引言

隨著城市人口的快速增長，面對土地資源匱乏、人口和生態(tài)狀況等現(xiàn)實問題，以高密度開發(fā)強度進行地塊開發(fā)成為國內大中城市的必然選擇，高密度開發(fā)的大面積硬化鋪裝、高容積率低綠化率、地下空間大面積開發(fā)、建筑零退線等因素使雨水下滲受阻，海綿措施的選擇與布局受到限制，從而造成高密度開發(fā)區(qū)域的海綿城市建設及達標困難。

本文依據(jù)超高密度開發(fā)強度的特點和問題需求，結合深圳市南山區(qū)某典型高密度開發(fā)地塊的建筑方案提出不同的海綿城市達標策略，以期為其他同類型項目提供參考。

海綿城市是通過加強城市規(guī)劃建設管理，充分發(fā)揮建筑、道路和綠地、水系等生態(tài)系統(tǒng)對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，有效控制雨水徑流，實現(xiàn)自然積存、自然滲透、自然凈化的城市發(fā)展方式[1]。

深圳目前已經進入深度城市化階段，在城市發(fā)展用地少但用地需求大的矛盾下，高密度開發(fā)存量土地及城市更新成為深圳市的必然選擇。高強度開發(fā)下的雨水缺乏“滲、滯、蓄”空間，高密度開發(fā)帶來的大面積硬化地面或造成嚴重的面源污染和雨水峰值提前，會造成水環(huán)境污染和管網壓力[2]。開發(fā)強度越大，對原有生態(tài)的破壞越明顯，就需要通過更有力的生態(tài)方式來進行開發(fā)建設。

深圳市建設密度分區(qū)

深圳作為國家海綿城市第二批試點城市，已發(fā)布《深圳市海綿城市建設專項規(guī)劃及實施方案》、《深圳市海綿城市規(guī)劃要點和審查細則》等海綿城市規(guī)劃及要求，劃定的24個重點片區(qū)也紛紛編制海綿城市詳細規(guī)劃將指標落實到地塊，從而納入“兩證一書”土地出讓條件中。在和政府及設計單位的溝通中，高密度開發(fā)強度下如何達到指標要求成為規(guī)劃編制和方案設計的難點。

1.項目概況

1.1 區(qū)位分析

規(guī)劃地塊位于深圳南山區(qū)的留仙洞總部基地，留仙洞總部基地是深圳未來又一重要的經濟增長極，留仙洞承擔總部基地、戰(zhàn)略性新興產業(yè)基地兩大使命。留仙洞片區(qū)總體功能定位為：戰(zhàn)略性新興產業(yè)總部基地。

本片區(qū)規(guī)劃范圍內用地由8類用地組成，包括居住用地(R)、商業(yè)服務業(yè)用地(C)、公共管理與服務設施用地(GIC)、工業(yè)用地(M)、交通設施用地(S)、公用設施用地(U)、綠地與廣場用地(G)、其他用地(E)，規(guī)劃總用地面積為172.31公頃。片區(qū)城市空間組織為“三廊七街坊”的空間結構，構建總部基地的環(huán)境特色和空間特色。

規(guī)劃區(qū)區(qū)位分析

1.2 地塊概況

根據(jù)《留仙洞總部基地控制性詳細規(guī)劃》，規(guī)劃地塊屬于一街坊。規(guī)劃開發(fā)建筑面積為100萬平方米，凈容積率7.0-9.1。以物聯(lián)網、移動互聯(lián)網為主導產業(yè)。規(guī)劃地塊用地類型為M0，用地面積39352平方米。建筑方案主要由三座塔樓(超高層)、四座裙樓(高層)及連廊組成，屬于典型高密度開發(fā)，綠地面積僅有2162平方米。

規(guī)劃地塊平面及效果圖

1.3 降雨

(1)短歷時設計暴雨雨型

利用最新版的深圳市暴雨強度公式推求不同重現(xiàn)期下的設計雨量，依據(jù)芝加哥雨型方法得到的雨型分配結果如下圖所示[3]。

短歷時降雨

(2)長歷時設計暴雨雨型

長歷時暴雨雨型主要用于整個城市排澇系統(tǒng)，特別是包含排澇河道的系統(tǒng)設計，對于城市區(qū)域，一般選擇6-24小時作為長歷時的雨型統(tǒng)計時段。深圳全市域可分為九大流域，分屬三個不同的水文分區(qū)，南山區(qū)屬于深圳灣流域，采用珠江三角洲雨型進行分配。

