基于海綿城市理念的亭子設(shè)計(jì)研究

齊筠倩 李青青

摘要：本文針對(duì)國(guó)內(nèi)大多數(shù)城市面臨的內(nèi)澇等雨水資源問題，探索改造城市公共設(shè)施使雨水得到凈化及再利用的新方法，以海綿城市理念為指導(dǎo)，對(duì)現(xiàn)代城市公共景觀設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化，分析我國(guó)傳統(tǒng)的亭子在造型或功能上還可以改善的空間，把在亭子上增加綠植種植作為創(chuàng)新點(diǎn)應(yīng)用在設(shè)計(jì)實(shí)踐中。通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，將城市公共設(shè)施設(shè)計(jì)與雨洪管理相結(jié)合，改造設(shè)計(jì)出一種新式亭子，使其在保留傳統(tǒng)亭子的功能的同時(shí)，在維護(hù)城市生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮出積極意義，也為今后嘗試更多符合生態(tài)設(shè)計(jì)原則的城市公共設(shè)施設(shè)計(jì)實(shí)踐提供思考的方向。

關(guān)鍵詞：海綿城市;雨水收集;亭子設(shè)計(jì);城市公共設(shè)施

中圖分類號(hào)：TU984.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2020）23-0-02

為了解決我國(guó)一直存在的城市水資源短缺、水生態(tài)破壞等問題，近年來，關(guān)于海綿城市的理論研究與實(shí)踐逐漸多了起來，自國(guó)家2014年設(shè)立海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市以來，海綿城市理論吸引了相關(guān)領(lǐng)域人員的廣泛關(guān)注與討論，越來越多的城市也開始了這項(xiàng)工程。

1 海綿城市概念與我國(guó)城市公共設(shè)施設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

隨著我國(guó)近年城市化發(fā)展進(jìn)程的加快，城市建設(shè)開發(fā)強(qiáng)度高、硬質(zhì)鋪裝多，導(dǎo)致城市下墊面過度硬化。同時(shí)由于我國(guó)降雨時(shí)空分布不均，南方多北方少、夏天多冬天少，夏季暴雨時(shí)間集中，我國(guó)城市雨洪管理依舊以管道排放為主要方式，管理體系較為落后且設(shè)施建設(shè)不完善，城市內(nèi)澇成了我國(guó)很多城市的新型城市病。加上片面注重經(jīng)濟(jì)發(fā)展的社會(huì)風(fēng)氣，忽視了生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致水環(huán)境被污染。早先的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)師對(duì)于雨水資源利用的意識(shí)也較為薄弱，雨水資源沒有得到有效利用，造成了水資源浪費(fèi)。上述種種給城市帶來了水資源匱乏、水環(huán)境污染、水生態(tài)惡化等一系列的問題，在此背景下，國(guó)家提出了海綿城市的概念[1]。

海綿城市是一種新型的城市雨洪管理策略和方法，“海綿”一詞包含水分和力學(xué)這雙重特征，水分特征是指海綿對(duì)于雨水的吸收、保持、釋放，力學(xué)特征則是指海綿的回彈以及恢復(fù)能力[2]。海綿城市的實(shí)施，將融合自然途徑和人工措施，最大限度地實(shí)現(xiàn)雨水在城市區(qū)域內(nèi)的積存、滲透、凈化[3]。海綿城市的深層內(nèi)涵包括以下兩點(diǎn)。第一，在面對(duì)自然災(zāi)害時(shí)，城市擁有“彈性”特性。指城市能夠靈活應(yīng)對(duì)和適應(yīng)各種旱澇災(zāi)害，能夠自我調(diào)節(jié)，具有自然積存、自然滲透、自然凈化的功能，且在災(zāi)害過后保持自身結(jié)構(gòu)不變。第二，可以通過低影響開發(fā)設(shè)施實(shí)現(xiàn)雨洪控制。通過對(duì)雨水的滯留滲透、儲(chǔ)蓄凈化、疏導(dǎo)再利用等低影響開發(fā)措施，實(shí)現(xiàn)城市的良性水文循環(huán)[4]。海綿城市是對(duì)中國(guó)城市水系統(tǒng)的綜合治理，是對(duì)城市人居環(huán)境的重構(gòu)，它的提出與相關(guān)工程的實(shí)施，能極大地緩解我國(guó)由于極端天氣、城市化發(fā)展迅速而引起的城市水澇災(zāi)害，也可以給我國(guó)城市公共設(shè)施設(shè)計(jì)提供新的設(shè)計(jì)思路。

