海绵城市理念在房屋建筑中的应用与发展

邱玉发， 王鹏， 胡永亮， 马文虎， 马东祥

（中国建筑土木建设有限公司）

1 引言

海绵城市已经成为推动绿色建筑建设、低碳城市发展、智慧城市创建的重要指导思想，是现代绿色技术、社会、环境、人文等诸多因素的深度融合，不但能够实现水资源的整合利用，而且缓解了城市热岛效应，减少了城市内涝灾害的产生，将海绵城市理念运用在房屋建筑中，有利于突破工程建设发展瓶颈，提高房屋建筑的经济效益和生态效益。

2 海绵城市理念内涵分析

海绵城市是一种城市雨洪管理创新理念，使城市像海绵一样能够适应降雨环境变化，具有良好的雨水吸纳利用弹性，从而更好地应对自然灾害、满足发展需求。从生态系统的角度出发，通过构建水生态基础设施，结合运用多种科学技术，让雨水在海绵城市中自由迁移，渗水、滞水、蓄水、净水、用水、排水是海绵城市理念的集中体现。在进行建筑设计时，需要围绕这几个方面展开探索研究，利用各种屋面、墙面、路面、地面采集雨水，降低雨水汇流速度和峰值流量，调节雨水时空分布，并通过建设雨水处理设施和管网，实现雨水净化利用的目的，加快雨污分流管网工程建设。尤其是各类老旧小区的改造工程，充分体现人文关怀的设计原则，注重生态空间营造，坚持低影响开发，采用生态型设备设施，为海绵城市发展提供有力支持。

3 海绵城市理念在房屋建筑中的应用与发展

3.1 房屋建筑总平面设计

海绵城市理念在房屋建筑中的应用首先要从总平面布置开始，全面掌握现场自然环境和施工条件，通过对建筑、道路、绿化的统筹安排，确定室外设施的位置和规模，管制地面渗透与径流方向，实现对雨水的有效控制和利用。遵循集约经济用地的基本原则，处理好建筑与空间之间的关系，可以适当提高建筑层数，降低建筑密度，增加绿地面积，提供更多的雨水下渗空间，减少不透水面积，所以，紧凑型生态小区更符合海绵城市理念内涵。在规划设计总平面时，除了要集约经济利用土地，还应该充分尊重原有自然条件，尽量保留沟渠、坑塘、天然水面等水体，保证水源涵养区足够，可以将其设计为雨水调蓄设施，改造成雨水花园、景观水体，以丰富建设场地的生态性和生物多样性。充分利用建设场地现有条件，合理安排建筑、道路、绿地及其他设施位置，建筑、道路等不透水区域应该优先布置在透水性较低的高地上，相反，绿地景观、水体等应该优先布置在低洼地段，能够与自然生态相结合。在房屋建筑总平面设计时，应该尽可能缩减不透水面积，并降低不透水区域的连贯性，多设置一些透水性铺装地面，将雨水可以顺利导入到设计区域，结合场地要素和绿地景观优化布局。着重控制建筑地下空间的开发强度，尤其是在中心城区，虽然加强地下空间开发能够解决用地紧张问题，但是不利于地下水生态循环，地下空间开发强度应该与海绵城市相协调，严格控制相关技术指标，防止对地下水和雨水的循环利用产生过多干扰，通过增加顶板覆土厚度、设置导水盲管等方式，满足植物生长需求，为雨水下渗留有足够的空间和通道[1]。

