【关键词】海绵城市；建筑设计；给排水【中图分类号】TU82【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2023）06-0094-030引言如今可持续发展理念已经深入人心，人们对居住环境的要求更高，而建筑是人们日常生活的重要地点。但在城市化进程不断加快的今天，生态平衡受到一定破坏，经济和人们生活均受到一定影响。基于此，海绵城市理念应运而生，其强调提升建筑的“弹性”，尤其在水资源利用方面，因此，基于海绵城市理念对建筑给排水设计进行研究十分有必要。1海绵城市理念下建筑给排水设计原则在海绵城市理念下，建筑给排水系统需要具备“渗、滞、蓄、净、用”这 5 项基本功能，在不触碰管理红线的前提下提升建筑给排水效率，同时维护生态平衡。在设计过程中务必坚持以下 3 点原则。（1）生态优先。务必保护周围环境，包括湖泊、河流、池塘等生态敏感区，优先考虑自然净化与可持续发展，实现雨水的积累与应用。（2）安全原则。以人民群众的安全需求为原则，降低开发过程对城市环境和人们生活的影响。（3）以环境为基础进行科学规划。在制定方案时根据实际情况科学规划城市绿地、蓄水池、湿地等项目的建设，例如，建设高透水性的停车场或绿地，降低开发成本的同时实现合理蓄水、排水。2海绵城市理念下建筑给排水设计要点建筑的给排水设计工作需要做到独立，再进行系统化整合。以地下室为例，现代住宅区内的交通强调人车分离，建设多个地下停车场，造成了雨水下渗问题，绿化面积也有所减少。针对此特点，在海绵城市建筑设计中需要将重心放在解决雨水下渗和排水问题方面，设计集水管道突破场地限制，实现科学存水与利用。此外，建筑给排水工程还具有管线复杂的特点，需要对污水、雨水以及城市用水给水等多个管道系统进行科学设计，确保最大限度提高效益。3实际应用以新干县赣酒大道管道改造升级工程为例，在海绵城市理念下进行雨水管道、污水管道、排水管道的设计。3.1排水区域划分及主干管确认在建筑区域给排水管道设计方面，需要优先确认管道设计，划分污水排水区域，减少主干管的埋深和长度，多利用建筑区域的地形优势，降低建设成本。排水管管位需要符合城市道路线路的铺设要求，并根据建筑区域内道路宽度、管线位置等进行设计。排水管道应当设置在慢车道下方。若道路宽度在 40 m以上，为方便收集雨水和污水，需要减少横向管道数量，可在道路两侧设置。除了管位布置外，还应当做好排水区域的控制点设置，避免管道安装过程中出现地势起伏、起点低洼以及与排水终点较远等情况。科学控制标高，提升建筑管道系统的排水效率。3.2透水铺装透水铺装是海绵城市建设中的关键技术，主要应用透水性沥青、植草砖、鹅卵石、透水砖等，按照比例进行铺装，一般情况下要求铺装面空隙率在 20%以上，且透水基层在 3/8 以上。除了透水性能外，还要求铺装路基路面具备一定承载力，车库底层土层预留 600 mm 以上。此类路面的承载力相比于常规硬质路面较弱，因此设计时须在非机动车范围内铺设，确保正常通行。同时需控制路面坡度，使路面雨水集中到路边再排出。建筑小区地面所用材料以非透水性材料为主，容易造成积水，影响路面结构稳定性，因此需要适当调整比例。以建筑小区内停车场和人行建筑 节能94DOI:10.16844/10-1007/tk.2023.06.056LOW CARBON WORLD 2023/6道部分透水铺设为例，停车场部分由下至上的透水铺装结构为素土夯实（夯实系数为 93%）20 cm 厚碎石粗砂层30 cm 厚集配碎石5 cm 厚粗砂植草砖（内填种植土与草籽）。人行道透水铺装结构为预制 C30 混凝土缘石1:3 水泥砂浆素土夯实（夯实系数为 92%）防水土工布30 cm 厚集配碎石基层3 cm 厚中砂6 cm 厚透水砖。3.3下沉式绿地设计下沉式绿地是城市雨水收集的主要方式之一，具有调蓄容积、净化径流雨水的作用。在设计时需要考虑雨水径流量，再利用植物根系和土壤实现排水。设计人员需要结合土壤渗透情况模拟水的运动，分为 3 个阶段。