建筑设计下的海绵城市思考

杨蕾

摘要：传统城市建设模式，处处是硬化路面。工业化、机械化的大规模推进，过度使用了征服自然的能力，忽视了自然的强大报复能力，造成了今天城市中的种种矛盾。解决这些矛盾问题，需要观念上、行为方式上的转变。海绵城市建设是对传统城市建设模式、排水方式进行深刻反思的重要成果，是城市生态文明不可或缺的组成部分。在海绵城市设计理念下，建筑设计中的雨水系统应从思想上发生根本的变化，设计理念的提升必将引导设计系统的变化，派生出新的雨水系统模式与雨水系统设备。

关键词：海绵城市；设计理念；国外案例；建筑设计

中图分类号：TU823 文献标识码：A 文章编号：1674—3024（2016）11—126—03

引言

在一个大雨天和一位总工一同打伞走在积水的路上，不禁感叹：“为何现在每每下雨的时候，城市路面上经常积水内涝，而在小时候，这种情况似乎并不多见。”答：“因为以前的城市化并没有如此快如此大，城市中还有很多的土壤，周边还有很多农田，下雨的时候雨水下渗的速度快，并含在土壤之中，而现在城市中几乎都是硬化路面，雨水无法下渗，只会积在路面之上。”于是恍然大悟。“海绵城市”这个全新概念就是在这个大环境下应运而生，核心就是雨水的收集和利用，这不但可以提高水资源利用率，解决城市水源短缺的问题，同时还可以增强水分循环，净化空气，补给地下水缓解地面沉降，减轻城市防洪压力，有利于提高小流域综合治理效果。然中国的人口众多，中国的城市化进程世界瞩目，城市的人口密度与规模都是其他一些国家无法比拟的，所以中国的海绵城市所遇到的问题与难度也将不同于其他一些国家。

作为海绵城市的主要组成部分之一，建筑设计中的雨水系统应从当下的尽快排放为主的思想中脱离出来，转变为可以渗水、吸水、蓄水、净水的海绵式建筑雨水系统。

1设计理念

建设海绵城市，首先要改换城市规划的设计思路。传统城市建设模式，求大求新，道路追求笔直宽广平坦，处处是硬化路面。每逢大雨，主要依靠城市的排水管道、泵站等设施来排水，以“快速排除”和“末端集中”控制为主要规划设计理念，往往造成逢雨必涝，旱涝急转。根据《海绵城市建设技术指南》，城市建设将强调优先利用植草沟、雨水花园、下沉式绿地等“绿色”措施来组织排水，以“慢排缓释”和“源头分散”控制为主要规划设计理念，采用“渗”、“滞”、“蓄”、“净”、“用”、“排”等措施。以化整为零的思想，从城市雨水系统的源头修复与重构雨水循环系统，选择合适的收集、排放、调蓄系统，根据建筑的功能与性质，结合雨量计算，经济性分析，设计合理的雨水回用系统与处理工艺。完善的海绵式建筑雨水系统不仅能够减少地块雨水排放量，降低地块径流，对入渗雨水进行净化，保护地表及地下水体，而且可以增加地块雨水蒸发，有效的带走太阳辐射热量，降低地块的热岛强度。

2国外案例

国家不同，城市不同，特点和优势也不尽相同。因此建设“海绵城市”不能生搬硬套他人的经验做法，而应在科学的规划下，因地制宜采取符合自身特点的措施，才能真正发挥出海绵作用，从而改善城市的生态环境，提高居民的生活质量。

2.1德国：高效集水 平衡生态

得益于发达的地下管网系统、先进的雨水综合利用技术和规划合理的城市绿地建设，德国“海绵城市”建设颇有成效。

德国城市地下管网的发达程度与排污能力处于世界领先地位。是建设海绵城市的参照。德国城市都拥有现代化的排水设施，不仅能够高效排水排污，还能起到平衡城市生态系统的功能。分布在柏林市中心的管道多为混合管道系统，可以同时处理污水和雨水。而在郊区，主要采用分离管道系统，即污水和雨水分别在不同管道中进行处理。可以提高水处理的针对性，提高效率。

