葛凌文

(上海宝钢建筑工程设计有限公司，上海 201900)

近几十年来，随着经济的飞速发展，中国城镇化进程也加速推进。高速城镇化导致雨水汇流时间缩短、峰值流量增大，内涝灾害频现；部分地区出现不同程度的地下水位降低，水资源紧缺；地表径流污染严重，面源控制艰难，水环境恶化。为了改善水资源环境，国务院办公厅《关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》(国办发【2013】23号)，明确提出用“10年左右的时间，建成较为完善的城市防涝工程体系”。《昆山市海绵城市专项规划》也指出，到2030年，建成区80%以上面积达到海绵城市的建设目标。大力推进“海绵城市”建设是目前解决水资源短缺、修复生态环境的重要举措，尤其是在新建项目中大力实施形而有效的人工干预措施。在响应国家号召的同时，更应当树立节约水资源、保护生态环境观念，使城市建设和自然环境和谐融洽。

1 工程概况

昆山市地处江苏省东南部，属北亚热带南部季风气候区，四季分明，冬冷夏热，光照充足，雨水充沛，雨热同期，无霜期长。年平均气温为16.1 ℃，降雨量为1 133.3 mm，平均降水日数为124 d，日照时数为1 974.8 h，日照百分率为45%，相对湿度为79%。

某电影文化综合体项目位于昆山市，项目总占地面积为42 683 m2，总建筑面积为106 402.8 m2。由四栋地面一类高层建筑、两栋多层商业建筑及地下车库、人防工程组成，部分建筑由室外连廊连为整体。主要建筑功能为商业、办公、办公配套及地下车库。地块北面有一条绿地新开河，内河控制水位为1.267 m；东面紧靠市政马路，道路两侧各有一根DN800的雨水管，并在红线外预留一个DN600接口，井盖高程为3.13 m，管底高程为0.83 m。

随着昆山市建成区人口急剧增长、气候变化、水体污染、极端天气等原因，水资源环境问题也制约了城市经济发展，加之本项目作为影视博览配套的地标性建筑，建成后会大量吸引游客前往。整个项目地块的绿地率仅20.31%，远低于《江苏省绿色建筑设计标准》(DGJ 32/J173—2014)第5.4.9条要求的30%。《昆山市海绵城市专项规划》要求年径流总量控制率为55%，年SS总量去除率为52%～68%。为了打造符合可持续发展战略且舒适宜居的环境，本项目道路、广场采用透水铺装地面，并采用屋顶绿化、下凹式绿地作为雨水调蓄控制措施，结合生态雨水收集回收利用一体化装置回收雨水，作为中水水源。最终使该项目达到绿色建筑设计二星标准。图1为项目总平面图。

2 雨水控制技术在本项目中的设计应用

2.1 透水地面铺装

随着“海绵城市”理念的出现，且硬化路面使得城市内涝和热岛效应加剧，加之产品的不断研发改进和材料更迭，越来越多的透水路面开始大量应用到城市建设中去。

透水铺装从结构上可大致分为面层、找平层、基层、垫层和土基层。对于不同交通荷载形式，可根据结构层本身的透水性状和渗透情况选择不同透水程度的路面形式。透水路面的面层材料一般为透水沥青混凝土、透水水泥混凝土、各种形式的透水面砖；基层的形式一般为各种碎石基层、多孔水泥稳定碎石基层等透水材料基层，垫层多采用砂垫层。找平层主要起到过渡面层和基层顶面的作用，既能填平基层顶面孔隙，又能过滤下渗雨水的杂质[1]。土基层是整个铺装结构的关键层，作为最底层，它的下渗能力直接影响整个透水铺装的下渗效果。透水铺装的优点显著，除了排水性和抗滑性良好，还具有一定的降噪性和降温性。

本项目根据道路荷载要求的不同，消防道路、一般行车道的面层采用透水混凝土而基层采用半透水铺装结构；人行步道或活动场地采用全透水铺装，面层的主要材料采用花岗岩来提升项目的整体品质。地面机动车位采用植草砖面层；非机动车位采用彩色连锁砖铺装；广场采用卵石、碎石铺装，屋顶绿化则采用再生透水木屑作为基层铺装。

