山地建筑海绵城市适宜技术分析与应用实践_何开远.pdf

37城市与建筑City&Architecture2023 NO.02 引文检索：何开远，彭赟，童愚，等.山地建筑海绵城市适宜技术分析与应用实践 J.重庆建筑，2023（2）：37-39.山地建筑海绵城市适宜技术分析与应用实践何开远，彭赟，童愚，陈洁，胥标（中机中联工程有限公司，重庆 400039）摘要：基于典型的山地城市重庆所具有的“坡陡雨急径流快、土薄高湿难持水、绿地率低且破碎”特征，以单体公共建筑的海绵城市建设工程为例，在对场地微地形分析的基础上，结合建筑竖向设计及场地坡度关系构建“渗、滞、蓄、净、用、排”海绵设施的综合应用体系。采用绿色屋顶、生物滞留、透水铺装等设施进行源头控制，实施植草沟、植被缓冲带等进行转输段控制，设置下沉式绿地、雨水收集池、湿塘等设施进行末端控制，组织形成了基于山地径流的“阶梯式海绵”技术策略，可供相关海绵建设项目参考。关键词：山地建筑；海绵城市；适宜性策略；阶梯式中图分类号：TU111.4 文献标识码：A 文章编号：1671-9107（2023）02-0037-03收稿日期：2022-07-25作者简介：何开远（1982），男，贵州瓮安人，硕士，高级工程师，主要研究方向为绿色建筑。Analysis and Application of Suitable Technologies for Sponge City of Mountainous BuildingsHe Kaiyuan,Peng Yun,Tong Yu,Chen Jie,Xu BiaoAbstract:Chongqing is a mountainous city with steep slopes,rapid rain and rushing runoff,thin soil-layer,high humidity,difficulty in water-holding,broken and low green space rates.In this paper,taking the sponge city construction project of a single public building as a case,based on the analysis of the micro-topography of the site,and combined with the vertical design of the building and the relationship of the site slopes,the comprehensive application system of sponge facilities for“infiltration,stagnation,storage,purification,use and drainage”is constructed.Green roofs,bioretention ponds,permeable pavement and other facilities are adopted for source control,grass-planting ditches,vegetation buffer zones,and so on are implemented for transfer section control,and measures such as sunken green space,rainwater pools,wet ponds,etc.Are used for terminal control,forming“multi-step sponge”technical strategies based on mountainous runoff,which can be used as a reference for related sponge construction projects.Keywords:mountainous architecture;Sponge city;suitability strategy;multi-step0 引言海绵城市建设是适应新时代城市转型发展的新理念和新方式，是系统解决城市水问题、推进城市建设高质量发展的重要抓手。建设海绵城市是为了让城市更好地适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害，最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响。重庆海绵城市经过“试点先行、逐步推广、全面推进”的策略，现已进入系统化全域化推进海绵城市建设阶段。山地城市由于其特殊的地形、地貌、地势，导致了城市在水生态、水安全、水环境、水资源和水文化方面存在着一系列的问题1。