（1）重力作用下水分子会浸入土壤。（2）毛细管力实现水的渗漏。（3）重力作用完成渗透直至达到含水量限值。吉安市新干县的暴雨强度公式如下：q=2 353（1+0.55lgp）（t+8）0.77。（1）流量计算公式如下：Q=q F。（2）其中重现期 P=5，径流时间 t=10 min，综合径流系数=0.6。在设计时需结合景观条件，增设溢流雨水口及渗管，为保证暴雨阶段溢流排放合理，标高需要高于绿地 30100 mm，具体构造如图 1 所示。设计人员需要结合本地降水量区分满水期和枯水期，确保停雨后在 2436 h 内排出蓄水池的水。下沉式绿地设计还需做好植物设计，选择具有耐旱、耐涝特性的植物，进一步提升调蓄能力1。根据给排水设计方案完成植物分布设计，提升植物层次感，重点关注植物根系情况，切忌应用根系过于发达的植物，此类植物固水能力较强，不利于排水。在种植过程中需根据植物生长状况进行裁剪与施肥，若存在死亡情况则需立即移植更换，最大限度保证其生态稳定。通过实验发现，有草皮的土壤渗透率比直接裸露土壤高 20%，若草坪上种植灌木，则比普通草皮渗透率高 15%，渗透速度达到 0.1 mm/s。此外，下沉式绿地除了具备滞留雨水、净化径流的功能外，还能代替排水管道功能，降低城市噪声与灰尘，调节气候，削弱积水对路面的侵蚀与破坏。3.4雨水收集与回用雨水收集与回用是海绵城市理念下建筑设计的关键，在落实海绵城市理念时要满足蓄水、净水、用水的要求，真正实现水资源的重复利用，实现节能环保。在实际应用中还能利用滞留、下渗、蒸发等程序改善微气候，降低热岛现象的影响。雨水收集与回用的详细流程为：屋面雨水、绿地雨水全部汇入城市雨水收集网管中，经过初期雨水弃流后分别进入雨水储存处理系统和市政雨水管网，其中雨水在储存处理系统分别经过溢流和过滤器，溢流部分直接进入市政雨水管网，经过过滤器的部分需要进行排泥和紫外线消毒，最终成为城市的绿化用水、道路清洗用水以及景观补水，增加城市水资源获取渠道。根据雨水调蓄容积的计算，并结合 民用建筑雨水控制与利用设计导则 内容，设计调蓄容积计算方式如下：V=10HzF。（3）式中：V调蓄容积，m3；H降雨量，mm；z综合雨量径流系数；F汇水面积，hm2。按照不同下垫面的类型与对应的雨量径流系数计算调蓄容积。常见的雨水收集回用池建设以钢筋混凝土型、PP 模块为主，其中 PP 模块需要远离车行道下方，避免破坏其稳定性。蓄水池容积普遍以用水量为基础进行设计，需要能容蓄约 2.53 d 的用水量，设计时需要结合 建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范（GB 504002016）内容，若蓄水池容积为最高日用水的 3 倍，则需要设置排水装置，保证 12 h 内排空，做好超量控制，超出部分需汇入市政网管。3.5输送技术输送技术主要包括植草沟和生态滤沟，基于海绵城市理念的建筑给排水设计可以采用植草沟积累雨水，用于补充地下水，为植物提供生长条件。一般情况下，植草沟设计在绿化带部分，深度控制在 30 cm。干式植草沟设计需要具备渗透和传输功能，湿式植草沟则只需具备传输功能，一般情况下会选择干式植草沟。在设计时需要注意控制坡度，保证边坡坡度比为 1:3，纵坡坡度控制在 4%以内，内涝严重区域采用阶梯形植草沟，或设置消能台坎。为避免溢流问图1下沉式绿地及雨水排水管道设计原地面高度种植土和填料层土工布原土溢流式雨水口原地面高度雨水连接管接市政管网Hh建筑 节能95LOW CARBON WORLD 2023/6题，需要设置穿孔排水管和溢流井，溢流口标高需在植土层 210 cm 以上。相比于植草沟，生态滤沟则设计在主要交通道路两侧，设计方案中需要包括水源传输区域和滞留区域，保证同时满足蓄水和排水需求，具有雨水净化、吸收功能。在设计生态滤沟时，由下至上为砾石层、填料层、种植层、蓄水层，当城市道路旁径流系数较高时，为防止雨水冲刷侵蚀，要将砾石层底部垫高，减小雨水冲刷力，避免破坏生态滤沟，起到预防效果2。