廣州某大型傳染病醫(yī)院海綿城市設(shè)計(jì)分析與探討

范炳禮，陳楓明，任思延，管裕豐

（1、廣東省廣建設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 廣州 511455；2、廣東省建工設(shè)計(jì)院有限公司 廣州 510635；3、廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣州 510010）

0 前言

隨城市化發(fā)展與建設(shè)，由此帶來的地面徑流污染、城市熱島效應(yīng)、資源與環(huán)境等問題日益嚴(yán)重，傳統(tǒng)的雨洪管理設(shè)施及模式已不能滿足現(xiàn)代城市良性發(fā)展的迫切需求。符合時(shí)代發(fā)展潮流及需求的海綿城市建設(shè)應(yīng)運(yùn)而生，隨政策性的支持與要求，海綿城市的理念在越來越多的工程建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用。由于傳染病醫(yī)院內(nèi)病菌污染嚴(yán)重，水流容易作為其載體四處擴(kuò)散，各地的傳染病醫(yī)院項(xiàng)目一般不要求進(jìn)行海綿城市設(shè)計(jì)。本文將以實(shí)際的工程案例，針對具有特殊性及代表性的傳染病醫(yī)院建設(shè)項(xiàng)目的海綿城市設(shè)計(jì)進(jìn)行分析與探討。

1 工程概況

廣州市某大型傳染病醫(yī)院現(xiàn)狀是以傳染病為主要特色的三級甲等醫(yī)院。工程建設(shè)后，總用地面積162 824.05 m2（包含：規(guī)劃建設(shè)用地面積105 742.68 m2，市政道路用地面積26 936.38 m2，防護(hù)綠地用地面積30 144.99 m2），項(xiàng)目圍墻范圍內(nèi)面積為135 887.67 m2。工程擬新建總建筑面積387 504.06 m2，其中地上建筑面積275 033.06 m2；綠地面積31 722.69 m2，綠地率為30%，整體建設(shè)效果如圖1所示。

圖1 廣州市某大型傳染病醫(yī)院效果圖Fig.1 Effect Picture of a Large Infectious Disease Hospital in Guangzhou

2 設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)總體思路根據(jù)各類政策指引文件的規(guī)劃指標(biāo)要求，結(jié)合該項(xiàng)目特殊的用地性質(zhì)、建筑布局、下墊面類型及分布、場地豎向及景觀效果等實(shí)際情況，分區(qū)域針對性實(shí)施海綿城市設(shè)計(jì)，合理布置海綿城市設(shè)施。項(xiàng)目整體通過設(shè)置下凹式綠地、透水鋪裝、雨水消毒池等海綿設(shè)施，對場內(nèi)屋面雨水及室外場地的雨水從源頭上進(jìn)行控制、蓄滲和緩釋，有效控制雨水徑流，實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目的海綿建設(shè)管控目標(biāo)。

該項(xiàng)目功能定性為綜合醫(yī)院醫(yī)療區(qū)、傳染病醫(yī)院醫(yī)療區(qū)、監(jiān)管醫(yī)院醫(yī)療區(qū)三大醫(yī)療區(qū)，組成一個(gè)綜合大型三級甲等醫(yī)院，屬于重度污染項(xiàng)目，為了減少污染環(huán)境及滋生蚊蟲，傳染病區(qū)域內(nèi)不適宜設(shè)置透水鋪裝、下凹式綠地，考慮采用雨水消毒池對傳染病區(qū)內(nèi)雨水進(jìn)行管控和消毒處理。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路分析如圖2所示。

圖2 廣州市某大型傳染病醫(yī)院海綿城市設(shè)計(jì)思路分析Fig.2 Analysis of Sponge City Design of a Large Infectious Disease Hospital in Guangzhou

根據(jù)《廣州市海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃2016-2030》，白云區(qū)新建公共服務(wù)建筑類項(xiàng)目年徑流總量控制目標(biāo)為70%，控制降雨量7 610 760 m3。［1］

根據(jù)《白云區(qū)海綿城市建設(shè)專項(xiàng)規(guī)劃》，年徑流總量控制率不低于72%，對應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量為27.5 mm，年徑流污染削減率為56%。［2］

由于傳染病區(qū)內(nèi)的地表雨水受到重度污染，地表雨水可能攜帶大量的細(xì)菌病毒，雨水不經(jīng)處理直接排放到市政雨水管網(wǎng)將對周邊水體的水安全和水環(huán)境造成影響。根據(jù)《廣州市建設(shè)項(xiàng)目海綿城市建設(shè)管控指標(biāo)分類指引（試行）》，傳染病區(qū)屬于豁免類，傳染病區(qū)的相關(guān)海綿城市設(shè)計(jì)指標(biāo)不納入地塊整體指標(biāo)計(jì)算范圍。其雨水需要通過雨水管網(wǎng)統(tǒng)一收集，在末端設(shè)置雨水調(diào)蓄消毒池，其有效容積按前15 min 對應(yīng)的匯水量選取。［3］

