海绵城市理念在校园建筑设计的应用研究——以宜昌市三峡旅游职业技术学院高水平产教融合实训基地为例

王宇，李世伟，刘丰亮，商庆坤

（1 三峡旅游职业技术学院，湖北宜昌 443000；2 湖北鄂西地质设计有限公司，河南扶沟 461300）

0 引言

近年来，城市内涝、水污染等已成为城市发展的突出问题，传统大基础设施和雨水管网建设的思路已无法满足现代城市的雨水管理要求，建设自然积存、自然净化的海绵城市理念应运而生[1]。校园中人口密度大、师生出行频繁，校园景观空间中存在大量硬质不透水地面，引发诸如校园内涝、山体滑坡等问题，影响了校园安全。

海绵城市，一般指“低影响开发雨水系统构建”，通过采用“渗、滞、蓄、净、用、排”等多用技术手段实现水循环。在校园建筑设计中应用海绵城市理念，通过对建筑空间的场地设计，实现雨水的收集和利用，既能解决校园雨洪问题，还能提升校园环境价值。

1 国内外发展概述

1.1 国外发展概述

“海绵城市”最早于20 世纪70 年代提出，是西方国家对当时城市雨洪管理的经验总结。后来英国、德国、澳大利亚等又提出城市雨水系统应与城市设计结合起来实现良性水循环。在海绵城市与校园结合方面，国外已有许多案例。塞勒姆州立大学将校园内的雨水系统与生态修复相结合，打造湿地走廊，达到水土保持的目的[2]。宾夕法尼亚大学将校园的荒草地与雨水花园巧妙结合，考虑植物生长特性的同时也改善了地区环境，使场地自然舒适。

1.2 国内发展概述

国内相关研究起步较晚，政策层面于2012 年首次提出“海绵城市”。2013 年，习近平总书记在中央城镇化工作会议中提出建设“海绵城市”。2014 年，住房和城乡建设部发布《海绵城市建设指南》,自此在全国范围内掀起一股海绵城市建设热潮[3]。

目前国内的海绵城市校园建设处于探索阶段。遵循低影响开发理念，各地高校通过不同的方式、手段推进“海绵”建设。许昌学院在校园屋顶绿化设计中，通过屋顶花园、屋顶绿化等方式加强屋顶水土保持，达到收集雨水的目的[4]。武汉大学在校园景观设计中，将部分质量差的绿地进行改造，用植草砖、可透水砖改变地面材质，增加了更多的雨水处理点[5]。

宜昌市为加快建设海绵城市试点示范工程，先后发布了《宜昌市中心城区海绵城市专项规（2016—2030）》《宜昌市海绵城市实施方案（2019—2022）》《宜昌市海绵城市建设指标体系与技术导则（试行）》《宜昌市海绵城市建设施工图审查要点（试行）》《宜昌市海绵城市建设工程验收管理实施细则》，进一步推动海绵城市理念落地落实。

1.3 经验总结

通过国内外案例可以总结得出：海绵城市校园景观设计的核心是抓住“渗、滞、蓄、净、用、排”这六大要素，结合校园绿地、建筑、道路、广场等进行设计和改造，达到雨水的收集、渗透、净化和利用的目的，最终实现水循环利用[6]。本文以宜昌市三峡旅游职业技术学院高水平产教融合实训基地为例，结合海绵城市设计理念，对校园绿地、建筑、道路、广场等进行“海绵”设计，最终达到水循环利用。

2 海绵城市理念在校园建筑的设计方式

本文以《宜昌市海绵城市建设技术导则》为指导，提出海绵城市校园建筑设计方式，从校园绿地、建筑、道路、广场四个方面入手，通过海绵设施分布图、场地竖向及径流路径设计图、汇水分区图等施工图纸设计，计算得出下沉式绿地率、雨水资源化利用率、透水铺装率等指标，使其满足宜昌市海绵城市控制率要求（图1）。

2.1 绿地

绿地的作用在于快速吸纳雨水的同时，又能蓄留雨水。绿地可以通过植草沟和下沉式绿地两种途径吸收雨水。用植草沟代替原来的排水沟，巧妙地将雨水收集系统和景观系统结合起来[7]。下沉式绿地中设置生态式雨水口，底层下铺设穿孔排水管，对下渗雨水进行收集，保证雨水2 h 内排空，避免蚊蝇滋生，同时在下沉式绿地处设置溢流口，超标雨水通过溢流口排入下游雨水管。这种基于海绵城市的排水理念更多的强调离散状分布，通过这种毛细血管式的布置，达到吸收雨水、蓄留雨水的目的。

2.2 建筑

建筑的海绵设计主要在屋顶花园，屋顶花园要保证在不破坏建筑本身结构的基础上，铺置不同结构的土层，达到减缓雨水流速、净化雨水以及收集雨水的目的[8]。通过屋顶花园的植物根系、卵石层过滤和吸收雨水，并通过雨水管收集到雨水罐，雨水罐装满后，雨水通过溢流管溢流至室外雨水系统，最终汇聚到市政管网中。

2.3 道路

道路的海绵设计在于减少路面积水，减少径流总量及未被绿地、屋顶花园吸收的雨水，大部分积水会回到道路路面中，通过透水铺装实现雨水渗透[9]。对于改造成本较大的水泥路面来说，通过在路边石上开口，直接将道路雨水引入就近绿地中，通过绿地的吸水性达到锁水功能，滞留雨水。

