基于LID理念的海綿校園建設
——以海南熱帶海洋學院為例

改革開放以來，城市化的快速發(fā)展，給城市管理帶來了諸多問題，其中最為突出的城市水生態(tài)環(huán)境被破壞、城市雨洪內(nèi)澇、水資源稀缺、水體污染嚴重等問題已經(jīng)成為阻礙城市可持續(xù)發(fā)展的擋路石。2014年10月，住房和城鄉(xiāng)建設部編制發(fā)布了《海綿城市建設技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》，提出海綿城市建設的基本原則，明確相關內(nèi)容、要求和方法。低影響開發(fā)(Low Impact Development，LID)也稱為低影響設計(Low Impact Design，LID)，指在場地開發(fā)過程中采用源頭、分散式措施維持場地開發(fā)前的水文特征[1]。2016年1月，住房和城鄉(xiāng)建設部《關于印發(fā)城市綜合管廊和海綿城市建設國家建筑標準設計體系的通知》中又提出新建、擴建和改建海綿型建筑與小區(qū)，海綿型道路與廣場、海綿型公園綠地等場所。

高校作為城市用地的一部分，是城市綠地體系的重要組成部分，也是構(gòu)建海綿化城市系統(tǒng)的重要部分之一。在不斷擴大的高等教育招生規(guī)模下，各類高校校園也在持續(xù)進行擴建，校園里的建筑、道路等不透水硬質(zhì)材質(zhì)越來越多，校園的基礎設施越來越跟不上新時代校園發(fā)展的步伐，校園遭遇降雨，導致校園內(nèi)澇、學生停課的現(xiàn)象時常發(fā)生，因此在海綿城市建設理念指導下，海綿校園的建設進入了人們的視線，海綿校園建設受到各地高校建設者的廣泛關注[2]。

1 “海綿校園”建設背景

1.1 校園概況

海南熱帶海洋學院是一所地處熱帶區(qū)域的全日制本科院校，校園共分為五指山校區(qū)和三亞校區(qū)。筆者選擇三亞校區(qū)開展研究，該校區(qū)是修建不久的新校區(qū)，地理位置優(yōu)越，海南環(huán)島高速自西向東貫穿校園，西邊則是落筆洞路，學校以“明德、博學、勵志、篤行”作為校訓。作為中國最南端的唯一一所全日制本科院校，云集五湖四海的學子，因此校園文化豐富多彩。

1.2 校園現(xiàn)狀

三亞校區(qū)地處熱帶地區(qū)，終年氣溫高，寒暑變化不大，年平均氣溫25.5℃，最冷的2月平均16～20℃，最熱的8月為25～29℃，是一個熱帶風暴、臺風頻繁發(fā)生地，年均降水量1 500 mm，降雨量集中在4—10月，且降雨強度大，月降雨量最高可達1 172.77 mm，三亞市2017—2020年降雨量統(tǒng)計如圖1所示。

圖1 三亞市2017-2020年降雨量統(tǒng)計圖

暴雨過后的校園路面出現(xiàn)了較大雨水徑流現(xiàn)象，并且多處排水溝出現(xiàn)了堵塞，其主要原因為垃圾堵塞，雨水將路面的垃圾、樹葉、泥沙等帶入排水溝，造成堵塞，無法及時排放雨水[3]。校園內(nèi)多處人行道出現(xiàn)嚴重的積水現(xiàn)象，甚至造成了交通困難。在雨季特別是臺風季節(jié)，因降雨量過大，校園里易出現(xiàn)內(nèi)澇、道路積水、雨水凈化和利用率為零等問題，由于排水系統(tǒng)負荷過大，造成短時間內(nèi)無法將積水排出，直接影響學校教師及學生的正常教學與生活[4]，暴雨后的校園積水區(qū)域如圖2所示。

圖2 暴雨后的校園積水區(qū)域示意圖

因此，在高校校園環(huán)境景觀規(guī)劃設計時，更應該重視校園雨水排放系統(tǒng)與景觀規(guī)劃設計的聯(lián)系。通過高校校園的海綿化建設，有效消納校園自身的雨水，有效緩解校園暴雨災害，有效改善校園水污染問題等，讓校園重新獲得自主調(diào)節(jié)、自主呼吸的能力，恢復原有的生態(tài)環(huán)境，更好地營造生態(tài)型校園、呼吸型校園和可持續(xù)型校園[5]。這些對熱帶地區(qū)高校校園景觀規(guī)劃、生態(tài)校園建設以及校園可持續(xù)發(fā)展提供了強有力的理論支持，具有重要的參考價值。

