海綿城市下的多功能城市家具設(shè)計(jì)研究

■岳慧媛　寧國強(qiáng)　李 政　曹增博　Yue　Huiyuan& Ning　Guoqiang& Li Zheng& Cao Zengbo

(1.2.3.4.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，呼和浩特　010018）

近年來，在國家大力推進(jìn)海綿城市建設(shè)的政策下，截止到2017年底，我國已在36個(gè)城市開展建設(shè)，并且多建于雨水充沛的南方。但我國干旱半干旱地區(qū)的面積相比于沿海城市更加廣闊，由此可見海綿城市在該地區(qū)的建設(shè)也顯得尤為重要。且目前的海綿城市建設(shè)，只局限于園林綠化及其相關(guān)方面的改造，對(duì)于的城市家具利用并未開展，但城市家具在城市環(huán)境中的點(diǎn)面布置卻是不容小覷的。

1　干旱半干旱地區(qū)海綿城市的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1　復(fù)雜的水問題

中國淡水總資源量約為2.8×1013m3，占世界總量排名第四位，但是人均占有量?jī)H僅是2.2×103m3，而且其分布極為不均。南北差異巨大[1]。中國成為了全球水資源極為缺乏的國家之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到21世紀(jì)為止，我國絕大部分城市都存在供水不足的現(xiàn)象，其中百余座城市嚴(yán)重缺水，總體缺水量高達(dá)6000m3。由于頻繁的洪澇災(zāi)害、嚴(yán)峻的水污染問題、加之我國城市建設(shè)存在的漏洞頗多，造成城市地下水的點(diǎn)狀面狀污染嚴(yán)重。由上述水資源現(xiàn)狀可以看出，目前我國水資源短缺和水污染問題變得亟待解決。此外，近些年我國各地多次出現(xiàn)降雨集中現(xiàn)象，造成了城市大面積內(nèi)澇，帶給了市民嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

1.2　新方法的提出

面對(duì)這樣的現(xiàn)狀，常規(guī)的解決辦法例如修建攔河大壩、城市集中排水管道系統(tǒng)、“化妝式”園林，這些措施不但沒有解決當(dāng)前遇到的問題，反而使問題擴(kuò)大化、嚴(yán)重化，勞民傷財(cái)。十八大提出并倡導(dǎo)建設(shè)“海綿城市”，深入貫徹低影響開發(fā)設(shè)計(jì)理念，著重解決城市雨水合理排放和循環(huán)利用、城市供給排水矛盾、以及水資源污染嚴(yán)重的問題。“海綿城市”中的“海綿”一詞，是指讓城市具備更好地吸附水的能力，在抵抗自然災(zāi)害和應(yīng)對(duì)環(huán)境變化等方面，具備一定的"彈性"，能夠在下雨時(shí)吸水、凈水、滲水、蓄水，并在需要時(shí)將集蓄的雨水釋放出來加以利用[2]。參考由中國城市規(guī)劃研究院及九家規(guī)劃設(shè)計(jì)單位聯(lián)合編制的《海綿城市技術(shù)指南---低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建。目前，對(duì)于雨水的收集形式種類繁多，系統(tǒng)的分類為：屋面雨水收集形式、地面雨水收集形式、以及透水鋪裝集水。與景觀結(jié)合的雨水收集形式也多種多樣，例如，下沉式綠地、植草溝、生物滯留池等。但與廣泛設(shè)置于城市大街小巷的城市家具結(jié)合的形式并未出現(xiàn)。類日常工作、生活和社會(huì)交往過程中使用的，具有坐臥、指示、承重、收納、分隔等功能的器具，它的目的是滿足人們?cè)诠部臻g中的活動(dòng)需要[4]。城市家具指的是城市中各種戶外環(huán)境設(shè)施，其對(duì)于空間的限定不僅僅是公園、廣場(chǎng)，還包括道路、居民小區(qū)。將大空間中的設(shè)施構(gòu)件，冠以“家具”之名，是將城市作為我們每人生活的大家庭，“家具”一詞給人以貼近生活的親切之感，拉近了人與環(huán)境、人與自然的距離。