海绵建筑作为海绵城市建设的重要组成部分，应以尊重场地原本地形地貌为前提优化竖向设计，形成合理疏导、分散、汇集雨水的系统性体系2-3。重庆市属于典型的山地城市，地形地貌和降雨特征主要表现为“坡陡雨急径流快、土薄高湿难持水”。“坡陡”和“土薄”是重庆最为典型的地形、地质特征，“坡陡”会导致相同降雨强度下，径流时间短、流速快、末端冲击大，“土薄”导致土壤蓄水能力弱，易饱和后形成雨水径流。“雨急”和“高湿”是重庆典型的气候特征，“雨急”易形成洪峰，“高湿”导致空气湿度容易饱和，地面、水体蒸发量少。“绿地率低且破碎”是山地地形下典型的下垫面特征，主要体现在绿化区域多狭长且分散，独立绿化区域面积平均不超过 100m2，多需要采用阶梯绿化形式来消化地形高差。因此，山地地形条件下的海绵城市建设应结合场地资源气候禀性，构建“渗、滞、蓄、净、用、排”的海绵措施4，通过“源头控制”“中途转输”“末端调蓄”共同作用，实现“小雨不积水、大雨不内涝、水体不黑臭、热岛有缓解”的目标。1 项目概况项目位于重庆市悦来新城，毗邻重庆国际博览中心，用地面积 17577.00m2，场地最大高差28m，平均坡度40%。建筑设计采用被动式设计手法，综合运用“靠山”“吊层”“错台”“架空”等措施，将建筑与环境融为一体，为海绵城市设施的设置提供了较好的基础条件。年径流总量控制率和径流污染物削减率是海绵城市规划、建设和管理过程中的控制性指标，应用案例利用场地高差引导水流从绿色屋顶到植被缓冲带、生物滞留设施、末端雨水花园，实现水资源梯级净化，实现年径流总量控制率 80%、年 SS 总量去除率 55.5%、非传统水源利用率 37.35%的控制目标。项目建成效果如图 1 所示。doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2023.02.37Chongqing Architecture38第 22 卷 总第 232 期图 1 项目建成实景图2 建筑微地形分析项目选址为重庆常见的坡地，场地东西向长约 120m，南北向宽约 120160m，呈类矩形。用地现状为东高西低，高差约2028m，地形坡度主要集中在 30%50%之间。场地高差大、变化多，“坡陡”“土薄”特征突出，为实施山地海绵建设提供了较好的范例。建筑与场地环境见图 2。图 2 建筑与场地环境形成三级阶梯通过对项目总图的分析可知，场地完成面呈阶梯状，从上至下，第一级阶梯为建筑屋面及前广场，第二级阶梯为周边坡地草坪区，第三级阶梯为水体景观区。这种典型的山地地形对雨水径流组织十分有利，合理利用场地高差可以将雨水汇集到指定区域。根据以上分析，可得出一条清晰的雨水控制路线，从而灵活布置海绵设施。3 措施适应性分析“渗、滞、蓄、净、用、排”是海绵城市建设的“六字箴言”。“土薄”的地形特征决定了山地海绵建设中“渗”的作用被削弱，“坡陡”的地形特征将降雨汇集成径流的时间大大缩短，决定了需要充分发挥“滞”的作用。因此与平原地形不同的是，山地海绵系统需要将延缓径流峰值、削减径流污染贯穿整个径流过程，而不宜采用场地排水出口集中处理的方案。根据前述对建筑微地形的分析，在尊重原始地形地貌的前提下与建筑设计竖向相协调，对三个阶梯的下垫面分析和采取的海绵策略如下：（1）第一阶梯的下垫面以硬质为主，是最大的径流污染来源。该区域绿化少且零碎，下层均为建筑空间，土壤可利用深度不足以设置生物滞留设施，通过技术经济性比较后决定采用增加透水地砖、绿化屋顶、软质铺地等透水性下垫面的方式，减少路面和屋面的雨水径流。因缺乏调蓄和生物处理能力，该阶段径流控制、污染物控制能力有限，海绵措施作为源头控制的手段，可使此阶段成为一个有效的预处理阶段，流经该区域的雨水需要进一步处理；（2）第二阶梯为坡地草坪灌木区域，是径流组织过程中的雨水转输控制阶段。该区域坡度大，设置具有调蓄功能的海绵设施同样困难，因此该区域作为第一阶梯与第三阶梯之间的雨水转输区，通过多阶梯绿化、植草沟横纵布置，降低雨水汇集速度，延缓径流峰值出现的时间，既降低了排水强度，又缓解了灾害风险。该区域雨水停留时间仍然较短，调蓄及污染控制能力也较弱，以减缓对末端设施的冲击为主；（3）第三阶梯为水体景观区，是最重要的末端控制阶段，承担整个海绵设施80%以上的调蓄、60%以上的污染物削减任务。设置具有调蓄能力的水景水池和湿塘，将雨水收集起来，调节雨水的时空分布，为其利用创造条件。通过自然沉降、植物吸收等程序，削减面源污染，改善水环境，雨水经过净化后回收利用。经过前两个阶段的控制，进入该阶段的雨水径流水质、水量变化波动小，对湿塘生态冲击小，有利于维持湿塘生态，稳定出水水质。通过环环相扣的一系列措施，低成本且尽量多地使用适宜于山地特点的技术措施，实现低成本山地海绵城市技术示范，为山地城市中量大面广的坡地建设项目布置海绵设施提供了极具实用性的参考案例，海绵技术措施应用策略见图 3，雨水收集再利用路径分析见图 4。