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摘 要： 为了研究海绵城市理念在建筑设计中的应用情况，本文结合某建筑项目，通过绿色屋顶、绿色景观、透水铺装、海绵材料选择，使海绵
城市理念与建筑设计实现有机融合，并利用 SWMM 汇流模型对设计效果进行验证。最终结果显示设计采取的海绵措施可以达到雨水径流削减要求，
满足设计要求。
关键词： 海绵城市；建筑设计；雨量综合径流系数；雨水调蓄容积
引言
传 统 建 筑 设 计 主 要 偏 重 建 筑 物 的 功 能 性 和 经 济 性 ， 而 未 考 虑 建 筑 物 的 环 保 性 和 节 能 性 。 但 在 海 绵 城 市 理 念 下 ， 环 保 和 节 能 逐
渐 成 为 建 筑 设 计 中 的 重 点 工 作 。 即 在 设 计 中 既 要 考 虑 建 筑 的 功 能 性 和 经 济 性 ， 也 要 重 视 通 过 应 用 透 水 铺 装 、 雨 水 渗 透 井 、 绿 化 屋
顶 等 海 绵 城 市 措 施 来 提 高 雨 水 存 储 和 利 用 能 力 ， 降 低 城 市 排 水 管 道 压 力 ， 提 高 城 市 水 循 环 效 率 ， 推 动 城 市 实 现 可 持 续 发 展 [ 1 ]。 鉴
于 此 ， 本 文 结 合 实 例 针 对 海 绵 城 市 理 念 下 的 建 筑 设 计 工 作 展 开 深 入 研 究 ， 具 有 重 要 的 现 实 意 义 。
1 工程概况
某 建 筑 项 目 总 占 地 面 积 为 6 9 1 5 1 m 2， 地 上 为 1 2 栋 高 层 住 宅 及 商 业 裙 楼 ， 地 下 为 2 层 ， 负 一 层 为 储 藏 室 及 设 备 用 房 ， 负 二 层
为 车 库 。
2 设计目标及取值
按 照 设 计 批 复 要 求 进 行 年 径 流 量 及 综 合 流 量 径 流 控 制 ， 具 体 来 说 ： 年 径 流 量 控 制 率 应 ≥ 7 5 % ， 综 合 流 量 径 流 系 数 应 ≤ 0 . 6 。
又 结 合 项 目 所 在 地 区 气 候 情 况 ，统 计 了 2 0 0 2 — 2 0 2 2 年 的 日 降 雨 量 ，并 按 日 降 雨 量 大 小 进 行 分 类 ，降 雨 2 m m 以 下 的 忽 略 不 计 。
然 后 根 据 统 计 结 果 及 年 径 流 总 量 控 制 率 要 求 确 定 此 次 设 计 的 降 雨 量 ， 具 体 见 表 1 。
表 1 年径流总量控制率对应日降雨量表
3 海绵城市理念下建筑设计
3.1 绿色屋面设计
该 项 目 中 所 有 的 建 筑 屋 面 均 采 取 绿 色 屋 顶 设 计 （ 图 1 ） ， 在 增 加 绿 化
面 积 的 同 时 ， 也 可 提 高 屋 面 雨 水 调 控 能 力 。 绿 色 屋 顶 自 下 往 上 依 次 为 建 筑
屋 顶 、 防 渗 漏 层 、 隔 根 层 、 保 湿 层 、 蓄 排 水 层 、 过 滤 层 、 种 植 层 、 植 被
层 。 其 中 植 被 层 主 要 是 种 植 冷 水 花 、 马 尼 拉 草 等 绿 植 ， 生 长 高 度 控 制 不 超
过 5 0 c m ， 以 便 降 低 植 物 对 屋 面 的 压 力 。 过 滤 层 选 用 土 工 布 过 滤 层 ， 在 确
保 植 被 及 土 壤 水 分 的 同 时 ， 也 可 以 对 渗 透 雨 水 进 行 净 化 。 蓄 排 水 层 以 厚 度
1 5 ~ 2 0 m m 的 凹 凸 型 排 水 板 及 蓄 水 板 组 成 ， 并 与 屋 顶 排 水 管 相 通 ， 可 及 时 使
渗 透 及 净 化 后 的 雨 水 通 过 屋 顶 排 水 管 流 入 建 筑 排 水 系 统 中 [ 2 ]。
3.2 绿地景观设计
根 据 项 目 现 场 情 况 ， 绿 色 景 观 设 计 主 要 包 括 雨 水 花 园 、 植 草 沟 、 渗 水
树 池 等 ， 充 分 利 用 有 限 的 面 积 进 行 景 观 绿 化 配 置 。 在 雨 水 花 园 植 被 层 上 面
设 计 了 厚 度 5 0 m m 的 蓄 水 层 ， 以 便 提 高 雨 水 收 集 效 率 ； 且 种 植 土 层 中 掺 有
