侯鵬 董彬 周宇洋 蔣萌 尉海東

摘 要：該文將海綿校園與智慧化建設(shè)相融合，分析了智慧海綿校園建設(shè)的特點(diǎn)和功能，并以臨沂大學(xué)為例，就智慧海綿校園建設(shè)提出了建議，以期為建立集互聯(lián)網(wǎng)、海綿系統(tǒng)和雨洪管理于一體的高效智慧海綿校園提供參考。

關(guān)鍵詞：海綿校園;智慧化;雨水管控

中圖分類號(hào) TU992.01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2018）24-0127-3

隨著海綿城市如火如荼地建設(shè)，“海綿化”的理念早已引入校園，并在積極的規(guī)劃建設(shè)中。海綿校園與海綿城市的理念相近，出發(fā)點(diǎn)都是為了增強(qiáng)區(qū)域的蓄排水能力，解決內(nèi)澇和缺水問題，打造像“海綿”一樣，下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時(shí)再將蓄存的水釋放出來。而這種海綿系統(tǒng)并不是牢不可破的，在校園的不斷整改當(dāng)中，很多地方的下墊面布局會(huì)被改變，因而，不變的海綿系統(tǒng)漸漸已不能適應(yīng)變化的下墊面布局構(gòu)造，而且只能被動(dòng)的應(yīng)對(duì)雨水積存與排放問題，沒有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不能實(shí)時(shí)掌握實(shí)際的降水與排水情況。在一個(gè)偌大的校園特別是大學(xué)，有著多個(gè)海綿子系統(tǒng)，且互相間缺乏聯(lián)系，亟需在其發(fā)揮關(guān)鍵作用時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)控和管理。伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，以海綿化為基礎(chǔ)、以物聯(lián)網(wǎng)為主導(dǎo)的“智慧海綿”的呼聲漸漸多起來，并率先用于一二線城市的規(guī)劃建設(shè)當(dāng)中。將“智慧化”理念引入到海綿校園中是否可行，還有待進(jìn)一步的研究。

1 智慧海綿校園的構(gòu)思

智慧海綿校園的立足點(diǎn)是海綿系統(tǒng)，它的智慧之處在于通過物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，把各式各樣分散的綠色設(shè)施、海綿設(shè)施和校園協(xié)同起來[1]，從而實(shí)現(xiàn)校園管理的智慧化與高效化。在海綿校園的運(yùn)轉(zhuǎn)中加入眾多智能系統(tǒng)：包括專業(yè)的監(jiān)控設(shè)備，4G、光纖、GPRS等多種通信方式針對(duì)水位越線的實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)以及監(jiān)控中心平臺(tái)的無縫式信息對(duì)接。

首先，把眾多孤立的海綿系統(tǒng)連接起來，建立一個(gè)數(shù)字化的校園監(jiān)控中心。通過在雨水調(diào)節(jié)的重要地點(diǎn)，例如校園公路、主要建筑物附近以及校內(nèi)河流湖泊斷面建立雨水傳感器和監(jiān)控系統(tǒng)，用實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)海綿校園的成果。不僅在網(wǎng)絡(luò)中聯(lián)通各個(gè)系統(tǒng)，在實(shí)際中也盡可能打通主要系統(tǒng)之間的排水聯(lián)系，對(duì)眾多海綿系統(tǒng)進(jìn)行等級(jí)劃分，針對(duì)一些地區(qū)由于積水嚴(yán)重導(dǎo)致的局部系統(tǒng)飽和而其他系統(tǒng)尚未發(fā)揮作用的情況，通過主要系統(tǒng)與子系統(tǒng)的連通調(diào)節(jié)以及主要系統(tǒng)之間的調(diào)節(jié)進(jìn)行整體性的雨水管控。例如，在校園內(nèi)可將河流、人工湖作為一級(jí)海綿系統(tǒng)盡可能將河湖由點(diǎn)狀或線狀連接起來，在雨水集中時(shí)期可將積水處的排水更多地向河湖當(dāng)中匯集，也讓河湖水流動(dòng)起來，實(shí)現(xiàn)校內(nèi)水源的循環(huán)，解決局部洪澇問題。其次，針對(duì)學(xué)校內(nèi)景觀和地形的差異性，收集校園區(qū)域的地形圖、建筑布局圖、下水管道系統(tǒng)分布圖、地區(qū)氣候資料與水文特征資料等，進(jìn)行計(jì)算及分析;利用ArcGIS對(duì)各要素進(jìn)行空間疊加分析，對(duì)校內(nèi)的建筑、道路、水體、草地等不同的下墊面進(jìn)行賦值，通過分析結(jié)果因地制宜，提出針對(duì)性的改造規(guī)劃。對(duì)于規(guī)劃建設(shè)方案進(jìn)行模型模擬，優(yōu)化設(shè)備組合、規(guī)模和平面布局[2];最后，針對(duì)校園內(nèi)局部改造區(qū)的蓄排水狀況，跟進(jìn)海綿系統(tǒng)的建設(shè)，進(jìn)行及時(shí)的數(shù)據(jù)收集與建議分析。

