广州某大型传染病医院海绵城市设计分析与探讨

范炳礼，陈枫明，任思延，管裕丰

（1、广东省广建设计集团有限公司 广州 511455；2、广东省建工设计院有限公司 广州 510635；3、广东省建科建筑设计院有限公司 广州 510010）

0 前言

随城市化发展与建设，由此带来的地面径流污染、城市热岛效应、资源与环境等问题日益严重，传统的雨洪管理设施及模式已不能满足现代城市良性发展的迫切需求。符合时代发展潮流及需求的海绵城市建设应运而生，随政策性的支持与要求，海绵城市的理念在越来越多的工程建设中得到广泛的应用。由于传染病医院内病菌污染严重，水流容易作为其载体四处扩散，各地的传染病医院项目一般不要求进行海绵城市设计。本文将以实际的工程案例，针对具有特殊性及代表性的传染病医院建设项目的海绵城市设计进行分析与探讨。

1 工程概况

广州市某大型传染病医院现状是以传染病为主要特色的三级甲等医院。工程建设后，总用地面积162 824.05 m2（包含：规划建设用地面积105 742.68 m2，市政道路用地面积26 936.38 m2，防护绿地用地面积30 144.99 m2），项目围墙范围内面积为135 887.67 m2。工程拟新建总建筑面积387 504.06 m2，其中地上建筑面积275 033.06 m2；绿地面积31 722.69 m2，绿地率为30%，整体建设效果如图1所示。

图1 广州市某大型传染病医院效果图Fig.1 Effect Picture of a Large Infectious Disease Hospital in Guangzhou

2 设计思路

设计总体思路根据各类政策指引文件的规划指标要求，结合该项目特殊的用地性质、建筑布局、下垫面类型及分布、场地竖向及景观效果等实际情况，分区域针对性实施海绵城市设计，合理布置海绵城市设施。项目整体通过设置下凹式绿地、透水铺装、雨水消毒池等海绵设施，对场内屋面雨水及室外场地的雨水从源头上进行控制、蓄渗和缓释，有效控制雨水径流，实现该项目的海绵建设管控目标。

该项目功能定性为综合医院医疗区、传染病医院医疗区、监管医院医疗区三大医疗区，组成一个综合大型三级甲等医院，属于重度污染项目，为了减少污染环境及滋生蚊虫，传染病区域内不适宜设置透水铺装、下凹式绿地，考虑采用雨水消毒池对传染病区内雨水进行管控和消毒处理。本项目设计思路分析如图2所示。

图2 广州市某大型传染病医院海绵城市设计思路分析Fig.2 Analysis of Sponge City Design of a Large Infectious Disease Hospital in Guangzhou

根据《广州市海绵城市专项规划2016-2030》，白云区新建公共服务建筑类项目年径流总量控制目标为70%，控制降雨量7 610 760 m³。［1］

根据《白云区海绵城市建设专项规划》，年径流总量控制率不低于72%，对应的设计降雨量为27.5 mm，年径流污染削减率为56%。［2］

由于传染病区内的地表雨水受到重度污染，地表雨水可能携带大量的细菌病毒，雨水不经处理直接排放到市政雨水管网将对周边水体的水安全和水环境造成影响。根据《广州市建设项目海绵城市建设管控指标分类指引（试行）》，传染病区属于豁免类，传染病区的相关海绵城市设计指标不纳入地块整体指标计算范围。其雨水需要通过雨水管网统一收集，在末端设置雨水调蓄消毒池，其有效容积按前15 min 对应的汇水量选取。［3］

2021年5月19日《广州市某大型传染病医院项目海绵城市专家论证研讨会专家组意见》，传染病区相关海绵城市设计指标不纳入地块整体指标计算范围。非传染病区可以按要素管控考虑，透水铺装率、硬化地面可渗透地面率不做约束性考核，不满足部分可按《分类指引》要求，在白云区所在排水分区内平衡，以实现排水分区总体指标达标。这有别于有些试点城市针对海绵城市径流总量、下沉绿地率、透水铺装率等多项海绵城市控制指标采取一刀切的规定［4］。

根据《广州市建设项目雨水径流控制办法》，本项目海绵城市建设需满足“新建建设工程硬化面积达1 万m2以上的项目，除城镇公共道路外，每万m2硬化面积应当配建不小于500 m2的雨水调蓄设施”指标要求。［5］

