建筑造型與雨水回用一體化設(shè)計(jì)

陳溢晨

建筑造型與雨水回用一體化設(shè)計(jì)

陳溢晨

(福建江夏學(xué)院工程學(xué)院 福建福州 350108)

當(dāng)前，城市一方面大雨天積水成災(zāi)，另一方面供水不足。因此，就地進(jìn)行雨水資源循環(huán)利用是生態(tài)建筑發(fā)展的必然趨勢(shì)，但目前設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過(guò)程中往往忽視了這個(gè)問(wèn)題?；?，文章以國(guó)內(nèi)外多個(gè)典型案例，論證了一體化設(shè)計(jì)的可行性，并結(jié)合建筑屋頂、室內(nèi)、外墻考慮一體化設(shè)計(jì)，提出建筑造型與雨水回用一體化設(shè)計(jì)的策略，即“加法”和“凹凸法”。

雨水回用;一體化;集雨方式;策略

1 研究背景

當(dāng)前，大多數(shù)城市一方面面臨著洪澇災(zāi)害頻發(fā)，大雨天積水成災(zāi)的問(wèn)題，另一方面因城市用水量日益增加導(dǎo)致城市供水不足，這些現(xiàn)象都是因水資源沒(méi)有得到很好的利用而產(chǎn)生的后果。雨水的收集再利用將是解決這兩大問(wèn)題的有效途徑。

我國(guó)許多城市水資源嚴(yán)重不足，而大量雨水資源卻白白流失，雨水利用率不到10%。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2009年北京市共攔蓄雨水7 000多萬(wàn)m3，但是城區(qū)年利用雨水只有200余萬(wàn)m3，僅相當(dāng)于城區(qū)1d的市政水用量[1]?？梢钥闯龀鞘薪y(tǒng)籌的雨水收集回用并不理想；因此，將雨水收集回用系統(tǒng)直接結(jié)合進(jìn)建筑單體的設(shè)計(jì)中，就地進(jìn)行雨水資源的循環(huán)利用，將是生態(tài)建筑發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1.1 雨水回用的發(fā)展

雨水集流系統(tǒng)可以追溯到公元前8世紀(jì)的古羅馬時(shí)期，當(dāng)時(shí)的羅馬別墅乃至整個(gè)城區(qū)，都將雨水集流系統(tǒng)設(shè)計(jì)為飲用水和家庭用水的主要來(lái)源。從屋檐簡(jiǎn)單的水槽到傳統(tǒng)的缸罐，這種小規(guī)模的雨水收集方式在非洲、亞洲和拉丁美洲已經(jīng)流傳數(shù)千年了。

目前，國(guó)際上雨水資源利用管理系統(tǒng)的理念主要是以德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)家為代表，強(qiáng)調(diào)雨水資源的多維調(diào)節(jié)控制和多方面重新利用，來(lái)減少進(jìn)入城區(qū)排水系統(tǒng)的雨水徑流量、減輕城市排水負(fù)擔(dān)，保持整個(gè)城市生態(tài)過(guò)程良性循環(huán)。

我國(guó)的城市雨水利用還處在起步階段，2006年11月發(fā)行的《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》 (GB 50400-2006)的頒布實(shí)施，為該技術(shù)的工程設(shè)計(jì)、施工提供了依據(jù)[2]。但目前在我國(guó)城市中雨水利用方面強(qiáng)制性不夠，設(shè)計(jì)師往往忽視在這方面的考慮，或者不考慮。

我國(guó)城市的雨水回用潛力巨大，隨著城市的不斷發(fā)展，不透水面的增加，城市中排不出去的雨洪量也隨之增加。錢(qián)易等在《中國(guó)城市水資源可持續(xù)利用開(kāi)發(fā)》一文中對(duì)我國(guó)城市雨水利用潛力進(jìn)行了估算[3]，如表1所示。

表1 我國(guó)城市雨水利用潛力估算表

1.2 雨水回用的理論研究

在過(guò)去的二十多年里，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始研究雨水集流系統(tǒng)的技術(shù)，1989年在馬尼拉第四次國(guó)際雨水收集系統(tǒng)會(huì)議上成立國(guó)際雨水集流系統(tǒng)協(xié)會(huì)(Internation al Rainwater Catchment Systems Association，IRCSA)，雨水集流系統(tǒng)協(xié)會(huì)主要是致力于提高以及改進(jìn)雨水集流系統(tǒng)技術(shù)的規(guī)劃、研發(fā)、管理和教育等，為全世界科學(xué)家、工程師等各個(gè)行業(yè)提供交流平臺(tái)。

目前，對(duì)于雨水收集再利用、中水回用的研究受到越來(lái)越多人員及機(jī)構(gòu)的關(guān)注。張?chǎng)痰妊芯苛擞晁占到y(tǒng)與景觀設(shè)計(jì)相結(jié)合[4]；張紅健等研究了雨水收集的方案和流程[5]；李帥杰等研究了屋頂雨水收集對(duì)雨洪的調(diào)節(jié)作用[6]。這些研究一般是針對(duì)區(qū)域建筑中水處理和再利用，很少針對(duì)建筑單體，特別是雨水回用系統(tǒng)與建筑造型相結(jié)合這一方面的研究。