2021年5月19日《廣州市某大型傳染病醫(yī)院項(xiàng)目海綿城市專家論證研討會(huì)專家組意見》，傳染病區(qū)相關(guān)海綿城市設(shè)計(jì)指標(biāo)不納入地塊整體指標(biāo)計(jì)算范圍。非傳染病區(qū)可以按要素管控考慮，透水鋪裝率、硬化地面可滲透地面率不做約束性考核，不滿足部分可按《分類指引》要求，在白云區(qū)所在排水分區(qū)內(nèi)平衡，以實(shí)現(xiàn)排水分區(qū)總體指標(biāo)達(dá)標(biāo)。這有別于有些試點(diǎn)城市針對海綿城市徑流總量、下沉綠地率、透水鋪裝率等多項(xiàng)海綿城市控制指標(biāo)采取一刀切的規(guī)定［4］。

根據(jù)《廣州市建設(shè)項(xiàng)目雨水徑流控制辦法》，本項(xiàng)目海綿城市建設(shè)需滿足“新建建設(shè)工程硬化面積達(dá)1 萬m2以上的項(xiàng)目，除城鎮(zhèn)公共道路外，每萬m2硬化面積應(yīng)當(dāng)配建不小于500 m2的雨水調(diào)蓄設(shè)施”指標(biāo)要求。［5］

該項(xiàng)目圍墻范圍內(nèi)新建硬化面積為66 032 m2，需要設(shè)置調(diào)蓄設(shè)施的容積V=66 032÷10 000×500=3 301.6 m3。

綜上所述，確定該項(xiàng)目海綿城市設(shè)計(jì)指標(biāo)：年徑流總量控制率不低于72%，對應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量為27.5 mm；年徑流污染削減率為56%；傳染病區(qū)域內(nèi)相關(guān)海綿城市設(shè)計(jì)指標(biāo)不納入地塊整體指標(biāo)計(jì)算范圍。本項(xiàng)目圍墻范圍內(nèi)新建硬化面積為66 032 m2，需設(shè)置調(diào)蓄設(shè)施的容積V=66 032÷10 000×500=3 301.6 m3，指標(biāo)分析如圖3所示。

圖3 海綿城市設(shè)計(jì)指標(biāo)分析圖Fig.3 Sponge City Design Index Analysis Diagram

3 設(shè)計(jì)方案

該海綿城市設(shè)計(jì)結(jié)合圍墻內(nèi)的場地豎向設(shè)計(jì)、地下室邊線布置和周邊市政雨水管網(wǎng)資料，整個(gè)院區(qū)的排水劃分為傳染病區(qū)和非傳染病區(qū)兩個(gè)區(qū)塊，其匯水面積分別為42 447 m2和93 440 m2，區(qū)域劃分如圖4所示。

圖4 海綿城市建設(shè)分區(qū)示意圖Fig.4 Schematic Diagram of Sponge City Construction Zone

傳染病區(qū)域內(nèi)不設(shè)置透水鋪裝和下凹式綠地，在其雨水排出口末端設(shè)置1座有效容積為735 m3的雨水消毒池，統(tǒng)一對區(qū)內(nèi)雨水進(jìn)行管控和消毒處理。在非傳染病區(qū)采取下凹式綠地、透水鋪裝等海綿設(shè)施，分別設(shè)置了21 110 m2的下凹式綠地和19 144 m2的透水鋪裝。

3.1 雨水徑流組織

傳染病區(qū)的沿院內(nèi)內(nèi)部道路設(shè)置雨水管網(wǎng)，收集屋面雨水和地表降雨徑流，集中往區(qū)內(nèi)西側(cè)排放，末端設(shè)置雨水消毒池，經(jīng)消毒后排入西側(cè)的市政雨水管網(wǎng)。

非傳染病區(qū)內(nèi)設(shè)置下凹式綠地和透水鋪裝，地面雨水可通過透水鋪裝直接下滲，或向兩側(cè)排入下凹式綠地下滲。區(qū)內(nèi)分設(shè)三路雨水干管，沿車行道從南往北走，經(jīng)雨水主管匯合后排入北側(cè)市政道路的雨水管網(wǎng)。該項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的幾種雨水徑流組織設(shè)計(jì)方案如下（見圖5）：

圖5 雨水徑流組織設(shè)計(jì)方案示意圖Fig.5 Schematic Diagram of Rainwater Runoff Organization Design Scheme

