基于海綿城市理念的建設(shè)項(xiàng)目研究—以日照市圖書(shū)館為例

曾 軍

1.魯南經(jīng)貿(mào)學(xué)院，山東日照 276826；2.山東科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，山東青島 266590

城鎮(zhèn)化是保持經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的強(qiáng)大引擎，是推動(dòng)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的有力支撐，也是促進(jìn)社會(huì)全面進(jìn)步的必然要求。然而快速城鎮(zhèn)化的同時(shí)，城市發(fā)展也面臨巨大的環(huán)境與資源壓力，外延增長(zhǎng)式的城市發(fā)展模式已難以為繼，《國(guó)家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014～2020年）》明確提出，我國(guó)的城鎮(zhèn)化必須進(jìn)入以提升質(zhì)量為主的轉(zhuǎn)型發(fā)展新階段。為此，必須堅(jiān)持新型城鎮(zhèn)化的發(fā)展道路，協(xié)調(diào)城鎮(zhèn)化與環(huán)境資源保護(hù)之間的矛盾，才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。黨的“十八大”報(bào)告明確提出“面對(duì)資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴(yán)重、生態(tài)系統(tǒng)退化的嚴(yán)峻形勢(shì)，必須樹(shù)立尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然的生態(tài)文明理念，把生態(tài)文明建設(shè)放在突出地位”[1]。建設(shè)具有自然積存、自然滲透、自然凈化功能的海綿城市是生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)化和環(huán)境資源協(xié)調(diào)發(fā)展的重要體現(xiàn)，也是今后我國(guó)城市建設(shè)的重大任務(wù)[2]。

1 海綿城市的相關(guān)概念

顧名思義，海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時(shí)將蓄存的水“釋放”并加以利用[3]。海綿城市建設(shè)應(yīng)遵循生態(tài)優(yōu)先等原則，將自然途徑與人工措施相結(jié)合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度地實(shí)現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的積存、滲透和凈化，促進(jìn)雨水資源的利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)[4]。

傳統(tǒng)的城市排水系統(tǒng)均采用管道式灰色基礎(chǔ)設(shè)施，利用各種雨水管道溝渠快速排水入河，注重對(duì)雨水的排放，然而隨著不透水硬質(zhì)下墊面的增多，原有管道系統(tǒng)已無(wú)法及時(shí)有效的排出雨水，而下墊面性質(zhì)的改變又使滯留的雨水無(wú)法下滲，最終造成城市徑流污染和洪澇災(zāi)害的發(fā)生[5]。而海綿城市則是通過(guò)綠色屋頂、雨水花園、植草溝生物滯留池等一系列雨水設(shè)施，改變城市下墊面性質(zhì)，促進(jìn)雨水的滲透吸收與滯留蓄水，同時(shí)低影響開(kāi)發(fā)利用植物、土壤等對(duì)雨水進(jìn)行凈化吸收，實(shí)現(xiàn)雨水的再次利用。在不改變建設(shè)前后徑流方向、保持建設(shè)前后城市水文特征的前提下，有效解決城市洪澇災(zāi)害，維持城市生態(tài)健康與安全[6]。

海綿城市通過(guò)綠色屋頂、雨水花園、植草溝、生物滯留池等一系列雨水設(shè)施， 改變城市下墊面性質(zhì)，促進(jìn)雨水的滲透吸收與滯留蓄水，同時(shí)利用植物、土壤等對(duì)雨水進(jìn)行凈化吸收，實(shí)現(xiàn)雨水的再次利用。

1.1 綠色屋頂

指在各類(lèi)建、構(gòu)筑物的屋頂、露臺(tái)等進(jìn)行綠化種植，從而起到隔熱降溫、改善小氣候、同時(shí)美化城市立面環(huán)境、增加城市綠化面積、改善城市生存環(huán)境。屋頂綠化的構(gòu)造區(qū)別于其他綠化形式的主要特征是：屋頂綠化必須要在盡力減輕屋面荷載的前提下，進(jìn)行設(shè)計(jì)布局與景觀營(yíng)造，屋頂綠化構(gòu)造層包括建構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)層、防水層、保護(hù)層、排水層、隔離濾水墊層、蓄水層和種植基質(zhì)、植被層等組成，構(gòu)造剖面如圖1所示。

