李 哲

成玉寧*

陳菲菲

韓 笑

趙鍇彧

當代風景園林學全尺度服務人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，優(yōu)化建成環(huán)境，凸顯綠色基礎設施，“設計的創(chuàng)新引領”已成為國際風景園林學科發(fā)展的普遍共識。伴隨當代城市建設理念與技術水平的同步深化，傳統(tǒng)設計觀念與方法正呈現(xiàn)出不斷務實、進取的趨勢?！案拍钜I”已經逐漸為“技術引領”所取代，協(xié)同設計與技術集成成為當前風景園林設計觀念轉變與方法創(chuàng)新的重要途徑。同時，傳統(tǒng)人居環(huán)境設計專業(yè)界面正逐漸模糊，建筑設計與景觀設計的契合面、融合度不斷擴大，由現(xiàn)實問題牽引，以關鍵問題驅動、技術體系集成、工程體系統(tǒng)籌的“建筑-景觀”一體化設計正成為一種日漸鮮明的設計趨勢。

與此同時，低影響開發(fā)模式作為城市新型的雨水綜合管理模式，已經越來越廣泛地應用于城市開發(fā)、建設及更新改造中[1]。低影響開發(fā)模式的核心理念正是對地表雨水徑流的綜合管理，降雨時能夠就地或者就近吸收、存蓄、滲透、凈化雨水，補充地下水、調節(jié)水循環(huán)；在干旱缺水時有條件將蓄存的水釋放出來，并加以利用，從而讓水在城市中的遷移活動更加“自然”。需注意的是，不同于傳統(tǒng)建設中大規(guī)模雨水傳輸管道和綜合管網結構性末段管理方法，LID系統(tǒng)設計強調以分散式小規(guī)模措施對雨水進行徑流控制，從而維持區(qū)域開發(fā)前的地表水文狀態(tài)，將土地開發(fā)對地表生態(tài)徑流的影響降至最低[2]。

科技創(chuàng)意產業(yè)園區(qū)是當代中國城市擴展的重要類型之一，為城市化發(fā)展起到了重要的作用?？苿?chuàng)園區(qū)一般位于城市新區(qū)，具有園區(qū)相對獨立、空間體系較完備，建筑功能以辦公、研發(fā)為主，建筑形體簡潔，建筑-景觀整體建設等特點。面對當前經濟發(fā)展新常態(tài)下的產業(yè)升級挑戰(zhàn)，園區(qū)綜合改造成為促進園區(qū)持續(xù)發(fā)展的重要抓手[3]。同時，因其全國性大規(guī)模建設早于海綿理念成型，大多數(shù)已建成科創(chuàng)園區(qū)缺乏低影響開發(fā)系統(tǒng)建設，在其綜合改造與更新建設中亟待增加低影響開發(fā)技術支撐。

1 建成環(huán)境全地表徑流系統(tǒng)概述

1.1 建成環(huán)境

建成環(huán)境可以是一個社區(qū)、村莊，也可以大到一個城市，它與人類生產生活息息相關，是一系列人工建造的、服務于人類社會的環(huán)境。相對于自然環(huán)境，建成環(huán)境往往伴隨高密度人口聚集，對自然資源及其結構分布、環(huán)境承載力有著重要影響[4]：一方面，建成環(huán)境的運作需要不斷消耗自然資源，影響生態(tài)格局的演變與發(fā)展；另一方面，建成環(huán)境產出大量廢棄物，嚴重破壞生態(tài)環(huán)境，擾亂自然環(huán)境的正常演進。伴隨當代生態(tài)思想與可持續(xù)發(fā)展理念在建成環(huán)境研究與改造中的持續(xù)深入，建成環(huán)境成為近年來國內外風景園林等學科研究的熱點議題。

科創(chuàng)園區(qū)作為典型建成環(huán)境，其未來發(fā)展面向有別于傳統(tǒng)的工業(yè)園區(qū)模式，從環(huán)境生態(tài)角度追求園區(qū)內各組成部分的協(xié)同合作及其對外界的低影響、低排放。因此，低影響開發(fā)技術與科創(chuàng)園區(qū)的建設、改造理念相吻合，通過低影響開發(fā)技術的綜合運用降低建成環(huán)境徑流承載壓力，進而追求環(huán)境效能最大化、生態(tài)影響最小化的運行狀態(tài)。

