基于整体海绵化在地铁车辆段的应用

李兴云

（中铁上海设计院集团有限公司，上海 200070）

0 引言

由中铁上海设计院集团有限公司设计而出的南宁地铁三号线南宁心圩车辆路段是中国国内首个进行了整体海绵化工程设计和应用试验的地铁车辆段，位于中国广西壮族自治区南宁市高新区新际路西侧，绕城高速东侧，那秧坡南侧。心圩车辆段整个海绵设施施工中，在段区的休闲路面铺上了透水砖，在停车场表层成为海绵体吸水层，同时借助于凹式城市绿地、传输型植草沟、雨水滞留花园等特殊的材料材质吸纳地面上的降水[1]。海绵体应用机理主要是将整个段区的雨水，利用海绵体材料流入到滞留花园、城市绿地，再进行滞留、渗透、净化后进入湿塘。湿塘通过对降雨进行重复处理后，运用在路面浇洒、城市园林的绿化浇灌等方面，有效缓解了降雨和环境保护的问题。而降雨则经过统一汇集后流入生态湿塘再进行调蓄处理，可提高水质、改善降雨处理利用的效果，从而确保了心圩车辆段整个海绵体工程实现了设计的目标[2]。

1 传统的车辆段的建造情况与“海绵化”雨水管理系统的原则

1.1 传统车辆段建设情况分析

（1）传统车辆段主要占用的都是硬质的不透水地面，一般是铁轨或者工业检修厂房等，占用的面积相对来说都比较大。既有方案设计的建筑平面布置，虽然兼顾了城市绿地、植草沟等低强度的管理方法，但因先前的绿地建设的高度普遍都比周边道路和齐平道路高，因此在降雨的时候，现有的方案设计不能有用的吸收周边硬化路面的降雨降水，绿地上建造的雨水滞蓄效能也就无法体现。

（2）通常轨道交通的咽喉区域和核心区域往往一致，为了确保该区域的安全，在降雨降雪时需要快速清除储存的雨水。常规的车辆段在咽喉区建有下水道，并利用大排水沟把降雨直接排入场段内的降雨管线中。但因为排放量超过其承受范围，给降雨排水管网带来了一定的压力。

（3）传统车辆段的空间布局往往不工整，但检修库等大型厂区占地面积通常较大，并且建筑普遍也比较集中，使得层面有了较大的径流系数[3]。

1.2 心圩车辆段海绵化工程的重点管理指标

（1）依据《南宁市海绵城市规划设计导则》中的记述，本项目属于新添加的建造项目，按相关要求标准，区域降雨量控制率必须在68%以上，也可以表述为总降水量为22mm。

（2）依据《南宁市海绵城市规划设计指导》中的标准，年径流危害减少率（通常以年SS 总量减少率计）必须在50%以上。

2 低影响施工系统在心圩车辆段海绵化工程中的方案设计

南宁市位于中亚热带地区，全年降水量较大且下雨日数也较多，因此地下水位也较高。因为在本文论述车段该工程通常以“渗、滞、排、净”为主，依据该路段地质特性，可以将车段分成4 个汇水分区[4-5]。

2.1 汇水分区的划分

2.1.1 北面汇水分区

由于该车辆段的汇水分区在其背面，因此，大多数雨水都流进了东南侧路段。该地段的大部分为办公区，其区域内建设有植草沟等，既达到了海绵化要求，又提高了景观效益。

2.1.2 中间东南侧汇水分区

另一个汇水分区在该车辆段中间的东南侧部位。该地段人流量车流量较大，可以作为一个示点。

2.1.3 中间西北侧汇水分区

另一个汇水分区在该车辆段中部的西北侧部位。该地区大部分是铁轨的大修地区，但通常有专人才能进驻，且由于轨行地区面积很大，还要特别注意排水的速度，以清除轨道交通通行的安全隐患。

