LID技術(shù)在綠色建筑材料管理過程中的應(yīng)用研究

王 華，張 成

（1楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程分院，陜西楊凌 712100；2西安市市容環(huán)境服務(wù)中心，陜西西安710000）

現(xiàn)階段城市化是導(dǎo)致水文循環(huán)改變的重要影響因素，過度城市化會(huì)導(dǎo)致城市的不透水面積持續(xù)增加。降雨頻發(fā)時(shí)，地表徑流導(dǎo)致地下水的面積持續(xù)增加[1-2]，同時(shí)地表徑流量也持續(xù)上升，造成城市內(nèi)澇。

目前，我國選取以下幾種方式解決城市水循環(huán)問題，主要包括人工給水、排水等。通過以上方式代替自然水體下滲以及坡度自然徑流等，但是以上方式會(huì)導(dǎo)致水體環(huán)境中滯緩效應(yīng)增加，并且縮短了城市水體之間的匯流空間。傳統(tǒng)的排水系統(tǒng)存在一定的弊端，同時(shí)具有超強(qiáng)的自我調(diào)節(jié)能力。目前，組建一種符合建筑需求的雨水收集系統(tǒng)[3-4]，是城市綠色建筑設(shè)計(jì)的必要需求。低影響開發(fā)（LID）主要是選取小型、布置分散的雨水控制技術(shù)，對城市內(nèi)的雨水以及地表徑流進(jìn)行控制以及管理，有效促進(jìn)城市內(nèi)部的自然水文循環(huán)。

本文重點(diǎn)結(jié)合LID技術(shù)對綠色建筑材料管理展開研究，研究結(jié)果能夠?yàn)槲覈罄m(xù)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)提供對應(yīng)的理論支持。

1 方法

1.1 綠色建筑場地LID措施特征

低影響開發(fā)（LID）主要是以場地自然水文條件以及雨水自然循環(huán)過程為依據(jù)，利用源頭一系列分散的小型技術(shù)設(shè)施組建一個(gè)綠色的植物雨水管理系統(tǒng)，最終達(dá)到對開發(fā)場降水量以及雨水水質(zhì)的管理。

LID技術(shù)主要包含兩種不同的結(jié)構(gòu)，分別為：（1）非結(jié)構(gòu)性措施；（2）結(jié)構(gòu)性措施。

后者主要是一系列用于雨洪管理的技術(shù)設(shè)施；前者則是包含政策措施以及場地規(guī)劃措施，將場景、建筑、綠地等進(jìn)行合理的規(guī)劃以及布局。

LID不同于傳統(tǒng)的雨水處理模式，它主要選用性價(jià)比高，且規(guī)模較小的景觀雨水管理方法。LID的設(shè)計(jì)理念主要是在生態(tài)學(xué)的基礎(chǔ)上對場地進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，具體包含以下幾種方式：（1）模擬自然水文過程；（2）分散式控制；（3）整合非結(jié)構(gòu)性系統(tǒng)；（4）源頭控制；（5）技術(shù)設(shè)施結(jié)合景觀。

其中LID技術(shù)主要包含以下幾方面優(yōu)勢：

（1）高彈性

LID技術(shù)使用范圍較廣，任何類型的景觀形式都能夠不同程度地進(jìn)行改造，并且被LID技術(shù)所應(yīng)用。在降雨事件的規(guī)模上，LID技術(shù)不僅對較小規(guī)模的降雨事件存在較好的利益，同時(shí)對大規(guī)模降雨事件也具有一定的控制作用。在場地開發(fā)上，LID技術(shù)不僅適用于未開發(fā)的場地建設(shè)[5-7]，同時(shí)還適用于舊城的改造以及修復(fù)。

（2）成本較低

通過LID技術(shù)能夠使大部分雨水徑流量通過植物的吸收以及蒸騰等作用，得到有效控制。所以需要降低城市排水管網(wǎng)等設(shè)施的建設(shè)費(fèi)用，有效減少雨水管理費(fèi)用，同時(shí)LID策略還能夠間接降低污水處理成本。

（3）多功能

LID技術(shù)是由多種類型的技術(shù)結(jié)合組成的，所以其具有多功能性。

（4）重點(diǎn)保護(hù)