2 “海綿校園”規(guī)劃設計的原則和定位

2.1 設計原則

（1）以人為本原則。校園主要是學生和老師的活動場所，要充分把握師生行為活動的時間性與空間性規(guī)律，如在園路的設計方面，人流較多的區(qū)域，景觀設計時應設計便捷路徑，將原本窄小的園路拓寬。校園空間里的各種設施設計、材料選擇、氛圍營造要充分考慮師生日常生活的需求[6]。

（2）低影響開發(fā)原則。以現(xiàn)有的自然生態(tài)系統(tǒng)作為開發(fā)的基本框架，充分利用現(xiàn)有條件，盡可能地保留場地內(nèi)長勢良好的高大喬木，適當搭配其他的優(yōu)良鄉(xiāng)土植物，合理進行規(guī)劃設計。

（3）堅持可持續(xù)發(fā)展原則。以海綿城市建設理念為指導思想，建設新時代海綿校園景觀，堅持以景觀規(guī)劃設計為主，充分體現(xiàn)“蓄、滲、漏、透”等特點。在植物設計上，利用植物的特性，進行喬、灌、草等多層次植物配置，營造良好的景觀視覺效果[7]。

2.2 設計范圍

設計區(qū)域選擇海南熱帶海洋學院三亞校區(qū)的中心區(qū)域，北至學生第二食堂，南至九號教學樓，東至體育場，西至琴房和籃球場，設計項目的總面積有92 843.35 m2，設計區(qū)域中包含了校園的中心建筑——圖書館、校園核心景觀——人工湖、教學區(qū)——七號和九號教學樓、學生宿舍區(qū)——食堂及其旁廢棄廣場區(qū)域等，設計時也根據(jù)分區(qū)打造各類型“海綿”的示范區(qū)，如圖3、圖4所示。

圖3 總平面圖

圖4 功能分區(qū)圖

2.3 雨水潛力計算

對設計紅線范圍內(nèi)雨水潛力收集量進行計算，包括建筑屋頂、道路、公共綠地、其他綠地等空間，根據(jù)式（1）估算出年平均雨水資源量[8]。

式中：

V——年均可利用雨水資源量，m3；

H——年平均降雨量，m；

A——匯水面積，m2；

ψ——綜合徑流系數(shù)；

α——季節(jié)折減系數(shù)。

參考《建筑給水排水設計規(guī)范》（GB50015-2019）中徑流系數(shù)，選取ψ在建筑屋頂、道路和公共綠地取值分別為0.90，0.80，0.15；南方城市的季節(jié)折減系數(shù)范圍0.91～1.00[9]，選取α為1；三亞地區(qū)年均降水量1 500 mm；各類用地面積可根據(jù)CAD圖紙測繪得出匯水面積：建筑屋面14 935.85 m2，道路37 677.61 m2，公共綠地22 858.55 m2，其他17 371.34 m2；海綿校園設計區(qū)域可收集的年平均雨水收集量如表1所示。

從表1可以看出，海綿校園設計區(qū)域年平均雨水收集總量為70 519.69 m3，可見雨水收集潛力巨大且具備良好的條件。

表1 海綿校園設計區(qū)域可收集的年平均雨水收集量

2.4 設計定位

借鑒海綿城市理念，建設海綿校園，結(jié)合校園雨水處理情況，以景觀設計的手法，降低校園雨水排放設施負荷[10]。整體的設計理念為雨水下滲為主，充分進行二次利用。該方案的海綿校園景觀設計分別從雨水花園設計、植草溝設計、屋頂花園設計、透水鋪裝設計、生態(tài)護坡設計、生態(tài)停車場設計這幾個方面出發(fā)，打造一個以凈化雨水、降低雨水負荷為主的宜人海綿校園景觀，如表2所示。

表2 建設“海綿校園”的實施方案與措施

3 建設“海綿校園”的途徑和方法

3.1 雨水花園設計

該方案的雨水花園大多是人工挖掘的淺凹綠地，也有極少部分是自然形成的下沉式綠地。雨水花園的設計大多是為了處理地面的雨水，利用植物自身的特性，對雨水進行吸收和過濾，通過對沙土滲透、過濾等作用，使雨水得到凈化，并逐漸滲入深層次土壤，補充地下水。儲蓄起來的雨水，還可以補給景觀用水、廁所用水等，是一種校園生態(tài)上可持續(xù)的雨洪控制與雨水處理并對雨水加以利用的設施[11]。雨水花園的設計可以打造旱季景觀和雨季景觀，將雨水收集區(qū)域美觀化、藝術(shù)化，形成兩景生態(tài)、美觀的形象。