2.1.4 西南侧汇水分区

车辆段西南侧是一汇水分区。该地区以物资区等内部区域为主，供外部使用的次数较少。

2.2 地铁车辆段的海绵化的方案设计

（1）借助于建造屋顶绿化、下凹式景观绿地以及植草沟等多种方法形式实现湿塘、降雨的汇集回用，实现建造区域内的降雨的渗入、滞蓄、吸收的目的，以达到满足降雨径流量控制率的目的。

（2）计划在已经存在的总平绿化设计方案之上，借助于增添下凹型绿地、降雨滞留区和降雨吸收回收体系等方法途径，实现对同一场段内的降雨渗透、滞需、吸收的目的，以达到满足降雨径流量控制率的目的。

2.3 心圩车辆段的海绵化改革完成之后的目标测算解析

2.3.1 年径流总量控制率

心圩车辆段所划分的四个汇水区采用的最低程度的影响性开发举措及所控制的降雨，依据降雨径流量预算推测方程式 W=10·ψc·h·F（m3）来推算北侧地段吸收的降雨降水量，依据《南宁海绵都市规划设计指导》中的数据显示，设计方案一中4 个划分区的有效控制率分别是 68.1%、59.1%、77.8%、69.6%；方案二为68.40%、68.3%、68.3%、68.9%，该车段的方案一的年度控制率百分比为68.3%，方案二为68.5%。

2.3.2 年径流污染削减率

依据《海绵城市科技指引：低负面影响发展雨水体系建设》《南宁市海绵城规建筑设计指导》中相关数据，经过相应的去除操作，再经测试计算后获得该段的综合污染去除率是0.6806，最终获得整个建设项目的用地年径流低影响性污染去除率大约在50%。

3 海绵化方案设计对比优化选择

在设计条件为平均径流影响总量数控制率不小于68%的要求下，本文中提出的两个设计方案都达到了设计条件的要求，但实际上，这两种方案也是有一些不同之处的，海绵化方案对比如表1 所示，以下为两个方案的相异之处。

表1 海绵化方案对比

（1）设计方案一。在通常的应用当中，湿塘之类的观赏性水体，基本上都可以达到储存和调蓄一定降雨降水的效果，借助于增添较低影响的开发措施等多种多样的措施，实现管控雨水径流量的效果，以达到切实降低有关的场地雨量径流系数的目的，并且减少水收集回收管理系统的调蓄容积体积，跟方案二相比，我们可以看到收集量大幅降低，比方案二减少了将近35%的收集量。

（2）设计方案二。借助于增添降水降雨回收池及回用处置体系、建设下凹式景观绿地等方式方法途径，达到获取建设项目的部分降水降雨总量的目的。除此以外，跟方案二相比，方案一中的收集池由于使用了玻璃钢的雨水收集结构，其结构的稳定性和安全性都更胜一筹，而且方案一中的透水铺装设计更符合低影响的需求和理念，这在很大的程度上满足了海绵城这一设计的最初设计需求的目的。

结合考虑技术实现的问题困难与项目现场能够安装收集水池的位置，方案设计一所能实现的雨水收集池容量能够更好的满足所需的杂用水量的需求，因此本项建议选择方案设计一为海绵设计的方法。

4 海绵化施工工艺流程

对整个心圩车辆段的办公室、生产区、生活区、绿化景观等区域，均使用了海绵体建筑材料进行施工。宿舍外墙立管采用地下雨水通断的技术，其他屋面工程则采用雨水立管进入场区的雨水管线，最后再进入市政雨水管线；轨行区降雨统一汇集后进入生态湿塘进行调蓄管理，从而实现了心圩车辆段海绵化建设。

5 分项海绵工程施工技术

（1）停车位、景观道路透水砖海绵体，停车列检棚、办公室等建筑物附近的生态停车位，均用水泥或生态砖铺装，表面坡度约为3%。降雨自流至道路四周的下水道后进入道路周围的下凹式绿地、植草沟，并且道路和周边普通绿地排水降水也要排入到道路周边的下凹式绿地里面，完成滞留、下渗、净化等处理工作。在降雨排泄部分，由于设立雨水收集调节水池实现了间距小、排水速度快的控制蓄水量海绵管理效果。

