1 引言

目前, 海绵城市建设正如火如荼地开展, 其中针对既有建筑院落的海绵型改造是当前工作的重中之重。然而, 在建设与改造过程中发现, 既有建筑院落的海绵型改造进展不理想、存在问题较多, 突出集中在其硬化率较高、绿地率较低, 停车等各种功能性设施占地面积又较大, 实施海绵型改造的空间十分有限、难度很大。为此, 选择了问题较多、具有广泛代表性的聊城市军需路一号建筑庭院进行试点, 从改造内容的确定、方式的选择和体量的计算等三个方面进行了实践和剖析有效的改造途径, 总结经验, 以期对促进同类型海绵型改造提供帮助和参考。目前, 该工程现已全部建成运营, 效果良好, 实现了海绵城市要求和控制性指标。

2 项目概况

2.1 基本情况概要

聊城市2015年被评选为山东首批省海绵城市试点市, 全面启动了海绵城市建设与改造工作。经过山东省建设厅组织评审通过的《聊城市中心城区海绵城市建设实施方案》划定了两个试点区。一是东昌湖流域建设区, 范围囊括东昌西路以南、站前南路以东、柳园南路以西、南环路及滨河大道以北的区域, 总面积22平方公里;二是高新区建设区, 范围则囊括黄河路以南、东环路以西、光岳南路以东、南环路以北的区域, 总面积18平方公里;建设区域人口约为33万人, 总面积占城市建成区面积的28%。 聊城市军需路一号院落位于东昌湖流域, 院落呈长方形, 占地总面积约为9150平方米。主体建筑为坐北朝南的一座17层临街大楼, 占地1643.76平方米;楼北为广场, 面积2597平方米, 主要用于停车;楼南院落占地为3625.75平方米, 有管理用房、一座消防水池和自行车棚, 剩余不大的空间也全部为硬化地面, 主要用于停车, 庭院内只有南墙和北墙根栽植了一排乔木, 没有绿地;楼东和楼西也主要是硬质铺装地面。

2.2 存在的突出问题

楼体的屋面雨水通过雨水管全部径直落到地面, 再与所有地面雨水一同径流到东大门排到军需路, 最后由市政管网流到污水处理厂。可以说, 无论大小雨, 都是径直排掉, 院落内留不下一点雨水, 不但极大地加重了污水处理厂的负荷, 也完全不符合海绵城市的要求。该院落的问题比较集中, 实施海绵型改造存在储多困难, 具有广泛的代表性。 一是建筑楼体占地多, 庭院空间小。大楼的南院落占地总面积5269.51平方米, 除去大楼占地1643.76平方米, 楼南院落占地3625.75平方米, 其中有东侧门岗49平方米、西侧管理服务用房294.99平方米、一座206.12平方米消防水池和236.25平方米自行车棚 (长约37.65米, 宽约6.2米) , 其余部位全部为硬化地面, 也主要用于停车。 二是高档铺装多, 可改面积少。大楼北广场为高档的花岗岩铺装2297平方米, 只有560平方米损坏;大楼南院落内的西侧广场砖铺装质量也很好, 面积2129.75平方米, 只是东侧1496平米普通换砖有些损坏。如果全部进行改造将会造成极大的浪费, 这也不符合海绵城市的初衷, 还会造成不良的社会影响。所以, 这部分高档铺装必须予以保留, 只能在整体破损到一定程度确需改换时再进行海绵型改造, 这样可实施海绵型改造的就只有东部破损的1496平方米普通花砖和北广场560平方米的很少的地面, 共计2056平方米。 三是占用面积大, 绿化体量小。即使是可改造的东半部分也被自行车棚和停车位占据着, 而且还有面积206.12平方米的消防水池, 这是保障整个建筑正常运转和安全的必要设施, 是不可能丧失的, 否则将严重影响力大楼的实用功能。尤其是整个院落没有一点绿地, 只有几棵乔木, 基本没有对雨水的“吸纳”设施。