近年来，德国开始广泛推广“洼地一渗渠系统”，使各个就地设置的洼地、渗渠等设施与带有孔洞的排水管道相连，形成了分散的雨水处理系统。低洼的草地能短期储存下渗的雨水，渗渠则能长期储存雨水，从而减轻城市排水管道的负担。

德国的雨水利用技术经过多年发展已日臻成熟，目前主要的城市雨水利用方式有3种：一是屋面雨水集蓄系统。收集的雨水经简单处理后，可用于家庭、公共场所和企业的非饮用水；二是雨水截污与渗透系统。道路雨洪通过下水道排入沿途大型蓄水池或通过渗透补充地下水。德国城市街道雨洪管道口均设有截污挂篮，以拦截雨洪径流携带的污染物。城市地面使用可渗透地砖，以减小径流；三是生态小区雨水利用系统。小区沿着排水道修建可渗透浅沟，表面植有草皮，供雨水径流时下渗。超过渗透能力的雨水则进入雨洪池或人工湿地，作为水景或继续下渗。

2.2瑞士：雨水工程民众参与

瑞士是世界上最富裕的国家之一，同时也可谓是世界上最节省的国家之一。瑞士并不缺水，境内湖泊众多。但瑞士政府一向提倡节约用水，鼓励民众在下雨时吸水、蓄水、净水，使雨水得到循环利用。

20世纪末开始，瑞士在全国大力推行“雨水工程”。这是一个花费小、成效高、实用性强的雨水利用计划。通常来说，城市中的建筑物都建有从房顶连接地下的雨水管道，雨水经过管道直通地下水道，然后排入江河湖泊。瑞士则以一家一户为单位，在原有的房屋上动了一点儿“小手术”：在墙上打个小洞，用水管将雨水引入室内的储水池，然后再用小水泵将收集到的雨水送往房屋各处。瑞士以“花园之国”著称，风沙不多，冒烟的工业几乎没有，因此雨水比较干净。各家在使用时，靠小水泵将沉淀过滤后的雨水打上来，用以冲洗厕所、擦洗地板、浇花，甚至还可用来洗涤衣物、清洗蔬菜水果等。

日常生活污水和雨水是通过不同的管道进行处理的。生活污水通过单独的管道流到污水处理站，进行净化处理，未经收集的雨水则通过简单的过滤处理后流入湖水或其他自然水体。污水和雨水流入不同的管道，含有大量油污的厨房污水就不会流入雨水管道并堵塞管道，应该说这在一定程度上有利于避免大规模降水时造成的城市洪涝现象。

2.3新加坡：疏导有方 标准严格

新加坡作为一个雨量充沛的热带岛国，其最高年降雨量在近30年间呈持续上升趋势，却鲜有城市内涝的情况发生。这一切要归功于设计科学、分布合理的雨水收集和城市排水系统。

首先，预先规划城市排水系统。新加坡通常在进行地面建筑的建设之前，会事先规划和设计好该建筑的地下和地面排水系统，因此每一栋建筑，包括人行道、马路周边都分布有一定数量的排水渠，与城市的主要排水系统相连，形成了遍布全岛的城市雨水收集、排放网络，保证大量雨水能够及时、快速地排出。同时，建筑物本身的雨水收集和排放系统也相当完善。楼顶、走廊、楼梯间等重要部位均设有雨水收集管。雨水可由此排至建筑外的排水沟渠，随后汇入城市主排水管道。在细节方面，新加坡的地面排水沟渠往往设有多个接入城市主排水管道的连接口，既确保了排水的通畅，也防止水沟过深。

其次，加强雨水疏导，建立大型蓄水池。经由城市雨水收集系统收集到的雨水最终将汇入新加坡城市周边的大型蓄水池，而这些大型蓄水池也是新加坡解决雨水疏导和城市内涝问题的关键所在。

第三，建立严格的地面建筑排水标准。为确保在雨量激增情况下，能够将雨水及时排出，所有新建筑物提高了防水门槛的高度。除此之外，还有建造地下储水池。为建筑物安装的储水或“吸水”设施须能“困住”25%至35%的地面径流，以减少暴雨对建筑物造成的负担。

