李 強(qiáng)

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，710043，西安∥高級(jí)建筑師)

目前，海綿城市理念已在全國大多數(shù)城市的學(xué)校、居住區(qū)廣泛應(yīng)用，但在地鐵場段內(nèi)的應(yīng)用尚處于初步探索階段。地鐵場段往往位于城市邊緣，由于周邊市政管網(wǎng)密度小、管徑小，場段的運(yùn)營會(huì)給周邊的市政管網(wǎng)帶來較大壓力。因此，從減少市政管網(wǎng)中雨水排放量、促進(jìn)雨水下滲補(bǔ)充地下水的角度出發(fā)，場段內(nèi)的建設(shè)采用海綿城市理念具有必要性和緊迫性。同時(shí)，地鐵場段內(nèi)綠化空間相對充足，也適宜采用多種措施來實(shí)現(xiàn)雨水水質(zhì)優(yōu)化及其可能條件下的回收利用。因此，有必要針對海綿城市理念在地鐵場段內(nèi)的應(yīng)用開展深入研究。

1 嚴(yán)寒地區(qū)基于海綿城市理念的地鐵場段概述

1.1 嚴(yán)寒地區(qū)地鐵場段的構(gòu)成與特點(diǎn)

地鐵場段內(nèi)建筑按其使用性質(zhì)進(jìn)行集中布局，一般分為庫區(qū)、辦公與生活區(qū)、軌行區(qū)、段內(nèi)道路與停車場等，主要特點(diǎn)如下:

1)規(guī)模大、硬化面積大。地鐵場段占地面積一般為2×105～5×105m2［1］。其中，軌道、車間等硬質(zhì)鋪裝面積較大。辦公后勤區(qū)相對較為開放，對室外景觀的要求不強(qiáng)，可布置適應(yīng)氣候特點(diǎn)的簡單綠化［2］。

2)場地坡度小。地鐵場段內(nèi)為便于車輛在段內(nèi)的低速行駛，以及避免車輛發(fā)生溜車，基本無高差，場地坡度一般控制在0.2%，不利于組織地面徑流。根據(jù)GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，場段的場地最低標(biāo)高要求不得低于周邊百年洪水位，因此場地標(biāo)高往往比周邊高，在進(jìn)行場段設(shè)計(jì)時(shí)僅需考慮自身雨水處理的問題。

3)段址周邊市政配套欠缺。一般情況下場段均位于軌道交通線路末端，對于規(guī)模不大的城市而言，場段選址常常位于城郊結(jié)合部，周邊的市政設(shè)施建設(shè)往往并不十分完備，雨水外排條件不完善。

4)內(nèi)部地面徑流大。場段內(nèi)地面人、車流量小，軌行區(qū)早、晚時(shí)段地鐵車輛出入頻繁，軌行區(qū)、庫區(qū)占地面積較大，大面積的硬化屋面、地面會(huì)在降雨時(shí)快速產(chǎn)生大量雨水徑流。需要按照不同的分區(qū)布置相應(yīng)的設(shè)施。

5)建筑布局主要考慮保溫和防風(fēng)。嚴(yán)寒地區(qū)的場段內(nèi)建筑在布局與設(shè)計(jì)時(shí)，主要滿足冬季防寒、保溫、日照和防風(fēng)的要求，爭取南北朝向。對建筑物外形進(jìn)行規(guī)整以獲得較小的體形系數(shù)。由于建筑物外露面積小，且密閉性強(qiáng)，其屋面主要考慮積雪荷載及抗凍融危害等。為保證夏季通風(fēng)和冬季避風(fēng)，嚴(yán)寒地區(qū)的場段內(nèi)建筑群體往往采用錯(cuò)列式、南敞北閉的建筑布局。為防止凍害，場段內(nèi)排水溝避免選用明溝。