为保证水资源分布均匀，在汛期阶段，除了设计导流系统外，还需设计明沟系统用于沉淀雨水，减少路面积水量，根据现场道路情况设置挡水埂，拦截杂物。3.6汇水分区及雨水花园设计建筑工程自身具有占地面积大、内部空间分布不均的特点，环境相对复杂，加之受部分区域地势、地貌因素的影响，小区内不同区域的雨水径流也存在一定差异。因此，为满足给排水设计的规范性需求，可采用汇水分区的思路将小区主轮廓进行细分，再进行设计。完成划分后，结合雨水径流量计算调蓄容积量，选择最佳给排水数值3。应用建筑信息模型（building information modeling,BIM）技术进行仿真模拟实验，根据当地的雨季情况设计多种假定条件，再根据虚拟的流量超出情况优化设计方案。雨水花园设计是现阶段城市中经常应用的结构，属于自然浅凹绿地，从下至上通用结构为：素土夯实（压实系数为 90%）1.2 mm 厚高密度聚乙烯土工膜250 mm 厚砾石层（内设排水管）透水土工隔离层（搭接宽度在 200 mm 以上，200 g/m2）300 mm 厚换土区（种植土，渗透系数为 8.010-8m/s）50 mm 厚砾石覆盖层300 mm 厚蓄水层。设计过程需要注意，当雨水花园靠近建筑或边坡时，需要在底部设计全包型防渗膜。当降雨时，雨水能够直接流入景观绿化带，此时的雨水花园承担蓄水、排水和净水的功能，可提供满足植物生长的基本水分，实现水体补给的同时自主过滤，其余水源则下渗砾石层通过管孔进入管渠后流入管网。在设计时需要考虑是否会造成环境污染，并在边缘处设置过滤装置，起到拦截污染物的作用。考虑到雨水花园蓄水量和建设成本的问题，在建筑小区内可设计网格式方案，根据地势、径流量散布多个雨水花园，组建绿化网络。由于雨水花园的性质，其中的植物需要长时间保持水淹状态，因此植物选择应尽可能满足根系发达、耐旱耐水淹以及污染等条件，如水竹、香菇草、芦苇等4。3.7下垫面分析设计与工程管理基于海绵城市理念落实给排水系统设计，在布局方面应参照 海绵城市建设技术指南 中的流程。首先，详细分析建筑总图，计算下垫面面积，计算径流系数。其次，查询天气情况，结合年径流总量绘制雨量关系曲线，再计算需要控制的总径流量。最后根据建筑调蓄总容积计算是否满足设计目标，若未达到，则应适当调整透水层范围、扩大下沉绿地面积或修正调蓄池容积。基于海绵城市理念下的建筑给排水施工需要设计严谨的管理规范，重点关注雨水排出口位置以及地基处理问题。在设计时务必精确定位雨水排出口，除了地基处理位置外禁止超挖，同时避免扰动原状土，采用人工清底的方式确保稳定性。设置绿化带时检查预留井，井顶需高于地面 10 cm。道路两侧土方回填应同步进行，避免存在单侧堆高问题，严禁使用垃圾和淤泥回填，避免影响堆高稳定性，两侧和管顶 500 mm范围内采用粗砂回填并压实。针对雨污水检验改版，需要明确标注“雨”“污”字样，科学分配类别5。4结语海绵城市设计的核心在于低影响开发，设计人员需要在方案中贯彻这一思想，建筑给排水设计应配合市政给排水管网建设与城市特点，控制雨水滞留比例，从而有效降低水资源短缺及污染问题带来的影响，改善周围居民的生活环境。在实际设计中，务必结合自然优势，采用透水材料铺装、下沉式绿地、雨水回收利用、输送技术以及雨水花园等方式，全面落实海绵城市理念，选择合适的设计方案。参考文献1 沈雯.民用建筑给排水设计中应用海绵城市理念的阻碍及措施J.工程技术研究，2022，7（15）：164-166.2 张文斌.基于海绵城市理念的建筑工程技术研究J.工程技术研究，2022，7（5）：55-57.3 高瑞.基于海绵城市理念的建筑小区设计方式研究J.中国建筑装饰装修，2022（2）：24-26.4 王涛.海绵城市理念在民用建筑给排水设计中的渗透思考J.工程建设与设计，2021（16）：36-38，46.5 杨玉军.海绵城市理念在市政给排水设计中的运用J.城镇建设，2021（13）：329.作者简介：邓睿（1989），男，汉族，江西吉安人，本科，工程师，主要从事给排水设计工作。建筑 节能96