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代生活的日益提高，人類活動(dòng)的種類逐日增加，人們對(duì)于公共空間內(nèi)的設(shè)施有了更高的要求[5]。城市家具作為人居生態(tài)環(huán)境的一部分，被要求在配備時(shí)既滿足休憩、服務(wù)、美觀、環(huán)保等功能，還要考慮到與周圍環(huán)境的完美結(jié)合，或是賦予城市家具新的功能。

2　城市家具的發(fā)展概況

2.1　城市家具（Urban Furniture）

城市家具這一定義最早出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代的歐洲[3]。城市家具指設(shè)立在城市空間中的一切公共設(shè)施，小到一個(gè)垃圾桶，大到一系列的公共藝術(shù)作品。廣泛意義的家具，是人

3　多功能城市家具設(shè)計(jì)

3.1　項(xiàng)目地概況

呼和浩特地處內(nèi)蒙古自治區(qū)中部偏南地區(qū)，平均海拔為1050米，是典型的蒙古高原大陸性氣候，日溫差和年溫差較大，四季的氣候變化顯著，以春季干燥多風(fēng)沙、夏季炎熱降雨少、秋季迅速降溫快、冬季嚴(yán)寒降雪少為主要特點(diǎn)[6]。年平均降水量為410mm，年蒸發(fā)量為3000mm，且降雨時(shí)空分布極為不均。在受到強(qiáng)對(duì)流天氣的影響時(shí)，瞬時(shí)降雨量較大，多集中

■圖1　多功能涼亭A立面圖

■圖4　廊柱雨水收集節(jié)點(diǎn)圖

■圖2　多功能涼亭B立面圖

■圖3　多功能涼亭B立面圖

■圖5　植物根須生長觀察區(qū)立面圖

YUEHuiyuan, NING Guoqiang , LI Zheng,et al . Study on Multifunctional Furniture Design in Sponge City[J]. Furniture & Interior Design , 2018,(06):126-128.在夏秋兩季。年平均氣溫呈現(xiàn)北低南高的總體趨勢(shì)。當(dāng)?shù)貧夂驐l件影響對(duì)城市家具的發(fā)展造成了很多的限制因素。項(xiàng)目地選取了位于呼和浩特市區(qū)西南的麗和陽光城小區(qū)，小區(qū)占地面積3000é，共有居民樓14幢，綠化面積占25%，屬于中檔小區(qū)，居住人口多為工薪階層和退休老人及兒童。小區(qū)正門入口處設(shè)立了一處景觀小品與四人石桌石凳，其他區(qū)域并未出現(xiàn)其他城市家具設(shè)施。經(jīng)過分析，除早高峰小區(qū)內(nèi)上班族及車流較大，其他時(shí)間多以老人、兒童活動(dòng)居多。但小區(qū)內(nèi)的公共活動(dòng)空間及公共設(shè)施較為缺乏，并不能滿足住戶的需求。

3.2　多功能城市家具設(shè)計(jì)

多功能城市家具在近幾年發(fā)展迅速，好的設(shè)計(jì)作品也給人們帶來了很多益處[7]。設(shè)計(jì)的目的是服務(wù)于人，所以在開展設(shè)計(jì)之前，首先要對(duì)受眾人群的行為和心理需求進(jìn)行分析和研究。根據(jù)調(diào)研，在本小區(qū)公共空間活動(dòng)的多為兒童以及退休老人，兒童會(huì)選擇較為寬敞的地方玩耍，而老人們則會(huì)在附近聊天，以便照料。人在公共空間中首先進(jìn)行主要行為，從而引發(fā)連鎖行為和其他需求[8]。本項(xiàng)目以老人的角度出發(fā)，為他們?cè)谝曇皩拸V的地方設(shè)置了多功能涼亭，使他們有了休憩的場(chǎng)所，也方便照料孩子（圖1）。與此同時(shí)也增添了許多便民設(shè)施并附帶雨水收集功能，豐富了居民的休閑生活，實(shí)現(xiàn)了雨水的循環(huán)使用，優(yōu)化了居民的生活環(huán)境。

