唐仁剛

（廣西方澤建筑設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司）

1 引言

本文采用文獻(xiàn)綜述和案例分析的方法，結(jié)合我國(guó)海綿城市的真實(shí)案例，在新型材料的應(yīng)用方面，透水鋪裝材料、滲透磚等透水材料的使用可以實(shí)現(xiàn)雨水的自然滲透和儲(chǔ)存，降低地表徑流，減少洪澇風(fēng)險(xiǎn)。高效保溫材料、自潔涂層等新型材料的應(yīng)用可以提高建筑物的能效性能和環(huán)境適應(yīng)性；而新型技術(shù)的應(yīng)用方面，傳感器技術(shù)的運(yùn)用可以實(shí)時(shí)感知降雨情況、水位變化和水質(zhì)狀況等關(guān)鍵參數(shù)，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和管理提供準(zhǔn)確信息。大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)的應(yīng)用可以?xún)?yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，提高水資源利用效率和系統(tǒng)性能。因此，基于新型材料和技術(shù)的海綿城市建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和策略能夠有效降低洪澇風(fēng)險(xiǎn)，提高水資源利用效率，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2 海綿城市建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮因素

2.1 水資源可持續(xù)性考慮

在海綿城市的背景下，保護(hù)和有效利用水資源對(duì)于城市的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。因此，給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要采取一系列措施來(lái)實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。設(shè)計(jì)中應(yīng)注重水資源的節(jié)約和回收利用，通過(guò)采用節(jié)水設(shè)備和技術(shù)，如低流量廁所、節(jié)水淋浴頭等，可以減少用水量并提高水資源利用效率；回收利用雨水、灰水和廢水也是重要的措施，通過(guò)處理和再利用這些水源，可以滿(mǎn)足非飲用水的需求，減輕對(duì)淡水資源的依賴(lài)。海綿城市建筑給排水系統(tǒng)應(yīng)該鼓勵(lì)雨水的自然滲透和滯留，通過(guò)綠色屋頂、雨水花園和濕地等手段，使雨水能夠回歸自然水循環(huán)，補(bǔ)充地下水資源，采用濕地處理、生物滯留池等自然處理技術(shù)可以有效去除水中的污染物，提高水質(zhì)[1]。此外，公眾參與和教育也是促進(jìn)水資源可持續(xù)性的重要手段。通過(guò)開(kāi)展公眾教育活動(dòng)，提高公眾對(duì)水資源的認(rèn)識(shí)和意識(shí)，推廣節(jié)水和回收利用的理念，形成節(jié)水環(huán)保意識(shí)，達(dá)到可持續(xù)利用水資源的目標(biāo)。

2.2 水質(zhì)管理和水處理技術(shù)

在海綿城市中，保護(hù)水體質(zhì)量、提高水資源利用效率和減少污染物排放對(duì)于城市的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)乃|(zhì)管理策略，如減少污染源的產(chǎn)生和控制，加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)估，制定和執(zhí)行水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管政策等，通過(guò)減少污染源的排放和控制，可以降低水體受到的污染程度，提高水質(zhì)。海綿城市的水質(zhì)管理設(shè)計(jì)中需要采取物理、化學(xué)和生物處理方法，以去除污染物和改善水質(zhì)。例如，采用沉淀、過(guò)濾、吸附、氧化還原和生物降解等技術(shù)可以有效去除懸浮物、溶解物和有機(jī)污染物，提高水體的凈化效果。在海綿城市中，雨水是一種寶貴的水資源。通過(guò)合適的雨水收集和處理技術(shù)，如雨水花園、雨水回用系統(tǒng)等，可以將雨水用于灌溉、景觀水體補(bǔ)給等非飲用用途，減少對(duì)地下水和自來(lái)水的需求，降低城市的水資源壓力。此外，設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮水處理過(guò)程的能源消耗和碳排放。選擇低能耗的水處理技術(shù)，如采用自然處理系統(tǒng)和低能耗的污水處理工藝，可以減少系統(tǒng)的能源消耗，降低對(duì)環(huán)境的不良影響[2]。