城市公共設(shè)施是放置于公共場(chǎng)所中，給大眾使用的設(shè)備或器具，公共設(shè)施是搭建人與環(huán)境和諧關(guān)系的橋梁。隨著城市化的進(jìn)程加快發(fā)展，我國(guó)對(duì)于城市公共設(shè)施設(shè)計(jì)的要求也應(yīng)逐漸提高。目前我國(guó)的城市公共設(shè)施設(shè)計(jì)大多只注重在功能造價(jià)上是否實(shí)用經(jīng)濟(jì)，外觀上是否美觀，將城市公共設(shè)施設(shè)計(jì)與雨洪管理相結(jié)合的理念和方法還沒有得到普及。當(dāng)下海綿城市理念也多應(yīng)用于城市綠地、道路設(shè)計(jì)等，亭子作為組成城市環(huán)境景觀的基本元素，也需要在一定程度上承擔(dān)緩解雨洪的責(zé)任，城市公共設(shè)施與雨洪管理的融合對(duì)于城市的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益都有長(zhǎng)遠(yuǎn)影響。

2 基于海綿城市理念的亭子的創(chuàng)新設(shè)計(jì)分析

亭子是中國(guó)傳統(tǒng)建筑之一，在我國(guó)各地區(qū)運(yùn)用廣泛，多建于園林、佛寺等。在現(xiàn)代城市中，亭子多是蓋在路旁或花園里供人休息、避雨、乘涼用的建筑物，在城市中可以與其他景觀小品相結(jié)合，營(yíng)造出多樣的環(huán)境氛圍?，F(xiàn)有技術(shù)中，大多數(shù)亭子都只有遮陽避雨、提供休息地的功能，而通過對(duì)傳統(tǒng)亭子形態(tài)的改造，還可以使亭子在為人們提供避雨場(chǎng)所的同時(shí)增加收集雨水的功能。可以通過設(shè)置集雨瓣、雨水灌流管、增加綠植槽等方式將收集的雨水轉(zhuǎn)化為綠化用水及地下水源補(bǔ)給，實(shí)現(xiàn)綜合利用雨水資源。

2.1 “蓄、滯”——亭子的集雨功能設(shè)計(jì)

低影響開發(fā)系統(tǒng)主要通過“滲，滯，蓄，凈，用，排”六項(xiàng)基本措施實(shí)現(xiàn)海綿城市的建設(shè)[5]。“蓄”即雨水的儲(chǔ)存，目的在于調(diào)節(jié)雨水時(shí)間空間分布，降低徑流流量，在降雨時(shí)存儲(chǔ)一定量的雨水，經(jīng)處理后以備城市不時(shí)之需。“滯”指滯留雨水，可以降低雨水匯集速度，控制流量峰值，減少排水壓力。

在該新型亭子的改造設(shè)計(jì)中，可以將傳統(tǒng)亭子的頂部造型進(jìn)行改變，將其設(shè)計(jì)為4個(gè)內(nèi)部向下凹陷的勺狀集雨瓣，使其在遮擋雨水的時(shí)候同時(shí)收集雨水，在集雨瓣外端連接鋼絲繩。降雨時(shí)，通過頂部定滑輪調(diào)節(jié)鋼絲繩將集雨瓣展開，將其保持在水平位置，使集雨瓣能夠收集到最大量的雨水。雨水可暫時(shí)儲(chǔ)存在集雨瓣中，以待使用。

在設(shè)計(jì)前，設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)對(duì)該地區(qū)的雨量進(jìn)行分析，考察地區(qū)雨水是否充沛，是否能夠進(jìn)行雨水收集，應(yīng)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果確定集雨瓣的大小及集雨容量。收集的雨水來源屬于屋頂雨水，雜質(zhì)少，相對(duì)干凈，只需經(jīng)過簡(jiǎn)單過濾就可以排入蓄水系統(tǒng)或繼續(xù)使用。

2.2 “滲、排、用”——亭子的用水功能設(shè)計(jì)