该项目围墙范围内新建硬化面积为66 032 m2，需要设置调蓄设施的容积V=66 032÷10 000×500=3 301.6 m³。

综上所述，确定该项目海绵城市设计指标：年径流总量控制率不低于72%，对应的设计降雨量为27.5 mm；年径流污染削减率为56%；传染病区域内相关海绵城市设计指标不纳入地块整体指标计算范围。本项目围墙范围内新建硬化面积为66 032 m2，需设置调蓄设施的容积V=66 032÷10 000×500=3 301.6 m³，指标分析如图3所示。

图3 海绵城市设计指标分析图Fig.3 Sponge City Design Index Analysis Diagram

3 设计方案

该海绵城市设计结合围墙内的场地竖向设计、地下室边线布置和周边市政雨水管网资料，整个院区的排水划分为传染病区和非传染病区两个区块，其汇水面积分别为42 447 m2和93 440 m2，区域划分如图4所示。

图4 海绵城市建设分区示意图Fig.4 Schematic Diagram of Sponge City Construction Zone

传染病区域内不设置透水铺装和下凹式绿地，在其雨水排出口末端设置1座有效容积为735 m3的雨水消毒池，统一对区内雨水进行管控和消毒处理。在非传染病区采取下凹式绿地、透水铺装等海绵设施，分别设置了21 110 m2的下凹式绿地和19 144 m2的透水铺装。

3.1 雨水径流组织

传染病区的沿院内内部道路设置雨水管网，收集屋面雨水和地表降雨径流，集中往区内西侧排放，末端设置雨水消毒池，经消毒后排入西侧的市政雨水管网。

非传染病区内设置下凹式绿地和透水铺装，地面雨水可通过透水铺装直接下渗，或向两侧排入下凹式绿地下渗。区内分设三路雨水干管，沿车行道从南往北走，经雨水主管汇合后排入北侧市政道路的雨水管网。该项目区内的几种雨水径流组织设计方案如下（见图5）：

图5 雨水径流组织设计方案示意图Fig.5 Schematic Diagram of Rainwater Runoff Organization Design Scheme

①绿地雨水➝下凹式绿地➝补充地下水/场内雨水管网。

②屋面雨水➝雨水立管➝下凹式绿地/场内雨水管网。

③室外地面雨水➝下凹式绿地➝补充地下水/场内雨水管网。

④室外地面雨水➝下渗➝透水垫层➝补充地下水/场内雨水管网。

3.2 海绵设施布局

根据项目特殊的使用功能，结合场地竖向及绿化、人行道、广场等硬化铺装的分布情况，综合考虑室外园林的景观效果。因地制宜，在传染病区设置了雨水消毒池；多举并错，在非传染病区设置了下凹式绿地和透水铺装等海绵设施。

在该项目的海绵城市建设指标要求下，结合室外园林景观的设计需求，确定下凹式绿地的下沉深度要求。铺装和绿化衔接的路侧石与铺装持平，沿铺装周边设置下凹式绿地，下凹式绿地比路面、广场、人行道等铺装完成面低20 cm。根据铺装的场地标高，推算确定下凹式绿地的标高。

各海绵设置的总体布置如图6所示。

图6 海绵设施平面布置图Fig.6 Floor Plan of LID Facilities

3.3 指标核算

⑴非传染病区采用容积法对该区域所需的雨水调蓄量进行计算，传染病区属于豁免类，故不对传染病区的海绵指标进行复核计算。

以非传染病区为例，综合径流系数计算方法及公式参考《雨水控制与利用工程设计规范：北京市地方标准DB 11/685-2013》，按下垫面类型加权平均计算，计算公式如下：

式中：ψ为综合径流系数；F为汇水面积（m2）；Fi为汇水面上各类下垫面面积（m2）；ψi为各类下垫面的径流系数。［5］其中各类下垫面径流系数取值参照《广州市海绵城市规划设计导则（试行）》表4.2.7［6］。

海绵设施调蓄容积采用折减法计算：下凹式绿地的上部平均雨水调蓄深度为0.15 m，考虑20%的无效容积，有效调蓄深度取0.127 5 m，项目地块内下凹式绿地折算后调蓄容积为2 691.53 m2。海绵实施后非传染病区的综合径流系数及调蓄容积计算如表1所示。

表1 非传染病区海绵实施后综合径流系数及调蓄容积计算表Tab.1 Calculation Table of Comprehensive Runoff Coefficient and Storage Capacity after Sponge Implementation in None-communicatable Disease Area