6)場段綠化簡單、范圍小、布置零散。由于嚴(yán)寒地區(qū)的氣候不利于植物生長，為減小場段后期的養(yǎng)護(hù)壓力、節(jié)約工程費(fèi)用，往往采用硬化代替綠化，或者僅采用簡單綠化，避免采用水體、園林、堆土山體等較為復(fù)雜的景觀綠化設(shè)計(jì)手段。場段內(nèi)建筑布置以工藝需求為主，綠化隨建筑分散布置。

1.2 場段用地匯水分區(qū)及污染物特征

場段用地匯水特征比較復(fù)雜，和其他城市用地不同，場段用地包含了地鐵的運(yùn)維檢修、車輛清潔、辦公區(qū)域等，所產(chǎn)生的污染物也不僅僅是一般的地表污染物，它包含特殊的輪胎磨損污染物、機(jī)油污染物、燃油污染物及重金屬等。因此，場段用地的污染物較其他用地更為復(fù)雜。根據(jù)場段平面布局中不同功能區(qū)的匯水特征，可將場段用地分為以下4種類型。

1)綜合辦公區(qū):該區(qū)域內(nèi)的建筑主要包括各類辦公建筑、維修建筑及附屬用房等，該類污染物較小，匯水面為屋頂界面，面積大且較為集中;綠地主要為附屬綠地、防護(hù)綠地及廣場用地。

2)庫區(qū):該區(qū)域內(nèi)主要為廠房式建筑，其占地和屋頂面積均較大，建筑高度一般約為10 m，落水高差很大;運(yùn)用庫區(qū)域周邊綠地極少。

3)其他建筑及道路區(qū):該區(qū)域內(nèi)的建筑主要包括鍋爐房、調(diào)度室、值班室、門衛(wèi)處、變電所等，建筑分布較分散，占地面積較小;綠地主要分布在建筑附近為附屬綠地，面積較小;道路主要為硬質(zhì)鋪裝，面積較小。

4)股道區(qū):室外股道區(qū)由露天的車輛運(yùn)行線組成，其面積大、長度長，周邊多為綠地或硬質(zhì)鋪裝，和普通道路有很大區(qū)別，由鐵軌和碎石組成。

1.3 嚴(yán)寒地區(qū)基于海綿城市理念的地鐵場段可行性分析

1)基于海綿城市理念的地鐵場段的構(gòu)建是保證場段防內(nèi)澇的有效措施，同時(shí)又可有效改善場段內(nèi)的環(huán)境。

2)在場段建設(shè)中，原有的地面和植被均會(huì)被開挖與遷移，在工程后期進(jìn)行地面硬化和綠化布置時(shí)，采用符合海綿城市理念的措施和材料便可實(shí)現(xiàn)。

3)海綿城市系統(tǒng)所要求的各種材料、措施與技術(shù)均較為成熟，將其運(yùn)用于場段中，不會(huì)給工程投資、難度、工期帶來較大變化。

結(jié)合上述分析，基于海綿城市理念的地鐵場段建設(shè)是合理、可行的。

1.4 嚴(yán)寒地區(qū)基于海綿城市理念的地鐵場段含義

嚴(yán)寒地區(qū)基于海綿城市理念的地鐵場段是指，針對所處嚴(yán)寒地區(qū)場段的不同區(qū)域、不同建設(shè)階段，分別采用不同的措施;考慮充分利用現(xiàn)有的條件，在發(fā)揮綠化自然調(diào)蓄作用的同時(shí)，考慮接納部分軌行區(qū)的場地雨水，來完成場段內(nèi)雨水的截污-滯留-下滲-回用。

1.5 基于海綿城市理念的地鐵場段與普通場段的主要異同點(diǎn)

1)基于海綿城市理念的地鐵場段與普通場段相比，在雨水處理方面，由傳統(tǒng)的匯集—外排，變?yōu)榱藚R集—凈化—滯留—下滲—回用—外排，力爭將雨水利用綠地、生物滯留設(shè)施、雨水回收設(shè)施等就地消納，削減被直接排放至市政管線系統(tǒng)內(nèi)的雨水，減輕市政雨水管網(wǎng)壓力。