1.3 雨水回用的實(shí)踐問(wèn)題

與建筑單體一體化設(shè)計(jì)的雨水收集回用系統(tǒng)，雖然有建筑師在做這一方面的探索和實(shí)踐，但缺少較為系統(tǒng)化的理論指導(dǎo)。而且，此類(lèi)建筑單體設(shè)計(jì)著眼點(diǎn)單一，僅僅在建筑設(shè)計(jì)后期思考雨水收集回用系統(tǒng)，將其與建筑造型設(shè)計(jì)分開(kāi)考慮，沒(méi)有在建筑方案初期進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)的理念。

2 一體化的集雨方式

通過(guò)國(guó)內(nèi)外多個(gè)較為典型建筑方案來(lái)闡述3種建筑造型與雨水回用相結(jié)合的方式，將雨水回用系統(tǒng)結(jié)合進(jìn)建筑屋頂、室內(nèi)、外墻考慮一體化設(shè)計(jì)。

2.1 屋頂集雨方式

在國(guó)內(nèi)外，現(xiàn)在最常見(jiàn)的雨水收集方式是屋頂集雨方式。采用不同的雨水收集回用系統(tǒng)，會(huì)產(chǎn)生各種不同的屋頂造型，如表2所示。同時(shí)，屋面雨水相對(duì)潔凈，處理方式比較簡(jiǎn)單易行，耗費(fèi)的成本較低。

屋面雨水收集系統(tǒng)主要有重力流集水系統(tǒng)和(虹吸)壓力流集水系統(tǒng)。屋面雨水收集系統(tǒng)在與建筑屋面造型的結(jié)合上也相對(duì)比較簡(jiǎn)單可行，不管采用何種排水體制，常規(guī)的雨水排放系統(tǒng)仍然繼續(xù)存在。

2.2 室內(nèi)集雨方式

一般的屋頂集雨方式，都把雨水收集系統(tǒng)的各管線(xiàn)設(shè)計(jì)成暗管，人們很少能覺(jué)察出來(lái)，使得整個(gè)室內(nèi)比較簡(jiǎn)潔。然而，部分設(shè)計(jì)師采用室內(nèi)集雨方式，即將雨水收集系統(tǒng)與室內(nèi)造型相結(jié)合，如表3所示，這樣不僅減少了雨水暗管所占的空間，同時(shí)還豐富了建筑室內(nèi)空間環(huán)境。

室內(nèi)集雨方式產(chǎn)生的噪聲對(duì)平時(shí)的生活影響較大，所以這種方式比較適用于游覽建筑、學(xué)校等公共建筑類(lèi)型，同時(shí)還可以設(shè)想將雨水貯存池設(shè)計(jì)成室內(nèi)的水景景觀，增加室內(nèi)空間感和趣味性。

表2 屋頂集雨方式的案例

表3 室內(nèi)集雨方式的案例

2.3 外墻集雨方式

在國(guó)內(nèi)外，外墻的集雨方式，如表4所示，這種方式比較少會(huì)被設(shè)計(jì)者考慮，主要外墻的集水量有限，還有部分技術(shù)條件的制約等，但外墻集雨方式正是現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)新的出發(fā)點(diǎn)。目前，已經(jīng)有部分建筑設(shè)計(jì)師從外墻集雨方式考慮，因?yàn)橥鈮暝煨涂梢灾苯佑绊懙浇ㄖ牧⒚妗⑼鈬臻g感以及人們的視覺(jué)。

外墻集雨方式的優(yōu)點(diǎn)是能直接將雨水收集到各層建筑中，雨水被每一層建筑直接利用，減少了雨水管線(xiàn)的布設(shè)、節(jié)約空間等。

表4 外墻集雨方式的案例

雖然，將屋頂集雨方式、室內(nèi)集雨方式和外墻集雨方式這3種方式分開(kāi)闡述，但實(shí)際設(shè)計(jì)中，這3種方式可以同時(shí)應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)中，相互結(jié)合考慮。在建筑設(shè)計(jì)之初，就將雨水利用的生態(tài)理念根植在建筑造型設(shè)計(jì)上。

3 一體化的造型策略

建筑造型是現(xiàn)代許多建筑師進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮的對(duì)象。建筑造型不僅能吸引人的第一感官印象，而且能夠讓人所認(rèn)知與識(shí)別。世界各地的建筑千姿百態(tài)，建筑設(shè)計(jì)手段豐富多樣，建筑設(shè)計(jì)師針對(duì)建筑造型與雨水回用系統(tǒng)一體化的表達(dá)策略可以從兩種方式入手，即“加法”和“凹凸法”。

3.1 加法

雨水的排放量和排放時(shí)間是不穩(wěn)定的，有間斷性的，所以在建筑中需要利用雨水時(shí)，就不僅要收集雨水，還要儲(chǔ)存雨水。收集和儲(chǔ)存雨水的方式很多，可以利用的材料也很多，這就給建筑設(shè)計(jì)師提供了豐富的思路和想法。