多功能涼亭的高為3.1米，其占地面積為25.5平米，地下面積占為16.5平米，屋頂呈扇形狀，面積約為8平米（圖2）。多功能涼亭分為三個(gè)部分，分別是植物根須觀察區(qū)、智能交互系統(tǒng)和屋面雨水收集。涼亭造型的設(shè)計(jì)靈感，來源于傳統(tǒng)的蒙古族頭飾，給人以穩(wěn)重、協(xié)調(diào)之感，能夠體現(xiàn)出呼和浩特地區(qū)的民族特色（圖3）。在材質(zhì)上的選用，考慮到干旱半干旱地區(qū)的自然條件，選用石材為主材，配合防腐木進(jìn)行裝飾。石材起到穩(wěn)固支撐作用，用于地基、柱和頂。而防腐木用于臺(tái)階和座椅，體現(xiàn)出了木材給人們帶來的親近之感。

4　雨水收集功能

4.1　屋面雨水收集功能

該涼亭利用亭頂斜坡引流雨水，將與頂部接觸的雨水集蓄。在屋面緩坡處留出兩個(gè)雨水入水口，入水口的外罩是由鑄鐵焊接的可拆卸裝置，能夠過濾掉一些大型的雜質(zhì)，不會(huì)對(duì)管道造成污染，可拆卸的設(shè)計(jì)同時(shí)也方便清理(圖4)。入水口下端連接的是廊柱，廊柱中段置入了一段可拆卸的過濾裝置，收集到的雨水通過石子、細(xì)砂及土工布的過濾，將雜質(zhì)殘留于過濾裝置的上端，并由管理人員定期清理更換。經(jīng)過第一遍過濾的雨水，通過廊柱下端的管道，匯入地下中水管網(wǎng)，用于小區(qū)植物澆灌，衛(wèi)生間沖廁等。

4.2　植物根須生長觀察區(qū)雨水收集功能

在涼亭的兩側(cè)設(shè)置植物根須生長觀察區(qū)，其占地面積為16.5平米，寬1.5米，深0.9米。由磚質(zhì)臺(tái)階作為基材，表面配合防腐木搭建，其中立面采用鋼化玻璃，目的是便于觀察抗旱以及短期耐澇植物的根須生長情況。并在底端設(shè)置一些溢流口，預(yù)防降水集中時(shí)出現(xiàn)雨水存積的現(xiàn)象，同時(shí)也能在暴雨天氣下作為蓄水池，暫時(shí)存蓄雨水（圖5）。這一設(shè)計(jì)，不僅有利于研究者密切關(guān)注植物生長的情況，同時(shí)也能激發(fā)起兒童們對(duì)于植物的興趣，也為孩子們提供了一處玩耍的空間。

4.3　雨水收集收集量的計(jì)算

根據(jù)公式（1）可計(jì)算多功能涼亭在t時(shí)段內(nèi)的設(shè)計(jì)滲透量Vp:

Vp=3600tKJAs(1)

式中 Vp——設(shè)計(jì)滲透量，m3；

K——土壤層滲透系數(shù)，m/s；

J——水力坡降,若地下水位較低,可近似認(rèn)為J= 1;

As——設(shè)施有效滲透面積,m2。因滲透設(shè)施中水位上下波動(dòng),取中部高度水位作為平均水位以計(jì)算有效滲透面積[9]。

雨水過濾設(shè)施經(jīng)過石子層、細(xì)沙層和土工布層的三層過濾。

計(jì)算雨水收集設(shè)施取三層過濾材質(zhì)中，取三種平均滲透系數(shù)的最小值14.85×10-4m/s來計(jì)算。涼亭屋面共8平米，可計(jì)算出涼亭的設(shè)計(jì)滲透量為13.97m3。