2)通過生物滯留、雨水凈化等設(shè)施對雨水進(jìn)行處理，除補(bǔ)充地下水外，還可利用雨水作為綠化灌溉、道路清洗等日常非生活用水，以實(shí)現(xiàn)場段內(nèi)雨水的回收利用。

3)基于海綿城市理念的地鐵場段內(nèi)設(shè)置有大量的雨水滯留、徑流傳輸設(shè)施，此類設(shè)施可以削減徑流峰值、延緩峰值時(shí)間，有利于保證場段在遭遇短期強(qiáng)降雨時(shí)的安全，避免內(nèi)澇。

4)為保證有效匯集屋面雨水，基于海綿城市理念的地鐵場段均采用屋面進(jìn)行有組織排水;為保證地面徑流的有效匯集，采用植草溝而非排水溝。

5)基于海綿城市理念的地鐵場段內(nèi)的生物滯留設(shè)施、生物過濾設(shè)施可以對雨水內(nèi)的污染物進(jìn)行處理、過濾，有利于保證地下水的水質(zhì)，以及排向市政雨水管網(wǎng)內(nèi)的溢流雨水水質(zhì)。

總之，與普通場段相比，基于海綿城市理念的地鐵場段在綜合選取了多種低影響措施后，在雨水的就地消納、凈化、處理上具有更好的社會(huì)效益與生態(tài)效益。

2 嚴(yán)寒地區(qū)基于海綿城市理念的地鐵場段的設(shè)計(jì)原則

在基于海綿城市理念的地鐵場段的設(shè)計(jì)中，根據(jù)嚴(yán)寒地區(qū)的氣候特點(diǎn)，需基于低影響開發(fā)設(shè)計(jì)原則采用針對性的技術(shù)措施:①根據(jù)城市規(guī)劃的要求確定場段的雨水控制目標(biāo);②采用滲透、過濾、凈化、阻斷、引導(dǎo)等措施，促進(jìn)雨水的匯總、凈化、下滲，減少雨水的外排量。

其主要設(shè)計(jì)原則如下:

1)根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》，以及各地區(qū)發(fā)布的技術(shù)導(dǎo)則、總體與控制性詳細(xì)規(guī)劃，確定徑流控制目標(biāo)等各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn);

2)結(jié)合場段的場地特點(diǎn)及景觀需求，基于海綿城市理念有針對性地進(jìn)行場段設(shè)計(jì);

3)重視綠化的設(shè)置，在海綿城市理念的場段內(nèi)，綠地是最重要的組成部分，應(yīng)充分發(fā)揮綠地的自身特點(diǎn)，最大限度收納及凈化雨水;

4)盡可能設(shè)置下凹式室外綠地，采用透水材料鋪裝室外停車場的地面、道路、廣場，同時(shí)在可能的條件下設(shè)置雨水調(diào)蓄池，將儲(chǔ)存的雨水經(jīng)處理后用于日常綠化養(yǎng)護(hù)、道路除塵、車輛清洗等工作中。

3 嚴(yán)寒地區(qū)基于海綿城市理念的地鐵場段的設(shè)計(jì)策略

基于海綿城市理念的地鐵場段的相應(yīng)設(shè)施以生態(tài)化的地面設(shè)施為主，按布局方式不同分為分散型設(shè)施(如雨水花園、下沉式綠地等)和相對集中型設(shè)施(如滲透塘、濕塘等)。根據(jù)場段用地的特征以及綠地分布規(guī)律，建議按區(qū)域劃分布置分散型設(shè)施，有針對性地控制每個(gè)區(qū)域的徑流。相較于集中型設(shè)施，分散型設(shè)施的調(diào)蓄空間一般更小，在相同徑流總量控制目標(biāo)的情況下，所需面積大于集中型設(shè)施，需要更多的綠地空間。

3.1 地鐵場段不同階段的設(shè)計(jì)策略

在前期規(guī)劃研究階段，應(yīng)依據(jù)城市規(guī)劃的要求提出相應(yīng)的措施，以此確定地鐵場段的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在施工圖設(shè)計(jì)階段，應(yīng)對場段內(nèi)各個(gè)不同分區(qū)落實(shí)相應(yīng)的設(shè)計(jì)策略。