長歷時降雨

1.4 水文地質

根據(jù)深圳市地質及土壤分布圖，規(guī)劃地塊屬于非軟土區(qū)，全為赤紅壤分布區(qū)。赤紅壤由于氧化鐵和氧化鋁膠體形成的結構體，致使土壤的滲透性較好，滯水現(xiàn)象不嚴重。根據(jù)地質勘查報告，地塊內有巖層覆蓋，影響下滲。

根據(jù)深圳市地下水分布圖，規(guī)劃地塊地下水埋深主要在2-4m，適用小型淺層滲透設施，大型深層滲透設施慎用。

1.5 海綿城市指標要求

根據(jù)《深圳市海綿城市建設專項規(guī)劃及實施方案》、《南山區(qū)海綿城市專項規(guī)劃》。規(guī)劃地塊的海綿城市指標主要為年徑流總量控制率目標，包括下凹式綠地率、透水鋪裝率以及綠色屋頂率，各項控制指標如下表所示。其中年徑流總量控制率為控制性指標，其他七項指標為建議性指標。指標結果如下：

規(guī)劃地塊海綿城市指標

根據(jù)對深圳市近30年的降雨資料進行統(tǒng)計分析得到的年徑流總量控制率-日降雨量曲線，規(guī)劃地塊對應的控制降雨量為19.85mm。

2.海綿城市技術選擇

根據(jù)對高密度建成區(qū)的本底特點及建筑方案。在南山區(qū)海綿城市技術適宜性評價表的基礎上進一步結合規(guī)劃地塊特點進行篩選，可以考慮采用以下海綿城市技術措施。

2.1 常規(guī)海綿措施

(1)透水鋪裝

高密度開發(fā)區(qū)的首層地面宜采用透水鋪裝形式來降低不透水率、增強雨水下滲透，其宜用于非機動車道、停車場及輕交通路面。根據(jù)透水面層的不同，透水鋪裝可分為透水磚、透水水泥混凝土和透水瀝青混凝土三種形式，透水鋪裝結構應符合《透水磚路面技術規(guī)程》(CJJ/T188)、《透水瀝青路面技術規(guī)程》(CJJ/T190)、《透水水泥混凝土路面技術規(guī)程》(CJJ/T135)和《透水磚鋪裝施工與驗收規(guī)程》DB11/T 686的規(guī)定。但應特別注意，消防車道不宜使用透水鋪裝。

透水鋪裝

(2)綠色屋頂

高密度開發(fā)區(qū)往往設計有裙樓及聯(lián)通塔樓之間的連廊，此處宜采用綠色屋頂形式來減少屋面徑流總量和徑流污染負荷，綠色屋頂又分為簡單式和花園式，基質深度根據(jù)植物需求及屋頂荷載確定，簡單式綠色屋頂?shù)幕|深度一般不大于150mm，花園式綠色屋頂在種植喬木時基質深度可超過600mm，綠色屋頂?shù)脑O計可參考《種植屋面工程技術規(guī)程》(JGJ155)。

綠色屋頂

(3)雨水花園

為充分利用高密度開發(fā)區(qū)的綠地空間，宜結合景觀，在地塊的匯水低點處設施復雜型雨水花園。雨水花園面積與匯水面面積之比一般為5%-10%。建議下沉高度為200-300mm，并應設100mm的超高，且應設置溢流設施。

雨水花園

2.2 高密度開發(fā)下特殊海綿措施

(1)藍色屋頂

藍色屋頂是調節(jié)通過增加限流設施對屋頂雨水徑流進行臨時滯留，有時也可以對少量徑流進行暫時儲存，延遲雨水徑流到達下游管道的時間，從而降低峰值流量。目前主要的藍色屋頂方式有兩種：

一是提高屋頂雨水口高度形成一定高度的調蓄水位，并增加限流設施，使其在降雨初期流量較小時，屋頂徑流量小于限流設施的過流能力，徑流正常排放，屋頂不蓄水; 隨著降雨強度的增加，屋頂雨水徑流量逐漸增大，當流量大于限流設施過流能力時，屋頂開始蓄水，隨著屋頂蓄水高度的增加，限流設施過流斷面增加，排水流量也在增加，當屋頂調節(jié)水位達到限流設施最大調節(jié)水位時，屋頂雨水徑流通過溢流口排放。