1.2 全地表徑流系統(tǒng)

徑流是流域中氣候和下墊面各種自然地理因素綜合作用的產物。地表徑流(地面徑流)指降水后在地表直接蒸發(fā)、植物截留、滲入地下、填充洼地，其余經流域地面、匯入河槽下泄的水流[5]。當前建成環(huán)境條件下的“城市地表”已從原來狹義的“城市底界面”向包含建筑立面在內的全地表范疇拓展，建筑本體5個立面和地面共同構成了城市完整地表。

因此，全地表徑流系統(tǒng)是指對研究區(qū)域內全部地表面層徑流進行有規(guī)律、有計劃的收集、組織、利用和排放，達到雨水(融雪)利用效率最大化的人工系統(tǒng)。城市雨洪災害和水污染管理是制約我國城市可持續(xù)發(fā)展的核心問題之一[6]，通過加強現(xiàn)存建筑更新與環(huán)境改造，構建包含建筑外表面在內的全地表徑流系統(tǒng)，充分發(fā)揮建筑、道路和綠地等建成環(huán)境組成要素對徑流的吸納、蓄滲和緩釋作用，能夠有效構建科學的城市地表徑流系統(tǒng)，促進建成環(huán)境生態(tài)演進。

1.3 協(xié)同設計

協(xié)同設計是當代創(chuàng)意工科發(fā)展的重要方向，也是設計方法的發(fā)展趨勢。當代協(xié)同設計是在數(shù)字分析技術協(xié)同與先進制造技術集成的基礎上，對產品設計全過程進行深度支持的研究領域[7]。協(xié)同設計同樣適用于當代建筑-景觀一體化改造設計目標。傳統(tǒng)的建筑與景觀設計者相互獨立，并且各自具有領域知識、經驗和問題求解能力。建成環(huán)境設計客觀提供了建筑-景觀協(xié)同設計的工作界面，全地表徑流系統(tǒng)理念催生了建筑-景觀的專業(yè)融合與技術協(xié)同，風景園林學、建筑學設計人員在同一地表徑流系統(tǒng)內進行雨水分析與組織，促進并實現(xiàn)了地表徑流的完整性、設計的協(xié)同性與工程的集成性。

2 科創(chuàng)園區(qū)“建筑-景觀”全地表徑流系統(tǒng)協(xié)同設計策略

2.1 構建完整“建筑-景觀”全地表雨水徑流體系

地表硬化是建成環(huán)境的重要特征之一，也是人工面層(石材、水泥、金屬、瀝青、混凝土)對生態(tài)系統(tǒng)干擾和破壞的集中表現(xiàn)。全地表徑流系統(tǒng)的核心設計目標在于合理控制場地徑流總量、減少徑流峰值流量、減緩徑流速度、延長徑流生成時間，同時相應減少市政雨水管網系統(tǒng)建設成本、降低維護運行壓力[8](圖1)。

科創(chuàng)園區(qū)普遍具有周邊道路、市政設施建設完備，規(guī)劃分區(qū)簡明清晰，規(guī)劃與建設統(tǒng)一等特點，為結合建成環(huán)境實際進行徑流規(guī)劃與設計奠定了良好的基礎。一般來說，科創(chuàng)園區(qū)匯水分區(qū)完全可以按照園區(qū)道路進行設置，但需要注意適當?shù)膮R水分區(qū)長寬比，不宜單項距離過長；徑流宜通過局部低影響開發(fā)系統(tǒng)完成處理，不宜跨分區(qū)進行；建筑宜單獨分區(qū)，獨立進行徑流組織，同時兼顧低影響開發(fā)設施的使用效率；地面雨水蓄存設施未必一定在綠地內設置，結合地面改造完全可以設置在荷載要求不高的硬地(如步行空間)內，需注意與地下空間的結合關系；最后，在每個分區(qū)內均應盡量設置綠化景觀，有助于落實海綿剛性指標，便于徑流設施工程實施。