2.4 广场

广场的海绵设计在于透水铺装，设置生态树池、渗渠，提高雨水渗入率。通过校园地形高差，布置下沉式绿地、植草砖、嵌草砖、雨水罐等吸收和净化雨水，形成不同的场地竖向及径流路径设计图和汇水分区图，最终成为不同功能的海绵广场[10]。

3 研究区概况

研究区为宜昌市三峡旅游职业技术学院校区，该校区新建高水平产教融合实训基地占地面积20 490.3 m2，总建筑面积24 970.28 m2，绿地面积3 041.64 m2。整个区域为新建项目，场地地势总体北西侧高，现有地面高程在66.7～75.50 m 之间，相对高差8.8 m，场地地貌为丘陵剥蚀地貌，周边未见有影响地质问题，工程地质环境较好。

研究区域中地下水类型主要为杂填土中的上层滞水，主要补给来源于大气降水，通过大气蒸发或由地势相对较高的北西侧向南东侧地势低洼处渗流、排泄，分布不均，在大降雨量期间，易造成校园内涝、小山体滑坡等问题。

4 基于“海绵城市”理念的校园建筑设计对策

4.1 绿地

在海绵城市设施分布图中(图2），绿地主要通过植草沟和下沉式绿地两种途径吸收雨水，绿地内种植狗牙根草和梅树，其中下沉式绿地和植草沟仅种狗牙根草，狗牙根草具有很强的吸收雨水作用。

图2 海绵城市设施分布图

下沉式绿地内有种植土（图3），种植土下面依次设有过滤层和砾石，砾石下面有渗透管，这样的布置结构可以使渗透管发挥很大的作用，既能增加雨水渗水的面积，又能延缓雨水的流失速度，使土壤长时间保持湿润。在本次设计中，绿地面积3 041.64 m2，其中下沉绿地931.25 m2，根据《宜昌市海绵城市建设指标体系与技术导则（试行）》推算下沉式绿地率为30.62%，满足下沉式绿地率管控指标25%的要求。

图3 下沉式绿地大样图

4.2 建筑

本研究选取区域：高水平文旅产教融合实训基地中A 栋和B 栋的连接体建筑，一层的室外露台设计为屋顶花园，屋顶花园可以减少太阳辐射、使建筑降温，达到节省能耗、调节小气候、延长建筑使用寿命的目的。在屋顶平台设计中，屋顶多铺设植草沟，当出现降雨时，雨水通过植草沟、卵石过滤雨水，再通过雨水管网连接，最后汇聚到落水管中。

在雨水管四周设置雨水罐，雨水罐中设置雨水过滤装置，屋顶雨水经过滤后二次使用。在本次设计中，一共设置了10 个雨水罐，容积为38 m3，可蓄水222.38 m3。根据《宜昌市海绵城市建设指标体系与技术导则（试行）》推算雨水资源化利用率为15%，满足雨水资源化利用率管控指标6%的要求，储存后的雨水可用于清洗地面、路面、浇灌绿化等。

4.3 道路

在本次研究区域中，整个场地北高南低，场地高差8.8 m，北侧、西侧、南侧三面道路均为现有道路，在下暴雨时节，雨水主要汇聚到南侧道路市政管网中，极易产生积水。路面局部积水高20～30 cm，师生出行十分不便。在本次设计中，通过调整场地竖向，设计雨水径流路径图（图4），通过下沉式绿地、植草沟减缓雨水对道路的冲刷。东侧道路在新建时采用排水降燥沥青路面铺装，包括排水沥青面层、封水层、垫层，其中排水沥青面层厚度为4 cm，孔隙率为15%～25%，增加雨水渗透能力。人行道路面采用透水砖铺装。

图4 场地竖向及径流路径图

4.4 广场

本研究区域中，广场采用透水铺装，能够提高雨水资源使用效率，有效减少地面积水现象。根据场地竖向高程，整个广场共划分十一个汇水分区（图5），其中在汇水区域四、七、八、十中设置有下沉式绿地，在满足基本的休憩、娱乐功能外，达到调蓄雨水的目的。在汇水区域二中场地高差较大，采用透水草坪使雨水下渗，避免直接冲刷广场内人行道。人行道两侧设置植草沟，使植物能对雨水中的污染物进行运输、净化和阻滞，以起到过滤的作用。

图5 汇水分区图

广场中除设置下沉式绿地，植草沟外，还有生态树池、嵌草砖，嵌草砖主要布置在生态停车场中。在整个设计中，广场区域能够提高雨水资源使用效率，缓解暴雨带来的校园内涝并有效补充地下水，维护生态平衡。整个广场和道路的透水铺装面积达到6 119.57 m2，可渗透地面面积共 9 161.21 m2，其它硬地和道路面积 2 695.52 m2，根据《宜昌市海绵城市建设指标体系与技术导则（试行）》的规定，透水铺装面积占硬化地面的面积比例为69.42%，满足透水铺装率管控指标不低于50%的要求。

5 结语

本文以宜昌市三峡旅游职业技术学院高水平产教融合实训基地为例，在相关研究基础上，提出了微观层面的海绵城市校园建筑设计方式，从校园绿地、建筑、道路、广场四个方面分析，完成海绵设施布置图、场地竖向及径流路径设计图、汇水分区图等施工图纸设计，计算得出下沉式绿地率、雨水资源化利用率、透水铺装率等指标，使其满足宜昌市海绵城市控制要求。本次设计是宜昌市首例海绵城市设计理念在建筑项目中的实施应用，未来，通过继续研究和探索，推动设计方式应用于其他高校，最终实现解决校园内涝、净化水质的目的。

图片来源：图1—图5 均为作者自绘。