“滲”是指減緩雨水下滲速度，利用滲透和綠地技術(shù)，控制雨水徑流量?！芭拧笔峭ㄟ^輔助傳統(tǒng)排水系統(tǒng)，將雨水傳輸、外排、引導(dǎo)至指定區(qū)域，避免城市內(nèi)澇，確保城市運(yùn)行安全?！坝谩笔侵赣晁Y源的再次利用，可以緩解水資源短缺等問題[6]。

降雨結(jié)束后，可以通過頂端的定滑輪控制鋼絲繩長(zhǎng)度以調(diào)整集雨瓣開合角度，使集雨瓣向中心收合，使集雨瓣內(nèi)儲(chǔ)存的雨水沿瓣壁向下流淌，再經(jīng)過濾網(wǎng)簡(jiǎn)單過濾至雨水灌流管，為下方綠植和花壇提供水源，集雨瓣設(shè)計(jì)時(shí)要可以收合至不同角度，實(shí)現(xiàn)一次降雨收集到的雨水可以多次、分時(shí)段利用。

該新式亭子的創(chuàng)新點(diǎn)還在于在亭子中心支柱（雨水灌流管）上增植。在雨水灌流管外環(huán)管壁開鑿小孔連接向下傾斜的出水管，集雨瓣收集的雨水通過出水管流入植物槽，其余雨水通過雨水灌流管流入亭子底端花壇及地下。收集的雨水將有三種再利用的方式：綠植槽、底端花壇、下滲土壤。

雨水灌流管側(cè)的兩圈綠植槽和底端花壇選用的綠植應(yīng)符合以下條件：第一，因長(zhǎng)期位于集雨瓣之下，處于一種蔭蔽的生長(zhǎng)環(huán)境，故而所選植物應(yīng)喜陰耐陰;第二，因綠植槽及底端花壇空間較為狹小，生長(zhǎng)空間有限，所以應(yīng)選用較為低矮的綠植，可選用的植物有蕨類、蘭科等觀葉植物。

2.3 生態(tài)，環(huán)?！ぷ舆\(yùn)作動(dòng)力設(shè)計(jì)

生態(tài)環(huán)保是在人類步入后工業(yè)時(shí)代后，逐漸受到關(guān)注與重視的領(lǐng)域[7]。海綿城市也一直踐行著生態(tài)型建設(shè)理念，海綿城市的理念在本質(zhì)上與生態(tài)環(huán)保是一致的，二者都是為了促進(jìn)城市的良性發(fā)展[8]。生態(tài)環(huán)保的理念以綠色低碳的發(fā)展觀為基礎(chǔ)，包含著最廣泛的可持續(xù)發(fā)展內(nèi)涵，最終目標(biāo)是人與自然的和諧共處[9]。在設(shè)計(jì)領(lǐng)域滲透生態(tài)環(huán)保理念，在設(shè)計(jì)滿足基本需求的基礎(chǔ)上，最大化地謀求生態(tài)環(huán)境的平衡，對(duì)于為人們構(gòu)建良好的生存環(huán)境具有重要意義[10]。

該亭子在設(shè)計(jì)中融入了生態(tài)環(huán)保的觀念[11]，在亭子運(yùn)作過程的設(shè)計(jì)中，考慮到要盡可能減少亭子對(duì)資源和環(huán)境產(chǎn)生的影響，因此在亭子的頂部設(shè)置了太陽能板，太陽能板的運(yùn)用一定程度上減少了因燃燒煤炭供電而消耗的化石能源以及排放的二氧化碳含量。亭子的運(yùn)轉(zhuǎn)主要是通過太陽能面板的蓄電功能進(jìn)行的，太陽能面板晴天蓄電，雨天時(shí)通過底部安裝的電機(jī)為整個(gè)設(shè)施的運(yùn)轉(zhuǎn)提供動(dòng)能。使用者通過操縱控制面板調(diào)控4個(gè)電動(dòng)定滑輪，使4片集雨瓣展開或收合，完成雨水收集和再利用的程序。整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)自給自足，不需要再使用其他資源。