LID技術(shù)遵循相關(guān)的保護(hù)性原則，保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)中較為敏感的開放空間。針對于較為敏感的區(qū)域，將其劃分為保護(hù)區(qū)，禁止對其進(jìn)行開發(fā)。在生態(tài)較為穩(wěn)定的區(qū)域內(nèi)，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)膱龅亻_發(fā)，盡量保持原始地貌的水文情況。

（5）源頭控制

LID技術(shù)對于雨洪管理的方式就是直接通過雨水接觸地面，然后進(jìn)行介入管理，同時(shí)將場地的雨水控制能力達(dá)到原始狀態(tài)。

（6）自然做功

LID技術(shù)主要是利用自然物理作用、化學(xué)作用等過程進(jìn)行自我修復(fù)以及凈化[8]，確保城市環(huán)境得到有效改善。

LID技術(shù)主要是以保持原始的水文特征為目標(biāo)，根據(jù)分散的、小型雨水技術(shù)措施完成場地源頭控制。其中LID技術(shù)主要是以軟質(zhì)工程為主，傳統(tǒng)的雨水技術(shù)則是以硬質(zhì)工程為主，兩者之間的主要區(qū)別見表1。

表1 傳統(tǒng)方式和新型雨水管理方式對比Table 1 Comparison of traditional and new rain water management methods

LID技術(shù)設(shè)施的目標(biāo)是根據(jù)合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，最大程度地降低場地開發(fā)對于環(huán)境的干擾程度。相關(guān)研究結(jié)果顯示，LID技術(shù)利用各種分散式的源頭措施進(jìn)行控制，有效減少了城市地面的徑流總量，并且根據(jù)土壤以及植被的過濾、吸收，實(shí)現(xiàn)雨水凈化。它是一種集低碳、節(jié)能、環(huán)保等為一體的管理體系，具有十分廣泛的生態(tài)效能。

表2給出了LID措施的水文效應(yīng)分析。

表2 LID措施的水文效應(yīng)分析Table 2 Hydrological analysis of LID measures

1.2 綠色建筑LID技術(shù)適建性評價(jià)

現(xiàn)階段主要選取低影響開發(fā)技術(shù)對城市內(nèi)地表徑流的水質(zhì)水量進(jìn)行改建，由此可見，土壤條件是影響開發(fā)成效的一項(xiàng)關(guān)鍵因素。以下具體給出不同的影響因子對其的影響：（1）透水速度決定土壤的滲透程度；（2）土壤的透水性主要是通過土壤類型進(jìn)行反應(yīng)；（3）城市的地勢起伏程度主要是由坡度決定的；（4）雨水的下滲程度[9-11]決定了地下水位的高低。

利用表3詳細(xì)給出綠色建筑LID適建性影響因子分析結(jié)果。

表3 綠色建筑LID適建性影響因子分析Table 3 Analysis of the factors affecting LID constructionability of green buildings

現(xiàn)階段我國大部分的綠色建筑含有屋頂花園，屋頂花園雨水收集系統(tǒng)最為主要的作用就是收集屋面的雨水，在經(jīng)過一定的處理后，將屋頂?shù)挠晁畱?yīng)用于澆灌、沖廁等用水。初期雨水的污染程度越大，雨水中的雜質(zhì)也越多，為了有效降低雨水的處理成本，需要對初期雨水氣流進(jìn)行管理[12-13]。以下詳細(xì)給出影響屋頂水質(zhì)的主要因素，分別為：（1）大氣質(zhì)量；（2）屋面材料；（3）降水間隔等。

1.3 LID技術(shù)在綠色建筑材料管理過程中的應(yīng)用研究

隨著LID技術(shù)的不斷完善，LID技術(shù)在全球范圍內(nèi)取得了十分廣泛的應(yīng)用。詳細(xì)分析不同區(qū)域內(nèi)各個(gè)措施的控制效果，后續(xù)針對不同的場地，設(shè)計(jì)出對應(yīng)的管理措施。