圖1 綠色屋頂結(jié)構(gòu)圖

1.2 雨水花園（圖2）

人工建設(shè)的雨水花園一般選址于地勢(shì)低洼地區(qū)，雨水花園將收集到的屋面或地面雨水，通過(guò)其內(nèi)種植的植物進(jìn)行凈化吸收和滯留，凈化之后的雨水再通過(guò)土壤層的下滲作用，對(duì)地下水進(jìn)行補(bǔ)給。土壤含水量飽和之后，又可將多余的雨水與城市雨水管溝連接，通過(guò)雨水管溝排走，用于路面、廁所沖洗、植物綠化灌溉、城市景觀用水等，從而提高雨水利用率。

圖2 雨水花園

1.3 植草溝（圖3）

圖3 植草溝

植草溝最初是一種有植被的具有景觀欣賞性的地表溝渠，它可以通過(guò)重力流收集、轉(zhuǎn)輸和排放雨水。植草溝作為海綿城市建設(shè)的重要措施之一，不僅可以簡(jiǎn)單高效的滯留城市雨水，吸附雨水污染物，對(duì)雨水進(jìn)行凈化過(guò)濾，同時(shí)，植草溝能對(duì)雨水的流動(dòng)起到緩沖作用，降低水流速度，減少洪峰流量。

2 日照市圖書(shū)館的建設(shè)項(xiàng)目研究

日照市圖書(shū)館舊館建于1974年，是日照市精神文明建設(shè)基地和知識(shí)性信息樞紐機(jī)構(gòu)，對(duì)于日照市的城市精神文明建設(shè)，城市文化建設(shè)具有重要意義。隨著城市的發(fā)展，為滿足城市文化建設(shè)及居民精神需求，日照市圖書(shū)館在市政府相關(guān)部門(mén)的支持下，不斷進(jìn)行改擴(kuò)建工作，滿足人民日益增長(zhǎng)的精神文化需求。

2015年，日照市圖書(shū)館新館建成，并于同年12月26日正式開(kāi)館，圖書(shū)館新館總建筑面積約5.2萬(wàn)m2，總館舍面積為3.2萬(wàn)m2。館內(nèi)藏書(shū)26萬(wàn)多冊(cè)，是一座功能齊全、設(shè)備先進(jìn)的綜合性圖書(shū)館。新圖書(shū)館地上部分共有三層，設(shè)有數(shù)字資源體驗(yàn)廳、學(xué)術(shù)報(bào)告廳、各類(lèi)圖書(shū)借閱覽區(qū)。地下部分為室內(nèi)停車(chē)場(chǎng)及圖書(shū)儲(chǔ)存庫(kù)。圖書(shū)館采用光伏發(fā)電系統(tǒng)，綠地率達(dá) 35%。日照市圖書(shū)館憑借其簡(jiǎn)潔時(shí)尚的現(xiàn)代化外觀和生態(tài)環(huán)保的設(shè)計(jì)理念，獲得了國(guó)家二星級(jí)綠色建設(shè)設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)，也是日照市首個(gè)獲得該類(lèi)獎(jiǎng)項(xiàng)的項(xiàng)目。日照市圖書(shū)館平面圖實(shí)景鳥(niǎo)瞰圖如圖4、圖5所示。

圖4 日照市圖書(shū)館平面圖

圖5 日照?qǐng)D書(shū)館實(shí)景鳥(niǎo)瞰圖

日照市圖書(shū)館的建設(shè)充分融入了海綿城市理念，具有完善的雨水收集系統(tǒng)，通過(guò)生態(tài)設(shè)計(jì)將雨水進(jìn)行收集儲(chǔ)存，用于綠化養(yǎng)護(hù)灌溉以及道路路面沖洗，實(shí)現(xiàn)雨水的循環(huán)利用。下面將詳細(xì)分析日照市圖書(shū)館規(guī)劃設(shè)計(jì)中的生態(tài)設(shè)計(jì)理念。

單施氮、磷、鉀肥與不施肥處理相比，N30P0K0施肥處理下鮮草產(chǎn)量顯著高于對(duì)照N0P0K0(P<0.05)，其他各單施處理北林202苜蓿的鮮草產(chǎn)量與對(duì)照N0P0K0無(wú)顯著差異(P>0.05)，鮮草產(chǎn)量增幅為0.05%～5.29 %；氮、磷、鉀肥單施，N0P0K50、N0P0K100、 N0P60K0的干草產(chǎn)量顯著高于N0P0K0，其他肥料單施處理的干草產(chǎn)量與N0P0K0無(wú)顯著差異，干草產(chǎn)量增幅為5.7%～21.6 %。