2.2 屋顶绿化

城市屋顶绿化作为一种特殊的人工绿地，已成为现代城市绿化体系的重要组成部分。在屋顶种植绿化提高了绿化容积率、节省了用地面积，且与屋面雨水直接排入雨水管网相比既灌溉了绿化，又减轻了短时间内雨水管网的排水压力。本项目在3-3 A、B两栋楼的屋顶种植绿化。两栋楼的屋面汇水面积分别为2 100 m2和2 050 m2，为了不过多增加屋面的荷载，按20%种植绿化，共计增加绿化面积830 m2。屋顶绿化的形式主要采用花园式，结合景观设计，种植抗风力强的花灌木、小乔木、球根花卉和多年生花卉。屋顶和种植土之间需要敷设专用排水板，雨水通过管道收集后排入埋地雨水管网。

2.3 下凹式绿地

图2 微生态雨水处理一体机工艺流程图Fig.2 Process Flow Chart of Integrated Micro-Ecological Rainwater Treatment Equipment

下凹式绿地，顾名思义是一种比周围路面低的公共绿地，亦称低势绿地。不同于传统绿地或花坛，它具有能补充地下水、调节径流和滞洪以及削减径流污染物的作用。充分利用下凹空间来蓄集下渗雨水、削减洪峰流量、减轻地表径流污染，可有效增加雨水下渗时间，是一种绿地雨水调蓄技术。绿地本身就是市政或小区建设不可或缺的重要环节，其价格低廉的特点使其从众多雨水调蓄技术手段中脱颖而出[2]。

下凹式绿地的深度通常不大于150 mm，高差过大会导致积水比过深。根据图1，本项目为满铺型地下室，顶板占总面积的78.7%，地上绿化的覆土深度具有较大局限性。故本项目挑选了3-3号楼商业南侧两块绿地，面积共计1 451 m2，下凹绿地设计深度为100 mm，以绿地中心为制高点向四周放坡，边缘与道路齐平。设置的形式灵活且多样化，以遵从景观设计为主。绿地中的雨水口能就近接入室外雨水管网，以确保低洼积水可在短时间内溢流排走。设计中除了考虑溢流外，绿地积水也可以通过渗透排水来实现。

2.4 微生态雨水处理回用一体机

除了使用上述3种雨水控制技术，项目中还需收集部分雨水来作为浇洒绿地、冲洗地坪的中水水源。考虑到用地的限制和回收处理的效果、成本，选用微生态雨水处理一体机作为本项目的雨水回收处理设施。微生态滤床技术是原水在流经该系统时，各种污染物在微生物转化、细菌分解、氧化、还原、吸收、挥发、蒸腾和沉淀等多重作用下发生分离或降解[3]。整个过程综合了好氧、兼氧、厌氧三种反应。除了对BOD5、COD、SS有良好的去除效果，对氮、磷和不溶性有机物也有一定的去除率。

如图2所示，微生态滤床的形状、位置可配合景观设计，根据项目情况酌情定制，可做成滤床、蓄水池、清水池、水泵一体化埋地设备。表面种植多年生水生植物，也会配置部分耐寒景观植物。微生态滤床处理主要是依靠微生物，并不是靠植物吸收，因此，冬季植物收割后不会影响处理效果。该系统的处理量为20 t/d，雨水蓄水池的有效容积为280 m3，清水池有效容积为23 m3。处理后的水质可达到《城市污水再生利用城市杂用水水质标准》(GB/T 18920—2002)回用水标准。该设备设置在地块的东侧靠近市政雨水管网的接口，初期溢流的雨水可就近排入市政管网。

3 设计计算

3.1 汇水面积的划分

本项目的排水体制为雨、污分流，雨水干管沿主干道自西向东排水，主要分布在南北两侧绿化带内。市政雨水管网位于地块东侧市政道路上，接口为DN600；另外，雨水可排入地块外的景观河道内，内河控制水位为1.267 m，初步计算排出口管底标高为2.24 m。拟将场地规划为两个汇水面积，设计两路雨水分别排入河道和市政管网。汇水面积划分如图3所示。

