浅谈“海绵城市”理念在现代工厂建设中的应用

刘旭晨 朱亚飞 张 森 盛晓冬

(1．黎明化工研究设计院有限责任公司，河南 洛阳 471000；2.新希望六和股份有限公司，四川 成都 610000；3.中冶焦耐(大连)工程技术有限公司，辽宁 大连 116000)

现代工厂在规划设计时，为了满足消防和运输的需求，会设置较大比例的地面硬化，厂区雨水经雨水收集设施快速收集后，经雨水管网或雨水沟集中排入市政管网。近些年来，由于城市排水系统设计标准偏低以及雨水再利用系统的缺失，导致国内众多大中城市中频繁发生内涝问题。随着城市扩张发展，城市规划有意将老旧工业企业向新兴工业区进行转移，并出台海绵城市规划设计的强制性标准、指导性标准，用于指导新建、已建、扩建的工业项目和居住区建设。本文旨在阐述如何在满足地方法律法规的前提下经济、合理、绿色、环保的将海绵城市理念融入到工程建设中。

1 海绵城市建设理念

海绵城市是新一代城市雨洪管理概念，是指城市能够像海绵一样，在雨天及时吸收水分、储蓄水分、渗透水分和净化水分[1]，在干旱的时候把储存的水分像海绵一样的“挤”出来加以利用。将海绵城市的建设理念融入工厂的规划建设中，通过低影响开发设施来实现对厂区内雨水的储存、缓释、净化和再利用，在满足上位规划要求的同时也对企业有诸多益处。

2 海绵城市设计标准

海绵城市的规划设计应当依据建设项目所在地出台的海绵城市设计导则，同时也需要满足《海绵城市设计规范》。下面以岳阳市为例进行论述。

《岳阳市海绵城市规划设计导则》中规定：海绵城市的规划设计标准由强制性标准、指导性标准和其他相关标准组成。按照导则要求，导则适用范围内的新建、改建、扩建项目必须遵守导则中的强制性标准，此外指导性标准是工程规划设计阶段建议参考的标准，设计者可自主选择。具体如下：

2.1 强制性标准

年径流总量控制率指的是在项目用地内通过自然方式和人工干预手段，使得项目建设用地内全年累计得到控制的雨量占全年降雨总量的比例。改扩建工业项目的年径流总量控制率不低于60%，新建工业项目的年径流总量控制率不低于65%。

2.2 指导性标准

2.2.1 年径流污染削减率

雨水经过预处理措施和低影响开发设施物理沉淀、生物净化等作用，场地内累计一年得到控制的雨水径流污染物总量(以固体悬浮物 SS 计)占全年雨水径流污染物总量的比例[2]。对于新建项目而言，该指标不宜低于60%，对于扩建或改建项目而言，该指标不宜低于40%。

2.2.2 透水铺装率

对于新建项目而言，透水铺装率的下限设置较高，机动车车道以外的地面硬化中，透水铺装所占的比例宜大于70%。

在涉及人行道和广场的建设项目中，人行道面层材料和广场的硬化铺装应优先选择透水材料。

2.2.3 绿色屋顶率

对于新建的以商业或公共服务为主的建筑物，应充分利用其屋顶空间，合理的布置屋顶绿化，绿化率宜大于60%。

3 工厂海绵城市规划策略

3.1 规划思路

对于工业项目的海绵城市专项规划首先需要对项目内冲厕需水量、景观补水、道路用水、绿化用水等进行预测，然后分析雨水和中水的水质、可供水量，并结合当地的水文地质、气候等情况确定合适的雨水利用方式。

3.2 规划方案

厂区雨水主要分为屋面雨水和地表雨水两部分，不同区域的雨水适用的收集方式也不同，详见图1。

图1 厂区雨水收集系统

普通屋面汇集的雨水通过落水管排入下凹式绿地，绿植屋面自身可以储存一部分雨水，溢流部分由落水管排入下凹式绿地，超出下凹式绿地储水能力的部分通过绿地中的雨水口收集排放。

地表雨水首先经过广场和透水路面的渗透，然后通过路沿石开口进入绿化带或下凹式绿地进行渗透，超出下凹式绿地储水能力的部分通过绿地中的雨水口收集排放，生产区地表雨水通过设置在道路两侧的雨水口收集。

当项目径流系数控制的雨水量和LID设施控制的雨水量不能满足径流总量控制率时，需要设置调蓄池，当雨水水质满足景观水体水质要求时，厂区的景观水池可兼做调蓄池使用。

在建筑屋面和地下工程顶板的防水层上铺以种植土，并种植植物，使其起到防水、保温、隔热和生态环保作用。

3.3 常用的LID措施

工业项目中的LID设施为下凹式绿地、植草沟、透水铺装、透水混凝土、生态停车坪、种植屋面。

3.3.1 下凹式绿地

下凹式绿地的面层标高低于道路路面标高，路面雨水通过溢流口排入雨水管道系统。雨水管与下凹式绿地先接触，设置碎石等消能、防冲刷设施。

下凹式绿地主要用于蓄滞、净化雨水。下凹式绿地底部不换填，下凹200mm，溢流雨水口顶部高出下凹式绿地底部100mm。下凹式绿地中敷设软式透水管作为盲管，当盲管接入溢流雨水口的路径上存在树木或建、构筑物时，盲管可适当弯曲进行避让。