2 0 % 细 沙 ， 孔 隙 率 为 3 0 % ， 而 透 水 层 下 面 设 计 有 厚 度 1 5 0 m m 的 砾 石 层 ， 可
加 快 雨 水 渗 透 。 蓄 水 层 的 水 景 与 乔 木 、 灌 木 相 互 呼 应 ， 这 样 既 能 保 证 雨 水
快 速 排 渗 ， 也 提 高 场 地 内 景 观 的 丰 富 性 。 同 时 ， 也 设 计 有 底 宽 0 . 5 m 、 深 度
1 . 5 m 、坡 度 1：3 的 植 草 沟 ，且 沟 上 面 设 置 有 绿 化 层 ，与 建 筑 排 水 系 统 相 通 ，
以 便 输 送 及 排 放 雨 水 。 渗 水 树 池 是 基 于 传 统 树 池 增 加 海 绵 措 施 ， 即 在 树 池
外 缘 铺 设 透 水 条 石 ，树 池 内 部 设 置 渗 水 净 化 层 ，以 便 及 时 收 集 树 池 周 围 雨 水 。
3.3 透水铺装设计
建 筑 场 地 内 除 了 消 防 通 道 及 机 动 车 道 等 要 求 必 须 硬 质 铺 装 面 层 外 ， 其
他 地 方 均 采 取 透 水 铺 装 ， 透 水 铺 装 主 要 包 括 有 广 场 透 水 景 观 、 广 场 透 水 道
路 及 景 观 停 车 透 水 铺 装 等 内 容 。 其 中 广 场 透 水 景 观 铺 筑 是 在 基 土 上 面 铺 设
透 水 层 ， 且 透 水 层 中 配 有 聚 氯 乙 烯 （ P V C ） 排 水 管 ， 地 面 使 用 透 水 面 层 进
行 铺 筑 。 广 场 透 水 道 路 是 在 路 基 上 铺 设 厚 度 2 0 0 m m 碎 石 垫 层 ， 再 铺 设 厚 度
海绵城市理念下的建筑设计研究
曲秉直 孙 婧 / 中国建筑设计研究院有限公司 北京 100000
摘 要： 为了研究海绵城市理念在建筑设计中的应用情况，本文结合某建筑项目，通过绿色屋顶、绿色景观、透水铺装、海绵材料选择，使海绵
城市理念与建筑设计实现有机融合，并利用 SWMM 汇流模型对设计效果进行验证。最终结果显示设计采取的海绵措施可以达到雨水径流削减要求，
满足设计要求。
关键词： 海绵城市；建筑设计；雨量综合径流系数；雨水调蓄容积
图 1 绿色屋顶设计示意图
图 2 道路透水铺装效果图
2023.12 | 29
建筑设计
6 0 m m 、 透 水 率 ≥ 2 . 5 m m / s 的 透 水 性 布 砖 ， 具 体 如 图 2 所 示 。 景 观 台 阶 使 用 透 水 混 凝 土 进 行 铺 筑 ， 景 观 停 车 使 用 透 水 铺 装 ， 这 样 多
种 措 施 并 行 ， 可 有 效 控 制 地 面 径 流 。
3.4 排蓄系统设计
为 了 实 现 雨 水 的 优 化 利 用 ， 在 建 筑 场 地 中 布 置 了 两 个 地 下 蓄 水 池 ， 用 来 存 储 各 分 区 经 过 渗 排 、 净 化 后 的 雨 水 ， 并 利 用 存 储 的
雨 水 进 行 绿 化 灌 溉 、 车 辆 冲 洗 、 厕 所 冲 洗 等 。 这 样 既 能 改 善 场 地 内 水 环 境 ， 也 能 满 足 建 筑 日 常 用 水 需 求 。 同 时 ， 考 虑 到 当 地 土 壤
渗 水 能 力 较 差 ， 建 筑 场 地 内 的 排 水 系 统 采 用 溢 流 式 雨 水 口 ， 使 渗 透 及 净 化 后 的 雨 水 可 以 通 过 渗 水 管 直 接 流 入 溢 流 式 雨 水 口 。 当 雨
水 溢 流 高 程 达 到 0 . 5 m 后 ，再 从 出 水 管 流 进 雨 水 管 道 中 ，最 终 经 区 域 雨 水 管 网 排 走 。这 样 可 以 实 现 排 渗 分 流 ，防 止 对 水 源 造 成 污 染 [ 3 ]。
3.5 海绵材料选择
海 绵 材 料 是 保 障 设 计 的 海 绵 措 施 达 到 预 期 效 果 的 关 键 。 此 次 设 计 中 涉 及 的 海 绵 材 料 有 很 多 种 ， 比 如 地 面 透 水 铺 装 中 主 要 使 用
了 透 水 混 凝 土 、 透 水 性 布 砖 、 景 观 透 水 铺 装 材 料 等 。 这 些 材 料 不 仅 透 水 性 好 ， 而 且 承 载 力 强 、 散 热 性 好 ， 可 以 在 有 效 控 制 地 面 径