根據(jù)在實(shí)驗(yàn)地設(shè)置的兩處降雨量觀測(cè)站，統(tǒng)計(jì)出的降雨量參數(shù)，呼和浩特地區(qū)2016年8月最大單日降雨量83mm來計(jì)算，可收集凈化11.6m3的雨水。參考呼和浩特地區(qū)2016年全年總降水455.6mm來計(jì)算，可收集凈化63.6m3的雨水。按照現(xiàn)今的城市用水費(fèi)用0.57元/mé計(jì)算，可以節(jié)約用水費(fèi)用36.28元。這只是用水所節(jié)約的水的費(fèi)用，還未包括節(jié)約的人工成本。這只是一個(gè)8平米的涼亭一年可收集到的雨水量，而我區(qū)屬于干旱半干旱地區(qū)，降雨量遠(yuǎn)比不過我國南方多地。如果以我國的湖南省為例，具統(tǒng)計(jì)1961-2010近50年的年平均降雨量為1408.98mm[10-11]，8平米的涼亭可收集凈化196.8m3的雨水，可以節(jié)約用水費(fèi)用112.2元。在全年雨水豐沛的南方地區(qū)，全面開展雨水利用，輔助城市排水系統(tǒng)，能夠減少一定的洪澇災(zāi)害；在干旱半干旱的西北地區(qū)，全面開展雨水收集、雨水凈化，可以儲(chǔ)存用于植物澆灌。人類的生存離不開水，由此看來，多功能涼亭可以在全國范圍推行起來。

城市家具的功能更替隨著城市化的進(jìn)程不斷加快。隨著時(shí)代發(fā)展，好的功能被優(yōu)化沿用，而不符合人類需求的城市家具終將被摒棄。例如，20世紀(jì)90年代被設(shè)立在城市中大街小巷的公共電話亭，如今便很少出現(xiàn)在我們的視野中。我國正處于海綿城市建設(shè)的初期階段，還停留在嘗試與革新的階段。圍繞著“水”問題，我們嘗試盡可能多的將雨水收集起來，進(jìn)行集中凈化處理，中水回用。目前，在景觀建設(shè)中雨水收集的形式有很多，但是對(duì)于一些已經(jīng)進(jìn)行景觀規(guī)劃的綠地，再實(shí)施植草溝、下沉式綠地等建設(shè)，施工難度大且耗費(fèi)金錢。但如果將雨水收集的形式擴(kuò)充，利用分布廣泛的城市家具收集凈化雨水，會(huì)大大增加雨水的利用率，并且能夠減少降雨集中帶來的城市內(nèi)澇現(xiàn)象。將收集凈化后的雨水，接入城市中水回用系統(tǒng)，或是用于就近的植物澆灌、公共衛(wèi)生間沖廁等。在節(jié)約水資源、降低能耗的同時(shí)，也帶來了十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)價(jià)值。

表1　三種過濾材質(zhì)的平均雨水滲透系數(shù)

表2　麗和陽光城小區(qū)逐日降水量

■圖7　多功能城市家具平面圖

■圖6　便民設(shè)施功能詳圖

5　便民設(shè)施功能

隨著現(xiàn)代工業(yè)化進(jìn)程的加快，目前全球面臨著多面的能源緊張問題，如水資源短缺、能源的相對(duì)枯竭等。近年來我國積極建設(shè)風(fēng)力發(fā)電廠，并且不放過任何一處可以利用的發(fā)電裝置，許多城市道路中的路燈上，都被設(shè)置了風(fēng)力發(fā)電裝置。為了節(jié)約煤炭資源，我國近年來提倡使用電力驅(qū)動(dòng)車，并落實(shí)到了城市公共交通工具中，新能源車也逐漸被我們所認(rèn)可，不久后新能源車將會(huì)被越來越多的人使用。于是，在居民區(qū)內(nèi)設(shè)置電動(dòng)汽車充電樁能夠滿足一部分車輛的充電需求。多功能涼亭在接近路邊的位置，設(shè)立了兩個(gè)半弧形區(qū)域，兩側(cè)的墻面分別設(shè)置了電動(dòng)汽車充電樁，并支持現(xiàn)金或刷卡交易功能。為了提高充電樁的利用率，電動(dòng)汽車在充電的過程中，車主可以通過APP進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且可以收到充電完成的消息提醒。