在智慧海綿校園中，監(jiān)測(cè)與管控是一項(xiàng)非常重要的一步，它包含了眾多的功能：（1）雨量監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)校園內(nèi)降水，第一時(shí)間為海綿校園的效能分析提供準(zhǔn)確參數(shù)。（2）排水設(shè)施監(jiān)測(cè)：這是應(yīng)用最廣的監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。在易積水的地區(qū)設(shè)立積水監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在排水口處設(shè)立排水量檢測(cè)裝置，二者協(xié)調(diào)分析，為分析排水能力和排水管網(wǎng)規(guī)劃提供參考。（3）海綿體監(jiān)測(cè)：對(duì)人工湖、景觀河和蓄水池等重要海綿體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握雨水積蓄情況和海綿系統(tǒng)的效能。

總的來說，智慧海綿校園是立足于海綿校園基礎(chǔ)之上，加裝智能監(jiān)控系統(tǒng)以及局部自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，變多個(gè)單一為整體，建立監(jiān)控中心，融入網(wǎng)絡(luò)與電子設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與研究對(duì)策。它順應(yīng)時(shí)代趨勢(shì)，采取智能化和網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)管，為師生的學(xué)習(xí)生活提供實(shí)實(shí)在在的保障。針對(duì)近些年來由于極端氣候引起的短時(shí)強(qiáng)降雨的增加，智慧海綿校園的發(fā)展會(huì)更加迅速。

2 智慧海綿校園的簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)

對(duì)于海綿校園在各方面的規(guī)劃措施可以基本遵循，但出于建立一個(gè)綜合系統(tǒng)和建設(shè)監(jiān)測(cè)設(shè)施的考慮，還需對(duì)一些規(guī)劃建設(shè)稍加改進(jìn)。在校園，占地面積最大的是教學(xué)樓和宿舍樓，改造成本相對(duì)較低，且?guī)熒粘Ｉ盥肪€多為“教學(xué)樓-宿舍樓-餐廳”3點(diǎn)1線。在規(guī)劃中以此為中心進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，首先建立一個(gè)綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在3點(diǎn)1線的主要易積水地點(diǎn)設(shè)立監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與分析，檢驗(yàn)蓄排水能力。

2.1 道路規(guī)劃 利用海綿城市中常用的建筑材料，加大對(duì)透水瀝青混凝土的使用，同時(shí)集中主要排水設(shè)施，確保主路排水順暢。針對(duì)局部積水量大的支路，在路旁建設(shè)下沉式綠地或蓄水池，緩解下水口的排水壓力。同時(shí)在支路排水口附近安裝水位傳感器與電子監(jiān)控設(shè)備，在雨天隨時(shí)收集數(shù)據(jù)，計(jì)算支路的積水情況與排水能力。在人行道上，多采用透水磚或間隙磚鋪裝，使地表水能被快速吸收和下滲。或在支路以及人行道兩側(cè)多設(shè)置下沉式綠地，或酌情增加植草溝，有效吸收多余的降水。在綠地中建立小型蓄水池和噴灌裝置，在雨天吸收多余水，晴天時(shí)定時(shí)開啟噴灌裝置，為植被生長提供雨水灌溉。

2.2 建筑設(shè)計(jì) 利用海綿城市中的屋頂設(shè)計(jì)，采用綠色屋頂與斜面集水裝置相結(jié)合，并將樓頂排水管與樓下的綠化帶相連，將綠化帶植被改造為雨水濕地，對(duì)雨水進(jìn)行二次吸收。在建筑樓周圍可建設(shè)大小不等的多個(gè)蓄水池，并安裝水位自動(dòng)控制設(shè)備，雨天時(shí)吸納水，晴天用于綠地澆灌?？梢钥紤]適當(dāng)在樓群之間開挖人工湖并加以綠化，將部分雨水排水設(shè)施與湖區(qū)相連，在保證海綿效果的同時(shí)，又不失美感。