①綠地雨水?下凹式綠地?補(bǔ)充地下水/場內(nèi)雨水管網(wǎng)。

②屋面雨水?雨水立管?下凹式綠地/場內(nèi)雨水管網(wǎng)。

③室外地面雨水?下凹式綠地?補(bǔ)充地下水/場內(nèi)雨水管網(wǎng)。

④室外地面雨水?下滲?透水墊層?補(bǔ)充地下水/場內(nèi)雨水管網(wǎng)。

3.2 海綿設(shè)施布局

根據(jù)項(xiàng)目特殊的使用功能，結(jié)合場地豎向及綠化、人行道、廣場等硬化鋪裝的分布情況，綜合考慮室外園林的景觀效果。因地制宜，在傳染病區(qū)設(shè)置了雨水消毒池；多舉并錯(cuò)，在非傳染病區(qū)設(shè)置了下凹式綠地和透水鋪裝等海綿設(shè)施。

在該項(xiàng)目的海綿城市建設(shè)指標(biāo)要求下，結(jié)合室外園林景觀的設(shè)計(jì)需求，確定下凹式綠地的下沉深度要求。鋪裝和綠化銜接的路側(cè)石與鋪裝持平，沿鋪裝周邊設(shè)置下凹式綠地，下凹式綠地比路面、廣場、人行道等鋪裝完成面低20 cm。根據(jù)鋪裝的場地標(biāo)高，推算確定下凹式綠地的標(biāo)高。

各海綿設(shè)置的總體布置如圖6所示。

圖6 海綿設(shè)施平面布置圖Fig.6 Floor Plan of LID Facilities

3.3 指標(biāo)核算

⑴非傳染病區(qū)采用容積法對該區(qū)域所需的雨水調(diào)蓄量進(jìn)行計(jì)算，傳染病區(qū)屬于豁免類，故不對傳染病區(qū)的海綿指標(biāo)進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。

以非傳染病區(qū)為例，綜合徑流系數(shù)計(jì)算方法及公式參考《雨水控制與利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范：北京市地方標(biāo)準(zhǔn)DB 11/685-2013》，按下墊面類型加權(quán)平均計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式中：ψ為綜合徑流系數(shù)；F為匯水面積（m2）；Fi為匯水面上各類下墊面面積（m2）；ψi為各類下墊面的徑流系數(shù)。［5］其中各類下墊面徑流系數(shù)取值參照《廣州市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則（試行）》表4.2.7［6］。

海綿設(shè)施調(diào)蓄容積采用折減法計(jì)算：下凹式綠地的上部平均雨水調(diào)蓄深度為0.15 m，考慮20%的無效容積，有效調(diào)蓄深度取0.127 5 m，項(xiàng)目地塊內(nèi)下凹式綠地折算后調(diào)蓄容積為2 691.53 m2。海綿實(shí)施后非傳染病區(qū)的綜合徑流系數(shù)及調(diào)蓄容積計(jì)算如表1所示。

表1 非傳染病區(qū)海綿實(shí)施后綜合徑流系數(shù)及調(diào)蓄容積計(jì)算表Tab.1 Calculation Table of Comprehensive Runoff Coefficient and Storage Capacity after Sponge Implementation in None-communicatable Disease Area

⑵非傳染病區(qū)按廣州市72%年徑流總量控制率的指標(biāo)進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。根據(jù)《廣州市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則（試行）》第4.2.3 條年徑流總量控制容積VT的計(jì)算公式如下：

式中：VT為年徑流總量控制容積（m3）；H為設(shè)計(jì)降雨量，27.5 mm；V滲為該地塊的滲透容積；ψ為綜合徑流系數(shù)，海綿設(shè)施建設(shè)后ψ為0.58；［7］

經(jīng)計(jì)算得VT=2569.59m3；V滲=1 079.23 m3；

V調(diào)為調(diào)蓄容積，根據(jù)表1 核算結(jié)果，本項(xiàng)目中V調(diào)=2 691.53 m3；

本項(xiàng)目中72%年徑流總量控制率所對應(yīng)的控制容積V控T計(jì)算公式如下：

經(jīng)計(jì)算得V控T=1 079.23+2 691.53=3 770.76 m3＞VT=2 569.59 m3，滿足該項(xiàng)目中廣州市海綿城市建設(shè)72%年徑流總量控制率的指標(biāo)要求。

⑶根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》降雨量計(jì)算公式及雨水徑流量公式核算分區(qū)雨水降雨量及雨水徑流量。

①降雨量計(jì)算

計(jì)算依據(jù)及公式如下：

式中：Q為降雨量（m3）；hy為設(shè)計(jì)降雨量，27.5 mm；F為匯水面積（m2）。［8］

式中：W為設(shè)計(jì)控制徑流量；ψ為綜合徑流系數(shù)，本項(xiàng)目海綿設(shè)施建設(shè)后ψ為0.58。［7］

根據(jù)雨水徑流量公式，求得各分區(qū)雨水徑流量，并對分區(qū)雨水管道進(jìn)行核算，過水量計(jì)算時(shí)降雨歷時(shí)應(yīng)采用5 min，根據(jù)上述公式求得各匯水分區(qū)設(shè)計(jì)控制徑流量如表2所示。