2.2 低影響開發(fā)工程效能綜合提升

效能研究是現(xiàn)代工科發(fā)展的重要命題之一，意指“達到系統(tǒng)目標的程度，或系統(tǒng)期望達到一組具體任務要求的程度”。根據(jù)科創(chuàng)園區(qū)預先制定的低影響開發(fā)改造目標，“建筑-景觀”協(xié)同設計目的在于建立一個集約的全地表雨水徑流控制與利用系統(tǒng)，充分發(fā)揮其低影響處理能力、整體提高徑流效能，并在低影響開發(fā)6項技術措施(滲、滯、蓄、凈、用、排)中進行技術集成與工程應對[9]。

1)提高地表下滲率。與單純關注地面硬化下滲條件不同，全地表徑流系統(tǒng)將建筑各表面層、景觀界面統(tǒng)一視為徑流載體，雨水徑流包含了建筑屋面、墻體與建成環(huán)境下墊面徑流，因此，雨水下滲率需要建筑屋面、墻面與下墊面協(xié)同做功。這為充分擴展分散式、小規(guī)模LID系統(tǒng)提供可能，同時意味著減少徑流距離，實現(xiàn)就近下滲，使用集成技術與工程措施，促進綠色建筑屋頂、墻體綠化與地表景觀的一體化低影響營造。

圖1 全地表徑流系統(tǒng)基本構成圖

2)減緩徑流集中速度。與雨水徑流總量、徑流峰值不同，徑流集中速度是當前海綿城市建設中普遍忽視的問題。目前實踐表明，單純就建筑或景觀進行低影響開發(fā)設計，都無法有效控制徑流集中速度，并最終將集中流速統(tǒng)一釋放給其他受體(如建筑粗放式釋放給場地，大口徑雨水管、集中蓄水成為常態(tài))，導致市政工程系統(tǒng)荷載與工程量無法根本性降低[10]。因此，低影響設計要充分釋放建筑屋面、墻體與下墊面徑流阻滯的綜合能效，充分利用植被、工程節(jié)點就近降低徑流初速，從而降低雨水徑流集中速度。

3)有序集納雨水。結合分散式、小規(guī)模LID系統(tǒng)有序集納雨水，使可直接利用雨水能夠就近蓄存(如墻體綠化)。強調雨水的源頭控制，用就地處理措施取代傳統(tǒng)的管道式排放，大部分雨水經簡單過濾處理后可用于管線灌溉、中水清潔等，并根據(jù)雨洪分析結果分區(qū)域設置容量相符的蓄水罐(池)，以便枯水季節(jié)循環(huán)利用。

4)合理凈化雨水。雨水徑流無法避免夾帶地表懸浮物、大氣顆粒物、重金屬污染物、殺蟲劑和肥料等隨水徑流物質。徑流污染削減率應在分析徑流污染特征基礎上，結合改造需求、地表水環(huán)境質量要求等合理確定，重點是地表懸浮物(人為拋棄物、樹木落葉等)的定點阻滯與收集，可通過雨水花園、生物滯留池等凈化設施達到凈化目的。

5)充分利用雨水。在雨洪分析基礎上，規(guī)劃設置建筑屋面徑流、墻體徑流與建成環(huán)境下墊面徑流分散式、小規(guī)模雨水利用系統(tǒng)，實現(xiàn)局部雨水截留、凈化、存儲與再利用；在雨水利用總量確定基礎上，以局部小循環(huán)替代大循環(huán)。

6)排放超量雨水。全地表徑流設施應緊密對接市政排水系統(tǒng)。充分考慮排水防澇問題，優(yōu)化豎向設計，科學規(guī)劃超標雨水流經路線，避免內澇(易淹易澇點)產生。同時采取必要的防滲措施，防止雨水下滲對建筑表層和地面工程造成損壞。

圖2 蘇州金楓產業(yè)園全地表徑流系統(tǒng)技術路線

2.3 全地表徑流工程體系模塊化設計

波特蘭會議中心、PCC雨洪教育廣場等20個典型案例統(tǒng)計分析表明[11]，系統(tǒng)化工程模塊已在建筑、景觀低影響開發(fā)中逐步采用，但現(xiàn)階段體系化、標準化程度較低。作為一項系統(tǒng)工程，全地表徑流工程體系的模塊化發(fā)展意義重大，除能準確、高效進行分析與設計，降低工程難度，統(tǒng)一工程質量外，它還具備與綠色建筑、裝配式建筑、海綿城市建設標準(GB/T 51345—2018)對接的能力，工業(yè)化潛力巨大。