“加法”顧名思義就是在建筑造型中加入雨水回用系統(tǒng)的集水管和儲(chǔ)水池，即疊加了新體塊，這個(gè)新體塊的功能可以是集水的，也可以是儲(chǔ)水的。它可以是幾個(gè)幾何體有規(guī)則的或者無(wú)規(guī)則的重復(fù)、聚合等，如表5所示。在建筑屋頂或者建筑立面上產(chǎn)生變化，豐富造型。

在建筑造型中應(yīng)用“加”的手法關(guān)鍵是要處理好整個(gè)建筑的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一，不能使其整個(gè)造型顯得突兀。在進(jìn)行建筑草圖設(shè)計(jì)的時(shí)候，就應(yīng)該把各個(gè)功能用房表現(xiàn)出來(lái)。此外建筑設(shè)計(jì)師采用“加法”時(shí)，也要注意保證建筑各房間的通風(fēng)、采光等基本要求。

表5 “加法”的表達(dá)

3.2 凹凸法

“凹凸法”是指在整個(gè)完整的建筑體量和形態(tài)中，根據(jù)需要有規(guī)律或者無(wú)規(guī)律的削減、凸出、挖掉建筑原來(lái)的某些部分，如表6所示，經(jīng)過(guò)反復(fù)推敲，設(shè)計(jì)出整體中富有變化的建筑造型。凹凸法可以使建筑更大化地收集雨水和利用雨水。集水池可以在各樓層設(shè)置，這樣收集的雨水就能直接利用在該樓層，減少在提升回用時(shí)浪費(fèi)電能和管道路線(xiàn)等。

表6 “凹凸法”的表達(dá)

退讓、凸出、挖空、分裂等方式的結(jié)合，能創(chuàng)造出成千上萬(wàn)種建筑體型，這就需要建筑設(shè)計(jì)師反復(fù)推敲，設(shè)計(jì)出既滿(mǎn)足雨水收集再利用，也滿(mǎn)足當(dāng)?shù)厝藢徝赖慕ㄖ煨?。它不是雜亂無(wú)章、隨意的削減或切割，一切處理都應(yīng)該遵循結(jié)構(gòu)的邏輯性和形式美的規(guī)律前提下進(jìn)行的[7]。

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)論是解決城市缺水、城市雨洪，還是發(fā)展經(jīng)濟(jì)、保護(hù)生態(tài)，綠色建筑雨水收集回用都是可行有效的手段。面對(duì)缺水問(wèn)題，不應(yīng)就想著如何開(kāi)發(fā)水源，從大自然中掠奪；而應(yīng)就地取材，回用雨水。

城市規(guī)?；挠晁占赜茫@不僅僅要靠設(shè)計(jì)者有意識(shí)的考慮，也要靠技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策等支持。但將建筑與雨水回用一體化設(shè)計(jì)在目前是切實(shí)可行的，可以作為我國(guó)城市雨水回用努力的一個(gè)起點(diǎn)。

[1] 夏沁芳.北京統(tǒng)計(jì)年鑒2014[M].北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2015(9).

[2] 趙世明，趙鋰，王耀堂，等.建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范[J].給水排水，2007(4).

[3] 錢(qián)易,劉昌明，邵益生.中國(guó)城市水資源可持續(xù)利用開(kāi)發(fā)[J].北京：中國(guó)水利水電出版社,2002(12).

[4] 張?chǎng)?，陳飛虎.雨水收集系統(tǒng)與景觀設(shè)計(jì)相結(jié)合的研究[J].科技導(dǎo)報(bào)，2012，30(26).

[5] 張紅健，張健美.綠色建筑的雨水收集和中水回用[J].污染防治技術(shù)，2011(2).

[6] 李帥杰，程曉陶.福建福州市屋頂綠化及雨水收集對(duì)雨洪的調(diào)節(jié)作用[J].中國(guó)防汛抗旱，2012(4).

[7] 濮蘇衛(wèi)，蔡?hào)|艷.建筑空間設(shè)計(jì)構(gòu)成(第一版)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2007.

The Integrated Design of Architectural Modeling and Rainwater Recycling

CHENYichen

(College of Engineering, Fujian Jiangxia University, Fuzhou 350108)

At present, water flooded by the heavy rain in the cities on the one hand, water supply shortage on the other hand. Therefore, rainwater resource recycling is the inevitable trend of ecological architecture development. But now the designer in the design process ignored this problem. The article based on several typical cases at home and abroad, demonstrates the feasibility of integrated design, and considering the integrated design in combination within building roof, interior and exterior wall. Put forward the stratedies of the integrated design of architectural modeling and rainwater recycling, namely addition and high-low.

Rainwater reuse；Integration；Way of accumulating rain；Strategies

陳溢晨(1989.2- ),女,助教。

E-mail:260915192@qq.com

2017-01-11

TU991.11+4

A

1004-6135(2017)04-0080-04