2.1 日照市圖書(shū)館雨水回收系統(tǒng)概述

日照市圖書(shū)館雨水回收系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)總面積為23268m2，其中建筑屋面面積為7812.87m2，綠地面積為11889.15m2，道路廣場(chǎng)面積為14266.98m2，設(shè)計(jì)雨水收集池容積為207m2。經(jīng)過(guò)雨水回收系統(tǒng)收集的雨水，經(jīng)過(guò)過(guò)濾沉淀、吸收凈化之后，可用于圖書(shū)館區(qū)域停車(chē)場(chǎng)的車(chē)輛沖洗、道路路面沖洗、景觀綠化灌溉、廁所沖洗用水等。

2.2 日照市圖書(shū)館雨水綜合利用工藝流程

屋面雨水及路面雨水經(jīng)過(guò)雨水收集管網(wǎng)，在進(jìn)入雨水儲(chǔ)存系統(tǒng)之前，會(huì)流經(jīng)初期雨水分流井，對(duì)初期雨水進(jìn)行分流，分流之后的雨水進(jìn)入雨水儲(chǔ)存系統(tǒng)，一部分經(jīng)過(guò)初期雨水分流井后被棄流的雨水則直接進(jìn)入市政雨水管道進(jìn)行排放，另一部分通過(guò)雨水過(guò)濾器，并經(jīng)過(guò)紫外線消毒器消毒殺菌，最后用于綠化和景觀用水，實(shí)現(xiàn)雨水的重復(fù)利用。整個(gè)雨水利用工藝流程如圖6所示。

圖6 雨水綜合利用工藝流程圖

雨水綜合利用系統(tǒng)降雨設(shè)計(jì)重現(xiàn)期按1年計(jì)算，取日照市數(shù)據(jù)43.6mm；綠地雨水綜合雨量徑流系數(shù)取0.15，道路和屋面雨水綜合雨量徑流系數(shù)取0.8，雨水收集池采用PP模塊組合水池，體積為207m3。

2.3 雨水儲(chǔ)存系統(tǒng)

雨水儲(chǔ)水池采用PP模塊組合水池，PP 模塊組合水池基坑開(kāi)挖預(yù)留安裝空間，基坑兩側(cè)超出儲(chǔ)水方塊2.0m，儲(chǔ)水池外面包裹一層1.0mm厚的HDPE防滲膜；雨水設(shè)備間采用PE成品設(shè)備間，內(nèi)安裝全自動(dòng)清洗過(guò)濾器和紫外線消毒器。設(shè)備間為室外埋地使用，施工時(shí)底部做100mm厚素混凝土墊層。

用于雨水收集的雨水管按設(shè)計(jì)標(biāo)高和坡度敷設(shè)，并不應(yīng)小于0.003。直線管道管材、管件現(xiàn)場(chǎng)熱熔連接。雨水初期棄流井穿墻預(yù)埋管使用剛性防水套管，檢修人孔按照規(guī)范施工。雨水收集池主要設(shè)備清單、平面圖見(jiàn)表1、圖7所示。

表1 雨水收集池主要設(shè)備清單一覽表

圖7 雨水收集池平面圖

2.4 日照市圖書(shū)館雨水回收系統(tǒng)應(yīng)用

2.4.1 綠色屋頂?shù)募夹g(shù)應(yīng)用

圖書(shū)館規(guī)劃有屋頂立體綠化。屋頂種植區(qū)植物選擇很好地體現(xiàn)了生態(tài)理念。選用的綠化植物為適宜本地氣候的佛甲草，其耐旱性強(qiáng)，根系較淺，便于養(yǎng)護(hù)管理，綜合成本較低，生態(tài)價(jià)值高。屋面不透水，將雨水利用屋面坡度匯集到管網(wǎng)中，進(jìn)而收集到建筑西北側(cè)的雨水回收系統(tǒng)中，之后再將回收的雨水用于綠化灌溉、道路廣場(chǎng)沖洗等，實(shí)現(xiàn)雨水循環(huán)利用，大大節(jié)約了用水量。日照?qǐng)D書(shū)館屋頂綠化效果圖如圖8所示。