圖3 蘇州金楓產業(yè)園全地表徑流系統(tǒng)方案

3 實證研究：蘇州金楓產業(yè)園全地表徑流系統(tǒng)設計

3.1 項目概述

金楓產業(yè)園位于蘇州市木瀆鎮(zhèn)內，根據(jù)產業(yè)提升規(guī)劃，計劃在三年內改造成為國家級綠色建筑科研機構與院士工作站，打造成為長三角地區(qū)低碳綠色建筑產業(yè)整合示范基地，節(jié)能環(huán)保技術展示、研發(fā)、銷售與實踐基地。2010年完成建筑與景觀建設，總建筑面積36 000m2，占地約2.4hm2。項目設計以“Green Box”為主題，堅持海綿城市、綠色建筑理念，秉持低影響開發(fā)原則展開，從全地表徑流系統(tǒng)分區(qū)、分散式徑流組織、小規(guī)模LID模塊工程集成角度切入設計，統(tǒng)籌建筑表面與場地徑流，進行建筑-景觀協(xié)同設計，力求通過技術系統(tǒng)實現(xiàn)整體園區(qū)的功能、形象更新(圖2)。

3.2 全地表徑流體系建立

全地表徑流是低影響開發(fā)的核心，也是協(xié)同設計的紐帶。在綠色建筑、低影響開發(fā)剛性指標分析的基礎上，根據(jù)建設現(xiàn)狀與雨洪分析結果進行徑流分區(qū)規(guī)劃，同時確定各個分區(qū)對應的分項指標，使之整體滿足建設要求。設計同時關注于加強建筑和景觀的工程聯(lián)系，協(xié)同控制建筑、景觀設計品質，使之整體大于局部之和。

圖4 金楓產業(yè)園模塊化綠化改造示意圖

圖5 金楓產業(yè)園屋頂綠化改造模塊化設計概念圖

圖6 金楓產業(yè)園光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖

在金楓產業(yè)園全地表徑流體系設計中，降水自落于建筑屋面、側立面和場地表面時便納入小循環(huán)，利用分散式、小規(guī)模工程模塊對雨水進行組織與控制(圖3)。首先，建筑頂面綠化模塊和地表海綿模塊會對所在區(qū)域內初降水進行快速吸納與過濾，在滯后瞬時洪峰的同時，對初期雨水徑流進行截流、截污后輸送；建筑屋頂和地面的雨水被匯集到相應的初級蓄水裝置，在此暫時儲存和沉淀，并用于局部存儲與后續(xù)使用。與此同時，建筑立面上的綠化模塊收集側向降水，蓄滿綠化模塊內的蓄水緩釋容器后，超額雨水匯入其下行管網，優(yōu)先將其轉存至地面儲水設備，超容量雨水則通過地表泄洪溝，經下沉式階梯親水堤岸溢流至周邊河道。儲水模塊中的雨水可后期通過補水、緩釋設施滿足所在分區(qū)內植被澆灌等需求。

3.3 模塊化綠化體系建立

結合全地表徑流體系建立，金楓產業(yè)園低影響工程系統(tǒng)涵蓋了屋頂綠化、垂直綠化與地面綠化3個部分，并因其均參與低影響開發(fā)指標體系計算，故依據(jù)模塊化原則進行了協(xié)同設計。全地表徑流綠化模塊包括屋頂綠化箱、立體綠化組合箱和模塊化地面綠化箱(圖4)。其基本原理是利用模塊化容器構型，通過安裝組合快速構成綠化種植基盤，同時具有阻根、蓄水、過濾、排水、抗風以及參與雨水收集的作用，能夠快速實現(xiàn)屋頂平面、建筑立面、無土壤地表及有土壤地表的快速綠化施工。

