海綿城市理念在校園建筑設計的應用研究
——以宜昌市三峽旅游職業(yè)技術學院高水平產(chǎn)教融合實訓基地為例

王宇，李世偉，劉豐亮，商慶坤

（1 三峽旅游職業(yè)技術學院，湖北宜昌 443000；2 湖北鄂西地質設計有限公司，河南扶溝 461300）

0 引言

近年來，城市內(nèi)澇、水污染等已成為城市發(fā)展的突出問題，傳統(tǒng)大基礎設施和雨水管網(wǎng)建設的思路已無法滿足現(xiàn)代城市的雨水管理要求，建設自然積存、自然凈化的海綿城市理念應運而生[1]。校園中人口密度大、師生出行頻繁，校園景觀空間中存在大量硬質不透水地面，引發(fā)諸如校園內(nèi)澇、山體滑坡等問題，影響了校園安全。

海綿城市，一般指“低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建”，通過采用“滲、滯、蓄、凈、用、排”等多用技術手段實現(xiàn)水循環(huán)。在校園建筑設計中應用海綿城市理念，通過對建筑空間的場地設計，實現(xiàn)雨水的收集和利用，既能解決校園雨洪問題，還能提升校園環(huán)境價值。

1 國內(nèi)外發(fā)展概述

1.1 國外發(fā)展概述

“海綿城市”最早于20 世紀70 年代提出，是西方國家對當時城市雨洪管理的經(jīng)驗總結。后來英國、德國、澳大利亞等又提出城市雨水系統(tǒng)應與城市設計結合起來實現(xiàn)良性水循環(huán)。在海綿城市與校園結合方面，國外已有許多案例。塞勒姆州立大學將校園內(nèi)的雨水系統(tǒng)與生態(tài)修復相結合，打造濕地走廊，達到水土保持的目的[2]。賓夕法尼亞大學將校園的荒草地與雨水花園巧妙結合，考慮植物生長特性的同時也改善了地區(qū)環(huán)境，使場地自然舒適。

1.2 國內(nèi)發(fā)展概述

國內(nèi)相關研究起步較晚，政策層面于2012 年首次提出“海綿城市”。2013 年，習近平總書記在中央城鎮(zhèn)化工作會議中提出建設“海綿城市”。2014 年，住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布《海綿城市建設指南》,自此在全國范圍內(nèi)掀起一股海綿城市建設熱潮[3]。

目前國內(nèi)的海綿城市校園建設處于探索階段。遵循低影響開發(fā)理念，各地高校通過不同的方式、手段推進“海綿”建設。許昌學院在校園屋頂綠化設計中，通過屋頂花園、屋頂綠化等方式加強屋頂水土保持，達到收集雨水的目的[4]。武漢大學在校園景觀設計中，將部分質量差的綠地進行改造，用植草磚、可透水磚改變地面材質，增加了更多的雨水處理點[5]。

宜昌市為加快建設海綿城市試點示范工程，先后發(fā)布了《宜昌市中心城區(qū)海綿城市專項規(guī)（2016—2030）》《宜昌市海綿城市實施方案（2019—2022）》《宜昌市海綿城市建設指標體系與技術導則（試行）》《宜昌市海綿城市建設施工圖審查要點（試行）》《宜昌市海綿城市建設工程驗收管理實施細則》，進一步推動海綿城市理念落地落實。

1.3 經(jīng)驗總結

通過國內(nèi)外案例可以總結得出：海綿城市校園景觀設計的核心是抓住“滲、滯、蓄、凈、用、排”這六大要素，結合校園綠地、建筑、道路、廣場等進行設計和改造，達到雨水的收集、滲透、凈化和利用的目的，最終實現(xiàn)水循環(huán)利用[6]。本文以宜昌市三峽旅游職業(yè)技術學院高水平產(chǎn)教融合實訓基地為例，結合海綿城市設計理念，對校園綠地、建筑、道路、廣場等進行“海綿”設計，最終達到水循環(huán)利用。

2 海綿城市理念在校園建筑的設計方式

本文以《宜昌市海綿城市建設技術導則》為指導，提出海綿城市校園建筑設計方式，從校園綠地、建筑、道路、廣場四個方面入手，通過海綿設施分布圖、場地豎向及徑流路徑設計圖、匯水分區(qū)圖等施工圖紙設計，計算得出下沉式綠地率、雨水資源化利用率、透水鋪裝率等指標，使其滿足宜昌市海綿城市控制率要求（圖1）。