流 及 调 节 地 下 水 源 的 同 时 ，有 效 减 缓 城 市 热 岛 效 应 。同 时 ，为 获 得 更 丰 富 的 色 彩 及 景 观 效 果 ，对 材 料 的 色 彩 进 行 精 选 及 科 学 搭 配 ，
提 高 整 体 的 美 观 性 。 渗 水 层 材 料 主 要 有 碎 石 、 砾 石 及 透 水 布 等 ， 这 些 材 料 使 用 中 需 重 点 控 制 材 料 的 孔 隙 率 及 含 泥 量 ， 确 保 雨 水 可
以 快 速 渗 透 ， 并 得 到 有 效 净 化 [ 4 ]。
4 模型计算
为 确 保 海 绵 设 计 科 学 性 及 合 理 性 ， 采 用 I n f o W o r k s I C M 建 立 了 该 项 目 的 水 力 模 型 ， 用 来 评 估 此 次 设 计 中 海 绵 措 施 的 雨 水 径 流
削 减 效 果 。
4.1 水力模型的建立
由 于 该 项 目 中 建 筑 平 面 布 置 是 由 多 个 单 元 并 列 复 制 而 成 ， 具 有 相 似 性 。 因 此 ， 选 取 其 中 两 栋 建 筑 及 相 配 套 L I D 设 施 构 成 海 绵
城 市 评 估 单 元 （ 图 3 ） ， 并 使 用 I n f o W o r k s I C M 建 立 相 应 的 水 力 模 型 （ 图 4 ） 。 如 果 选 定 单 元 的 降 雨 尽 量 可 以 满 足 控 制 要 求 ， 则 说
明 该 项 目 整 体 的 径 流 控 制 都 满 足 要 求 。
选 定 的 评 估 单 元 中 应 用 的 海 绵 城 市 措 施 主 要 有 透 水 铺 装 、 绿 色 屋 顶 、 绿 色 景 观 等 ， 并 针 对 这 些 海 绵 城 市 设 施 建 立 相 应 模 型 ，
如 图 5 所 示 。
4.2 计算方法及参数的确定
此 次 通 过 I n f o W o r k s I C M 软 件 建 立 的 雨 水 系 统 水 力 模 型 主 要 包 括 产 流 模 型 、汇 流 模 型 、管 道 水 力 计 算 模 型 及 S U D S（ L I D ）模 块 。
其 中 ， 产 汇 流 模 型 计 算 模 型 的 主 要 参 数 见 表 2 ， 并 以 此 来 评 价 雨 水 海 绵 设 施 的 效 果 。
表 2 产汇流模型主要计算参数表
此 次 水 力 模 型 建 立 过 程 中 ， 采 用 S W M M 非 线 性 水 库 法 建 立 汇 流 模 型 ， 并 根 据 项 目 实 际 用 地 性 质 及 模 型 要 求 ， 把 汇 流 表 面 设 置
成 透 水 平 整 表 面 （ 屋 面 ） 、 不 透 水 坑 洼 表 面 （ 硬 质 路 面 ） 和 透 水 坑 洼 表 面 （ 绿 地 ） 三 种 ， 并 结 合 设 计 图 纸 对 3 种 用 地 性 质 的 汇 水
表 面 建 立 相 应 模 型 ， 并 按 表 3 中 的 数 据 设 置 模 型 参 数 。
表 3 汇流表面模型划分及其参数设置
4.3 模型结果
根 据 当 地 海 绵 城 市 建 设 年 径 流 量 控 制 率 应 ≥ 7 5 % 的 要 求 ， 计 算 出 相 应 的 日 降 雨 径 流 控 制 量 值 为 2 1 . 3 m m 。 此 次 模 型 计 算 中 以
1 h 降 雨 均 匀 雨 型 当 作 评 估 降 雨 ， 对 设 计 的 海 绵 设 施 的 径 流 控 制 效 果 进 行 评 估 计 算 [ 5 ]， 具 体 结 果 如 图 6 所 示 。
图 3 选定的评估单元 图 4 评估单元的水力模型平面示意图 图 5 海绵设施模型示意图
30 | CHINA HOUSING FACILITIES
从 图 6 中 可 以 看 出 ， 未 设 海 绵 设 施 时 ， 均 匀 降 雨 下 单 元 出 口 管 道 径 流 量 峰 值 是 0 . 0 0 9 1 m 3/ s ， 且 降 雨 过 程 中 外 排 径 流 总 量 是
2 7 . 1 2 m 3。 同 时 ， 单 元 等 效 径 流 系 数 是 0 . 5 8 ， 与 地 块 实 际 评 价 径 流 系 数 接 近 。
而 没 有 海 绵 设 施 的 情 况 下 ， 相 同 降 雨 条 件 下 评 估 单 元 的 雨 水 排 放 峰 值 为 0 . 0 0 0 4 9 m 3/ s ， 外 排 径 流 总 量 是 0 . 9 m 3， 量 比 较 小 ， 可
