通州文化馆和图书馆为北京市通州区海绵试点区工程, 具体位置如图1所示。文化馆和图书馆于2013年12月竣工, 总建筑面积约16 000 m², 总用地面积为9 759m², 建筑基底面积为3 281m², 建筑容积率为1.6, 绿化率30.9%, 建筑高度为49.5m。

通州文化馆和图书馆周一~周五开馆时间为8:30~17:00, 周六日开馆时间为8:30~17:30, 举行活动时人流量较大, 现有停车位不能满足需求。建筑周边为环形车行道兼做消防车道, 北侧和东侧为集中绿地, 南侧和西侧为条状绿地。建筑南侧有两处地面停车位和自行车停车位。

不同类型下垫面分布如图2所示, 其中北侧屋顶为9层楼, 南侧屋顶为6层楼, 坡度为1%。

(1) 屋面。主楼屋面四周为坡屋面钢结构, 大部分屋面不具备做屋顶绿化条件, 屋顶中间约有600m²为具备屋顶绿化条件的平屋面, 根据屋顶结构荷载情况, 设计为轻型绿化屋面形式。

(2) 铺装及停车位。建筑周围无人行道路, 其东北角处为铺装路面, 材质为普通烧结砖, 为不透水材质;建筑西南和东南角约有17个地面停车位, 现状为植草格停车位, 坡度较小、易积水。自行车停车位紧邻建筑南侧, 现状为植草砖, 透水性能较差。

(3) 绿地。车行路两侧的绿地与车行路以立道牙分隔, 道牙高出路面约20cm, 且绿地高于车行路, 不利于雨水进入绿地消纳及滞、蓄;北侧和东侧临运河远路的集中绿地高于路面, 不利于周边雨水进入。

(4) 道路。建筑周围设有环形消防车道, 车道宽度为4m, 车道面层为沥青道路, 基层和垫层均为不透水做法, 现状道路平整, 设计坡度合理, 路面保持完好。

不同下垫面对应的面积与径流系数见表1。

环形沥青道路较平整, 在北侧和东侧市政衔接处, 坡向市政道路, 场地比市政路高0.6~0.8m;文化馆与图书馆室内和室外高差以3~4步台阶接驳;东侧与运河园路相邻的绿地均采用缓坡, 绿地与市政人行路交界处设置0.3~0.4m立道牙;停车位设计标高高于环形车道, 雨水坡向道路;与环形车道相邻处的绿地略高于车道, 并通过路牙分隔。具体情况如图3所示。

根据测得的雨水管网资料和场地竖向分布, 整个区域分为3个排水分区, 如图4所示。西侧、北侧屋面和道路雨水排至西侧雨水支线1, 汇水面积为3 955.2m², 雨水以直排为主;东侧、南侧屋面和道路雨水排至东侧雨水支线2, 汇水面积为4 231.5m², 雨水以直排为主;北侧临市政路绿地为3号汇水分区, 汇水面积为1 572.3m², 雨水排至雨水支线1。

本项目参照《通州·北京城市副中心海绵城市建设试点实施计划 (2016~2018年) 》中年径流总量控制率84%以上、年径流污染物削减率40%以上和雨水资源利用率5%以上的建设目标, 且将《室外排水设计规范》 (GB 50014—2006, 2014年版) 、《雨水控制与利用工程设计规范》 (DB 11/685—2013) 、《城市雨水系统规划设计暴雨径流计算标准》 (DB11/T969—2013) 等作为主要设计依据。

根据《北京市海绵城市试点区域海绵城市建设目标任务书》, 该方案确定年径流总量控制率为75%, 设计降雨量为24 mm。年径流总量控制率对应设计降雨量详见表2。

城市径流污染物中悬浮物 (SS) 与其他污染物指标具有一定相关性, 一般采用SS作为径流污染物控制指标。年SS总量去除率=年径流总量控制率×低影响开发设施对SS的平均去除率。根据《北京市海绵城市试点区域海绵城市建设目标任务书》, 该方案确定径流污染物削减率为37.5%。