3.2 綠地、道路與停車位的設(shè)計(jì)策略

綠地、道路與停車位的設(shè)計(jì)策略如下:

1)場段內(nèi)廣場、機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車停車場、人行道、建筑物入口廣場，以及內(nèi)部道路均采用透水材料進(jìn)行路面鋪裝，廣場、人行道、停車場、人員活動(dòng)場地可分別選取透水混凝土、透水磚、嵌草磚、鵝卵石、砂石碎石進(jìn)行鋪裝，機(jī)動(dòng)車道可選取透水混凝土、透水瀝青路面。嵌草磚、透水磚適用于停車位的鋪裝［2］。

2)將場段內(nèi)的綠化帶與綠地均布置為低于周邊路面0.2 m左右的下沉式綠地，同時(shí)在下沉綠地內(nèi)設(shè)溢流口，在降雨量較大的情況下對無法容納的雨水進(jìn)行排放，溢流口頂部高出下沉式綠地0.1～0.2 m。下沉式綠地相對于其他區(qū)域再下凹0.1 m，使得路面及周邊綠地雨水首先流入下沉綠地。應(yīng)注意，當(dāng)有非透水鋪裝時(shí)，其周邊應(yīng)不再設(shè)置下沉式綠地，并在下沉式綠地與非透水鋪裝之間做防水處理，同時(shí)使用砂石、100 mm厚級(jí)配碎石作為非透水道路及其周邊綠化的換填土以防止道路發(fā)生凍害［3］。

3)停車場內(nèi)道路，以及廣場、停車場等周邊均設(shè)置植草溝(見圖1)。植草溝主要是在地表溝渠內(nèi)種植草與灌木或喬木，可以用于凈化、收集、下滲和排放雨水，也可用于其他雨水設(shè)施與排水管網(wǎng)的連接。植草溝深0.15～0.20 m，土方回填和換填時(shí)應(yīng)采用礫石層及砂層。為了防止雨水由道路流入植草溝時(shí)的沖蝕，可在靠近植草溝一側(cè)沿道路按照一定的間距設(shè)置路緣石。植草溝的出水處也需進(jìn)行防侵蝕保護(hù)，處理措施為在出水處鋪設(shè)卵石。

圖1 植草溝實(shí)景圖Fig.1 Actual diagram of grass planting ditch

4)為保證滲透效果，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行植物維護(hù)、除雜草。進(jìn)水口尺寸應(yīng)能滿足相應(yīng)面積的雨水匯集要求;還應(yīng)保證進(jìn)水口、溢流口處無植物或其他障礙物影響其暢通。

在植物的搭配上應(yīng)選擇耐淹、耐旱、耐污染、耐鹽堿、耐寒抗凍的本土植物。在嚴(yán)寒地區(qū)禾本科植物對雨水設(shè)置的各種要求也有較好的適應(yīng)性，可予以重點(diǎn)考慮［4］。

3.3 辦公與生活區(qū)的設(shè)計(jì)策略

辦公與生活區(qū)建筑密度相對于庫區(qū)而言較小，有較多室外場地。該區(qū)域主要為屋頂界面匯水，以及綠地周邊的地表徑流，包括周邊地表徑流及屋頂界面無組織排水。匯水區(qū)構(gòu)成復(fù)雜，地表污染物、頂界面污染物、生產(chǎn)用水污染物較多。該區(qū)域的設(shè)計(jì)策略如下:

3.3.1 屋面的設(shè)計(jì)策略

本區(qū)域內(nèi)屋面結(jié)構(gòu)主要為鋼筋混凝土現(xiàn)澆屋面，具有較好的承載力和防水性，為屋面綠化提供了充足的條件。研究表明，若屋頂綠化種植基質(zhì)層厚度為10 cm，則屋頂綠化能承載的日降雨量為19.14 mm;若屋頂綠化種植基質(zhì)層厚度為30 cm，對應(yīng)承載的日降雨量為31.9 mm［5］。