（2）下凹式绿地海绵施工。为避免对车辆段的重要建筑物和轨道交通基床等重大设施基础产生浸泡，通过采用海绵施工，可以防止从下凹城市绿地中下渗的降雨，流入车辆侧的基础压实土壤和湿陷量性原状土壤内。因受雨水在土层中的穿透力和植被抗水淹成活能力影响，将下凹式绿地下沉水深限制在200mm 以内。

（3）植草沟海绵施工。植草沟海绵也是下凹式绿地的另一个主要建设方法，它比一般下凹式绿地的地面高度稍低，因为常年有水，还需要大量培育水草。

（4）雨水滞留花园海绵施工。雨水滞留园生态滞留为基地海绵建设的重要部分，本项目主要选择在基地地势较低下的4 块地区径流的源头范围内进行。径流来源范围主要涉及基地道路绿化带、停车位、人口密集建筑物等周围地段。雨水滞留园的生态滞留，主要是在土地中栽种花卉植被并进行绿化，底部主要是细碎石、中粗砂滤水层等，将地区的径流污染、雨水在滞留园进行生态净化后，变成中性水体。由于栽植于雨水滞留园的花卉植物容易产生病虫害，须选用耐病虫害能力强、耐旱能力强、耐污染能力强、耐水泡能力强、耐冻力强、耐热力强的能够在水中生存的植物。因此雨水花园内的沉积物和垃圾须定时清除，以避免因沉淀和污物堵塞而造成其渗透力减弱。要求定期对过多的杂草进行清除，对生长速度较快的植株及时的剪裁。并利用雨水花园的外溢口，使剩余的溢流雨水及时进入市政管线，以保证车辆段内无内涝。

6 湿塘流程

（1）心圩车辆段湿塘所处高度是该车辆段的高度最低点，由该处一水塘改建而来。湿塘工程为段区海绵项目施工的最后一个部分施工，将整个段区径流速度雨水汇入湿塘中蓄存，在需要时蓄存雨水作为补给水源排于绿地等区域中进行灌溉。当湿塘储水能力达到最大值时，便可使剩余的蓄储水进入市政管线，以确保湿塘内终年有水，并把湿塘设定为工程项目区域内的重要风景水域，至此南宁心圩车辆段与海绵体工程区总体建成。该工程项目建立了完善的水珍动植物生态环境体系，以确保湿塘养殖的植物发挥其功效。

（2）通过安装增氧机，解决了湿塘内的因藻饰生长吸氧和不流动水体缺氧，而导致的湿塘内出现厌氧状态、富养分化的环境问题。选择生态驳岸和非硬质池底为水草、动物环境，在土壤和水域环境中栽植旱伞草、鸢尾、美人蕉以及再力花等水草，并放养食腐动物等景观鱼类生活在湿塘中，可增强水域环境对有机污染以及磷、氮等无机养分的调节功能。鱼能够有效的遏制藻体的过度繁殖生长，最后成功达到所需的调节效果。

7 结论

（1）南宁心圩车辆段总用地面积354819.55m2，总建筑面积59184.4m2，包含了场地建筑屋面、绿地建设、水景和生态停车区等。该工程项目的海绵化设计在建成后，利用滞留、下渗、吸收控制的雨水满足了南宁心圩车辆段的海绵施工的功能需求。

（2）本工程项目采用海绵化施工，有效降低了南宁心圩车辆段项目雨水的外排流量，周边管网排涝能力得以有效改善。区域内的年均径流量有效控制率约为68.3%，年均水污染有效控制率可超过50.3%，年均节水约20 万t，克服了由于降雨污染不畅和机车车辆运营而造成的不便和安全隐患问题。

8 结语

通过对南宁心圩车辆段的海绵化进行引证分析，我们可以了解到海绵化建设在城市轨道交通中的应用效果十分突出。但同时，我们也需要因地制宜，根据城市轨道所在地的各种条件进行建设，不能生搬硬套，要做到先对整体情况进行全面分析，再设计出相匹配的方案，才能得到最好的效果。