⑵非传染病区按广州市72%年径流总量控制率的指标进行复核计算。根据《广州市海绵城市规划设计导则（试行）》第4.2.3 条年径流总量控制容积VT的计算公式如下：

式中：VT为年径流总量控制容积（m3）；H为设计降雨量，27.5 mm；V渗为该地块的渗透容积；ψ为综合径流系数，海绵设施建设后ψ为0.58；［7］

经计算得VT=2569.59m3；V渗=1 079.23 m3；

V调为调蓄容积，根据表1 核算结果，本项目中V调=2 691.53 m3；

本项目中72%年径流总量控制率所对应的控制容积V控T计算公式如下：

经计算得V控T=1 079.23+2 691.53=3 770.76 m3＞VT=2 569.59 m3，满足该项目中广州市海绵城市建设72%年径流总量控制率的指标要求。

⑶根据《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》降雨量计算公式及雨水径流量公式核算分区雨水降雨量及雨水径流量。

①降雨量计算

计算依据及公式如下：

式中：Q为降雨量（m3）；hy为设计降雨量，27.5 mm；F为汇水面积（m2）。［8］

式中：W为设计控制径流量；ψ为综合径流系数，本项目海绵设施建设后ψ为0.58。［7］

根据雨水径流量公式，求得各分区雨水径流量，并对分区雨水管道进行核算，过水量计算时降雨历时应采用5 min，根据上述公式求得各汇水分区设计控制径流量如表2所示。

表2 各汇水分区雨水径流量核算表Tab.2 Accounting Table of Rainwater Runoff in Each Catchment Area

②下凹式绿地溢流口过流能力核算

根据《广州市海绵城市建设技术指引及标准图集（试行）》，参考图集溢流口做法，本次海绵城市设施下凹式绿地中采用的溢流口最大过流流量为30 L/s。［9］该设计非传染病区设置一百个溢流口，校核非传染病区溢流口过流能力计算30 L/s×100=3 000 L/s＞2 734.77 L/s。

⑷根据《广州市建设项目雨水径流管理办法》规定计算本项目所需总调蓄容积至少为3 301.6 m³。传染病区的雨水管网末端设置1 座雨水消毒池，其有效容积V消=10×0.69×4.244 7×25=734.75 m³，取值735 m³。综上，合计得出本项目设置的雨水调蓄设施总容积V总=2 691.53+735=3 426.53 m³＞3 301.6 m³，满足《广州市建设项目雨水径流管理办法》的要求。

⑸根据《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》，下凹式绿地渗透排空时间计算公式如下：

式中：Vsj为设施的设计有效调蓄容积（m3）；ts为渗透排空时间（h）；α 为综合安全系数，取0.6；K为土壤渗透系数，参考《广州市海绵城市规划设计导则（试行）》（穗水〔2017〕247号附录D），取1.16×10-5m/s；J为水力坡降，取1；As为有效渗透面积（m2）。［10］

下凹式绿地渗透排空时间ts= 2 691.53/（3 600×0.6×1×1.16×10-5×775.936）=5.09 h＜24 h，符合要求。

4 总结

回顾该项目的设计过程，面临的首要难点就是传染病医院是否需要设置海绵城市设施，其次是需要海绵城市设计时如何分点布置海绵城市设施。在历经多次内部讨论及专家论证后，一致认为大型传染病医院的海绵城市设计应分区考虑，将传染病医院的建设场地内划分为传染病区和非传染病区，且设计指标要求可因地而异，应优先考虑径流污染削减为原则。传染病医院的传染病区内地标径流可能携带大量的细菌病毒，不适宜采取透水铺装或下沉式绿地等下渗的方式进行控制，必要时还需要采取防渗措施，避免污染地下水质；可与征求当地海绵主管单位的意见，通过设置雨水消毒池的方式对地表径流进行消毒及沉淀处理，有效去除雨水中的传染性致病菌及悬浮杂质。对于非传染病区，宜放宽其透水铺装率、可渗透地面率等指标的约束性要求。可采取依势而设、沿路下凹的方式布置透水铺装、下凹式绿地，通过逢凹可断的的方式采取屋面雨水立管断接来实现源头削量降污，有效降低地块内雨水排放量，可减少市政雨水管网压力。另一方面，传染病医院进行海绵城市设计，可对海绵城市建设的工作推进起带头引领作用，杜绝以“一刀切”的方式来躲避海绵城市的建设要求。目前该项目正处于施工阶段，其海绵城市设计的思路与方案做法可为后续有海绵城市建设要求的类似工程项目提供参考借鉴经验。