湯瑋 韓童威

中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司 湖北 武漢 430014

引言

我國水資源相對短缺且南北分布嚴(yán)重不均，城市的快速擴(kuò)張破壞了原有的水生態(tài)，地面的硬化導(dǎo)致城市內(nèi)澇和熱島效應(yīng)明顯[1]。如今，我國多個(gè)城市均發(fā)生過因雨水過多導(dǎo)致的城市內(nèi)澇、水處理壓力嚴(yán)重超限、居民出行困難等現(xiàn)象[2]。究其原因，在降雨天氣中因?yàn)槿鄙倬G植和池塘的蓄水和消納作用，近七層的城市降水形成徑流被直接排放至市政雨水管道，導(dǎo)致城市內(nèi)澇嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境惡化[3]。

為了解決我國城市發(fā)展出現(xiàn)的問題，近十年來海綿城市的理念廣泛應(yīng)用于城市的建設(shè)中。建設(shè)海綿城市的最終目的是實(shí)現(xiàn)彈性吸收和利用雨水，具體來講就是通過構(gòu)建“海綿體”與現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合，增強(qiáng)對雨水的消納能力[4-5]。其中綠色屋頂作為城市“海綿體”的重要組成部分，憑借其不擠占原有城市空間、具備較好的觀賞性和蓄水能力較強(qiáng)的優(yōu)勢，已經(jīng)在我國多個(gè)試點(diǎn)城市取得了良好的生態(tài)環(huán)境效益[6]。為了更科學(xué)地進(jìn)行海綿城市的建設(shè)，本文選擇綠色屋頂為研究的切入點(diǎn)，研究海綿城市的基本理論和技術(shù)路徑，綠色屋頂?shù)木唧w構(gòu)造和作用機(jī)理，結(jié)合具體的案例探究綠色屋頂?shù)木唧w實(shí)施方案，初步估算相應(yīng)的生態(tài)效益，以期推動(dòng)海綿城市理論下的綠色屋頂?shù)慕ㄔO(shè)。

1 海綿城市

海綿城市理論是以水科學(xué)和生態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)，利用水循環(huán)和水生態(tài)系統(tǒng)的理論，將城市建設(shè)成為像海綿一樣，通過吸收、凈化、蓄積雨水，將城市納入到自然界水循環(huán)的過程中，實(shí)現(xiàn)對雨水的生態(tài)處理，讓城市的環(huán)境更貼近自然，讓雨水緩慢的釋放，降低雨水引發(fā)的自然災(zāi)害。

圖1 海綿城市的概念圖

1.1 海綿城市建設(shè)的基本路徑

由于城市面積較大，海綿城市的建設(shè)需要在不同層面和不同區(qū)域針對性的建設(shè)海綿體，實(shí)現(xiàn)不同的功能，實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)效果的最大生態(tài)和環(huán)境效益。根據(jù)海綿體的建設(shè)范圍一般可以分為：區(qū)域和城市層面、基礎(chǔ)設(shè)施層面、社區(qū)層面，三個(gè)層面相互作用、循環(huán)結(jié)合，形成水循環(huán)的良好閉環(huán)，更好地利用自然雨水，實(shí)現(xiàn)水生態(tài)的修復(fù)。海綿城市的建設(shè)途徑，如圖2所示。

圖2 海綿城市建設(shè)的基本路徑

海綿城市建設(shè)中（如圖2所示），區(qū)域和城市層面的建設(shè)主要針對該區(qū)域內(nèi)的河道、湖泊、農(nóng)田等能占地和影響面積較大的“海綿體”進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃和修復(fù)，實(shí)現(xiàn)對雨水的調(diào)蓄和匯聚；市政基礎(chǔ)設(shè)施層面的建設(shè)是通過結(jié)合綠色基礎(chǔ)設(shè)施如：綠地、樹木和灰色基礎(chǔ)設(shè)施，如：馬路、人行道等形成完善的雨水設(shè)施吸納、儲(chǔ)存、傳輸和凈化的體系；社區(qū)層面是海綿城市建設(shè)的微觀區(qū)域，應(yīng)通過利于該區(qū)域建筑的立面和頂面，消減落入城市的雨水量，減少因人為因素對自然的干預(yù)程度。

1.2 海綿城市建設(shè)的應(yīng)用技術(shù)

如今興起的海綿城市建設(shè)的技術(shù)路徑是采用低影響開發(fā)技術(shù)，即采用對自然界影響較小的建筑方法和技術(shù)構(gòu)建若干個(gè)“海綿體”，實(shí)現(xiàn)對雨水的消納和處理，常用的技術(shù)及應(yīng)用場合如表1所示。

表1 低影響開發(fā)技術(shù)的類型和應(yīng)用場合

2 綠色屋頂

綠色屋頂就是對建筑的屋頂或其他區(qū)域進(jìn)行人工改造，進(jìn)行綠化處理后合理的種植植物。由于場地的特殊性，對種植植物的類型和面積帶來了諸多限制因素。根據(jù)屋頂植被的種類和種植基層的深度，可以將綠色屋頂分為簡單式綠色屋頂和花園式綠色屋頂，兩者對基層的厚度和屋頂?shù)妮d荷要求差異很大。