以 忽 略 不 计 。 因 此 ， 该 海 绵 设 施 能 满 足 日 控 制 降 雨 2 1 . 3 m m 的 径 流 量 要 求 ， 符 合 设 计 要 求 。
同 时 ，为 了 评 估 设 计 的 海 绵 设 施 其 在 非 均 匀 降 雨 条 件 下 的 性 能 情 况 ，设 计 了 1 年 1 遇（ 3 h ）降 雨 量 为 5 6 . 5 m m 、2 年 1 遇（ 3 h ）
降 雨 量 6 9 . 7 m m 两 场 降 雨 ，并 利 用 芝 加 哥 雨 型 对 海 绵 设 施 性 能 进 行 评 估 。1 年 1 遇（ 3 h ）降 雨 的 径 流 量 变 化 曲 线 计 算 结 果 如 图 7 所 示；
径 流 量 计 算 结 果 见 表 4 。
表 4 1 年 1 遇径流量计算结果
从 图 7 及 表 4 中 可 知 ， 1 年 1 遇 降 雨 条 件 下 ， 海 绵 设 施 与 传 统 设 施 的 峰 值 径 流 削 减 率 为 4 8 . 9 % ， 外 排 径 流 总 量 削 减 了
7 4 . 3 % ， 而 且 所 评 估 单 元 海 绵 设 施 渗 排 、 滞 蓄 的 雨 水 量 等 于 是 控 制 了 一 场 4 1 . 9 m m 的 降 雨 ， 具 有 良 好 的 应 用 效 果 。
2 年 1 遇 （ 3 h ） 降 雨 条 件 下 海 绵 设 施 的 径 流 量 变 化 曲 线 如 图 8 所 示 ， 径 流 量 计 算 结 果 见 表 5 。
表 5 2 年 1 遇计算结果
从 图 8 及 表 5 中 可 知 ， 2 年 1 遇 （ 3 h ） 降 雨 条 件 下 ， 海 绵 设 施 与 传 统 设 施 的 峰 值 径 流 削 减 率 为 3 0 . 2 % ， 外 排 径 流 总 量 削 减 率
为 6 5 . 7 % ， 削 减 率 相 比 1 年 1 遇 （ 3 h ） 降 雨 均 有 所 下 降 。 这 是 因 为 海 绵 设 施 渗 透 速 率 有 限 ， 所 以 截 留 雨 水 量 增 加 也 比 较 有 限 。 而
且 所 评 估 单 元 海 绵 设 施 渗 排 、 滞 蓄 的 雨 水 量 等 于 是 控 制 了 一 场 4 5 . 8 m m 的 降 雨 ， 相 比 1 年 1 遇 （ 3 h ） 降 雨 有 所 提 高 。 两 场 降 雨 模
拟 试 验 证 明 了 此 次 设 计 的 海 绵 设 施 可 达 到 预 期 的 削 减 雨 水 径 流 的 效 果 ， 满 足 设 计 要 求 。
结语
海 绵 城 市 理 念 与 建 筑 设 计 的 有 机 融 合 是 建 筑 行 业 实 现 可 持 续 发 展 的 必 然 途 径 。 因 此 ， 在 建 筑 设 计 中 ， 应 根 据 当 地 气 候 、 降 雨
等 情 况 合 理 选 择 海 绵 设 施 ， 并 建 立 水 力 模 型 评 估 海 绵 设 施 设 计 方 案 的 科 学 性 和 可 行 性 ， 及 时 优 化 方 案 设 计 ， 才 能 使 建 筑 设 计 取 得
预 期 的 效 果 ， 进 而 为 建 筑 行 业 保 持 稳 健 快 速 发 展 注 入 动 力 。
图 6 均匀降雨下有、无海绵设施的径流量对比 图 7 1 年 1 遇（3h）降雨的径流量变化曲线 图 8 2 年 1 遇（3h）降雨下径流量变化曲线
参考文献
[1] 宁岩 .“海绵城市”在房屋建筑设计中运用策略 [J]. 建材发展导向 ,2022,20(24):41-43.
[2] 颜仁骁 . 建筑小区海绵城市给排水设计分析 : 以中国铁建·青秀湾项目为例 [J]. 中国住宅设施 ,2023(1):31-33.
[3] 陈雪 , 吴天顺 . 重庆市建筑小区海绵城市设计方法研究 [J]. 重庆建筑 ,2022,21(10):5-8.
[4] 于 英 , 薛 楷 文 , 姜 坤 汝 , 等 . 基 于 海 绵 城 市 理 论 的 绿 色 公 共 建 筑 设 计 实 践 研 以 深 圳 市 前 海 自 贸 区 绿 色 中 国 馆 设 计 为 例 [J]. 当 代 建
筑 ,2022(11):36-38.
[5] 唐皞 .“海绵城市”在建筑设计中的运用策略 [J]. 居舍 ,2020(20):119-120.
