沈 洁
林诗琪
龙若愚
吴语婧
“海绵城市”的提出与建设旨在促进雨水管理的范式转变与城市的可持续发展。针对海绵城市试点示范城市,研究、制定对应的重大公共项目绩效评价体系是国家部委与试点城市实施资金监管、有效规范、突出引导、强化指导和培育典型等工作的关键性保障机制[1]。
现行《海绵城市建设评价标准》(以下简称《评价标准》)以中宏观尺度的城市建成区为主要评价对象,对建成区范围内的源头减排项目、排水分区及建成区整体的海绵效应进行评价,主要关注环境效益。
而国内已有研究对评价体系的优化进行探讨,表明了学界对海绵城市的认识已从单一的环境效益逐渐转向综合效益。Kalman等强调城市雨洪管理设施的建设应该考虑其实际效益与经济成本的关系[2];张书函等认为雨水利用措施的效益评价应包含经济、社会与环境效益[3];赵西宁等为使合理利用水资源更具有理论和现实意义,提出了涉及经济、生态、社会效益等32项指标的雨水资源化利用综合效益评价体系[4];Backhaus等认为雨水管理系统在强调水量和水质的同时也应该关注其审美表现[5];李兰[6]、刘颂[7]等均指出海绵城市建设应从生态系统服务角度出发,将美观与文化娱乐等生态系统服务作为评价指标;沈洁等建议应建立以综合绩效为导向的评价体系,将社会、经济、美学指标纳入《评价标准》[8-9]。但是目前并未形成统一、全面的综合性绩效评价框架,以综合绩效为导向的、微观尺度的实践评价案例更是缺乏。
因此,本研究以海绵城市建设项目为对象,提出以环境、社会、经济和美学效益作为评价基准[8-9]的绩效评价体系,并基于专家问卷与实证研究逐步优化这一体系,以扩充、完善评价标准,为海绵城市相关政策、标准、规范的制定提供参考。
研究首先统筹水文学研究尺度与空间应用尺度[10],确立海绵城市的尺度框架及评价体系的研究对象。理想状态下,尺度框架能够耦合流域单元与空间规划单元,以实现城市土地开发从源头上遵循水文过程的空间约束目标。传统水文学研究可将水文空间划分为3个量级、9个子项(表1)。
根据《评价标准》、地方标准[12-13]的评价范围与评价对象,以城市的空间维数作为参考,可将海绵城市的尺度框架分为城市、街区、地块(场地)3个尺度,大致对应于水文学上小流域、排水分区和水文模块尺度,各尺度划分依据见表2。
本研究聚焦于海绵城市建设项目,构建“海绵城市建设项目绩效评价体系”(以下简称“评价体系”),对应“地块尺度”,即根据城市控制性详细规划确定,按市政道路划分的单一土地利用类型作为1个研究单元[15],具体项目类型包括城市绿地中的公园绿地、防护绿地、广场用地和附属绿地(如居住用地中的居住区,公共管理与公共服务设施用地中的学校、医院等,商业服务业设施用地中的商业区,道路与交通设施用地中的道路、停车场等)。
研究通过文献爬梳确立初步的评价体系,再通过专家问卷调研、已建成项目的实证评价修正、优化评价体系(图1)。
图1 海绵城市建设项目绩效评价体系的构建技术路线(林诗琪绘)
海绵城市建设项目具有多重效益。对比中美雨水管理评价标准,国内现行《评价标准》以环境效益为唯一导向,美国标准则经历了从单一的环境效益评价到综合性效益评价的过程,其可持续发展理念在这一过程中不断深化:从社区开发LEED认证(LEED for Neighborhood Development,LEED-ND)[16]偏重环境效益,到可持续场地倡议(Sustainable Sites Initiative,SITES)[17]兼顾社会、美学效益,再到景观绩效系列(Landscape Performance Series,LPS)[18]提出环境、社会、经济的综合效益框架[9]。现有研究还表明,以环境、社会、经济组成的可持续发展概念,正逐渐被认为需要第四个概念——美学的辅助:“沉浸式的美学体验可以引起对环境的重视、移情、热爱、尊重及关心”,这对于实现长久的生态可持续性不可或缺[19]。
在前序研究的基础上[8-9],本研究以环境、社会、经济和美学效益作为绩效评价基准,从1)国内相关标准(包括《评价标准》《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》[20]、地方导则等);2)国外相关标准及实证评估体系(LEED-ND、SITES、LPS);3)国内外相关文献研究;4)国内外优秀的雨水景观案例中梳理出20项指标形成首轮评价体系,并初步确定了各项指标的含义、评价方法和评分标准。