目前，新加坡在对当地建造新的地下排水和蓄水综合系统进行调研。新系统将具备排水、蓄水和发电3大功能，在水源和能源供给方面更好的达到自给自足。

2.4美国：强化设计，改建大多数城市秉承传统的水利设施设计理念

在郊外储存雨水，利用水渠送到市区，污水通过地下沟渠排走。这种理念按照西方的说法始于古罗马时代，现在仍然大行其道。并不适合当地生态的城市水利与用水模式。

目前，美国的一些城市规划专家正在研究在干旱地区重新进行规划，打造海绵城市。一些城市规划者在设想如何将倾盆大雨留下，变成饮用水和灌溉用水，把城市打造成像海绵一样，可以有效吸收雨水。

洛杉矶的许多社区，对规划者提出的要求都是尽快将雨水排走，暴雨通过下水道直接流进大海。但是面对日益干旱的环境，未来需要多次使用雨水，并且将水分级处理。埃尔默街区就是这样一个将雨水视为宝贵资源加以吸收的“实验田”：人行道旁边就是生态湿地——种植了抗旱植被的水沟；下雨的时候，雨水流进这些水沟，渗透到下面的蓄水暗池中。实验区一年收集的雨水可供大约30个普通家庭使用。

在这些设计者的想象中，经过改造的整个城市就像一个巨大的海绵。目前他们经常思考的问题就是改造的速度能不能更快一些——因为收集雨水的事，在洛杉矶这样严重缺水的地区实在是太紧迫了。

3建筑设计中的海绵城市

目前的厦门市，还并未有真正意义上的海绵城市建设，做的相对比较好的，被人称颂的为华侨大学厦门工学院。刘院长在设计之初，便依据现有的地形，依山傍水，因地制宜，并未全部规划成硬地广场，使学院内部自成体系，形成了较好的“海绵城市”效应。建设海绵城市是一项重大民生工程，是推进生态文明建设和新兴城镇化发展的重要举措，下面就从海绵城市建设的六大要素来探讨建筑设计中的海绵城市。

3.1“渗”

传统的城市规划改变了地表覆盖，阻碍了雨水的下渗，同时也降低了地块的蒸发作用，破坏了自然状态下的水文循环过程。海绵城市的理念是以原生态的思路重构雨水循环系统，但并不是简单的回到原生态，而是在满足人们对城市的舒适度的要求同时，修复被破坏的雨水循环系统，还自然一个友好的生态环境。

雨水入渗系统是海绵城市的重要组成部分，也是区别于传统雨水系统的关键点。入渗的办法主要有透水路面和绿地入渗。主要区别在于地表覆盖物的不同，透水路面主要以透水混凝土或透水地砖等为地表覆盖物，绿地入渗主要以绿地作为主要的地表覆盖物，同样的结合入渗垫层、透水底板等形成入渗系统。

因此在今后的建筑设计中需要更多的考虑是如何改善原有设计思路中的广场景观等设计，研发入渗及蒸发性能优越的地表覆盖材质；分析、量化水分在雨水入渗系统中分配的影响；制定地表覆盖物的量化指标；完善雨水入渗系统的设计模型。

而在建筑单体设计中可考虑的是对于屋顶排水形式的深入改善。摒弃传统屋面的迅速收集、尽快排放的主导思想，而更多的考虑屋面雨水的收集、初级过滤、屋面降温、绿化灌溉等。

3.2“滞”

主要作用是延缓短时间内形成的雨水径流量。通过微地形调节，让雨水慢慢地汇集到一个地方，用空间换时间。城市内的降雨，是按分钟计、按小时计的，这跟大河大海不一样。城市内短历时强降雨，对地下垫层产生冲击，形成快速径流，积水起来就容易导致内涝。因此，“滞”非常重要，可以延缓径流峰现时间。

在建筑设计中主要方法包括在道路两侧建设下凹式绿地、植草沟等，以及可以在小区的绿化中心更多的设置下沉式绿地广场。这些措施可汇集周围硬化地表产生的降雨径流，利用植被、土壤、微生物的作用，截留和净化小流量雨水径流。不仅可以起到削减径流量、减轻城市洪涝灾害的作用，而且下渗的雨水可以增加土壤水分含量以减少绿地浇灌用水量，并补充地下水含量的作用。