根据低影响开发雨水系统设计理念, 采用“渗、滞、蓄、净、用、排”的方式处理雨水。技术路线见图5。

按照通州区特点, 本项目以渗、滞为主, 结合环境整治和设会化功能需求增加自行车位、花园等, 采取的技术措施主要有绿化屋面、下凹式绿地、透水铺装、植草沟、生物滞留、植草格停车位等, 位置关系如图6a所示。其特点是从源头控制雨水进入管网的雨水量, 通过生态设施净化雨水达到减排目的。同时分散设置雨水调蓄设施, 在东侧植草沟下方设置PP模块雨水储存设施, 外包透水土工布, 流入调蓄设施的雨水在绿地内慢慢下渗直至完全腾空。雨水调蓄设施总容积约50 m³, 主要分布在西侧和东侧绿地, 做法如图6b所示。

文化馆和图书馆为公共建筑, 为了给馆内员工

及市民提供更丰富的休闲场所, 结合咖啡厅、读书吧等功能, 建议在6层平屋面区域设置具备休闲、娱乐功能的屋顶花园, 设置面积约600m²。做法及现场设施如图7所示。

下凹式绿地占总绿化面积约671.8m², 蓄水平均深度100mm, 总蓄水容积67.2m³。该设施均低于周边道路50mm, 种植土壤层厚度30cm。北侧仅对与道路衔接的集中绿地进行下凹改造, 做法如图8所示。

建筑北侧为人行休憩公园, 将其改造为透水铺装设施, 设置面积约276m²。人行区域雨水可通过透水铺装直接下渗, 多余雨水则排在周边下凹绿地中。做法如图9所示。

北侧人行铺装外侧与车行路东侧设置植草沟, 面积约129m²。主要收集人行道与行车道雨水, 将路面雨水口位置移至绿地植草沟内。部分雨水通过植草沟下的渗透管线渗入周边土壤, 未入渗的雨水转输到绿地内的雨水口排至雨水管网。做法及现场设施如图10所示。

东北侧的集中绿地布置生物滞留设施, 面积约50m², 平均下凹深度为30cm, 蓄水量为15m³。主要用于滞蓄周边绿地雨水, 同时将东侧植草沟的雨水引入该设施, 滞蓄东侧道路和绿地雨水。做法如图11所示。

现状植草格停车位部分存在破损的状况, 且部分车位存在积水现象, 土壤渗透系数差, 种植土裸露, 整体效果需提升。现对植草格停车位进行更新, 重新梳理排水坡向, 其改造面积约284 m², 做法及现场设施如图12所示。

由表3可知, 经改造后综合径流系数为0.557, 设计降雨厚度为24mm, 设计降雨量为:9 759×24/1 000=234.2 (m³) , 场地入渗量为:9 759×24× (1-0.557) /1 000=103.8 (m³) 。具体海绵设施调蓄水量见表4。

由表4可知, 总蓄水空间为236 m³, 已超过设计降雨控制量, 因此达到年径流总量控制率75%的要求, 收集的雨水可用于绿化浇灌、洗车、浇洒道路等, 成功实现对雨水的收集与回用, 节约了城市水资源, 提高雨水利用率。

由于低影响开发设施对SS的平均去除率约为60%, 年径流污染削减率为:75%×60%=45%, 超过本方案确定的径流污染物削减率37.5%, 达到建设要求, 成功实现净化城市雨水、提高排放水质目的。

该项目总投资约312万元, 通过对通州文化馆和图书馆的海绵改造, 可削减年径流总量234.2m³, 其他控制指标效果对比如表5所示。

在水环境效益方面, 通过低影响开发建设, 每年可削减COD入河量119kg (按年均大于2mm的降雨场次约35场雨/年, 初期雨水按2mm计算, COD含量为200mg/L) 。

在绿化屋面效益方面, 在净化空气、降低噪声的同时, 还可以对建筑屋面进行保温隔热, 降低能耗, 同时减少雨水径流, 控制外排。

在经济效益方面, 在减少硬化地面, 增加绿地面积的同时, 地上停车位数量增多, 节约投资。

通过北京市通州文化馆和图书馆的海绵化改造, 成功实现了源头控制理念, 并提高了对雨水的滞蓄、净化与回用能力, 年径流总量控制率达到75%, 年径流污染削减率达到45%, 同时环境、经济与社会效益也有了显著提高。按照《国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见》 (国办发[2015]75号) 要求, 2020年城市建成区要达到海绵要求, 已有的建筑小区改造要以项目的问题为导向, 设计方案时应对环境、道路、市政管线等问题具体分析并优先解决, 再征求居民意见加以分析, 将人们需求与环境改善相结合统筹规划设计, 可一举多得。