受屋頂承載力和成本的限制，需要選擇根系較淺的植物，同時(shí)所選擇的植物需要有抗風(fēng)性。為了減少日常維護(hù)管理，生命力強(qiáng)、抗旱的植物適用于屋頂綠化。圖2為屋頂綠化實(shí)景之一。

圖2 屋頂綠化實(shí)景圖Fig.2 Actual diagram of roof greening

3.3.2 樓旁綠地的設(shè)計(jì)策略

樓旁綠地應(yīng)以下沉式的植草與灌木為主。通常的做法為:在建筑與周邊的下沉式綠地、植草排水溝間采用雨水?dāng)嘟哟胧?，通過滲透、儲(chǔ)存等措施以阻斷地面徑流的連續(xù)性，使雨水不至于直接流入周邊的綠地、植草排水溝中，控制徑流量，形成將雨水由屋面引導(dǎo)至下沉綠地、植草排水溝等地面生態(tài)系統(tǒng)。雨水?dāng)嘟哟胧┤鐖D3。

圖3 雨水?dāng)嘟哟胧〧ig.3 Rainwater disconnection measures

3.3.3 公共綠地的設(shè)計(jì)策略

公共綠地作為段內(nèi)工作人員在非值班期間的休閑娛樂活動(dòng)的場所，其設(shè)計(jì)手法較為多樣，重點(diǎn)應(yīng)注意該區(qū)域植物、水體的設(shè)置。

公共綠地除要使其高度低于周邊道路外，其內(nèi)部不宜過于平整，應(yīng)有局部的下凹和凸起，在進(jìn)行不同植物搭配時(shí)應(yīng)采用喬木、灌木、草構(gòu)成高低搭配的垂直綠化系統(tǒng)。

由于蒸發(fā)量大于降水量、封閉水體自凈能力低、冬季嚴(yán)寒且封凍周期長、氣候干燥等自然因素的制約，導(dǎo)致嚴(yán)寒地區(qū)的水景維護(hù)成本較高。因此，不建議在嚴(yán)寒地區(qū)的場段設(shè)計(jì)中布置水體景觀。

3.3.4 其他場地

在辦公與生活區(qū)內(nèi)往往還設(shè)置有籃球場、羽毛球場等室外活動(dòng)場地。這類場地應(yīng)采用透水混凝土、透水磚、嵌草磚、鵝卵石及砂石碎石等進(jìn)行鋪裝。

3.4 庫區(qū)的設(shè)計(jì)策略

由于庫區(qū)占地大、整體屋面面積較大，因此對場段內(nèi)低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的構(gòu)建至關(guān)重要。庫區(qū)基本都采用屋頂界面匯水。庫區(qū)的設(shè)計(jì)策略如下:

3.4.1 庫區(qū)屋面的設(shè)計(jì)策略

庫區(qū)建筑屋面材料多為金屬屋面或輕型屋面板，承載力和防水性較弱，因此，屋面綠化措施不適用于庫區(qū)的建筑屋面處理。

3.4.2 庫區(qū)綠化與道路的設(shè)計(jì)策略

庫區(qū)景觀需求性不強(qiáng)，往往僅對庫邊與車道之間的區(qū)域進(jìn)行簡單綠化，一般不設(shè)置成規(guī)模的公共綠地。庫區(qū)道路使用透水瀝青或透水混凝土路面進(jìn)行鋪裝。在設(shè)置庫區(qū)綠化時(shí)將綠化帶設(shè)置為下沉綠地，將排水溝設(shè)置為植草溝;在建筑與周邊的下沉式綠地、植草排水溝之間采用雨水?dāng)嘟哟胧?，雨水流至地面后首先流入雨水?dāng)嘟釉O(shè)施內(nèi)，這樣雨水不至于直接流入周邊區(qū)域中，通過該措施最終可將屋面雨水引導(dǎo)至周邊地面生態(tài)系統(tǒng)中。為保證水面低于路面，在下沉式綠地內(nèi)應(yīng)設(shè)溢流口、排水溝，并將其與場段內(nèi)的排水系統(tǒng)連接。