3.3“蓄”

在海绵城市理念之前，雨水调蓄已经存在，主要调蓄需要回用的雨水。“蓄”主要包括保护、恢复和改造城市建成区内河湖水域、湿地并加以利用，因地制宜建设雨水收集调蓄设施等，主要目的是降低径流峰值流量，为雨水利用创造条件。雨水调蓄始于地面雨水收集系统的末端，止于雨水排放系统及雨水回用系统的起端。除了水体调蓄，水池调蓄，还包含管道调蓄等。

结合水景的水体调蓄是雨水调蓄系统的最好方式，既可以调蓄雨水，又可以兼顾景观；水池调蓄是雨水调蓄系统的最重要形式，大部分会选择这种形式，水池有混凝土水池和模块化拼装水池；管道调蓄主要是用在既有建筑的改造中，有可能遇到地块空间狭小的情况，此时可以考虑利用部分或全部雨水收集管路系统作为雨水调蓄系统。

3.4“净”

通过土壤的渗透，通过植被、绿地系统、水体等，都能对水质产生净化作用。“净”工程主要包括建设污水处理设施及管网、综合整治河道、建设沿岸生态缓坡及开展海湾清淤，主要目的是减少面源污染，改善城市水环境。

在建筑设计中需要思考的问题是单栋建筑或是整个小区规划，是否可以引进或研发更先进的雨水净化设备，将自主收集、调蓄的雨水进行自我净化，可以最直接的回用给本栋以及周边用地，研发安全有效的消毒方式得到的净化雨水来达到使用标准。

3.5“用”

雨水回用系统应综合考虑水量与水质的条件，以最简单、经济的方式将雨水回用。回用系统可能包含：取水泵井、回用管路、处理设施、回用水池、供水水泵等，回用的雨水主要用于一些用水质量要求并不太高的地方，比如说，马桶冲水、路面冲洗、绿化灌溉屋面冷却等。而引进或者研发的净化设备，对建筑本身产生的一些影响，机房、水池、设备，以及预留管道，屋面冷却系统的设计等等都是需要思考的问题。

3.6“排”

当降雨多了，渗透也渗透不了，用也用不了那么多，所以才导致的内涝。这就必须要采取人工措施，把它排掉。通过人工和自然的结合、生态措施和工程措施的结合、地上和地下的结合，用来解决城市内涝问题。主要目的是使城市竖向与人工机械设施相结合、排水防涝设施与天然水系河道相结合以及地面排水与地下雨水管渠相结合。

在海绵城市理念下，雨水排放系统的设计理念并没有太多的变化，但是负荷比传统的设计系统降低很多。传统的雨水都是尽快尽多的排走，而海绵城市需考虑的是渗滞蓄后的多余雨水，经过雨水排放井后，进入排放管路最终排入市政雨水管道或附近自然水体。而在建筑单体当中可能还需考虑的是，水质水量的检测，避免雨水在系统中长期的存放产生水质恶化现象，并预防雨季到来之时，雨水调蓄系统已经充满的情况下，制定合适的排放策略，为下一次降雨预留出足够的调蓄容积。

4结语

新的设计理念必将产生新的系统形式，同时会促进新的设备与设施的产生，在海绵城市的理念下，应该以开放的态度来接受新系统的演变与进化。对于屋面雨水收集系统，可以引入新的设计理念，如：雨水初期过滤措施、屋顶花园、屋面降温系统等；海绵式雨水系统的关键部分是雨水入渗系统，该系统也是传统雨水系统所没有的，也是传统雨水系统各种症状的焦点。雨水入渗系统的成功设置，是海绵城市成功重构雨水循环系统的先决条件。

建设“海绵城市”的根本目的是要转变传统的城市发展观念和城市规划、建设、管理理念。“海绵城市”理念、管理方式的全方位植入，是对传统城市建设模式、排水方式进行深刻反思的集中体现。建筑设计中将继续在海绵城市规划建设管理制度、技术标准和法规的制定等方面积累经验。