表2 各匯水分區(qū)雨水徑流量核算表Tab.2 Accounting Table of Rainwater Runoff in Each Catchment Area

②下凹式綠地溢流口過流能力核算

根據(jù)《廣州市海綿城市建設(shè)技術(shù)指引及標(biāo)準(zhǔn)圖集（試行）》，參考圖集溢流口做法，本次海綿城市設(shè)施下凹式綠地中采用的溢流口最大過流流量為30 L/s。［9］該設(shè)計(jì)非傳染病區(qū)設(shè)置一百個(gè)溢流口，校核非傳染病區(qū)溢流口過流能力計(jì)算30 L/s×100=3 000 L/s＞2 734.77 L/s。

⑷根據(jù)《廣州市建設(shè)項(xiàng)目雨水徑流管理辦法》規(guī)定計(jì)算本項(xiàng)目所需總調(diào)蓄容積至少為3 301.6 m3。傳染病區(qū)的雨水管網(wǎng)末端設(shè)置1 座雨水消毒池，其有效容積V消=10×0.69×4.244 7×25=734.75 m3，取值735 m3。綜上，合計(jì)得出本項(xiàng)目設(shè)置的雨水調(diào)蓄設(shè)施總?cè)莘eV總=2 691.53+735=3 426.53 m3＞3 301.6 m3，滿足《廣州市建設(shè)項(xiàng)目雨水徑流管理辦法》的要求。

⑸根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》，下凹式綠地滲透排空時(shí)間計(jì)算公式如下：

式中：Vsj為設(shè)施的設(shè)計(jì)有效調(diào)蓄容積（m3）；ts為滲透排空時(shí)間（h）；α 為綜合安全系數(shù)，取0.6；K為土壤滲透系數(shù)，參考《廣州市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則（試行）》（穗水〔2017〕247號附錄D），取1.16×10-5m/s；J為水力坡降，取1；As為有效滲透面積（m2）。［10］

下凹式綠地滲透排空時(shí)間ts= 2 691.53/（3 600×0.6×1×1.16×10-5×775.936）=5.09 h＜24 h，符合要求。

4 總結(jié)

回顧該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程，面臨的首要難點(diǎn)就是傳染病醫(yī)院是否需要設(shè)置海綿城市設(shè)施，其次是需要海綿城市設(shè)計(jì)時(shí)如何分點(diǎn)布置海綿城市設(shè)施。在歷經(jīng)多次內(nèi)部討論及專家論證后，一致認(rèn)為大型傳染病醫(yī)院的海綿城市設(shè)計(jì)應(yīng)分區(qū)考慮，將傳染病醫(yī)院的建設(shè)場地內(nèi)劃分為傳染病區(qū)和非傳染病區(qū)，且設(shè)計(jì)指標(biāo)要求可因地而異，應(yīng)優(yōu)先考慮徑流污染削減為原則。傳染病醫(yī)院的傳染病區(qū)內(nèi)地標(biāo)徑流可能攜帶大量的細(xì)菌病毒，不適宜采取透水鋪裝或下沉式綠地等下滲的方式進(jìn)行控制，必要時(shí)還需要采取防滲措施，避免污染地下水質(zhì)；可與征求當(dāng)?shù)睾＞d主管單位的意見，通過設(shè)置雨水消毒池的方式對地表徑流進(jìn)行消毒及沉淀處理，有效去除雨水中的傳染性致病菌及懸浮雜質(zhì)。對于非傳染病區(qū)，宜放寬其透水鋪裝率、可滲透地面率等指標(biāo)的約束性要求。可采取依勢而設(shè)、沿路下凹的方式布置透水鋪裝、下凹式綠地，通過逢凹可斷的的方式采取屋面雨水立管斷接來實(shí)現(xiàn)源頭削量降污，有效降低地塊內(nèi)雨水排放量，可減少市政雨水管網(wǎng)壓力。另一方面，傳染病醫(yī)院進(jìn)行海綿城市設(shè)計(jì)，可對海綿城市建設(shè)的工作推進(jìn)起帶頭引領(lǐng)作用，杜絕以“一刀切”的方式來躲避海綿城市的建設(shè)要求。目前該項(xiàng)目正處于施工階段，其海綿城市設(shè)計(jì)的思路與方案做法可為后續(xù)有海綿城市建設(shè)要求的類似工程項(xiàng)目提供參考借鑒經(jīng)驗(yàn)。