城市理念与建筑设计实现有机融合，并利用 SWMM 汇流模型对设计效果进行验证。最终结果显示设计采取的海绵措施可以达到雨水径流削减要求，
满足设计要求。
关键词： 海绵城市；建筑设计；雨量综合径流系数；雨水调蓄容积
引言
传 统 建 筑 设 计 主 要 偏 重 建 筑 物 的 功 能 性 和 经 济 性 ， 而 未 考 虑 建 筑 物 的 环 保 性 和 节 能 性 。 但 在 海 绵 城 市 理 念 下 ， 环 保 和 节 能 逐
渐 成 为 建 筑 设 计 中 的 重 点 工 作 。 即 在 设 计 中 既 要 考 虑 建 筑 的 功 能 性 和 经 济 性 ， 也 要 重 视 通 过 应 用 透 水 铺 装 、 雨 水 渗 透 井 、 绿 化 屋
顶 等 海 绵 城 市 措 施 来 提 高 雨 水 存 储 和 利 用 能 力 ， 降 低 城 市 排 水 管 道 压 力 ， 提 高 城 市 水 循 环 效 率 ， 推 动 城 市 实 现 可 持 续 发 展 [ 1 ]。 鉴
于 此 ， 本 文 结 合 实 例 针 对 海 绵 城 市 理 念 下 的 建 筑 设 计 工 作 展 开 深 入 研 究 ， 具 有 重 要 的 现 实 意 义 。
1 工程概况
某 建 筑 项 目 总 占 地 面 积 为 6 9 1 5 1 m 2， 地 上 为 1 2 栋 高 层 住 宅 及 商 业 裙 楼 ， 地 下 为 2 层 ， 负 一 层 为 储 藏 室 及 设 备 用 房 ， 负 二 层
为 车 库 。
2 设计目标及取值
按 照 设 计 批 复 要 求 进 行 年 径 流 量 及 综 合 流 量 径 流 控 制 ， 具 体 来 说 ： 年 径 流 量 控 制 率 应 ≥ 7 5 % ， 综 合 流 量 径 流 系 数 应 ≤ 0 . 6 。
又 结 合 项 目 所 在 地 区 气 候 情 况 ，统 计 了 2 0 0 2 — 2 0 2 2 年 的 日 降 雨 量 ，并 按 日 降 雨 量 大 小 进 行 分 类 ，降 雨 2 m m 以 下 的 忽 略 不 计 。
然 后 根 据 统 计 结 果 及 年 径 流 总 量 控 制 率 要 求 确 定 此 次 设 计 的 降 雨 量 ， 具 体 见 表 1 。
表 1 年径流总量控制率对应日降雨量表
| 年径流量控制率（%） | 50 | 55 | 60 | 65 | 70 | 75 | 80 | 85 | 90 | 95 |
| 日设计降雨量（mm） | 8.6 | 11.3 | 14.2 | 16.4 | 18.7 | 22.6 | 26.5 | 31.4 | 38.8 | 54.6 |
3.1 绿色屋面设计
该 项 目 中 所 有 的 建 筑 屋 面 均 采 取 绿 色 屋 顶 设 计 （ 图 1 ） ， 在 增 加 绿 化
面 积 的 同 时 ， 也 可 提 高 屋 面 雨 水 调 控 能 力 。 绿 色 屋 顶 自 下 往 上 依 次 为 建 筑
屋 顶 、 防 渗 漏 层 、 隔 根 层 、 保 湿 层 、 蓄 排 水 层 、 过 滤 层 、 种 植 层 、 植 被
层 。 其 中 植 被 层 主 要 是 种 植 冷 水 花 、 马 尼 拉 草 等 绿 植 ， 生 长 高 度 控 制 不 超
过 5 0 c m ， 以 便 降 低 植 物 对 屋 面 的 压 力 。 过 滤 层 选 用 土 工 布 过 滤 层 ， 在 确
保 植 被 及 土 壤 水 分 的 同 时 ， 也 可 以 对 渗 透 雨 水 进 行 净 化 。 蓄 排 水 层 以 厚 度
1 5 ~ 2 0 m m 的 凹 凸 型 排 水 板 及 蓄 水 板 组 成 ， 并 与 屋 顶 排 水 管 相 通 ， 可 及 时 使
渗 透 及 净 化 后 的 雨 水 通 过 屋 顶 排 水 管 流 入 建 筑 排 水 系 统 中 [ 2 ]。
3.2 绿地景观设计
根 据 项 目 现 场 情 况 ， 绿 色 景 观 设 计 主 要 包 括 雨 水 花 园 、 植 草 沟 、 渗 水
树 池 等 ， 充 分 利 用 有 限 的 面 积 进 行 景 观 绿 化 配 置 。 在 雨 水 花 园 植 被 层 上 面
设 计 了 厚 度 5 0 m m 的 蓄 水 层 ， 以 便 提 高 雨 水 收 集 效 率 ； 且 种 植 土 层 中 掺 有
2 0 % 细 沙 ， 孔 隙 率 为 3 0 % ， 而 透 水 层 下 面 设 计 有 厚 度 1 5 0 m m 的 砾 石 层 ， 可