3.3.2 植草沟

植草沟是一种布置于广场、道路等大面积硬化场地周边的地表排水系统，其可与湿塘、下沉式绿地等其他LID设施相互配合。项目用地内的地表雨水流经植草沟时，植被起到了过滤和增加渗透的作用，植草沟可以有效地消减雨水中的悬浮颗粒污染物和溶解污染物。此外，通过选择植草沟内的植物种类也可使其具备观赏性。植草沟在满足竖向设计的情况下可以代替厂区雨水沟和雨水管，也可以与厂区雨水沟雨水管联合布置。

3.3.3 透水铺装

透水区铺装下方通常敷设直径为100mm的盲管，盲管宜选用高密度聚乙烯双壁波纹管，盲管开槽宽2mm，槽间距50mm；盲管位于碎石层中，坡度顺碎石层坡，每隔40m设置一个清通口，清通口采用异径DN200×DN100(三通、四通、五通)配堵头(盖板)的形式。盲管需穿越道路时，采用盲管外设DN150钢管套管，并做C25级混凝土全包封。

透水铺装面层采用混凝土砖，砖缝之间用8mm碎石填缝，雨水径流通过碎石缝隙入渗，通过设置在碎石层底部的盲管排入雨水管道系统。

4 工程设施计算

4.1 子地块内各子地块需蓄水容积

地块内各子地块不同年径流量总量控制率对应的蓄水容积。详见下式子(1)：

V=10×Φ×H×F

(1)

式中：

V—设计调蓄体积或需蓄水体积，m3；

H—设计降雨量(mm)，按《岳阳市海绵城市规划设计导则》选取；

Φ—场地综合雨量径流系数；

F—汇水面积，hm2。

4.2 子地块可蓄水容积及该地块的实际年径流总量控制率计算

核算各子地块的可蓄水容积计算式(2)为：

V子地块=F下凹式绿地×H下凹式绿地+F雨水湿地×H雨水湿地+F植草沟×H植草沟

(2)

确定该地块的实际年径流总量控制雨量，计算式(3)为：

H子地块=V子地块÷10×Φ子地块×F子地块

(3)

4.3 地块年径流总量控制率：

对应《岳阳市海绵城市建设设计导则》选取H子地块降雨量所对应的年径流总量控制率园区年净流控制率核算为园区内每个子地块年径流总量控制率的加权平均值。计算如公式(4)：

Y=(∑Yi×Fi)/F

(4)

式中：Y— 地块年径流总量控制率，%

F—地块总面积，m2

Fi—地块内各子汇水区面积，m2

Yi—地块内各子汇水区年径流总量控制率，%

4.4 年径流污染削减率

计算表为：年径流污染削减率=年径流总量控制率×低影响开发设施对SS的平均去除率

说明：透水铺装及绿色屋顶不参与调蓄体积计算，仅贡献较低的径流系数；

H下凹式绿地=下沉式绿地对应的下凹深度，取0.2m，

H植草沟=植草沟对应的下凹深度，取0.2m，

年径流污染控制率以悬浮物(SS)的控制率计，在计算径流污染控制率时，各类海绵设施对于径流污染物的控制率应以实测数据为准，缺乏资料时，可按下表取值。

各类海绵设施对于径流污染物的控制率见表1。

表1 不同类别项目雨水径流污染消减率[3]

5 建设意义

5.1 社会意义

海绵城市的建设，将防、排、蓄、渗、滞等措施合理地结合起来，减轻城市防洪排涝的压力，有利于减少城市洪涝灾害的发生，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水释放并加以利用，实现雨水在城市中自由迁移[4]，在一定程度上缓解城市水资源短缺的压力[5]。

5.2 经济意义

海绵工厂的建设有利于对自然水体的保护，并且具有显著的经济效益。通过设置LID设施减小了工厂内部的地表径流量从而可减少厂区内部雨排水设施的工程造价；通过减少厂区排入市政管网的雨水量，减轻了暴雨时市政雨排水官网的压力，降低了城市水灾的风险。与此同时，工厂在调蓄设施和生物净化设施的辅助下，增加了雨水回用的比例，有效消减了污染治理的花费。

5.3 生态意义

建设海绵工厂对改善工厂环境和城市生态环境都有着积极意义。

海绵工厂在设计时提高了绿地率，相应的减少了道路和硬化地面的比例。工厂内的硬化地面会阻止场内雨水下渗补给地下水，进而导致地下水位难以回升。通过建设海绵工厂，能提高了厂区整体的雨水渗透能力，保证了该区域对地下水的补给；收集起来的雨水，经处理后可用于工业生产和生活，亦可作为绿化用水，减小了城市供水负担。建设海绵工厂将会对区域的生态环境改善做出了突出的贡献

5.4 建设难点

对于大多数工厂而言，留给LID设施建设的空间很少，在建筑系数和容积率要求较高的规划区内进行工程建设，很难单纯通过绿地等LID设施达到径流系数控制率指标要求，为了满足规划要求，不得不大面积使用透水铺装和储水罐来渗透储存雨水，如此一来将会显著提高工程造价。

6 结语

本文对海绵城市建设的理念和标准进行了简单概述，并对工厂内海绵城市的建设措施进行了分析。随着城市现代化建设的不断推进，海绵城市的建设理念在市政建设过程中得到了越来越多的体现。随着相关法律规范的完善，海绵城市理念在工厂建设中应用的必要性也逐渐凸显。通过合理科学的规划设计，可以尽可能利用厂区内生产单元以外的用地部署LID设施，充分发挥LID设施对用地内雨水的吸纳、渗透、蓄存和缓释作用，实现对径流系数的有效控制，构建出具有自主积存、渗透和净化项目用地内雨。