3.2 房屋建筑场地竖向设计

竖向设计是建筑总图设计的重要组成部分，对海绵城市理念运用同样具有重要影响，特别是在地形复杂的山区房屋建筑中，当下雨时，在较大的地形坡度下，无论是直排入河流还是排入市政雨水管网，都会快速排走场地雨水，这不符合海绵城市理念。除了保证基本的安全性、经济性、适用性，还应该遵循自然水循环规律，保护现场自然生态环境，降低对土地的干扰程度。健康的原生土壤能够为植物生长提供良好环境，同时具备雨水蓄积和净化功能，能够有效过滤污染物。在以往的工程建设中，为了提高地基承载力，会对地基土壤进行加固，降低了土壤的渗透性，削弱了土壤的雨水存储、净化能力，还有的工程需要大规模的高挖低填，会破坏土壤结构层，造成水土流失。针对于此，房屋建筑场地竖向设计要充分利用原有地形地貌，选择合适的基础设计形式，尽可能减少挖填施工，根据自然坡度灵活采用平坡式、台地式、混合式的竖向设计方案，土方工程和场地施工要控制在建筑物基础等必要区域。合理处理道路与绿地之间的关系，一般情况下，道路、广场要高于绿地，能够使雨水顺利流入周边绿地，利用原场地地形，可以在局部设计成波浪形，以增强滞留、分散、渗透雨水的功能，尽可能减小坡度，延长波长，增加雨水径流时间，实现竖向层面的水资源自主循环。在室外排水管网设计时，采用新型雨水回用系统，改变以往单一的雨水快速排出模式，做好渗井、渗排管、蓄水池、深水井等地下设施设计，充分利用地下空间，有效收集雨水，并实现净化回用，用作景观绿化、车辆清洗、道路喷洒、水体补充等方面。

3.3 房屋建筑围护结构设计

围护结构是房屋建筑与自然环境交流的主要载体，包括屋顶和墙面，在运用海绵城市理念进行围护结构设计时，绿色屋顶、花园屋顶、绿墙等都是比较成熟的应用，能够从源头上减少雨水径流量，并且通过檐沟、收集管、蓄水池、雨水箱等设备设施的建造，实现了多途径的雨水收集利用。严格把控绿化覆盖率指标，充分考虑雨水资源对植物的浇灌作用，加强建筑荷载和防水排水计算分析。将过量雨水顺利排入屋顶排水层，考虑屋顶结构能否承受设计压力，尽可能避免大型、超重构件的使用，而且要考虑对防水层的影响，采用合适施工工艺，降低绿化屋顶对房屋结构和防水功能的影响，根据屋顶承重能力，选择合适的栽培材料，泥炭土、人造土等新材料的运用能够有效降低土壤重量。具有良好的保水保肥功能，能够保证蓄水效果和植物存活率。按照相关标准，绿色屋顶可以分为简式绿色屋顶和花园式绿色屋顶，从经济性、技术复杂性的角度出发，采用简式绿色屋顶更为实际，种植土厚度一般控制在10-30厘米左右即可，如果采用轻量化改良土或无机种植土，产生的屋面荷载相对较小，不需要对屋顶结构做特殊设计，而且也能够强化雨水管理效果，所以具有较强的推广可行性。简式绿色屋顶适用于种植地被植物、低矮灌木等品种，要充分重视高层建筑植物选配，考虑到防水保护的问题，需要控制植物根系生长，同时要保证抗风性、耐寒性、耐热性等方面要求，在保证存活率的前提下，尽可能做到错落有致、色彩协调、系统丰富，能够形成可持续发展的生态系统。

相对于绿化屋顶而言，墙面绿化同样能够产生不错的集水蓄水效果，可以有效减少雨水地表径流，但在设计施工时存在一定的难度，应用相对较少。绿墙主要由攀缘植物覆盖建筑外墙形成的，主要种植方式有花槽倾斜放置式、框架式、水培式、模块式等，通常以常绿植物为主，像常春藤、三叶地棉之类的都能够保持较长的绿化景观效果，而且对建筑保温隔热十分有利。框架牵引式绿墙是将植物种植在墙底部土壤，使用木质网格及金属框架作为植物攀缘牵引，不需要其他生长基质和灌溉措施，随着技术的不断成熟，在海绵城市理念的指导下，绿墙在房屋建筑中的运用将会越来越多。除了绿化屋顶和绿墙的设计，还可以在建筑物下面设置雨水桶等雨水收集设施，实现雨水的就地收集利用，但存储容积比较有限，应该加强建筑与周边环境的有效融合，在降雨量较大的情况下，绿色屋顶、绿墙等设计不能满足雨水处理需求，需要能够及时将多余雨水引入到周边绿地、花坛中，实现雨水整体综合管理目的[2]。