2.3 供水穩(wěn)定性和壓力管理

在海綿城市中，為了滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的供水需求，確保供水的可靠性和穩(wěn)定性至關(guān)重要，為了保證供水的穩(wěn)定性，應(yīng)采取措施減少供水中斷的風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)合理的供水網(wǎng)絡(luò)，避免單點(diǎn)故障，確保供水系統(tǒng)的冗余性和備份能力。同時(shí)，建立有效的應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，如備用供水設(shè)備和緊急修復(fù)計(jì)劃，以應(yīng)對(duì)突發(fā)事件和系統(tǒng)故障。合適的供水壓力管理對(duì)于維持系統(tǒng)正常運(yùn)行和降低水損失至關(guān)重要，可以避免水管爆裂、漏水和能源浪費(fèi)等問(wèn)題，采用壓力調(diào)節(jié)設(shè)備和技術(shù)，如調(diào)壓閥、壓力容器等，可以在不同供水需求和壓力波動(dòng)條件下，穩(wěn)定供水壓力，提高系統(tǒng)的可靠性和效率。還需要通過(guò)采用節(jié)水設(shè)備、灌溉管理和水資源回收利用等措施，減少供水量，降低系統(tǒng)壓力和負(fù)荷，提高供水的可持續(xù)性。

2.4 水量調(diào)控和洪水管理

給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以通過(guò)采用雨水收集系統(tǒng)、雨水花園、濕地等措施，將雨水引導(dǎo)和儲(chǔ)存起來(lái)，減少地表徑流，增加地下水補(bǔ)給，有助于平衡城市的水量循環(huán)，降低洪峰流量，改善城市的水文狀況。通過(guò)合理的雨水收集和蓄滯措施，如綠色屋頂、透水鋪裝等，可以減緩雨水流入排水系統(tǒng)的速度，降低系統(tǒng)的壓力，還可以采用雨水儲(chǔ)存池、調(diào)蓄池等設(shè)施來(lái)調(diào)節(jié)降雨過(guò)程中的水量，將水量平緩釋放，減少對(duì)排水系統(tǒng)的沖擊，降低洪水的發(fā)生概率。海綿城市給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要建立洪水預(yù)警系統(tǒng)，設(shè)置防洪設(shè)施，或進(jìn)行洪水調(diào)控工程，有效應(yīng)對(duì)洪水事件[3]。

3 新型材料在海綿城市建筑給排水系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)

3.1 新型材料的定義和分類(lèi)

海綿城市旨在通過(guò)模仿自然生態(tài)系統(tǒng)的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)雨水的自然滯留、滲透和利用，以減輕城市的洪澇風(fēng)險(xiǎn)、改善水資源管理并提高城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。新型材料在海綿城市建筑給排水系統(tǒng)中的應(yīng)用涉及一系列創(chuàng)新材料，這些材料的特性和性能使其成為有效改進(jìn)和優(yōu)化城市給排水系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。新型材料的定義十分廣泛，但總體而言，可以被視為以新穎的合成方法、材料結(jié)構(gòu)或功能為基礎(chǔ)的材料，與傳統(tǒng)材料相比，具有更高的效能和更廣泛的應(yīng)用前景，根據(jù)其性質(zhì)和用途，新型材料可以被分為多個(gè)分類(lèi)。其中一類(lèi)是具有優(yōu)異強(qiáng)度和耐久性的結(jié)構(gòu)材料，例如高強(qiáng)度混凝土、纖維增強(qiáng)聚合物和復(fù)合材料，這些材料可以增加建筑物的承載能力和抗災(zāi)能力。另一類(lèi)是具有優(yōu)異防水和隔熱性能的保護(hù)材料，例如防水涂料、高效保溫材料和環(huán)保屋頂材料，這些材料有助于減少水滲漏和能量損失，提高建筑物的能效性能。

3.2 新型材料在給排水系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)分析

在給水系統(tǒng)中，新型材料的應(yīng)用可以提高水資源的利用效率和供水的穩(wěn)定性，利用具有良好滲透性和水持久性的多孔介質(zhì)材料，如海綿城市中常用的海綿磚、滲透磚等，可以增加地下水的補(bǔ)給量，實(shí)現(xiàn)雨水的滲透和儲(chǔ)存，降低地表徑流的排放，從而減輕城市排水壓力。同時(shí)，新型材料也可以用于雨水收集與利用系統(tǒng)，例如具有高效過(guò)濾和分離功能的自清潔過(guò)濾器、高效儲(chǔ)水和分配的雨水收集模塊等，能夠?qū)崿F(xiàn)雨水的集中收集、凈化和再利用，滿(mǎn)足非飲用水的需求。