2.3 操場(chǎng)和綠地規(guī)劃 操場(chǎng)是師生生活的重要部分，其一般主要是由塑膠跑道和足球草坪組成。塑膠跑道不利于雨水下滲，多采用滲水井進(jìn)行排水，但排水效果有限，而中央的草坪則可以很好的分擔(dān)排水壓力，并且由于草坪植被需水量大，蓄水池就顯得十分重要。在操場(chǎng)周邊以及草坪地下建立蓄水池，并將草坪地下改裝為下滲構(gòu)造。為了增加草坪的下滲能力，采用弧形微地形的設(shè)計(jì)方式，使草坪微崎嶇化，以此增加下滲面積。將草坪下以及四周的蓄水池連通，安裝自動(dòng)監(jiān)測(cè)以及澆灌設(shè)備，利用多余的雨水進(jìn)行灌溉，最大限度地發(fā)揮綠地草坪的治水功效。

2.4 河湖布局 將成點(diǎn)狀或線狀的河流湖泊盡可能連通起來，使水“活動(dòng)”起來。以校園原有景觀為基礎(chǔ)，將護(hù)校河與各種景觀水塘打通，使水循環(huán)流動(dòng)起來[3]。 這樣既能保證水質(zhì)，又能使不同地區(qū)的河湖相互協(xié)調(diào)，避免局部地區(qū)水位過高或過低，保證每個(gè)地區(qū)充分發(fā)揮海綿效果。將排水設(shè)施連接到河湖中，發(fā)揮削峰補(bǔ)枯的效果。同時(shí)在河流或者湖泊附近安裝水位傳感器與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)控和調(diào)節(jié)水位的平衡。

2.5 景觀設(shè)計(jì) 考慮到樹林、草地、花園在校園中的環(huán)境美感作用、公共空間作用和雨水管控作用，且校園的綠地面積要大于城市，因此在智慧海綿校園建設(shè)中充分利用植草溝、濕地花園、下沉式綠地以及生物滯留地，重視樹林涵養(yǎng)水源與增加下滲的強(qiáng)大功能。同時(shí)，考慮到植被需水量的問題，增加人工蓄水量并充分利用。使此類要素既能呈面狀或塊狀分散于建筑、道路、廣場(chǎng)與操場(chǎng)周圍，在景觀和功能上相互結(jié)合，又能結(jié)合不同區(qū)域的雨水管控條件，安裝監(jiān)控設(shè)備對(duì)雨水進(jìn)行合理地存蓄與釋放。

以“3點(diǎn)1線”的生活地區(qū)為中心展開工作的同時(shí)，仍需看到積水嚴(yán)重、位置偏僻的支路小道依然是海綿校園治理的一個(gè)難題，需要依托更加有力的排水手段與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行信息收集，合理進(jìn)行雨水管控。另外，由于校園中的綠化面積和河湖面積比重比城市要高得多，在蓄水與排水條件上有明顯優(yōu)勢(shì)，而眾多植被的需水量也會(huì)對(duì)校園蓄水能力提出更高的要求。在校園內(nèi)每段時(shí)間都會(huì)進(jìn)行不時(shí)地地表環(huán)境改造，由此對(duì)局部地區(qū)的海綿系統(tǒng)也有了一定的影響。因此，應(yīng)通過完善監(jiān)控系統(tǒng)，分析智慧海綿校園監(jiān)控中心提供的數(shù)據(jù)變化，進(jìn)行后期跟隨性的完善和改進(jìn)。

由于智慧海綿校園落到建設(shè)中要考慮諸多的的現(xiàn)實(shí)因素，例如地形、氣象狀況、校園內(nèi)各要素的布局構(gòu)造、建設(shè)難度與資金等許多因素，因此以上的構(gòu)思與建議大多在理論設(shè)計(jì)方面，再具體到應(yīng)用中需要靈活地變通，結(jié)合實(shí)際，方能發(fā)揮智慧海綿校園的最佳效果。但隨著今后海綿設(shè)施的越來越多，其信息化、數(shù)字化形成的數(shù)據(jù)量是相當(dāng)巨大的，只有通過智慧化系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)對(duì)大數(shù)據(jù)的有效處理[4]，從而正確分析，提供合理對(duì)策。因此，海綿校園的智慧化會(huì)是一個(gè)必然趨勢(shì)。

3 臨沂大學(xué)智慧海綿校園建設(shè)的探討

臨沂大學(xué)坐落于山東省東南部臨沂市，由于季風(fēng)氣候典型，夏秋時(shí)節(jié)多集中性強(qiáng)降雨，導(dǎo)致校內(nèi)多處出現(xiàn)積水內(nèi)澇，影響師生正常生活。近些年來臨沂市正在籌劃海綿城市建設(shè)，臨沂大學(xué)作為推進(jìn)區(qū)也開始進(jìn)行籌劃改造，但由于校區(qū)面積大，且局部性的建設(shè)和改造不斷，各供排水系統(tǒng)能力有限且缺乏相互協(xié)調(diào)，治理難度大，因此升級(jí)傳統(tǒng)校區(qū)，加強(qiáng)智慧海綿校園建設(shè)成為一項(xiàng)急需的工作。