3.4 道路交通系统规划设计

在海绵城市理念指导下，建筑场地道路交通系统规划设计应该从减少不透水面积着手，缩减道路面积是重要途径之一，在满足基本交通需求的情况下，尽可能缩短路网长度，减少道路宽度，与传统方格路网相比，采用主干路与近端路相结合的循环棒棒糖路网设计，能够使场地道路面积减少1/4 左右，同时，减少人行道面积，在人流量不大的道路，可以设置单侧人行道，甚至取消人行道，采用共享停车、立体停车、地下停车等多种方式，减少地面停车占用空间，适度增加绿色车辆停车位，满足新能源车停车需求，不但可以降低大气污染，而且也会减少燃油车对场地雨水的污染。采用透水铺装也是减少不透水面积的有效措施，已经获得了不错的应用效果，根据面材的不同，透水铺装主要包括透水混凝土、透水沥青、透水砖、水洗石、胶筑透水石、植草砖、鹅卵石等，显著增强了雨水渗透效率，从根本上解决了硬化路面破坏雨水循环的问题。在进行场地道路、广场、停车场等方面设计时，根据承载力需求，采取合适的透水铺装类型，一般情况下，地面停车场可以采用植草砖铺装，人行道、广场可以采用透水砖、透水混凝土铺装，行车道对承载力要求较高，需要对路面结构和材料运用加强设计，必须同时满足透水要求和承载力要求。

除了交通系统主体组成部分的优化设计，还应该加强细节处理。路缘石是铺设在道路边缘的界石，会高出路面或与路面齐平，基于海绵城市理念需要加强整体的联系，通过相互协作对雨水径流进行处理和利用。所以路缘石的设计不应该成为雨水流向的障碍，需要通过透水材料立石预制开口，立石部分缺失立石的有效应用，在地势作用下引导雨水走向，将路面径流引入到周边绿地。

3.5 建筑场地绿化景观设计

场地景观绿化是雨水调蓄的关键所在，是建筑场地最佳的透水面。在以往的景观绿化设计时，绿地的竖向高度可能会比较高，那样会增强绿化效果，但是不能产生较好的蓄水作用。从海绵城市理念实践的角度出发，必须合理设计绿地规模、形状、分布结构，尽可能保留原有植被，适当增加绿地面积，根据相关研究表明，绿地规模提高10%，雨水径流会降低约5%，在面积一定的情况下，可以增加绿地分布，以减少雨水径流、降低峰值，提高绿地形状的复杂度，形状越不规则，绿地周长越长，与雨水接触范围越广，雨洪管理效果越好。采用下凹式绿地，下凹深度控制在5cm～10cm左右，综合考虑土壤渗透力、植物耐水性等方面的要求，在适当区域做好详细设计。雨水花园有效结合了植物和微生物的净化功能，可以充分利用自然条件实现净化雨水、维护生态的目的，植草沟能够缓解水流的冲刷力，降低水流速度，通常作为雨水滞留、净化处理的重要措施，而且在技术上、经济上易于实现[3]。

4 结语

综上所述，海绵城市理念与绿色建筑发展存在着千丝万缕的关系，有利于推动房屋建筑工程的转型升级，为人们提供更加绿色、健康、宜居的生活环境。将海绵城市理念运用到房屋建筑中，能够提高不同区域对水资源的整合利用率，提升雨洪管理效果，减少城市内涝问题的产生，实现海绵城市与绿色建筑的深度融合，从而获得更好的综合效益。