根據(jù)對綠色建筑場地的降雨水文過程進(jìn)行分析，同時(shí)對綠色建筑的LID管理措施進(jìn)行分析。綠色建筑材料管理過程中選取LID技術(shù)，結(jié)合研究區(qū)域內(nèi)的降雨特征，選取對應(yīng)的占地適宜尺度以及蓄水功能。

通常情況下，選取以下幾種措施對綠色場地材料進(jìn)行管理以及優(yōu)化。

（1）雨水花園

雨水花園是一種小型的生物蓄流池，它能夠在淺洼地中種植綠化植被、灌木等植物，通過土壤以及植物的過濾完成雨水徑流的凈化處理，以有效降低徑流量。現(xiàn)階段雨水花園技術(shù)，在各個(gè)方面取得了十分顯著的效果。

（2）透水鋪面

由于建筑區(qū)域內(nèi)的鋪設(shè)面積不斷增加，各種場地的徑流量也持續(xù)增加，這會(huì)對徑流水質(zhì)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響。選取透水材料對各個(gè)區(qū)域進(jìn)行鋪設(shè)。滲透材料能夠?qū)τ晁M(jìn)行滲濾。為了增加整個(gè)材料的使用壽命，需要在設(shè)計(jì)初期選取合適的基層土壤，同時(shí)結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（3）下凹式綠地

可以將其看作是縮小的干式滯留池，干式滯留池相比其它措施具有十分明顯的優(yōu)勢。其中合理的坡度設(shè)計(jì)以及位置布局能夠促使徑流得到較好的控制，同時(shí)降低從建筑場地流出的徑流量，達(dá)到較為滿意的管理效果。

2 仿真實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證所提方法的有效性，需要進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)測試，實(shí)驗(yàn)平臺為：VTM；型號：易時(shí)代ET-R100；OS:Windows7；CPU:Intel(R)Core i33220；內(nèi)存：64GB；GPU：NVIDIA Tesla K40m×2；顯存：12GB×2。

（1）綠色建筑材料管理費(fèi)用

為了驗(yàn)證所提方法的有效性，實(shí)現(xiàn)選取兩種傳統(tǒng)方法作為對比方法，對比三種方法的綠色建筑材料管理費(fèi)用，具體的對比結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同方法的綠色建筑材料管理費(fèi)用對比結(jié)果Fig.1 Comparison results of green building materials management costs by different methods

分析圖1可知，隨著測試樣本數(shù)量的持續(xù)增加，各種方法綠色建筑材料管理費(fèi)用也在持續(xù)增加。相比傳統(tǒng)方法，所提方法的綠色建筑材料管理費(fèi)用上升速度明顯較慢。

（2）雨水資源利用率

為了更進(jìn)一步驗(yàn)證所提方法的有效性，以下進(jìn)一步對比各種方法的雨水資源利用率，具體的對比結(jié)果見表4。

表4 所提方法的雨水資源利用率變化情況Table 4 Change of rainwater resource utilization rate of the proposed method

分析表4的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，所提方法的雨水資源利用率在三種方法中為最高，文獻(xiàn)[4]方法的雨水資源利用率次之，文獻(xiàn)[5]方法的雨水資源利用率最低。

（3）徑流量

在上述實(shí)驗(yàn)環(huán)境的基礎(chǔ)上，以下分別對比三種方法的徑流量，具體的對比結(jié)果見表5。

表5 所提方法的徑流量變化情況Table 5 Runoffvariation of the proposed method

分析表5的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，各種方法的徑流量呈直線下降趨勢，但是相比另外兩種方法，所提方法的徑流量明顯較低，且下降趨勢較為明顯。

3 結(jié)束語

我國現(xiàn)階段大部分地區(qū)的建筑仍然處于高能耗、高污染的狀態(tài)，城市面臨著雨洪難以控制的問題，同時(shí)城市地形的起伏不穩(wěn)定，水環(huán)境較為復(fù)雜，因此結(jié)合LID技術(shù)對綠色建筑材料管理的應(yīng)用展開研究。相關(guān)研究結(jié)果表明，所提方法能夠有效提升綠色建筑場地的雨水資源利用率，同時(shí)為后續(xù)的研究提供相應(yīng)的技術(shù)支持。