2.1 構(gòu)造層次

綠色屋頂從基層的組成上來說一般分為6個(gè)層次，每一層具有不同的功能和技術(shù)要求，層次由上到下，具體的功能和技術(shù)要求如表2所示。

表2 綠色屋頂?shù)臉?gòu)造層次

2.2 綠色屋頂?shù)淖饔脵C(jī)理

綠色屋頂是針對建筑屋面的一個(gè)重要的吸水技術(shù)手段，綠色屋頂對海綿城市的作用機(jī)理主要分為減小徑流總量和凈化徑流水質(zhì)兩個(gè)方面。屋頂對減少雨水的徑流量主要是通過對雨水進(jìn)行消納處理，多層次的吸水，以減少排入城市雨水管道的體量，影響雨水徑流量的因素主要包括：屋頂?shù)钠露?，坡度越大雨水的徑流系?shù)越高；綠地面積越大吸收面越大；基層厚度越厚存儲(chǔ)的雨水越多。雨水是一種易于獲取的水資源，直接排入管道難免有些浪費(fèi)，綠色屋頂可以將雨水中的硫化物、重金屬和具有腐蝕性的其他物質(zhì)進(jìn)行過濾后排出，雨水即可轉(zhuǎn)化為可以循環(huán)使用的水資源。作為自然的凈化器也不占用額外的城市資源和空間。

3 案例分析

A項(xiàng)目位于城市高新開發(fā)區(qū)，也是該城市綠色屋頂建設(shè)的試點(diǎn)項(xiàng)目。該項(xiàng)目以多層辦公和工業(yè)生產(chǎn)廠房為主，該項(xiàng)目運(yùn)用海綿城市的發(fā)展理念，構(gòu)建了以綠色屋頂為主要組成部分的雨水生態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。樓頂植被選擇綠地和小型灌木，建設(shè)了一個(gè)簡單式的綠色屋頂，配合環(huán)形曲折步道，步道采用磚石和木材等材料。

3.1 海綿技術(shù)的應(yīng)用

項(xiàng)目綠色屋頂?shù)臉?gòu)造如圖3所示，頂部的構(gòu)造從上到下為：植被層、基質(zhì)層、過濾層、找平層、防穿刺層、防水層、地下的頂板。雨水落入綠色屋頂后，首先經(jīng)過屋頂植被的吸收和消納后，一部分進(jìn)入到基質(zhì)層儲(chǔ)存，未能儲(chǔ)存的水分匯流至屋頂?shù)呐潘疁?，通過排水溝再流入建筑周邊的綠地再進(jìn)一步的經(jīng)過綠植層。園區(qū)內(nèi)的雨水通過透水鋪裝匯流至道路兩側(cè)的碎石溝和植草溝，最終匯集到園區(qū)內(nèi)的雨水塘，雨水塘的調(diào)蓄深度設(shè)計(jì)為300mm，達(dá)到水位的上限后，雨水溢流至市政雨水管網(wǎng)。

圖3 綠色屋頂?shù)臉?gòu)造

本著生態(tài)發(fā)展的理念，本項(xiàng)目的植物培養(yǎng)基質(zhì)采用玉米和小麥秸稈配比自然土壤和人工材料培養(yǎng)種植基質(zhì)。在蓄水材料的選擇方面，選擇環(huán)保的多孔巖和火山巖，該材料具有重量輕盈，材料環(huán)保，具有很好的滲水和蓄水能力?？梢悦黠@地降低樓面頂板的載荷量，保持建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

3.2 綠色屋頂?shù)慕亓粲晁?/h3>

根據(jù)其他項(xiàng)目的研究結(jié)果，簡單式的綠色屋頂對雨水的截留量約為20%，花園式的效果較為突出，截留量約為65%。本項(xiàng)目的綠色屋頂建設(shè)面積為2300m2，由于是簡單式的綠色屋頂，經(jīng)計(jì)算可以得到，屋頂對雨水的截留量為460m3。

4 結(jié)束語

綠色屋頂是海綿城市的重要組成部分，綠色屋頂是針對建筑屋面的一個(gè)重要的吸水技術(shù)手段，可以在不改變城市原有格局的前提下，對建筑的頂面進(jìn)行略微的改造后就可以實(shí)現(xiàn)“海綿體”的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對城市立體空間的二次低影響的挖掘和利用，已經(jīng)在我國多個(gè)城市取得了良好的應(yīng)用效果。本文結(jié)合具體的工程實(shí)例，就海綿城市的建設(shè)的基本路徑、綠色屋頂?shù)臉?gòu)成和作用機(jī)理進(jìn)行深入的研究，實(shí)踐證明綠色屋頂?shù)慕ㄔO(shè)可以有效實(shí)現(xiàn)對雨水的截留和消納。