原创《海绵城市理论在建设工程设计应用》
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【摘 要】在建设工程设计中融合“海绵城市”理念,形成一种新型、全面、科学的设计方式,使城市开发建设后的水文特征接近开发前.通过深圳市内工程实例,对“海绵城市”理论在建设工程设计应用进行研究.
【关键词】海绵城市；建设工程设计；道路改造 ；雨水公园
1 建设“海绵城市”的背景
近几年,受城市开发过度、气候变化及生态环境等自然因素的影响,城市内涝俨然成为我国城市面临的安全问题之一.以深圳为例,2014 年5.11 的特大暴雨,最大降雨量超过110 毫米, 部分区域日累计雨量已超300 毫米.暴雨导致城市出现多处道路积水,车辆被淹,片区内涝,动车全部停运,城市变“水城”,给居民的生活和工作带来极其严重的影响.初步统计,一次暴雨造成的直接经济损失达到8000 万元,数百人受灾.
城市内涝是一个系统性、综合的问题,亟需一个全面的解决方案.在借鉴国外知识和经验的基础上,创新建立了积存- 渗透-自然净化的“海绵城市”理论.自然循环的“绿色海绵” 系统的形成,有利于整个城市适应新的环境,在水灾害发生后快速恢复,以达到城市有效、弹性地适应环境变化和自然灾害.建设海绵城市,对于解决城市内涝频繁发生等问题,城市人居环境的改善,城镇化地健康发展,都将发挥十分重要作用.
“海绵城市”的涵义及由来
城市建设的传统模式是通过泵站、管渠等多种设施组织排放雨水, 通过“迅速排除” 和“末端汇集”的手段作为主要设计理念.这种模式没有考虑到水的循环利用,既是增加了收纳水体的市政雨水管网和排涝设施的压力, 同时,水环境质量由于降雨初期大量污染物随径流雨水入河受到严重地影响 .
“海绵城市”的由来是将城市形象地比作海绵,在降水形成时,将雨水就地或就近地进行吸收- 存蓄- 渗透- 净化的过程,调节水循环; 积存水在缺水时加以利用,以实现城市内良性的水循环,径流雨水的渗、蓄、 净、用和排的能力显著提高,从而释放城市的 “海绵” 的特质.建设海绵城市,密切地结合雨水和排水,将内涝防治、径流污染控制、雨水资源综合利用和水环境生态修复等进行综合、全面地考虑.
建设工程设计融入“海绵城市”理念的必要性
建设工程设计融入“海绵城市”理念是十分必要的.首先,城市建设是经济社会发展的重要体现,通过工程建设对城市人居环境进行改造发挥功能、提供服务.建设工程设计与“海绵城市”理念结合,在一定程度上说,将普通意义的设计加入系统设计或者说是生态设计理念,使城市开发建设后的水文特征接近开发前；其次,这种新型、全面、科学的设计方式,从传统的末端治理逐步转变成源头、中途和末端控制,在不影响已有建筑物功能条件下,通过建设和改造城市建筑物、道路、绿化带、停车场、广场、公园等设施的有效设计,提高雨水渗透率,实现城市自然蓄水滞洪.
建设工程实例
对于城市建成区而言,下垫面已基本定型,将已“硬化”的城市变成“海绵”,是海绵城市建设技术应用于建成区的重点及难点.以深圳为例,市内多低山和丘陵,暴雨来临,大量山水倾泻至市政排水管网,导致局部路段管网堵塞,街道路面出现内涝积水.因此,将海绵建设技术与休闲民生、内涝防治相互结合,逐步建设成积存- 渗透-自然净化的“海绵城市”.
4.1 深圳梅坳片区道路改造
深圳梅坳片区的道路改造按照因地制宜的原则,对道路进行低冲击改造,尽可能的增加道路透水铺装面积；对于不宜改造的部分—机动车道等非透水铺装,通过立道牙开口将其雨水引入浅草沟等低冲击处理措施.
项目的道路改造主要包括：（1）新建自行车道,采用全透式结构层；（2）现有道路内有条件改造的绿化带改为浅草沟的低冲击措施；（3）将一部分原有道路雨水口加盖板封闭（不封堵）,在低冲击处理措施内新建雨水口并直接连入原有雨水口；（4）选取地势较低,且容易汇集雨水的小地块,建成雨水花园.
改造后路面雨水汇集方式有所不同,首先,人行道、自行车道雨水：维持原有横坡,直接流入浅草沟等低冲击措施,设计考虑到行人的安全,将自行车道与绿化带之间设置护栏；其次,车行道雨水：维持原有道路横坡,道路雨水经过路缘石豁口进入低冲击处理措施；再次,暴雨径流：超过浅草沟等冲击措施的调蓄标准雨水,经过浅草沟等内溢流口（雨水口）,排入主管,溢流口顶部高于浅草沟底部50 ～ 100mm.
道路断面低冲击改造方案
1）下凹深度计算,
采用公式：V 调蓄等于φH 设A ；其中,A ：道路总面积（包含机动车道、绿化带和非机动车道面积）/ m2；H设：设计降雨厚度,本设计选取21mm；φ：综合径流系数,采用加权平均法计算.相对路面的下凹深度等于H 下凹+100 / mm相对原绿化带的下凹深度等于 相对路面的下凹深度+150 /mm
2）低冲击结构设计
低冲击处理措施,主要采用浅草沟和碎石沟两种形式.设计中采用的第一种形式：立道牙豁口—碎石沟（或浅草沟）-雨水口- 现状雨水系统,用于机动车道比较宽阔且污染比较严重的路面,如梅坳二路；第二种形式：立道牙豁口—浅草沟-雨水口- 现状雨水系统,用于机动车道较窄的支路,如：梅坳一路、三路、五路等.
深圳梅坳片区道路通过改造,不仅大大缓解防洪压力,而且有效地减轻面源污染.
4.2 新龙公园、环观南雨水花园位于新区大道与民宝路交界处,深圳北站附近的新龙公园,占地面积为8000 平方米,在设计过程中应用“海绵城市”建设的先进技术,通过塑造“四上三下”的地形,构建雨水收集系统.主要通过自然渗透的方式,集中在地势低洼及雨水汇集处,设置地下雨水调蓄池,净化后进行回用,用于灌溉公园里植物花草.
位于环观南路（碧澜路- 大和路）南段的环观南雨水花园,占地面积为6000 平方米,设计方案融入“海绵城市”的生态可持续发展的理念,探索新型城市绿道的“绿色”模式.公园建设过程中,根据地势设置多处植物缓坡带和生态驳岸,增强了公园与绿地系统的海绵体功能,吸纳系统中的雨水,并为积蓄邻近区域雨水提供空间.同时,在靠近道路,雨水径流污染较严重的道路旁设置过滤型植草沟,进行雨水预处理.
结论及建议
（1）深圳市土质多为粘土,渗透性较差,在道路改造融入“海绵”建设的过程中, 树种选择尤为重要,一般宜选择抗涝性好的品种,如：秋枫和小叶榄仁等.
（2）在管理运营方面,应用“海绵城市”理论改造的市政道路,需注意防范铺装方式对路基强度和稳定性的潜在风险,透水装铺风险较大时,宜采用半透水方式或在透水基层内设置排水管或排水板.在采用低冲击措施过程中,对施工工序有严格要求.
（3）建设海绵型公园绿地过程中,宜暗设蓄水池,如明设水池需进行净化收集,注意设计的水池深度,并定时进行清洗,防止蚊虫滋生,保护水生植物.
工程设计论文参考资料：
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