3 改造途径

3.1 改造部位

通过以上分析, 根据“因地制宜, 实事求是”的原则, 为了避免大拆大建造成浪费, 对于西半部分的高档花岗岩铺装要予以保留, 只是对庭院的东半部分进行海绵型改造, 这显然达不到海绵城市指标要求。为此, 必须开发利用楼顶以及楼体和墙体的边角、挖掘地下空间。对海绵效果较好的绿地建设, 也必须按照“见缝插绿, 见空补绿”的原则予以实施。

3.1.1 改造庭院地面

一是对东半部分破旧的铺装采用透水铺装予以改造。其中, 对自行车棚和停车位处采用嵌草砖进行铺装, 同时根据停车线合理栽植乔木, 形成林荫停车场。在铺装的边侧部位实施植草沟和下沉式绿地, 以滞流和降解雨水。为将院内雨水尽可能多地截留下来, 也有利于减轻市政管网负担, 在新旧铺装的边界处和大门口等部位埋设四道线性流水槽和上置不锈钢格栅, 以便沿着雨水径流的方向分梯次截留雨水并输送入到雨水花园或蓄水池, 使之成为雨水的主要排放和利用通道, 同时改造原来的化粪池管道, 实现雨污分流。二是设置高位花坛, 主要是沿着连绵的墙体、楼体设置, 充分利用边角空间。三是开辟下沉绿地和雨水花园, 主要设置在主楼和三层附楼之间闲置的空间, 在利用率较低的大楼东北角开辟收水、储水、渗水为一体的雨水花园。

3.1.2 开发楼顶和楼体空间

对楼顶进行防水检测和初步处理后, 上置一定厚度的种植土实施楼顶绿化。对于楼梯面散水在防水处理后, 设置高位花坛增加绿化并栽植爬墙虎等攀爬植物实施立体绿化。同时, 对落水管进行断接处理, 将楼顶雨水导入高位花坛, 使之得到利用和初步净化。

3.1.3 挖掘地下空间

因庭院面积的确太小, 而且绿量严重不足, 雨水泾流控制量十分有限, 不得不最大限度地利用现有资源以设置蓄水设施。院内场地主要用来停车, 每天过往停放车辆较多、载重较大, 对蓄水模块受力变形极为不利, 为此把蓄水模块埋放在了东南部的自行车棚下方。楼北广场也是如此, 在距离楼体较远的雨水花园下设置一处钢筋混凝土蓄水池。

3.2 改造方式

该工程优先利用透水路面、植草沟、下沉式绿地等“绿色”措施, 采取路面排水与地下排水相结合的方式, 实现雨水的“管控和利用”。

3.2.1 地面铺装

本项目主要采用了透水砖铺装。首先, 拆除原有铺装, 用压路机夯实最下层的素土达到规定压实度, 保证不沉陷。之后, 摊铺级配碎石:素土上面为300mm厚的级配碎石, 碎石用大小不同的石子均匀掺合而成, 保证透水效果, 在碎石中南北方向和东西方向各安装了直径为50mm的PVC渗盲管, 方便雨水通过渗盲管进入到蓄水模块中。再后, 于碎石上面铺设200mm厚的透水混凝土, 保证雨水能够很好地下渗, 在透水混凝土上面铺设一层土工布对雨水起到过滤的作用。最后, 以30mm厚的中砂结合层进行铺装最上面的65mm厚的透水砖或嵌草砖。