加 快 雨 水 渗 透 。 蓄 水 层 的 水 景 与 乔 木 、 灌 木 相 互 呼 应 ， 这 样 既 能 保 证 雨 水
快 速 排 渗 ， 也 提 高 场 地 内 景 观 的 丰 富 性 。 同 时 ， 也 设 计 有 底 宽 0 . 5 m 、 深 度
1 . 5 m 、坡 度 1：3 的 植 草 沟 ，且 沟 上 面 设 置 有 绿 化 层 ，与 建 筑 排 水 系 统 相 通 ，
以 便 输 送 及 排 放 雨 水 。 渗 水 树 池 是 基 于 传 统 树 池 增 加 海 绵 措 施 ， 即 在 树 池
外 缘 铺 设 透 水 条 石 ，树 池 内 部 设 置 渗 水 净 化 层 ，以 便 及 时 收 集 树 池 周 围 雨 水 。
3.3 透水铺装设计
建 筑 场 地 内 除 了 消 防 通 道 及 机 动 车 道 等 要 求 必 须 硬 质 铺 装 面 层 外 ， 其
他 地 方 均 采 取 透 水 铺 装 ， 透 水 铺 装 主 要 包 括 有 广 场 透 水 景 观 、 广 场 透 水 道
路 及 景 观 停 车 透 水 铺 装 等 内 容 。 其 中 广 场 透 水 景 观 铺 筑 是 在 基 土 上 面 铺 设
透 水 层 ， 且 透 水 层 中 配 有 聚 氯 乙 烯 （ P V C ） 排 水 管 ， 地 面 使 用 透 水 面 层 进
行 铺 筑 。 广 场 透 水 道 路 是 在 路 基 上 铺 设 厚 度 2 0 0 m m 碎 石 垫 层 ， 再 铺 设 厚 度
海绵城市理念下的建筑设计研究
曲秉直 孙 婧 / 中国建筑设计研究院有限公司 北京 100000
摘 要： 为了研究海绵城市理念在建筑设计中的应用情况，本文结合某建筑项目，通过绿色屋顶、绿色景观、透水铺装、海绵材料选择，使海绵
城市理念与建筑设计实现有机融合，并利用 SWMM 汇流模型对设计效果进行验证。最终结果显示设计采取的海绵措施可以达到雨水径流削减要求，
满足设计要求。
关键词： 海绵城市；建筑设计；雨量综合径流系数；雨水调蓄容积
图 1 绿色屋顶设计示意图
图 2 道路透水铺装效果图
2023.12 | 29
建筑设计
6 0 m m 、 透 水 率 ≥ 2 . 5 m m / s 的 透 水 性 布 砖 ， 具 体 如 图 2 所 示 。 景 观 台 阶 使 用 透 水 混 凝 土 进 行 铺 筑 ， 景 观 停 车 使 用 透 水 铺 装 ， 这 样 多
种 措 施 并 行 ， 可 有 效 控 制 地 面 径 流 。
3.4 排蓄系统设计
为 了 实 现 雨 水 的 优 化 利 用 ， 在 建 筑 场 地 中 布 置 了 两 个 地 下 蓄 水 池 ， 用 来 存 储 各 分 区 经 过 渗 排 、 净 化 后 的 雨 水 ， 并 利 用 存 储 的
雨 水 进 行 绿 化 灌 溉 、 车 辆 冲 洗 、 厕 所 冲 洗 等 。 这 样 既 能 改 善 场 地 内 水 环 境 ， 也 能 满 足 建 筑 日 常 用 水 需 求 。 同 时 ， 考 虑 到 当 地 土 壤
渗 水 能 力 较 差 ， 建 筑 场 地 内 的 排 水 系 统 采 用 溢 流 式 雨 水 口 ， 使 渗 透 及 净 化 后 的 雨 水 可 以 通 过 渗 水 管 直 接 流 入 溢 流 式 雨 水 口 。 当 雨
水 溢 流 高 程 达 到 0 . 5 m 后 ，再 从 出 水 管 流 进 雨 水 管 道 中 ，最 终 经 区 域 雨 水 管 网 排 走 。这 样 可 以 实 现 排 渗 分 流 ，防 止 对 水 源 造 成 污 染 [ 3 ]。
3.5 海绵材料选择
海 绵 材 料 是 保 障 设 计 的 海 绵 措 施 达 到 预 期 效 果 的 关 键 。 此 次 设 计 中 涉 及 的 海 绵 材 料 有 很 多 种 ， 比 如 地 面 透 水 铺 装 中 主 要 使 用
了 透 水 混 凝 土 、 透 水 性 布 砖 、 景 观 透 水 铺 装 材 料 等 。 这 些 材 料 不 仅 透 水 性 好 ， 而 且 承 载 力 强 、 散 热 性 好 ， 可 以 在 有 效 控 制 地 面 径
流 及 调 节 地 下 水 源 的 同 时 ，有 效 减 缓 城 市 热 岛 效 应 。同 时 ，为 获 得 更 丰 富 的 色 彩 及 景 观 效 果 ，对 材 料 的 色 彩 进 行 精 选 及 科 学 搭 配 ，