設計的雨水花園選址位于學生第二食堂旁和圖書館以及七號、九號教學樓周邊區(qū)域，經(jīng)過現(xiàn)場的考察，這些區(qū)域周圍擁有大量的綠地，因此將此部分綠地改造為雨水花園，能有效地凈化雨水，并且經(jīng)過凈化過的雨水可以儲蓄起來，用于教學區(qū)的廁所供水，以實現(xiàn)水資源再利用。

3.2 生態(tài)護坡設計

生態(tài)護坡的選址位于校內(nèi)人工湖的沿線位置，經(jīng)實地考察發(fā)現(xiàn)，校內(nèi)人工湖的湖水受到了不同程度的污染。其中一個污染源則是雨水徑流，降雨時，徑流水會將泥沙和其他污染物帶入湖水，使湖水變得渾濁，因此，在湖邊設置生態(tài)護坡，能大大降低雨水的徑流系數(shù)，通過植物自然的過濾，凈化徑流水，對湖岸起到保護的作用[12]。

校園人工湖是校園內(nèi)視野最好、最為空曠的地方，臨近校園運動場，可考慮利用傘型風能轉(zhuǎn)換裝置，增設小型風力發(fā)電裝置，在人工湖護坡旁，既可以作為一處校園景觀點，又可以將電力用于人工湖的夜景照明。

3.3 植草溝設計

經(jīng)過實地考察，校內(nèi)多處路段積水嚴重，暴雨天氣嚴重影響通行，最為嚴重的是高架橋下的停車場區(qū)域，每當遭受暴雨天氣，路面都產(chǎn)生大量的雨水徑流并造成嚴重的積水。因此，在高架橋下沿路區(qū)域設置植草溝，邊坡坡度（垂直∶水平）為1∶3，其縱坡與道路縱坡相協(xié)調(diào)，坡度確定為2%。降低宿舍區(qū)道路路面的雨水徑流，從而有效減少道路積水，減少雨水排放低點位置區(qū)域的排水壓力。

此外，針對植草溝內(nèi)多余的雨水，可通過雨水截污措施將其攔截集中至管網(wǎng)中，就近連接管網(wǎng)裝置，通過水泵的抽取，可對路面及道路兩旁的綠化帶定期噴灑，有助于雨水的二次利用，降低局部小氣候，改善三亞干熱的環(huán)境，同時可以除塵降噪。

3.4 屋頂花園設計

校園圖書館五樓可建設屋頂花園的面積約2 500 m2，坡度為2%，宜進行綠色屋頂花園更新設計，有助于調(diào)節(jié)局部小氣候，植物配置考慮樓板荷載，主要采用低矮的根系較淺的灌木和地被進行配置，既美觀又可以有效削減徑流雨水。

增設雨水回收利用生態(tài)箱，屋面雨水收集系統(tǒng)將雨水進行收集，通過粗過濾、細過濾的手段，將較為干凈的雨水收集進入生態(tài)箱中，生態(tài)箱可利用太陽能光輻射板的運行提供電力系統(tǒng)。在炎熱的三亞，太陽能光輻射板構(gòu)成的生態(tài)箱就成為低能耗高能效的能源之一，生態(tài)儲水箱可將水源二次利用至圖書館建筑的廁所管網(wǎng)中，實現(xiàn)富足雨水的二次利用。

3.5 道路及停車場的海綿性設計

生態(tài)停車場位于高架橋下和圖書館旁東面位置，鋪裝采用植草磚和透水混凝土為主，其主要目的就是通過兩者的透水性，從而降低路面積水，植草磚的應用也給停車場增添了幾分生命的氣息，可以說是“會呼吸的停車場”。