3.2.2 绿地

包括植草沟、下沉绿地、雨水花园、鹅卵石树池。 一是植草沟。在军需南路2.5米人行道的东侧设置了一条约170米长、约1米宽的植草沟渠, 沟渠最低点的标高为-500mm, 栽植耐旱的水生植物。雨水通过植草沟灌溉其中的植物, 也可流入到北侧的下沉式绿地中收集待利用。 二是下沉式绿地。按照园林艺术的手法, 将下沉式绿地等绿化带做成自然浅碟形, 其中心高程低于两边路面600mm, 以使汇聚的雨水能充分汇集到中心绿化内自然下渗或储存, 补充地下水。绿地周围平缓放坡, 弧度要流畅。绿地中心栽植的苗木既要耐旱又要耐涝。 三是雨水花园。在园林绿地中种有树木或灌木的低洼区域, 由树皮或地被植物作为覆盖, 设置生物滞留区域, 通过雨水滞留、下渗降低暴雨地表径流的洪峰, 还可通过吸附、降解、离子交换和挥发等过程减少污染, 实现生态可持续的雨洪控制和雨水利用设施。雨水花园中的低洼部分栽植了麦冬, 在中间坡度的地方栽植紫薇、靠近路面栽植石楠球、其他全部铺设草皮。雨水花园溢流井的高程与绿地设计蓄水高程相同, 并低于蓄水池检查井高程, 使雨水花园能存留一定深度的雨水, 不至于都顺势流走。 四是鹅卵石树池。在乔木根部有空间的地方设置鹅卵石树池。树穴池高程与周围铺装面一致, 使雨水可顺利流入树穴。通过鹅卵石下层的细沙对雨水进行初级过滤, 渗入地下, 补充苗木所需的水资源。

3.2.3 楼顶绿化

首先, 对楼面结构负荷进行验算, 发现原来有一定负荷的富余度, 满足种植土厚度要求。再结合“老旧房屋改造”对楼顶进行防水处理, 分层放入种植土, 实施佛甲草等绿化。

3.2.4 高位花坛和立体绿化

首先, 对墙体和散水进行防水处理, 再围绕建筑和院墙砌筑与散水同宽的混凝土池壁形成依墙而建的环状高位花坛, 把雨水管断导入高位花坛内。放入种植土, 实施立化栽植, 种植爬墙虎、五叶地锦等攀爬植物实施绿体绿化。

3.2.5 蓄水设施

一是蓄水模块。蓄水模块是一种不占用地上空间的一种储水的新型产品, 安装简单快捷, 在施工中配合不透水的土工布和挡板, 结构内安装好进出水管和检查井即可完成蓄水模块的拼装。本项目中蓄水模块安装在院内自行车车棚下面, 长11米, 蓄水容积为90立方;挖好基坑后先用C20混凝土打100mm厚垫层, 然后在垫层上面再做200mm厚的钢筋混凝土底板保证蓄水模块的基础。溢流管控制好标高, 能使蓄水模块满溢之后顺利通过溢流井连接的管子进入市政管网。 二是钢筋混凝土蓄水池。本项目中在军需路与东昌路交叉口的西南方向建设了一处长13米, 宽2米, 容积约为70立方的钢筋混凝土蓄水池, 此蓄水池设置在雨水花园草坪的下方;在下雨的过程中雨水通过线性排水沟流入到雨水花园中, 一方面可以灌溉雨水花园中的植物, 另一方面把多余的雨水收集到蓄水池中方便下次利用。

4 改造体量

要通过以上设置方式, 实现海绵型规划目标要求, 必须综合考虑透水铺装、楼体绿化等改造措施的调蓄功能和科学量定蓄水容积。

4.1 径流控制目标

根据国家《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建 (试行) 》。年经流总量控制率分布图, 聊城属于IV区年径流控制率为70%。《山东省人民政府办公厅关于贯彻国办发[2015]75号文件推进海绵城市建设的实施意见》 (鲁政办发[2016]5号) 要求聊城年经流控制率目标值为75%。据此编制的《聊城市中心城区海绵城市专项规划》将中心城区划分为41个分区对年径流控制量进行了进一步分解, 该庭院所在的第25分区的年径流控制率目标值为79%。根据对聊城30年降雨资料统计出来的《聊城年径流控制率与设计降雨量对应关系图》可知该庭院对应的设计降雨量不小于35.2mm, 目标径流系数0.61。