臨沂大學(xué)主校區(qū)大致分為第1、第2生活區(qū)、中央綠地、教學(xué)區(qū)與教學(xué)實(shí)驗(yàn)區(qū)幾個(gè)部分。其中中央綠地面積大，綠化率整體較高，但是過于集中。而且主要建筑物四周的綠化帶吸水性較差，局部地方非但不能儲(chǔ)水且易積水。在道路排水上，排水井密度為7.0～8.3m/個(gè)，餐廳和生活區(qū)排水井密度較大，并且出現(xiàn)多個(gè)面積較大的排水溝，教學(xué)辦公區(qū)周圍排水井密度最小。但一些支路積水嚴(yán)重，且主干路排水口已被雜物堵住，排水能力低，每逢大雨必積水，人行道缺乏透水磚，下滲力差，并且缺乏積水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在蓄水能力方面，綠地植被多為普通植被，截流蓄水能力不足，缺乏相應(yīng)的蓄水池和溝渠;蓄水大部分依靠內(nèi)部的河流與羲之湖等分散的人工湖泊。綠化帶的灌溉大部分依靠外部水源。水資源存儲(chǔ)利用率差，沒有形成完整的雨水循環(huán)系統(tǒng)與雨洪管理系統(tǒng)。

針對(duì)當(dāng)前問題，首先需要的是在大學(xué)里建立完整的海綿系統(tǒng)。改進(jìn)主要建筑物的樓頂排水，建立空中花園，學(xué)校綠地要與建筑緊密結(jié)合，以建筑為單元形成斑塊化布局形態(tài)。在樓下綠化帶采取種植濕地植被與下沉式綠地、生物滯留地相結(jié)合，并在綠地修建適量的小型蓄水池，發(fā)揮“海綿功能”;在易積水的支路四周建立下沉式綠地和小型蓄水池，并增加排水口;將無法下滲的雨水盡量滯留在雨水花園、生物滯留地、下沉式綠地等低影響開發(fā)措施中[5]，做到截流與優(yōu)化水質(zhì)的雙重功效;針對(duì)主路突出的問題要拓寬下水管道，連通校內(nèi)的河流與人工湖，加強(qiáng)排水能力;面對(duì)學(xué)校內(nèi)分散的河湖要盡可能連通一起，形成完整的水循環(huán)系統(tǒng)。在提升水質(zhì)、美化環(huán)境的同時(shí)，又能充分發(fā)揮海綿體的作用。

建設(shè)智慧海綿校園的另一項(xiàng)重要任務(wù)是建設(shè)智能化、網(wǎng)絡(luò)化的高效監(jiān)控系統(tǒng)[6]。首先，建立起一個(gè)綜合的校園雨水監(jiān)控中心，承擔(dān)起收集與分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、調(diào)控蓄水和排水、提供海綿項(xiàng)目建設(shè)參考與建議的重任。針對(duì)偌大的校園，在不同的片區(qū)設(shè)立分控點(diǎn)，保證全面監(jiān)控。其次，在易積水的主路尤其是建筑物之間的支路建立觸點(diǎn)式雨水檢測(cè)系統(tǒng)，在雨天將實(shí)時(shí)的積水?dāng)?shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心，分析數(shù)據(jù)并尋找相應(yīng)的解決措施;要將綠地蓄水池充分利用起來，安裝深度檢測(cè)與自動(dòng)噴灌裝置，充分利用雨水;針對(duì)臨沂大學(xué)內(nèi)不斷進(jìn)行的改造建設(shè)，要同步推進(jìn)海綿項(xiàng)目與智慧系統(tǒng)的安置，將更多的地方納入雨水監(jiān)測(cè)中心控制范圍，從而掌握臨沂大學(xué)的綜合排水與蓄水能力，對(duì)癥下藥，才能建立起完整的智慧海綿校園，從而保障師生的正常學(xué)習(xí)與生活。

4 結(jié)語

綜上，將傳統(tǒng)的校園在海綿化建設(shè)中融入智慧化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)，不失為一項(xiàng)創(chuàng)新。雖然作為一項(xiàng)新生事物，它的運(yùn)行與發(fā)展面臨著很多風(fēng)險(xiǎn)與困難，但是它順應(yīng)了時(shí)代趨勢(shì)，充分利用了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下提供的信息便捷性建設(shè)智慧海綿校園，實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)校海綿系統(tǒng)的綜合管控與調(diào)節(jié)，有利于更加快捷、高效的解決多雜亂的校園給排水問題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)有限水資源的充分利用，這不僅為校園建設(shè)提供了智慧，也為城市的智慧海綿建設(shè)和應(yīng)對(duì)可能面臨的水危機(jī)提供了新的方向。

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（責(zé)編：張宏民）