校園整體交通系統(tǒng)發(fā)達，以篤行路、慎思路、博學路貫穿整個布局，主要道路兩旁人行道采用透水磚鋪設，內(nèi)部結(jié)構(gòu)從上至下依次為：60 mm厚透水面磚（孔隙率經(jīng)驗值15%）、30 mm厚中砂（孔隙率經(jīng)驗值40%）、200 mm厚壓實級配碎石（孔隙率經(jīng)驗值15%）、60 mm厚中砂墊層（孔隙率經(jīng)驗值40%），綜合各材質(zhì)吸水性能，取有效蓄水厚度為75 mm。主要道路鋪裝以及項目范圍內(nèi)連接主要道路的小園路則采用全透型透水混凝土鋪設，內(nèi)部結(jié)構(gòu)為50 mm厚C25透水混凝土、100 mm厚C25透水混凝土、30 mm厚沙濾層、100 mm厚水泥石粉墊層，透水混凝土孔隙率越大，越接近于自然植被覆蓋的地面，新技術(shù)顯示骨料層選用級配良好的玄武巖骨料，粒徑5～10 mm，孔隙率18%，透水系數(shù)可超過4.0 mm/s[13]。

3.6 植物種植設計

在植物的設計與選擇上，以鄉(xiāng)土植物為主，保留原本區(qū)域內(nèi)的大型喬木，本土植物在當?shù)氐臍夂驐l件、土壤條件下，對周邊環(huán)境有很好的適應能力和生長能力，在人工改造的雨水花園中能發(fā)揮更好的雨水污染凈化作用并使花園景觀具有強烈的熱帶特色。

雨水花園的植物選擇上，第一，挑選一些親水性強、耐濕性好的鄉(xiāng)土植物，且將植物造型優(yōu)美的常用熱帶喬木作為雨水花園的主要樹種，便于更好地去營造宜人的校園景觀；第二，選用根系比較發(fā)達、莖葉比較繁茂、對雨水凈化能力強的植物；第三，因雨水花園中的水量與氣候性降雨緊密相連，存在一定時間內(nèi)的雨水充足期與雨水枯竭期現(xiàn)象，因此選擇的植物既要能適應水生環(huán)境又要有一定的抗干旱能力[14]。

區(qū)域內(nèi)的喬木主要采用具有熱帶特色的植物樹種：木棉、洋紫荊、椰子、苦楝、重陽木、小葉欖仁、黃槐等；灌木：夾竹桃、紅絨球、三角梅、散尾葵、棕竹、黃金榕等；草本：龜背竹、蜘蛛蘭、春羽、花葉良姜等；水生植物：菖蒲、再力花、水生美人蕉、鳶尾、千屈菜等。

4 結(jié)語

結(jié)合校園現(xiàn)狀，對雨水問題嚴重的區(qū)域進行了針對性研究與設計，通過建設對雨水具有一定滲透、滯留、蓄存等作用的綠色基礎設施來解決雨水徑流污染等問題，在相對合理的空間布局及對綠色基礎設施布置的基礎上，達到降低雨水徑流系數(shù)、改善雨水水質(zhì)的目的，提供宜人的工作、學習、生活等環(huán)境。通過合理的景觀規(guī)劃設計，在充分滿足校園空間結(jié)構(gòu)環(huán)境下，最大限度地使校園內(nèi)的雨水能夠在自然狀態(tài)下進行吸收、存蓄和排放。對收集來的雨水進行綜合利用，從而改善校園雨洪管理，提高校園自主呼吸能力，營造宜人的熱帶高校校園景觀[15]。

海綿校園的建設，不僅要改善校園暴雨災害或干旱及水污染困擾，讓校園重新獲得自主調(diào)節(jié)、自主呼吸的能力，更重要的是充分考慮雨水的二次利用，在不同的試點區(qū)域合理地對雨水進行收集和再利用。此外，結(jié)合三亞本土的地域氣候特色，考慮結(jié)合其他的生態(tài)技術(shù)手段，例如利用風能發(fā)電、太陽能光輻射板構(gòu)成的生態(tài)箱等方式。大學校園屬于城市建設中密不可分的組成部分，該海綿校園的建設模式研究為熱帶地區(qū)海綿城市的建設提供了微觀層面的理論建議和實踐方案，具有很強的參考價值。

總之，針對校內(nèi)出現(xiàn)的雨洪、內(nèi)澇等問題，運用低影響開發(fā)的理念，憑借“海綿城市”的理論和新技術(shù)支持，通過景觀規(guī)劃設計的手法，研究構(gòu)建一個“海綿校園”的景觀體系，改善雨水管理，解決內(nèi)澇、積水、水污染等問題，實現(xiàn)將水資源再利用、減少徑流水體污染的目的，打造一個有活力、有彈性、有呼吸的生態(tài)型“海綿校園”，解決師生雨天出行困難的問題[16]，讓師生能在日常環(huán)境中觀察、接觸、體驗雨水景觀的魅力，為師生提供一個宜人的熱帶海綿校園棲息地。