居住區(qū)中一些便民設(shè)施的布置，可以拉近住戶之間的交流[12]。同時(shí)，在墻面置入了一個(gè)智能交互系統(tǒng)的顯示屏。屏幕為觸摸式，常態(tài)時(shí)會(huì)顯示日期、時(shí)間及天氣情況等基本信息。居民們可以通過住戶編號(hào)，查詢水電氣等家用能耗的使用狀況，并通過電動(dòng)汽車樁窗口的讀卡區(qū)繳費(fèi)，或者通過屏幕呈現(xiàn)的動(dòng)態(tài)二維碼，掃碼進(jìn)行支付（圖6）。這樣便可以讓住戶們不出社區(qū)，就能完成基本的家庭耗能繳費(fèi)及使用情況查詢。智能交互系統(tǒng)界面的下端設(shè)置了許多功能，老人們?cè)谛蓍e之余可以觀看養(yǎng)生視頻及生活小常識(shí)。豐富了居民的日常生活。同時(shí)，電子屏幕作為立面廣告的形式，也起到宣傳作用，豐富了人們的休閑生活。右下角設(shè)置的工具箱也與智能交互系統(tǒng)相連，方便居民們?cè)诖私栌靡恍┏Ｓ玫墓ぞ?，并通過系統(tǒng)完成電子支付進(jìn)行借還。

6　多功能城市家具的環(huán)境營造

多功能城市家具設(shè)計(jì)不僅要滿足功能需求，同時(shí)也要配合周圍的整體環(huán)境。在多功能涼亭的周圍將鵝卵石與草坪相間進(jìn)行透水鋪裝，不僅可以積蓄一定的水源，同時(shí)也增加了鋪裝的美觀性與趣味性。軟硬間距的鋪設(shè)形式，車輛的碾壓也不易對(duì)草坪造成傷害（見圖7）。在植物的種植方面，喬木能夠提供足夠的林蔭空間，在滿足居民避陽需求的同時(shí)，也能為中下層植物的生長提供所需條件。一些灌木等中層植物不僅美觀還能擋風(fēng)?；ɑ艿葧r(shí)令花朵顏色艷麗，但要考慮春夏秋三季的搭配種植。將喬木、灌木和花卉合理的搭配，在不同時(shí)段可以使多功能涼亭呈現(xiàn)出多種狀態(tài)，使亭中之人產(chǎn)生不同的心境。這同樣也是多功能涼亭的設(shè)計(jì)要點(diǎn)[13]。

7　結(jié)語

從眾人群的基本需求出發(fā)，進(jìn)行多功能城市家具的設(shè)計(jì)，是對(duì)“以人為本”概念的貫徹。除此之外還要考慮到造型和用材的問題。城市家具是組成城市環(huán)境的重要部分，在滿足其原有功能的基礎(chǔ)上，同時(shí)可以延伸出其他功能。例如，將太陽能板和小型風(fēng)力發(fā)電裝置，設(shè)置于照明路燈頂部，或是利用涼亭的屋面收集雨水等。我國現(xiàn)在面臨著能源匱乏、城市內(nèi)澇、霧霾等嚴(yán)重的環(huán)境問題。除了進(jìn)行節(jié)能減排，重視回收再利用也能帶來很多益處。我們應(yīng)當(dāng)盡最大努力，保護(hù)我們的家園。環(huán)境育人，環(huán)境造人，優(yōu)美的環(huán)境才能體現(xiàn)一個(gè)國家真正的軟實(shí)力。