图3 汇水面积划分Fig.3 Division of Catchment Area

3.2 室外场地雨水排水计算

根据昆山市暴雨强度公式(出自苏府[2011]250 号文)计算，如式(1)。

(1)

其中：P——重现期，3 a；

t——集流时间，10 min；

q——暴雨强度，3.40 L/(s·100 m2)。

排入河道的总汇水面积F总=21 334 m2。其中，F屋面=8 994 m2，F沥青道路=3 420 m2，F绿化=4 920 m2，F广场=4 000 m2，故场地综合径流系数φ=0.671。

雨水设计流量Q河道=0.627×213.34×3.40=487 L/s。

排入市政管网的总汇水面积F总=21 390 m2。其中，F屋面=7 070 m2，F沥青道路=4 300 m2，F绿化=2 920 m2，F屋顶绿化=830 m2，F广场=6 270 m2，故场地综合径流系数φ=0.598。

雨水设计流量Q市政=0.598×213.90×3.40=435 L/s。

取流速为1.2 m/s，分两路排出雨水，d=0.523 m。

校核：选择HDPE管，n=0.009、I=0.002、管径为DN600的HDPE排出管2根，每路可排出雨水460 L/s，共可排出920 L/s，水流速度为1.695 m/s。

3.3 雨水调蓄及回用系统设计

根据《江苏省绿色建筑设计标准》(DGJ32/J 173—2014)第9.4.6条“年径流总量控制率不宜低于55%”。本项目的绿地率仅20.31%，远低于第5.4.9条要求的30%。故本项目广场地面采用透水铺装地面、屋顶绿化、下凹式绿地、生态雨水收集回收利用装置，以确保能达到年径流总量控制率的要求，即设计控制雨量为11.5 mm。雨水收集处理的水量为20 t/d，回用水水质常年达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T 18920—2002)水质标准，回用于绿化浇洒。

建设项目场地内设计降雨控制量V1=11.5×42 683/1 000=491 m3。

实际场地综合径流系数φ=0.598。

入渗实现的降雨控制量V2=491×(1-0.598)=198 m3。

需通过其他措施实现的降雨控制量V3=491-198=293 m3。

排入市政雨水的汇水面积中绿地面积为2 920 m2，其中1 438 m2可形成下凹式绿地，绿地标高低于周边地面标高10 cm，下凹式绿地可受纳容积V4=1438×0.1=143 m3。

根据《室外排水设计规范》(GB 50014—2006)(2014年版)第4.14.4 A条公式，分流制排水系统径流污染控制时雨水调蓄容积的计算如式(2)。

V5=1 000DFΨβ=1 000×11.5×2.139

×0.598 ×1.1=27 100 m3

(2)

其中：D——调蓄量，mm，按降雨量计，可取4～8 mm；

β——安全系数，可取1.1～1.5；

F——汇水面积，km2;

Ψ——径流系数。

计算得，设计降雨量为1 000×(V2+V4+V5)/F=14.3 mm>11.5 mm，达到55%的年径流总量控制率，可满足设计要求。

4 效益分析

该项目通过运用透水路面铺装、屋顶绿化、下凹绿地和微生态雨水处理回用一体机等技术从环境效益上缓解了内河水位和城市雨水管网的压力，降低了局部热岛效应，改善了居住环境。从经济效益上来说，回收利用后的雨水作为绿化、道路浇洒不仅节约了水资源还省下了自来水费。每年的回用水用量为7 887 t，按自来水费3.1元/t计费，每年可节省约2.5万元。从社会效益上来分析，项目通过打造低影响开发的典范，全面提升了本地块的硬件设施和社会影响力，为促进海绵城市的大力发展充分发挥了宣传教育和示范推广的效应。

5 结论

发展海绵城市，推行低影响开发的城市建设模式已经刻不容缓。针对项目本身进行精准分析，因地制宜，采用各种高效的雨水控制利用技术来实现年径流总流控制率确实是行之有效的方法。在工程设计中，不仅仅是循规蹈矩地遵循国家颁布的法令、法规，更需要从可持续发展战略的角度出发，结合项目自身的条件去打造一个舒适、宜居的城市环境。当然，在日后的运营维护中也要做到持之以恒，才能真正呼应低影响开发的核心思想。