2.1 綠地

綠地的作用在于快速吸納雨水的同時，又能蓄留雨水。綠地可以通過植草溝和下沉式綠地兩種途徑吸收雨水。用植草溝代替原來的排水溝，巧妙地將雨水收集系統(tǒng)和景觀系統(tǒng)結合起來[7]。下沉式綠地中設置生態(tài)式雨水口，底層下鋪設穿孔排水管，對下滲雨水進行收集，保證雨水2 h 內(nèi)排空，避免蚊蠅滋生，同時在下沉式綠地處設置溢流口，超標雨水通過溢流口排入下游雨水管。這種基于海綿城市的排水理念更多的強調離散狀分布，通過這種毛細血管式的布置，達到吸收雨水、蓄留雨水的目的。

2.2 建筑

建筑的海綿設計主要在屋頂花園，屋頂花園要保證在不破壞建筑本身結構的基礎上，鋪置不同結構的土層，達到減緩雨水流速、凈化雨水以及收集雨水的目的[8]。通過屋頂花園的植物根系、卵石層過濾和吸收雨水，并通過雨水管收集到雨水罐，雨水罐裝滿后，雨水通過溢流管溢流至室外雨水系統(tǒng)，最終匯聚到市政管網(wǎng)中。

2.3 道路

道路的海綿設計在于減少路面積水，減少徑流總量及未被綠地、屋頂花園吸收的雨水，大部分積水會回到道路路面中，通過透水鋪裝實現(xiàn)雨水滲透[9]。對于改造成本較大的水泥路面來說，通過在路邊石上開口，直接將道路雨水引入就近綠地中，通過綠地的吸水性達到鎖水功能，滯留雨水。

2.4 廣場

廣場的海綿設計在于透水鋪裝，設置生態(tài)樹池、滲渠，提高雨水滲入率。通過校園地形高差，布置下沉式綠地、植草磚、嵌草磚、雨水罐等吸收和凈化雨水，形成不同的場地豎向及徑流路徑設計圖和匯水分區(qū)圖，最終成為不同功能的海綿廣場[10]。

3 研究區(qū)概況

研究區(qū)為宜昌市三峽旅游職業(yè)技術學院校區(qū)，該校區(qū)新建高水平產(chǎn)教融合實訓基地占地面積20 490.3 m2，總建筑面積24 970.28 m2，綠地面積3 041.64 m2。整個區(qū)域為新建項目，場地地勢總體北西側高，現(xiàn)有地面高程在66.7～75.50 m 之間，相對高差8.8 m，場地地貌為丘陵剝蝕地貌，周邊未見有影響地質問題，工程地質環(huán)境較好。

研究區(qū)域中地下水類型主要為雜填土中的上層滯水，主要補給來源于大氣降水，通過大氣蒸發(fā)或由地勢相對較高的北西側向南東側地勢低洼處滲流、排泄，分布不均，在大降雨量期間，易造成校園內(nèi)澇、小山體滑坡等問題。

4 基于“海綿城市”理念的校園建筑設計對策

4.1 綠地

在海綿城市設施分布圖中(圖2），綠地主要通過植草溝和下沉式綠地兩種途徑吸收雨水，綠地內(nèi)種植狗牙根草和梅樹，其中下沉式綠地和植草溝僅種狗牙根草，狗牙根草具有很強的吸收雨水作用。

圖2 海綿城市設施分布圖

下沉式綠地內(nèi)有種植土（圖3），種植土下面依次設有過濾層和礫石，礫石下面有滲透管，這樣的布置結構可以使?jié)B透管發(fā)揮很大的作用，既能增加雨水滲水的面積，又能延緩雨水的流失速度，使土壤長時間保持濕潤。在本次設計中，綠地面積3 041.64 m2，其中下沉綠地931.25 m2，根據(jù)《宜昌市海綿城市建設指標體系與技術導則（試行）》推算下沉式綠地率為30.62%，滿足下沉式綠地率管控指標25%的要求。