图 3 海绵策略图 4 雨水收集再利用路径分析图 4 海绵设施设置项目案例中采用绿色屋顶、透水铺装、植被缓冲带、雨水湿地、植草沟、旱溪、景观水体等海绵措施，以地形景观为载体，39城市与建筑City&Architecture2023 NO.02 穿插海绵设施于其中，实现了功能与景观的融合，打造出实用美观的山地海绵景观，海绵设施布置见图 5。图 5 海绵设施设置及实施效果图4.1 源头控制为有效解决屋面雨水径流峰值，设置 2275.54m2的屋顶绿化面积，实现屋面综合径流系数从 0.9 降为 0.4。多种植物的有效搭配既形成了较好的景观效果，又能通过土壤及植物根系对雨水进行初步净化，达到削减径流污染的作用。入口广场透水铺装主要构造可以分为可渗透层、过滤层、排水层等，采用大孔隙材料作为路面的面层结构，增加了路面的吸水能力，有效控制了地面的雨水径流量，对重金属、TSS也有很好的去除效果，同时还能起到吸热、吸音、吸光的环境效应5（图 5）。透水铺装径流削减能力为 40%90%，洪峰削减能力为 20%80%6。4.2 转输控制项目植被缓冲带坡度一般为 2%6%，宽度不小于 2m，呈阶梯结构。主要用于承接大面积硬质铺装广场、道路的雨水，减缓坡地径流对湿塘的冲击。植草沟、旱溪作为中途控制措施收集相邻小范围内不透水地面的径流雨水，通过表层输送或下渗后由渗管或渗渠输送来达到削减洪峰流量和削减污染物的目的，同时还具有吸收道路热量、美化道路、提高道路舒适性等生态和景观功能。4.3 末端控制在海绵指标年径流总量控制率不小于 80%的要求下，末端控制贡献出约 43%的调蓄容积。未设置末端控制措施前，通过下垫面改造的项目场地综合径流系数为 0.32，而设置后的折算综合径流系数为 0.16，使项目的年径流总量控制率达 84%，年径流污染物削减率达55.5%，高标准实现了海绵城市建设目标。详细数据如表 1 所示。5 结论山地城市具有特殊的地形、地貌、地势特征，山地建筑海绵城市设施的设置应充分尊重地形地貌，并以低影响开发为目标导向实现海绵城市建设。基于工程项目案例的实践，山地建筑海绵城市建设思路总结如下：（1）构建多层级阶梯式消纳控制雨水的海绵系统。通过阶梯式绿地、多级植草沟、旱溪等设施截缓径流，可降低径流污染物的迁移能力，并控制径流水量，净化径流水质，最终达到降低源区径流量并削减污染负荷的目的；（2）海绵设施景观化是设计的基本原则。在设计过程中协同应用建筑、给排水、景观与海绵等多专业技术，将海绵设施充分融入景观设计，尽可能使海绵设施成为景观的造景元素，形成具有可感知、可体验的山地海绵建筑体；（3）合理选取适应山地特色的技术策略。结合山地建筑设置海绵设施，首先要根据坡地特点、土壤渗透性及气候特征，遵循“渗、滞、蓄、净、用、排”海绵六字箴言，因地制宜采用绿色屋顶、透水铺装、植被缓冲带、下沉式绿地、雨水湿地、植草沟、旱溪、景观水体等海绵设施，实现“源头控制”“中途转输”“末端调蓄”的目标；（4）注重场地空间与建筑空间的综合利用。在设计中应充分考虑地形地貌与建筑空间的协调关系，在尊重场地地形地貌的前提下，协调建筑竖向设计，结合场地坡地走向、建筑雨水汇流路径及排水分区等综合布局海绵设施，形成完整统一的场地空间与建筑空间雨水综合利用系统。参考文献：1 陈琳，韩锟，佘丽华，等.山地城市海绵城市专项规划编制探讨 J.给水排水，2020（S1）：729-736.2 陈坤林.山地城市建设海绵城市的探索 J.价值工程，2016（24）：169-170.3 唐蕾，赵艺维.基于海绵城市建设理论的山地城市建设探索以重庆市为例 J.城市地理，2017（16）：48-50.4 住房城乡建设部海绵城市建设技术指南(试行)(摘要)低影响开发雨水系统构建 J.建筑砌块与砌块建筑，2015（1）：45-50.5 赵飞，张书函，陈建刚，等.透水铺装雨水入渗收集与径流削减技术研究 J.给水排水，2011（S1）：254-258.责任编辑：刘艳萍，董婉妮表 1 海绵城市建设指标及海绵设施应用一览表建筑类型展览类场地面积 m217577.0目标和指标年径流总量控制率（%）80.0综合径流系数0.41污染物去除率（%）55.5雨水资源化利用率（%）38.20技术措施普通绿地面积（m2）6689.95下沉式绿地面积（m2）358.65普通屋顶面积（m2）2319.26绿色屋顶面积（m2）2275.54硬质铺装面积（m2）45.2透水铺装面积（m2）7782.27植被缓冲带面积（m2）2475.27缓冲带汇水面积（m2）3367植草沟面积（m2）89.82植草沟汇水面积（m2）9140.3调蓄水体或湿地面积（m2）1250.69水体或湿地汇水面积（m2）4171.2回用水池容积（m2）400年回用水量（m3）5789.3