提 高 整 体 的 美 观 性 。 渗 水 层 材 料 主 要 有 碎 石 、 砾 石 及 透 水 布 等 ， 这 些 材 料 使 用 中 需 重 点 控 制 材 料 的 孔 隙 率 及 含 泥 量 ， 确 保 雨 水 可
以 快 速 渗 透 ， 并 得 到 有 效 净 化 [ 4 ]。
4 模型计算
为 确 保 海 绵 设 计 科 学 性 及 合 理 性 ， 采 用 I n f o W o r k s I C M 建 立 了 该 项 目 的 水 力 模 型 ， 用 来 评 估 此 次 设 计 中 海 绵 措 施 的 雨 水 径 流
削 减 效 果 。
4.1 水力模型的建立
由 于 该 项 目 中 建 筑 平 面 布 置 是 由 多 个 单 元 并 列 复 制 而 成 ， 具 有 相 似 性 。 因 此 ， 选 取 其 中 两 栋 建 筑 及 相 配 套 L I D 设 施 构 成 海 绵
城 市 评 估 单 元 （ 图 3 ） ， 并 使 用 I n f o W o r k s I C M 建 立 相 应 的 水 力 模 型 （ 图 4 ） 。 如 果 选 定 单 元 的 降 雨 尽 量 可 以 满 足 控 制 要 求 ， 则 说
明 该 项 目 整 体 的 径 流 控 制 都 满 足 要 求 。
选 定 的 评 估 单 元 中 应 用 的 海 绵 城 市 措 施 主 要 有 透 水 铺 装 、 绿 色 屋 顶 、 绿 色 景 观 等 ， 并 针 对 这 些 海 绵 城 市 设 施 建 立 相 应 模 型 ，
如 图 5 所 示 。
4.2 计算方法及参数的确定
此 次 通 过 I n f o W o r k s I C M 软 件 建 立 的 雨 水 系 统 水 力 模 型 主 要 包 括 产 流 模 型 、汇 流 模 型 、管 道 水 力 计 算 模 型 及 S U D S（ L I D ）模 块 。
其 中 ， 产 汇 流 模 型 计 算 模 型 的 主 要 参 数 见 表 2 ， 并 以 此 来 评 价 雨 水 海 绵 设 施 的 效 果 。
表 2 产汇流模型主要计算参数表
| 项目 | 产流模型 | 汇流模型 | 管道水利计算模型 | |
| 不透水表面 | 透水表面 | |||
| 计算方法 | 固定径流系数法 | Horton 渗透公式 | SWMM 非线性水库法 | 圣·维南方程组法 |
| 参数 | 固定径流系数 C | 固定径流系数 C； 初渗率 f0（mm/h）； 稳渗率 fc（mm/h）； 衰减常数 fk（h-1） |
子集谁去宽度 WC； 曼宁粗糙系数 NS |
— |
成 透 水 平 整 表 面 （ 屋 面 ） 、 不 透 水 坑 洼 表 面 （ 硬 质 路 面 ） 和 透 水 坑 洼 表 面 （ 绿 地 ） 三 种 ， 并 结 合 设 计 图 纸 对 3 种 用 地 性 质 的 汇 水
表 面 建 立 相 应 模 型 ， 并 按 表 3 中 的 数 据 设 置 模 型 参 数 。
表 3 汇流表面模型划分及其参数设置
| 汇流表面划分 | 固定径流系数法 | 曼宁粗糙系数 | 初期损失 | Horton 渗透公式系数 | ||
| 初渗率 | 稳渗率 | 衰减系数 | ||||
| 透水平整表面（绿色屋面） | 0.92 | 0.011 | 0.0025 | — | — | — |
| 不透水坑洼表面（硬质路面） | 0.8 | 0.012 | 0.0025 | — | — | — |
| 透水坑洼表面（绿地） | — | 0.41 | 0.005 | 252 | 19.2 | 4.5 |
根 据 当 地 海 绵 城 市 建 设 年 径 流 量 控 制 率 应 ≥ 7 5 % 的 要 求 ， 计 算 出 相 应 的 日 降 雨 径 流 控 制 量 值 为 2 1 . 3 m m 。 此 次 模 型 计 算 中 以
1 h 降 雨 均 匀 雨 型 当 作 评 估 降 雨 ， 对 设 计 的 海 绵 设 施 的 径 流 控 制 效 果 进 行 评 估 计 算 [ 5 ]， 具 体 结 果 如 图 6 所 示 。
图 3 选定的评估单元 图 4 评估单元的水力模型平面示意图 图 5 海绵设施模型示意图
30 | CHINA HOUSING FACILITIES