降雨后期隨著雨強的減小，屋頂徑流量逐漸減少，當屋頂徑流量小于限流設施排放流量時，調節(jié)水位開始下降，限流設施的排水能力亦開始減小，直至屋頂雨水徑流排完。這樣就對雨水形成一定的滯、蓄作用，延緩雨水進入相鄰排水管道的時間[4]。

二是在硬化屋頂鋪撒一層蓄水材料(如陶粒)。通過鋪設松散的蓄水材料層，降低了雨水在屋面的流速及增大了蒸發(fā)從而達到滯、蓄作用。優(yōu)點：具有隔水保氣作用和較高的強度;適用于超高層建筑屋面面積大又沒有雨水回用需求的項目。難點：超高層屋頂風較大，鋪設時需要考慮防風吹走材料的技術措施;要避讓屋面設備基礎等，并考慮檢修人員的通行要求等。

目前深圳市騰訊大廈已經采用此方式進行設計。騰訊大廈采用的陶粒蓄水材料厚度200mm;孔隙度0.8。經過SWMM模型評估，騰訊大廈藍色屋頂?shù)哪陱搅骺偭靠刂坡始s為65%。

藍色屋頂

(2)雨水回用(調蓄)池

根據(jù)高密度開發(fā)地塊對雨水回用的需求，合理確定雨水回用(調蓄)池的容積，雨水回用池宜收集屋頂、綠地等較為潔凈雨水，經過沉淀、消毒等工藝后進行回用。也可僅作為雨水調蓄削峰用途，在進行雨水收集及初期雨水棄流后，錯峰排出。高密度開發(fā)地塊水量需求大且雨水處理成本低(約0.1-0.2元/m3)，宜優(yōu)先考慮空調冷卻補充及地庫及汽車洗車用水，可參考下表選用。

(3)立面雨水收集

根據(jù)《綠色超高層建筑評價技術細則》，超高層建筑立面面積大，需充分收集立面雨水，經過處理后能夠帶來可觀的節(jié)水量。高密度開發(fā)下超高層建筑比率較高，收集建筑立面雨水，導入室內后經過處理，用于空中花園的澆灌，實現(xiàn)建筑內部對雨水的吸收、消化利用系統(tǒng)化，不但能夠利用自然雨水，減少了對地面排水系統(tǒng)的壓力，用于澆灌空中花園，減輕了市政供水系統(tǒng)的壓力。目前國內已有包括廣州東塔等建筑采取立面雨水收集，取得良好的效果。

立面雨水收集

(4)高分子吸水材料

利用部分吸水高分子材料(如多孔纖維棉等)的吸水性質制作的有一定強度的高分子吸水材料，實現(xiàn)雨時吸水，旱時補水的作用。優(yōu)點：集滲透、緩沖和排放功能于一體;滲透系數(shù)高、緩沖容量大;支持植物生長。缺點：使用成本高。

(5)地下空間頂板綠化

高密度開發(fā)區(qū)往往伴隨大規(guī)模地下空間開發(fā)，要在有限的土地空間解決并達到海綿城市建設指標要求，并滿足人們對居住環(huán)境的高要求，需要對地下空間頂板進行綠化。

根據(jù)GB 51192-2016《公園設計規(guī)范》對植物種植土層厚度的要求，種植層的厚度一般依據(jù)植物的種類而定:深根性喬木90-150cm、淺根性喬木60-90cm、大灌木45-60cm、花卉小灌木30-45 cm、草本15-30cm。頂板覆土厚度應滿足植物生長的要求，以保證綠地的長期綠化效果。植物在經過幾年生長之后會超出車庫頂板的荷載要求，因此，植物不宜選擇生長較快的種類，同時選擇的植物要能耐寒、耐旱、耐貧瘠的種類。

3.地塊達標方案

3.1 現(xiàn)有方案評估

對現(xiàn)有建筑方案的受雨面進行分析可知：裙房屋頂綠化比例21%、高層塔樓屋頂綠化比例49%、超高層屋頂不做綠化、首層地面鋪裝及綠化不做處理。

SWMM模型構建

建立地塊SWMM模型，輸入深圳市西部雨型區(qū)典型年分鐘降雨及規(guī)劃地塊土壤數(shù)據(jù)，根據(jù)規(guī)劃豎向確定匯流路徑。模擬得現(xiàn)有設計方案年徑流總量控制率為28%。遠不能達到規(guī)劃目標55%的要求。

3.2 優(yōu)化方案一

在現(xiàn)有方案基礎上進行優(yōu)化設計;地面鋪裝85%采用透水鋪裝;首層地面綠化全部進行下沉式改造;裙房屋頂綠化比例提高至80%;高層屋頂綠化比例維持49%不變;超高層不做處理;