3 亭子的設(shè)計(jì)實(shí)踐探索

3.1 亭子的設(shè)計(jì)構(gòu)思

該新型亭子造型靈感來源于一朵盛開的花朵，四片集雨瓣與中央立柱相連像花瓣依附于花托并與花柄相連，當(dāng)降雨時(shí)，集雨瓣完全展開收集雨水，就像自然界中花朵完全綻放開，一部分雨水落在花瓣上，一部分雨水也會(huì)順著花柄向下流淌，下滲至泥土中。

總體來說，該亭子造型較為獨(dú)特美觀，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝?；疑档臋C(jī)械設(shè)施與綠色植物相結(jié)合，色彩淡雅，造型具有一定的科技感，可與現(xiàn)代城市景觀融合。使用者可根據(jù)使用場(chǎng)地情況及使用需要增加外部設(shè)施（如座椅等）或修改局部設(shè)施（如增大或縮小底部花壇面積）。該亭子適合放置于我國(guó)東南或西南部夏季多雨地區(qū)，具體場(chǎng)地可以選在市民廣場(chǎng)、公園中的休閑活動(dòng)區(qū)、校園、城市路邊空地等。

3.2 亭子的設(shè)計(jì)說明

該新型亭子與傳統(tǒng)亭子在造型和功能上有較大的區(qū)別，這種收集雨水再利用的亭子包括頂部太陽能板，太陽能板為下方電動(dòng)定滑輪提供電能，通過定滑輪控制鋼絲繩長(zhǎng)度以調(diào)整集雨瓣開合角度。集雨瓣與立柱相連端為出水口，并設(shè)置有過濾網(wǎng)，立柱外環(huán)為雨水灌流管，內(nèi)環(huán)管道內(nèi)為太陽能板、電機(jī)、電動(dòng)定滑輪、控制面板連接線，外環(huán)管壁有小孔連接向下傾斜的出水管給植物槽供水，其余雨水則通過雨水灌流管流入底端花壇及地下，底座內(nèi)部含有電機(jī)等動(dòng)力設(shè)備。在該亭子的底部，雨水灌流管外環(huán)管壁與底端花壇連接處設(shè)置有一圈排水孔，可以使雨水順著圓臺(tái)形基座斜面流淌至排水孔排出，灌溉底端花壇。（圖1）

該亭子集雨工作過程如下。降雨時(shí)，通過定滑輪調(diào)節(jié)鋼絲繩長(zhǎng)度，使集雨瓣保持在能收集到最大雨水量的角度和狀態(tài)。（圖2）當(dāng)雨水收集完畢后，再通過定滑輪調(diào)節(jié)鋼絲繩長(zhǎng)度，使集雨瓣向上收合，達(dá)到所需角度后，集雨瓣內(nèi)雨水就能隨著瓣壁傾斜面向下流淌至雨水灌流管，實(shí)現(xiàn)對(duì)綠植槽和底部花壇的供水，完成一次對(duì)雨水的再利用。（圖3）集雨瓣中剩余的雨水可以通過重復(fù)上述過程，再次調(diào)節(jié)鋼絲繩長(zhǎng)度，使集雨瓣繼續(xù)向上收合，停留在更大角度，集雨瓣內(nèi)的剩余雨水沿傾斜瓣壁流至雨水灌流管。如果集雨瓣內(nèi)還有剩余雨水，可多次重復(fù)上述過程，直到雨水完全流淌出去。（圖4）

4 結(jié)語

在我國(guó)城市化快速發(fā)展、海綿城市建設(shè)的背景下，為緩解我國(guó)城市內(nèi)澇、水資源流失、水環(huán)境污染等問題，本文以亭子的創(chuàng)新設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，將雨水收集再利用作為目的融入設(shè)計(jì)中。在現(xiàn)代城市設(shè)計(jì)中，應(yīng)將雨洪的有效利用視為城市景觀的一部分去規(guī)劃和設(shè)計(jì)，本文是對(duì)城市公共設(shè)施設(shè)計(jì)在理論和方法上的一次創(chuàng)新實(shí)踐，希望能對(duì)今后的城市綜合建設(shè)工作提供了有意義的參考。

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作者簡(jiǎn)介：齊筠倩（1998—），女，江蘇南京人，碩士在讀，研究方向：環(huán)境設(shè)計(jì)。

李青青（1990—），女，湖北武漢人，博士，講師，系本文指導(dǎo)老師，研究方向：生態(tài)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)理論。