圖8 日照?qǐng)D書(shū)館屋頂綠化效果圖

2.4.2 雨水花園的技術(shù)應(yīng)用

雨水花園是指建設(shè)或者自然形成的淺凹綠地，又被稱(chēng)之為生物滯留區(qū)。雨水花園作為低影響開(kāi)發(fā)常見(jiàn)雨水處理措施，通過(guò)不斷的發(fā)展，已延伸出多種形式，但其基本原理仍然不變，其結(jié)構(gòu)形式如圖9所示。

圖9 日照?qǐng)D書(shū)館雨水花園示意圖

2.4.3 植草溝的技術(shù)應(yīng)用

圖書(shū)館周邊道路兩側(cè)的線型綠化帶采用生態(tài)植草溝模式進(jìn)行綠化，與傳統(tǒng)硬質(zhì)路邊溝和排水溝不同，生態(tài)植草溝是橫斷面呈三角形或梯形的帶狀型下凹綠地。

硬質(zhì)地面雨水徑流速度相對(duì)較快，而生態(tài)植草溝利用植物的過(guò)濾作用，對(duì)流經(jīng)其表面的植物進(jìn)行過(guò)濾、滲透，起到凈化污染物的作用，由于雨水的沖刷作用，在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)要求，設(shè)計(jì)合適的縱坡坡度，并且在底層鋪筑一層石料過(guò)濾雨水，防止侵蝕土壤。日照?qǐng)D書(shū)館植草溝應(yīng)用圖如圖10所示。

圖10 日照?qǐng)D書(shū)館植草溝應(yīng)用圖

2.4.4 下沉式綠地的應(yīng)用

圖書(shū)館南側(cè)主入口左右兩側(cè)對(duì)稱(chēng)為下沉式綠地，與地面高差為6m，在景觀上使建筑更有立體效果，給游客與讀者更豐富的景觀體驗(yàn)。在生態(tài)功能上，下沉式綠地又可作為收集和凈化吸收雨水的容器，因此同時(shí)滿足了景觀和功能的雙重要求。日照?qǐng)D書(shū)館下沉式綠地圖如圖11所示。

圖11 日照?qǐng)D書(shū)館下沉式綠地圖

2.4.5 滲透鋪裝的技術(shù)應(yīng)用

圖書(shū)館路面及廣場(chǎng)鋪裝多采用透水性混凝土作為路面鋪裝材料，其目的主要是為了緩解暴雨季節(jié)路面積水問(wèn)題，夏季暴雨來(lái)臨時(shí)，雨水流經(jīng)混凝土透水路面之后一部分直接下滲吸收，另一部分匯入植草溝凈化儲(chǔ)存，從而使路面不會(huì)有大量積水，也就消除了城市內(nèi)澇產(chǎn)生的可能性。日照?qǐng)D書(shū)館滲透鋪裝效果圖如圖12所示。

圖12 日照?qǐng)D書(shū)館滲透鋪裝效果圖

雨水回收利用系統(tǒng)使整個(gè)建筑及綠地可將收集到的雨水發(fā)揮更大的作用，本項(xiàng)目中的雨水回收利用系統(tǒng)與景觀灌溉相連接，既保證綠化灌溉的應(yīng)用，節(jié)約用水，也實(shí)現(xiàn)了雨水的再生利用。

3 海綿城市建設(shè)展望

日照市經(jīng)常遭受城市內(nèi)澇災(zāi)害，隨著海綿城市建設(shè)政策的逐漸落實(shí)，日照市海綿城市建設(shè)也有了更多可供參考和借鑒的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，日照市圖書(shū)館的建設(shè)便是對(duì)海綿城市建設(shè)的很好的嘗試，事實(shí)證明海綿城市建設(shè)確實(shí)對(duì)雨水收集利用和管理起到了很好的管控作用。但是針對(duì)于整個(gè)日照市海綿城市建設(shè)來(lái)說(shuō)，在未來(lái)的城市發(fā)展和建設(shè)過(guò)程中，還有很多問(wèn)題需要研究并解決，需要在不斷的實(shí)踐過(guò)程中逐漸完善。