經過SWMM模型法評估及容積法核算。優(yōu)化方案一對應年徑流總量控制率為55%，滿足目標要求。

3.3 優(yōu)化方案二

在現(xiàn)有方案基礎上進行優(yōu)化設計：首層地面鋪裝85%采用透水鋪裝;首層地面綠化全部進行下沉式改造;裙房屋頂綠化比例提高至50%;高層屋頂綠化比例維持49%不變;超高層屋頂30%鋪設陶粒進行藍化處理;

經過SWMM模型法評估及容積法核算。優(yōu)化方案二對應年徑流總量控制率為55%，滿足目標要求。

3.4 優(yōu)化方案三

在現(xiàn)有方案基礎上優(yōu)化設計：首層地面鋪裝不做處理;首層地面綠化全部進行下沉式改造;裙房以及高層屋頂綠化比例維持不變;設置520m3的調蓄池。

經過SWMM模型法評估及容積法核算。優(yōu)化方案三對應年徑流總量控制率為55%，滿足目標要求。

不同方案比較

3.5 技術經濟比較

海綿城市建設除經濟收益外，還具有很強的外部收益，所以海綿城市的經濟評價主要以國民經濟評價為主，從國家整體角度考察項目的效益和費用，分析計算對國民經濟的凈貢獻，從而評價海綿城市建設的經濟合理性。對內容較為簡單的某一項工程型技術措施，可以采用費用評估法進行評價，即將海綿城市項目方案和傳統(tǒng)方案的一系列成本進行直接比較，從而評價具體項目的經濟合理性[5]。

結合上述三個優(yōu)化方案，結合《海綿城市建設技術指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建》以及相關項目經驗，確定各項海綿設施單價，分別估算上述三個優(yōu)化方案地塊海綿建設投資成本就比運行成本，評估其技術經濟性，估算結果見下表：

優(yōu)化方案經濟比較

注：①優(yōu)化方案一以及優(yōu)化方案二海綿材料成本中，該成本為海綿設施總投資成本，未扣除原本就需要硬化鋪裝的費用;其中，透水鋪裝所占投資額較大，為480萬元。

②經過雨水利用平衡計算，優(yōu)化方案三(雨水調蓄池)每年可節(jié)約自來水4122立方米，直接經濟效益達1.2萬元/年(不含節(jié)省的污水處理費)。

對比可發(fā)現(xiàn)：優(yōu)化方案一以及優(yōu)化方案二前期成本高，后期運營成本較低;生態(tài)效果較好;優(yōu)化方案三前期成本低，但是后期運營成本較高;生態(tài)補水效果較差。

4.結論

在城市化進程加快的背景下，以高密度開發(fā)為主的地塊，成為土地資源不足城市(如深圳)的重要建設類型。因高密度開發(fā)下在物質空間與人口方面與常規(guī)開發(fā)存在巨大差異，這些差異是影響海綿城市設計方案的關鍵，本文研究的高密度開發(fā)強度下如何達到海綿城市建設指標要求，是當前推進海綿城市建設的難點和重點，具有重要的實際意義。

海綿城市建設不能為了指標而指標。最重要的是恢復開發(fā)前原有的水生態(tài)。本文通過對某地塊的核算的建議為例，簡要說明了高密度開發(fā)區(qū)如何達標的路徑和思路，目前，關于高密度開發(fā)下的海綿設施實際建設指引、監(jiān)測、政策補貼等仍然不足，應盡早制定針對高強度開發(fā)情況的海綿城市建設全流程管控方案。

參考文獻：

[1]楊陽, 林廣思. 海綿城市概念與思想. 南方建筑, 2015(3):59-64.

[2]張亮, 俞露, 任心欣, 等. 基于歷史內澇調查的深圳市海綿城市建設策略. 中國給水排水, 2015,31(23):120-124.

[3]俞露, 荊燕燕, 許拯民. 輔助排水防澇規(guī)劃編制的設計降雨雨型研究. 中國給水排水, 2015,31(19):141-145.

[4]黃濤, 王建龍, 王明宇, 等. 藍色屋頂調節(jié)城市雨水徑流的方法及可行性分析. 中國給水排水, 2014(23):149-153.

[5]任心欣, 俞露等. 海綿城市建設規(guī)劃與管理. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2017.

來源:UPDIS共同城市  作者:湯鐘

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