4.2 改造后径流系数

本工程的地块面积9150m², 其中包括主楼、副楼、车库及杂物间、门卫等在内的建筑投影面积共2261m²;中心高位花坛、楼前后绿化及围墙绿化在内的绿化面积共1993m²;其他为硬化地面, 面积共4896m²。改造前庭院综合径流系数为0.70。 本次改造实现透水铺装面积2056m², 屋顶绿化1312.37m², 改造后庭院综合径流系数为0.46 (见表1) , 小于目标径流系数0.61。 表1 改造后雨量径流系数计算 下载原表

4.3 改造后所需调蓄总量

根据年径流总量控制率所对应的设计降雨量 (9150m²) 及改造后的综合径流系数 (0.46) , 进而计算出该院落的整体目标控制径流总量为148.6m³。

4.4 需建蓄水池的容量

该院落的透水铺装面积2056m²、绿化1993m²及楼顶绿化1312.37m²可实现的径流控制量, 已包含在改造后降低的径流系数影响中, 不再单独考虑这些设施调蓄量。为此, 改造后所需148.6m³调蓄总量只能通过增建蓄水设施来实现。据此, 分别建设了70m³的蓄水模块和78.6m³的钢筋混凝土水池, 本项目完全实现了海绵城市控制目标。

5 改造策略

5.1 因地制宜选内容

既有建筑小区普遍存在铺装体量大、占用多, 可改造面积不大、部位不多的问题。而且, 有的在进行老旧小区改造、光纤入户、墙体节能改造时, 一并改造了一定部位的地面和排水等项目, 在进行海绵型改造时, 一定要结合现场实际, 因地制宜地选定可改造部位和内容, 适改则改、需改则改;切忌采取极端的教条主义方式进行“一刀切”, 对于刚刚改造的部位再推倒重来, 大拆大建, 造成严重的浪费。本工程对于所有的花岗岩铺装进行了保留, 只是对南院落较差的普通花砖地面进行了改造, 但是对于空闲的消防水池、散水和楼根、墙角和附楼顶全部实施了改造, 在实现海绵指标的同时, 还增加增加了绿化面积。

5.2 因势利导选方式

既有院落的建设形式和现实情况千差万别, 在选择各种“渗滞蓄净用排”的海绵型改造措施时, 一定要因势利导, 适用则用、宜用则用;切记采取机械的“拿来主义”方式把全部改造措施都照搬全用, 用尽用了, 摆花架子。 本项目根据院落空间很小的实际, 适地适策地选用了楼根墙角绿地、高位花坛以及蓄水模块、水池等措施, 在没有影响地面原有使用功能的情况下, 不但实现了原以为无法实施的海绵型改造, 而且该庭院年径流控制率达到了79%, 远超过了国家70%的要求。

5.3 因果分析算体量

实施海绵型改造是一项民生工程, 也是一项当前备受关注的城市防涝减灾的重要举措。在进行海绵型改造时, 一定要实事求是, 既要讲成效, 也要考虑投资, 无论对楼顶绿化的负荷, 还是蓄水设施的体量等都要进行科学的检测和严密的计算, 要追求以最适用的方式、最切合实际的内容和最小的投资, 实现最优化海绵型改造成果, 切不可好大喜功, 无限制地追大求强。 本工程选择实施的海绵型措施都是根据现场实际选择的, 改造部位不多、体量不大, 投资也不多。经过近一年的考验, 整体效果达到了预期的海绵城市规划目标。

6 结语

本文通过聊城市军需路一号院落的海绵型改造的具体实践, 分析了存在的可改造空间不足等突出问题, 探讨了实施改造的有效途径, 总结了一定的经验。但也仅仅局限于布局比较简单的院落, 下一步将拓展到既有建筑小区进行深入研究。同时, 针对既有建筑小区实施海绵型改造空间部位不足、改造措施无立足之地的问题, 就如何开拓既有空间、挖掘地下空间, 进行集约化改造设计的研究, 十分必要, 更有价值。