圖3 下沉式綠地大樣圖

4.2 建筑

本研究選取區(qū)域：高水平文旅產(chǎn)教融合實訓基地中A 棟和B 棟的連接體建筑，一層的室外露臺設計為屋頂花園，屋頂花園可以減少太陽輻射、使建筑降溫，達到節(jié)省能耗、調節(jié)小氣候、延長建筑使用壽命的目的。在屋頂平臺設計中，屋頂多鋪設植草溝，當出現(xiàn)降雨時，雨水通過植草溝、卵石過濾雨水，再通過雨水管網(wǎng)連接，最后匯聚到落水管中。

在雨水管四周設置雨水罐，雨水罐中設置雨水過濾裝置，屋頂雨水經(jīng)過濾后二次使用。在本次設計中，一共設置了10 個雨水罐，容積為38 m3，可蓄水222.38 m3。根據(jù)《宜昌市海綿城市建設指標體系與技術導則（試行）》推算雨水資源化利用率為15%，滿足雨水資源化利用率管控指標6%的要求，儲存后的雨水可用于清洗地面、路面、澆灌綠化等。

4.3 道路

在本次研究區(qū)域中，整個場地北高南低，場地高差8.8 m，北側、西側、南側三面道路均為現(xiàn)有道路，在下暴雨時節(jié)，雨水主要匯聚到南側道路市政管網(wǎng)中，極易產(chǎn)生積水。路面局部積水高20～30 cm，師生出行十分不便。在本次設計中，通過調整場地豎向，設計雨水徑流路徑圖（圖4），通過下沉式綠地、植草溝減緩雨水對道路的沖刷。東側道路在新建時采用排水降燥瀝青路面鋪裝，包括排水瀝青面層、封水層、墊層，其中排水瀝青面層厚度為4 cm，孔隙率為15%～25%，增加雨水滲透能力。人行道路面采用透水磚鋪裝。

圖4 場地豎向及徑流路徑圖

4.4 廣場

本研究區(qū)域中，廣場采用透水鋪裝，能夠提高雨水資源使用效率，有效減少地面積水現(xiàn)象。根據(jù)場地豎向高程，整個廣場共劃分十一個匯水分區(qū)（圖5），其中在匯水區(qū)域四、七、八、十中設置有下沉式綠地，在滿足基本的休憩、娛樂功能外，達到調蓄雨水的目的。在匯水區(qū)域二中場地高差較大，采用透水草坪使雨水下滲，避免直接沖刷廣場內(nèi)人行道。人行道兩側設置植草溝，使植物能對雨水中的污染物進行運輸、凈化和阻滯，以起到過濾的作用。

圖5 匯水分區(qū)圖

廣場中除設置下沉式綠地，植草溝外，還有生態(tài)樹池、嵌草磚，嵌草磚主要布置在生態(tài)停車場中。在整個設計中，廣場區(qū)域能夠提高雨水資源使用效率，緩解暴雨帶來的校園內(nèi)澇并有效補充地下水，維護生態(tài)平衡。整個廣場和道路的透水鋪裝面積達到6 119.57 m2，可滲透地面面積共 9 161.21 m2，其它硬地和道路面積 2 695.52 m2，根據(jù)《宜昌市海綿城市建設指標體系與技術導則（試行）》的規(guī)定，透水鋪裝面積占硬化地面的面積比例為69.42%，滿足透水鋪裝率管控指標不低于50%的要求。

5 結語

本文以宜昌市三峽旅游職業(yè)技術學院高水平產(chǎn)教融合實訓基地為例，在相關研究基礎上，提出了微觀層面的海綿城市校園建筑設計方式，從校園綠地、建筑、道路、廣場四個方面分析，完成海綿設施布置圖、場地豎向及徑流路徑設計圖、匯水分區(qū)圖等施工圖紙設計，計算得出下沉式綠地率、雨水資源化利用率、透水鋪裝率等指標，使其滿足宜昌市海綿城市控制要求。本次設計是宜昌市首例海綿城市設計理念在建筑項目中的實施應用，未來，通過繼續(xù)研究和探索，推動設計方式應用于其他高校，最終實現(xiàn)解決校園內(nèi)澇、凈化水質的目的。

圖片來源：圖1—圖5 均為作者自繪。