根据研究所涉及的领域,选取23名来自风景园林(15名)、市政工程(4名)、环境工程(4名)专业,从事雨水管理相关领域的学者形成专家组,通过3轮专家调查问卷完成指标构成、评价方法和评价标准的确认。每轮问卷采集专家组对各项指标的必要性评分(1~5分)及开放性建议,以必要性平均得分≤3.5分或变异系数≥0.3作为筛选问题指标的标准,并结合专家意见对其含义、评价方法、评分标准进行逐一讨论,由此逐步敲定评价体系。需要说明的是,由于我国地域辽阔,自然和经济条件差异较大,故部分指标的评价标准需结合地域特征进一步调整细化。此外,研究还为单一指标拟定了多种评价方法供研究团队选择。
将修正后的评价体系运用至已建成的3个项目(包括天津大学北洋园校区、南京汤山矿坑公园、长沙山水间公园)中,以考察评价体系的适用性,反馈评价体系存在的问题。在这一实证过程中,识别评价方法与评分标准不合理的指标,通过文献研究对其进行修正,逐步优化评价体系,形成从理论假设到实践检验再到理论修正的动态研究路径。
本研究未采用常见的设置各指标不同等级和权重的评价方式,而是基于相同基准对各项指标进行逐一评价,目的是在当前偏重环境效益的趋势下,提升对于其他效益的重视程度。基于3轮专家问卷调研、3个已建成项目的实证评价进行修正后,研究所构建的评价体系包含环境、社会、经济和美学绩效4个类型下的11个准则层,共计20项评价指标(表3)。
表1 水文学空间尺度分异[11]
其中,部分指标需在特定场地条件下进行考核,如仅针对设计边界内现存的自然形成的水生态系统项目考核“C8保护水生态系统”指标,仅针对退化或受损的水生态系统和低质的、因人类活动形成的水生态系统考核“C9修复水生态系统”指标等。
1)环境绩效。
表2 海绵城市评价体系的尺度框架
表3 海绵城市建设项目绩效评价指标
《评价标准》中针对“源头减排项目实施有效性”的评价指标包括:年径流总量控制率及径流体积控制率、径流污染控制、径流峰值控制、硬化地面率、控制周边区域降雨径流等。评价体系沿用相关指标,设置“径流量控制”和“水质控制”准则层,其中“水质控制”除悬浮物外新增COD、总磷、总氮以反映水体有机物污染和富营养化情况。
此外,评价体系设置“雨水资源化利用”指标,鼓励采取替代灌溉的方法和节水策略,以限制使用或不使用饮用水、天然地表水和抽取地下水进行景观灌溉及其他户外使用,从而保护水资源并最大限度地减少能源使用[9]。评价体系设置“保护/修复水生态系统”准则层,以保护场地自然基底,修复低质的水生态系统,从而支持水生态系统的健康运转;设置“缓解热岛效应”准则层,以“绿色屋顶率”“透水铺装率”2项指标来考核缓解热岛效应的表现①。
环境绩效相关指标通过实地检测水质、施工或竣工图图纸测量等方法获取基础数据,并通过实验室分析、水文软件模拟、数据计算得出最终评价结果(表3)。
2)社会绩效。
根据对LPS雨水管理相关项目的统计分析,雨水景观的社会价值包括提供户外活动机会、提供教育机会、安全性3个方面。
常见的社会绩效考核方式可分为3类:(1)从用户主观感知的角度,以问卷调查、访谈等形式采集数据;(2)从场地实际使用情况的角度,现场记录使用人群、使用频次等数据;(3)从场地设施设置的角度,核查场地内设施是否符合数量、密度、种类等方面的要求。社会效益评价一方面需要便于核查的客观性定量指标,以反映“场地提供了多少”“是否达到标准”;另一方面也离不开人的参与和感知,以反映“(已提供的这些设施或服务)是否能够被有效接受”,如二者出现偏差,则有助于发现设计问题并予以改善。因此,针对社会绩效下“结合雨水管理设施提供户外活动机会”“结合雨水管理设施提供教育机会”“雨水管理设施安全性”3个准则层,采用客观统计和主观调查相结合的方式进行指标设置(表3)。