在排水系統(tǒng)中，新型材料的應(yīng)用有助于實(shí)現(xiàn)雨水的有效排放和治理，具有調(diào)控功能的雨水控制閥門(mén)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制的雨水調(diào)蓄池等，可以在雨水超過(guò)系統(tǒng)承載能力時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，減少雨洪對(duì)城市的影響。此外，新型材料還可以應(yīng)用于雨水污染的治理，例如具有吸附和催化功能的污染物過(guò)濾材料、光催化材料等，能夠有效降低雨水中的污染物含量，提高雨水的質(zhì)量。位于廣州的珠江新城CBD地區(qū)的海綿城市項(xiàng)目應(yīng)用了多種新型材料和技術(shù)，包括滲透磚、透水混凝土、生態(tài)屋頂、雨水花園等。通過(guò)在道路、廣場(chǎng)和建筑物周?chē)鷳?yīng)用滲透磚和透水混凝土，實(shí)現(xiàn)了雨水的自然滲透和儲(chǔ)存，減少了地表徑流的形成。生態(tài)屋頂和雨水花園則利用多種植被和吸附材料，凈化雨水并增加綠化面積，提高了城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。這些新型材料的應(yīng)用使得珠江新城CBD 地區(qū)的給排水系統(tǒng)更加可持續(xù)和適應(yīng)性強(qiáng)，有效減少了洪澇風(fēng)險(xiǎn)，提高了城市的水資源利用效率[4]。

4 新型技術(shù)在海綿城市建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)

4.1 新型技術(shù)的定義和分類(lèi)

新型技術(shù)在海綿城市建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用為構(gòu)建可持續(xù)的城市水資源管理提供了創(chuàng)新的途徑。新型技術(shù)可以被視為基于先進(jìn)科學(xué)和工程原理的創(chuàng)新工具和方法，以提高城市給排水系統(tǒng)的效率、靈活性和可持續(xù)性。傳感器技術(shù)通過(guò)部署各種類(lèi)型的傳感器，如水位傳感器、水質(zhì)傳感器、降雨傳感器等，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和收集與給排水系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)，提供關(guān)于水資源利用情況、水質(zhì)變化、降雨情況等方面的信息，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和管理決策提供科學(xué)依據(jù)。大數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)為海綿城市建筑給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)提供了更全面的視角，通過(guò)收集和整合大量的數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)分析和模型建立技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)性能的準(zhǔn)確評(píng)估和預(yù)測(cè)，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)[5]。

4.2 新型技術(shù)在給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)分析

智能感知和控制技術(shù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)和智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)感知城市的降雨情況、水位變化和水質(zhì)狀況等數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和管理決策提供準(zhǔn)確的信息基礎(chǔ)。例如，位于上海的“徐匯濱江海綿城市示范區(qū)”利用智能感知和控制技術(shù)建立了完善的雨水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)大量的降雨傳感器和監(jiān)測(cè)站點(diǎn)實(shí)時(shí)采集雨水?dāng)?shù)據(jù)，并通過(guò)云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和預(yù)測(cè)模型建立，實(shí)現(xiàn)了對(duì)雨水資源的精細(xì)管理和調(diào)控。此外，大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)在海綿城市給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用也取得了顯著的成果。通過(guò)收集、整合和分析大量的數(shù)據(jù)，如氣象數(shù)據(jù)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、建筑物用水?dāng)?shù)據(jù)等，可以通過(guò)建立數(shù)據(jù)模型和算法進(jìn)行系統(tǒng)性能評(píng)估、優(yōu)化和預(yù)測(cè)。例如，廣州海珠區(qū)“濱江東地塊”項(xiàng)目利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，結(jié)合多源數(shù)據(jù)，建立了基于GIS（地理信息系統(tǒng)）的海綿城市水系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)城市內(nèi)水資源的精確調(diào)度和分配，提高了城市水資源的利用效率和防洪能力。另一個(gè)新型技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域是智能控制系統(tǒng)，海綿城市給排水系統(tǒng)中的智能控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)控。例如，北京市朝陽(yáng)區(qū)“北京奧體中心區(qū)海綿城市示范項(xiàng)目”通過(guò)應(yīng)用智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)雨水調(diào)蓄池、滲濾池等設(shè)施的自動(dòng)化控制和運(yùn)行監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)化的閥門(mén)控制、水位監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)控，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)降雨情況和污水負(fù)荷實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的智能調(diào)控，確保系統(tǒng)的運(yùn)行效率和靈活性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜合來(lái)看，基于新型材料和技術(shù)的海綿城市建筑給排水系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)方法和策略為城市的可持續(xù)發(fā)展提供了重要的支持和保障。通過(guò)合理應(yīng)用新型材料和技術(shù)，結(jié)合城市規(guī)劃和管理目標(biāo)，可以實(shí)現(xiàn)海綿城市建筑給排水系統(tǒng)的高效運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展，這種綜合設(shè)計(jì)方法和策略在我國(guó)海綿城市建設(shè)案例中得到了驗(yàn)證，為未來(lái)海綿城市建設(shè)提供了重要的指導(dǎo)。