从 图 6 中 可 以 看 出 ， 未 设 海 绵 设 施 时 ， 均 匀 降 雨 下 单 元 出 口 管 道 径 流 量 峰 值 是 0 . 0 0 9 1 m 3/ s ， 且 降 雨 过 程 中 外 排 径 流 总 量 是
2 7 . 1 2 m 3。 同 时 ， 单 元 等 效 径 流 系 数 是 0 . 5 8 ， 与 地 块 实 际 评 价 径 流 系 数 接 近 。
而 没 有 海 绵 设 施 的 情 况 下 ， 相 同 降 雨 条 件 下 评 估 单 元 的 雨 水 排 放 峰 值 为 0 . 0 0 0 4 9 m 3/ s ， 外 排 径 流 总 量 是 0 . 9 m 3， 量 比 较 小 ， 可
以 忽 略 不 计 。 因 此 ， 该 海 绵 设 施 能 满 足 日 控 制 降 雨 2 1 . 3 m m 的 径 流 量 要 求 ， 符 合 设 计 要 求 。
同 时 ，为 了 评 估 设 计 的 海 绵 设 施 其 在 非 均 匀 降 雨 条 件 下 的 性 能 情 况 ，设 计 了 1 年 1 遇（ 3 h ）降 雨 量 为 5 6 . 5 m m 、2 年 1 遇（ 3 h ）
降 雨 量 6 9 . 7 m m 两 场 降 雨 ，并 利 用 芝 加 哥 雨 型 对 海 绵 设 施 性 能 进 行 评 估 。1 年 1 遇（ 3 h ）降 雨 的 径 流 量 变 化 曲 线 计 算 结 果 如 图 7 所 示；
径 流 量 计 算 结 果 见 表 4 。
表 4 1 年 1 遇径流量计算结果
| 项目 | 径流峰值（m3/s） | 峰值削减率（%） | 径流总量（m3） | 总量削减率（%） | 模拟降雨控制的降雨量（mm） |
| 海绵设施 | 0.021 | 48.9 | 21.33 | 74.3 | 41.9 |
| 传统设施 | 0.041 | 48.9 | 82.14 | 74.3 | 41.9 |
7 4 . 3 % ， 而 且 所 评 估 单 元 海 绵 设 施 渗 排 、 滞 蓄 的 雨 水 量 等 于 是 控 制 了 一 场 4 1 . 9 m m 的 降 雨 ， 具 有 良 好 的 应 用 效 果 。
2 年 1 遇 （ 3 h ） 降 雨 条 件 下 海 绵 设 施 的 径 流 量 变 化 曲 线 如 图 8 所 示 ， 径 流 量 计 算 结 果 见 表 5 。
表 5 2 年 1 遇计算结果
| 项目 | 径流峰值（m3/s） | 峰值削减率（%） | 径流总量（m3） | 总量削减率（%） | 模拟降雨控制的降雨量（mm） |
| 海绵设施 | 0.038 | 30.2 | 35.65 | 65.7 | 45.8 |
| 传统设施 | 0.053 | 30.2 | 104.10 | 65.7 | 45.8 |
为 6 5 . 7 % ， 削 减 率 相 比 1 年 1 遇 （ 3 h ） 降 雨 均 有 所 下 降 。 这 是 因 为 海 绵 设 施 渗 透 速 率 有 限 ， 所 以 截 留 雨 水 量 增 加 也 比 较 有 限 。 而
且 所 评 估 单 元 海 绵 设 施 渗 排 、 滞 蓄 的 雨 水 量 等 于 是 控 制 了 一 场 4 5 . 8 m m 的 降 雨 ， 相 比 1 年 1 遇 （ 3 h ） 降 雨 有 所 提 高 。 两 场 降 雨 模
拟 试 验 证 明 了 此 次 设 计 的 海 绵 设 施 可 达 到 预 期 的 削 减 雨 水 径 流 的 效 果 ， 满 足 设 计 要 求 。
结语
海 绵 城 市 理 念 与 建 筑 设 计 的 有 机 融 合 是 建 筑 行 业 实 现 可 持 续 发 展 的 必 然 途 径 。 因 此 ， 在 建 筑 设 计 中 ， 应 根 据 当 地 气 候 、 降 雨
等 情 况 合 理 选 择 海 绵 设 施 ， 并 建 立 水 力 模 型 评 估 海 绵 设 施 设 计 方 案 的 科 学 性 和 可 行 性 ， 及 时 优 化 方 案 设 计 ， 才 能 使 建 筑 设 计 取 得
预 期 的 效 果 ， 进 而 为 建 筑 行 业 保 持 稳 健 快 速 发 展 注 入 动 力 。
图 6 均匀降雨下有、无海绵设施的径流量对比 图 7 1 年 1 遇（3h）降雨的径流量变化曲线 图 8 2 年 1 遇（3h）降雨下径流量变化曲线
参考文献
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