社会绩效相关指标通过实地调研评价场地设施设置的客观情况,通过问卷调查考察用户对于场地设施设置的主观感知(表3)。问卷调查采用里克特量表形式,该量表由一组陈述组成,每一陈述有“非常同意”“同意”“中立”“不同意”“非常不同意”5种回答,用户需指出自己对该项陈述的认同程度。
3)经济绩效。
景观设计基金会(Landscape Architecture Foundation,LAF)在《评估景观绩效:指标和方法指南》一书中指出,节约成本包含节约建造成本、节约运营与维护成本2个大类[31]。在雨水管理视角下,前者指节约与LID设施建造相关的一次性成本;后者指通过采用LID设施节约的运营、维护方面的持续性成本。当前LID设施的建造成本较高,尤其是湿塘、雨水湿地与蓄水池,LID设施在短期内可能面临大量的投入,探索低成本的建造方法具有极大的现实意义;维护成本大部分集中于雨季及其前后的检修与植物养护,若采取相关措施减少灌溉与径流处理方面的维护成本,可以带来长久、持续的效益,也将提高建设项目的说服力。因此,评价体系设置“节约建造成本”与“节约运营与维护成本”2个准则层考核经济绩效。
经济绩效相关指标需从项目建造与管理方获取建造成本、运营与管理成本相关数据进行评价(表3)。
4)美学绩效相关指标。
美国早期的雨水管理实践表明,景观美学效果是实现雨水景观可持续发展的重要方面:20世纪70—90年代,公众对广泛建设的以滞洪池、蓄洪池为主体的社区级雨水管理基础抱有负面感知,认为其形态不佳,在雨水管理上是无效的,促成美国雨水管理转向LID理念,从而实现城市的可持续发展[32]。参考SITES,评价体系设置“雨水管理设施美观性”准则层,提倡结合LID设施创造优美的景观空间,建造兼具功能性与美观性的雨水系统,使之更好地为公众所接受。
美学绩效相关指标通过问卷调查考察用户对于场地设施美学效果的主观感知(表3)。问卷调查同样采用里克特量表形式,设置“非常美观”“比较美观”“一般”“比较不美观”“非常不美观”5种回答调查用户对于美学效果的认同程度。
图2 LPAM评价模型(林诗琪绘)
基于绩效评价结果,为每个项目建立景观绩效评价模型(Landscape Performance Assessment Model,LPAM),通过简明的图示(图2)帮助设计师、决策者和公众理解项目的绩效表现。LPAM中4个不同颜色的扇形切片与其子项,分别对应4类绩效的20项评价指标;LPAM从圆心到圆周被分为5份,分别代表“很差、差、一般、好、很好”5个等级;各指标得分形成的整体面积大小表达该项目的综合效益情况。
在我国海绵城市建设试点工作中,越来越多的公园绿地被赋予海绵功能,并因其在雨水管理方面的卓越设计得到了专业认可,表明我国海绵型公园实践已发展到一定水平。研究以公园为例进行实证评价,案例选取主要考虑以下几个方面:1)项目在满足公园基本功能的同时兼顾雨水管理,具有良好的建成效果,优先考虑较适宜的综合公园、社区公园[33];2)项目可补充说明除常规环境效益以外的其他指标;3)可取得翔实的基础资料,包括项目施工资料、场址历史资料等。综合以上因素,以南京汤山矿坑公园(综合公园)和长沙山水间公园(社区公园)为例展开景观绩效评价。
南京汤山矿坑公园地处汤山国家旅游度假区北面、汤山山体南侧,公园立足“城市双修”理念,打造了以山为幕的特色矿坑体验公园,整治、修复了已被破坏的生态与水文,并将其与符合现代城市生活的功能进行整合,得到SITEs(可持续场地倡议)V2的黄金级认证。公园雨水管理系统依山势而建,由宕口、旱溪、生态草沟、叠层水坝、三叠湖与人工湿地组成,降雨时,来自北部山体的降雨将滞蓄于宕口底部湖体,或由绿地直接消解;其他雨水由缓坡地形汇集至旱溪、生态草沟、叠层水坝或人工湿地,并通过这些设施沉积悬浮物、分层净化雨水、减缓雨水径流流速;之后,雨水汇入三叠湖中,并通过三叠湖与人工湿地总体管控水量和水质;最终,多余雨水将通过溢流口流入城市河道。此外,公园还设有人工雨水循环系统:三叠湖处设置了一处水泵坑,可将湖水回泵至叠层水坝中进行净化(图3)。
以本研究所建立的评价体系对该公园进行评价,结果显示,南京汤山矿坑公园在环境绩效、社会绩效、美学绩效维度都有诸多考量,不失为雨洪管理的优秀典范。
图3 南京汤山矿坑公园雨水管理系统图示(引自张唐景观工作室,吴语婧改绘)