庫區(qū)綠化為僅限于車道與建筑之間的綠化帶，為保證消防撲救要求，主要采用植草和灌木等措施。

為避免庫內(nèi)地面沉降，在綠地、滲溝靠近建筑物的一側(cè)，應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)措施使更多的雨水下滲，避免對庫區(qū)建筑和軌道造成破壞。

3.5 軌行區(qū)的設(shè)計(jì)策略

室外股道污染物主要為燃油燃燒污染物、重金屬、輪胎磨損物、懸浮固體等。地表污染物主要為燃油燃燒污染物和重金屬、砂礫、泥土和顆粒物、輪胎磨損物、潤滑油、融雪劑、農(nóng)藥等。

軌行區(qū)主要由股道區(qū)、股道兩側(cè)的綠化區(qū)組成，應(yīng)根據(jù)3個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)和性質(zhì)分別采取不同的措施。

3.5.1 股道區(qū)

場段內(nèi)的股道區(qū)連接著庫區(qū)與正線，早發(fā)車、晚收車，股道區(qū)道岔多、彎道多，對地表沉降要求高，故此處應(yīng)重點(diǎn)考慮快速匯水、排水，保證列車行駛安全。股道區(qū)雨水地面采用不透水硬化處理，將雨水匯集后通過排水明溝排向周邊的綠化區(qū)。

3.5.2 股道周邊綠化區(qū)

股道區(qū)地面有較多污染物，在股道周邊的綠化區(qū)內(nèi)，應(yīng)通過植物、土壤和微生物系統(tǒng)凈化雨水。因此，將股道周邊的綠化區(qū)設(shè)置為雨水滯留設(shè)施，將道路周邊設(shè)置植草溝，路面采用透水鋪裝。

雨水滯留設(shè)施中的水量與降雨關(guān)系密切，在非降雨期間幾乎是干燥的，配置的植物應(yīng)根系發(fā)達(dá)、能抗污染、耐水、耐旱、抗凍［6］。應(yīng)定期維護(hù)雨水滯留設(shè)施以免使其滲透能力下降，降低污染物滯留處理效果。在雨水滯留設(shè)施中設(shè)置溢流口，保證上下游排水系統(tǒng)的順暢，及時(shí)將超標(biāo)雨水盡快排入市政管網(wǎng)，避免場地內(nèi)澇。

4 結(jié)語

海綿城市體系在地鐵場段中以非點(diǎn)源水質(zhì)污染控制及雨水資源化利用為主要目標(biāo)，同時(shí)還可以輔助城市排水系統(tǒng)解決雨洪問題，以發(fā)揮區(qū)域內(nèi)水循環(huán)的更大潛力。反之該體系也會(huì)影響整個(gè)城市的海綿城市體系規(guī)劃，因此，應(yīng)努力使該體系更加完善、布局更加合理、效果更加明顯。在現(xiàn)有城市綠地的基礎(chǔ)上，根據(jù)場地的特征，科學(xué)合理地選擇建設(shè)用地范圍及其處理方式，在保證地鐵安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，最大限度地滿足雨水管理控制目標(biāo)。在海綿城市建設(shè)的浪潮下，理性認(rèn)知是推動(dòng)海綿城市體系建設(shè)的充分必要條件，因此，各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)協(xié)同發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)城市的可持續(xù)健康發(fā)展。

在嚴(yán)寒地區(qū)的地鐵場段進(jìn)行海綿城市體系建設(shè)仍然是個(gè)需要不斷探索完善的新課題。需綜合考慮各方面因素，因地制宜地選取經(jīng)濟(jì)、高效、合理的技術(shù)措施，改善場段水的收集排放系統(tǒng)，減少雨水初期徑流對城市水環(huán)境的污染，減緩雨水排放不暢給場段運(yùn)行帶來的不便和安全隱患，減少場段內(nèi)雨水外排，為地鐵工程帶來良好的環(huán)境、社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。