公园在径流量控制、水质控制、结合雨水管理设施提供户外活动机会、雨水管理设施美观性方面都具有很好的绩效表现(各项得分≥4分)。1)径流量控制方面,公园充分利用场地地形,合理梳理组织产汇流路径,构建了层级分明的雨水管理系统,结合山体设置旱溪、叠层水坝等LID设施在前端对地表径流进行引流,并在系统末端组合设置三叠湖与入口湿地,总体实现了对集水区径流的管控,经SWMM模拟年径流总量控制率达96%,径流峰值流量削减率超过5%,均达到优秀水平。2)水质控制方面,公园通过叠层水坝的跌水曝气与三叠湖、湿地的植物净化,有效去除了径流中的各类污染物,达到了Ⅳ类水标准及以上,整体水质良好。3)结合雨水管理设施提供户外活动机会方面,公园设计结合LID设施设置了休闲步道、座椅、平台等活动设施,提供户外活动设施或服务的LID设施种类占比100%,通过问卷调查得到用户感知户外活动适宜性良好。4)雨水管理设施美观性方面,公园通过结合公园设施、调整水岸边界、差异化种植配置等手段丰富了水岸空间,并在宕口岩壁大量使用锈钢板材质,创造了粗犷的审美体验,被使用者广泛接受,通过问卷调查得到用户感知美感度达到良好以上。
公园在以下方面存在不足:园区未对雨水进行资源化利用,未大量使用透水铺装,无绿色屋顶设置,结合雨水管理设施提供教育机会不足(对相关雨洪管理知识的宣传较少),未有资料记录节约运营与维护成本方面的数据。这些也是当前雨水管理项目普遍容易忽略的问题。
长沙山水间公园是长沙中航城国际社区的重要公共绿地,公园基于场地的生态基础与场地未来,以生态复育和雨水管理为出发点,在自然本底的基础上植入人们日常活动的空间,力图达到“参与性”与“生态性”的平衡。公园雨水管理系统包括被动式和主动式2类:被动式循环中,场地地表径流首先由截水设施收集,再汇入上游蓄水池内,然后将其注入雨水花园和生态湖中进行处理回用,达到循环流动的目的;主动式循环中,公园中的阿基米德花园设有阿基米德取水器、观察水渠与小型人工湿地,游客可通过使用阿基米德取水器,将湖水抽至水渠并沿水渠流至湿地中进行净化,最终又汇入生态湖中(图4)。
图4 南京汤山矿坑公园(4-1)与长沙山水间公园(4-2)绩效评价模型对比(林诗琪绘)
相关资料显示[34-35],设计者对公园的雨水管理(水量管理、水质改善)、场地活力(环境教育、创意设施)、景观美感(水环境与绿地空间的融合)方面都有细致的考量,并对每年可以利用的雨量进行了估算。这些要点基本能够覆盖本研究提出的环境、社会、美学和经济4类效益。尤为难得的是,该公园设计于2014年、建成于2015年,在当时国内普遍只关注环境效益的大环境下,是为数不多考虑了雨水管理综合效益的设计典范。然而可惜的是,公园建成后在后期维护管理方面存在问题,包括人为干预水质(违章加建导致雨水花园遭到破坏,通过自来水补水、在水中加入化学药剂等)、雨水管理设施受损、植被破败等,导致公园当前部分指标的评价现状与设计愿景存在一定落差。
该公园在径流量控制、结合雨水管理设施提供户外活动机会方面仍有较好的绩效表现。1)径流量控制方面,公园雨水管理系统将生态湖、雨水花园、蓄水池进行系统整合,首先利用场地地形、截水沟将山体径流汇入雨水花园中,滞留一部分的雨水并减缓流速;再将雨水汇入生态湖、蓄水池进行总体管控,经SWMM模拟年径流总量控制率达87%,径流峰值流量削减率超过5%,有效控制了场地径流。2)结合雨水管理设施提供户外活动机会方面,公园结合LID设施提供了戏水、观察雨水净化流程、互动式取水等亲水活动,提供户外活动设施或服务的设施种类占比100%;此外,户外设施在场地中颇受欢迎,通过问卷调查得到用户感知户外活动适宜性良好。
公园的维护管理严重影响了以下方面的绩效评价结果:水质控制方面,公园部分LID设施受损、植物破败,管理方又采取了自来水补水、在水中加入化学药剂等方式,使监测数据无法真实反映雨水管理系统的实际情况;雨水管理设施安全性方面,公园存在铺装起翘、道路积水等安全隐患,且水池周边未设置功能性照明。此外,在缓解热岛效应方面,公园内无绿色屋顶,现有的样板房正面临功能转换问题,在未来可将绿色屋顶措施纳入考虑。结合雨水管理设施提供教育机会方面,公园虽在设计时有意置入了一系列科普牌,但问卷表明,因内容表达过于专业,未能取得良好的传达效果,可进一步优化科普牌的内容与形式。
对比南京汤山矿坑公园与长沙山水间公园的评价结果(图5),二者虽然采取了相近的雨水管理策略,但在绩效表现上却有较大差异。究其原因,一方面是由于山水间公园后期维护管理不当造成不利影响;另一方面,山水间公园现状场地小、高差大,其主要使用人群为社区居民,在本身绿地平地面积不足的情况下,公园内的雨水管理系统,尤其是生态湖体占据了较大空间,导致公园其他场地被大幅压缩,居民的日常活动空间需求不能得到很好的满足,对居民的问卷调研也反映了这一点。对于社区公园而言,雨水管理设施的设置需协调居民需求、公园规模尺度等多方因素,小型的分散式设施或许比大型的集中式滞蓄设施更加适用于此类绿地。
图5 长沙山水间公园雨水管理系统图示(引自张唐景观工作室,吴语婧改绘)
二者也存在诸多共性:在缓解热岛效应、雨水资源化利用方面都有所欠缺;均未制定长期的场地维护计划以反映运营与维护成本。这些也是我国当前雨水管理实践普遍存在的问题。
基于此,对雨水管理视角下的未来景观设计提出如下建议:
1)推广绿色屋顶、雨水资源化利用相关技术,促进此类措施的广泛应用;
2)注重雨水景观与教育元素的结合,在设置科普牌、可视化雨水处理系统等常规方式的基础上,还可结合户外课程、专题导览等多样的教育形式传达景观生态知识;
3)在满足雨水景观设计安全规范的基础上,加强日常安全管理,尤其注重场地的夜间照明与维护管理;
4)制定场地维护计划以控制项目的运营和管理,并反映雨水景观的长期经济效益。
针对现行《评价标准》偏重城市尺度、强调环境效益等现象,本研究构建了以多元价值为导向的海绵城市建设项目绩效评价体系,并通过3轮专家问卷和3个已建成项目的实证评价对评价体系进行修正、优化,最终确立了海绵城市建设项目在环境、社会、经济与美学方面的11项效益及其指标构成、各项指标的含义、评价方法和评分标准,为未来的政策、标准、规范制定提供了参考。景观绩效评价模型的建立虽然未确定各指标的权重和等级,但在表达海绵城市建设项目综合效益的高低、检验哪一单项上存在不足方面具有积极作用,也为案例间的横向比较提供了统一的框架。
通过本次研究亦发现,绩效评价非一时之功,以下几点仍然有待后续深化。
1)除了较为成熟的水质和水量控制指标外,其他绩效指标的选取及评价标准的制定,仍需要大量实践案例作为样本进行验证与反馈,以提高其评价效率与准确度。
2)不同用地类型场地的差异(如校园和公园,前者的硬质场地会远多于后者),可能会造成项目在达标难易程度与侧重点方面的明显区别。是否需要根据项目类型的特点对评分标准进行调整,如校园类型应提高教育性的要求、公园类型应提倡更多的活动参与等;是否需要针对不同用地类型设置不同指标权重,如汤山矿坑公园是对自然生态系统进行修复的公园,强调区域雨洪系统组织;长沙山水间公园属于城市中的社区公园,需对周边建筑小区客水进行消纳,因此2个项目的径流量控制目标并不相同。以上都有待未来展开进一步研究。
3)数据是绩效评价的基础,完整的实证评价对原始数据的要求很高,包括详细的设计施工资料、排水管网数据、高程数据、降雨数据、维护记录资料、用水数据等,需要与设计方、管理部门、相关研究部门取得合作。在对几个项目的实证评价过程中会发现,从项目建造与管理方获取建造成本、运营与管理成本相关数据(经济效益指标),是当前评价中最难完成的部分——而这些在LEED-ND、SITES或LPS中并不难实现。这主要是由于我国当前缺乏权威的绩效评价与奖励机制,因此设计方、管理部门在设计、运营、维护过程中很难有意识地对数据进行收集。促进相关部门收集和记录基础数据的机制建设将是未来发展绩效评价的必由之路。
总之,海绵城市绩效评价是多学科交叉、多方协同的复杂领域,建立一套完备的评价体系任重而道远,本研究仅仅是一次抛砖引玉的初步尝试,还请各位专家同行斧正。
致谢:感谢张唐景观自然工作室王墨老师对本项目研究提供的支持与帮助。
注释:
①已有研究表明:绿色屋顶通过使用植被来缓解热岛效应;透水铺装的多孔结构及下垫层土壤中的水分在太阳辐射下自然蒸发,能够带走大量显热和潜热,有效降低地表温度[30]。