例如金楓產業(yè)園屋頂綠化模塊采用架空安裝構型，與屋面系統(tǒng)分離，植物、基層和水分不直接接觸屋面，故無須進行屋面改造(圖5)。垂直綠化采用了卡夾式構型，可與立面改造中加入的輕鋼維護結構順利銜接，抗壓大于100kg/m2，抗風能力良好。地面綠化采用埋置式構型(喬木另行施工)，模塊埋置地表土以下，模塊內種植基質與地表土壤銜接，適宜植物持續(xù)生長。建筑屋頂、墻面綠化模塊均加裝了蓄水容器及回水軟管，構成局部補水系統(tǒng)。分析表明，僅建筑綠化改造一項，在氣溫超過34℃時能夠保證建筑室溫同比降低2℃，空調負荷降低15%，體現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的設計理念。

3.4 綠色能源系統(tǒng)建立

盡管在低影響開發(fā)理念中并未明確提及節(jié)能理念及自維護動力方案，但整合綠色能源進行系統(tǒng)運行也是相當重要的，這也是低影響開發(fā)的未來發(fā)展方向[12]。本項目依托光伏發(fā)電系統(tǒng)進行了綠色能源模塊化設計。該模塊主要由太陽能電池板(模塊化單晶硅光伏組件)、蓄電池、補水控制器和逆變器四部分組成離網發(fā)電系統(tǒng)，并根據(jù)屋頂、不同墻面和地面能源需求進行模塊化組裝。

綠色能源系統(tǒng)發(fā)電裝機容量以滿足蓄水容器內回水灌溉動力及景觀照明為目標，設備均在建筑屋頂安裝并網發(fā)電。本項目裝機規(guī)模370kW，全部采用固定傾角(230°)安裝，共安裝220W晶硅太陽能電池1 680塊。按系統(tǒng)效率80%、年利用小時數(shù)1 100h(江蘇地區(qū)平均值)計算，相當于每年節(jié)省標準煤156余噸，減排粉塵約1.95t，減排灰渣約41t，減排二氧化碳約69t，減排二氧化硫約3.1t，節(jié)省購電用戶運營成本約6.15萬元/年(圖6)。

蘇州金楓產業(yè)園“建筑-景觀”協(xié)同改造工程重點對全地表徑流系統(tǒng)設計體系、模塊化綠化體系、綠色能源系統(tǒng)進行了設計與工程探索。低影響開發(fā)技術如何有效結合全地表徑流理念進行拓展與體系化建設是設計之初高度關注的問題。當然，一項整體設計其內容遠不僅僅如此，整體改造形象、結構與構造、綜合管線、功能與空間乃至細部做法始終與之并行，即便是前期雨量分析、綠色材料(如透水材料)、綠色技術(如雨水凈化與回用)、景觀苗木選型等相關研究結論，因論述重點與篇幅所限，有待結合后續(xù)研究成果專項說明。

4 結語與展望

基于全地表徑流理念，結合低影響開發(fā)技術創(chuàng)新與協(xié)同設計是當前低影響開發(fā)與海綿城市建設的重要研究內容之一。與單純關注建成環(huán)境地面，唯雨洪分析公式論，局限于狹義“景觀”設計內求解不同的是，在全地表范疇下進行協(xié)同設計，建成環(huán)境中建、構筑物表面是不容忽視的影響因子。這一理解方式和研究范式變化帶來的變革更值得重視與專業(yè)探索，相關理論進展與實踐成果一定會具有更為重要的創(chuàng)新價值與應用潛力。

近年來海綿城市、低影響開發(fā)、綠色建筑等理論持續(xù)拓展，并逐漸形成了得以自明的技術體系與指標體系。需要注意的是，“自明性”時常與“自閉性”并行，在自我限定的領域內進行體系優(yōu)化的同時，如何與相關領域形成設計對接、體系協(xié)同、技術集成值得高度關注。舉例而言，在《海綿城市建設技術指南(2014)》中指出：“借鑒發(fā)達國家實踐經驗，年徑流總量控制率最佳為80%～85%。[9]”這在江南地區(qū)建成環(huán)境改造中，如果僅從地面改造角度是非常難于實現(xiàn)的，而將全地表徑流統(tǒng)籌考慮，充分利用建筑-景觀進行協(xié)同設計，增加的物理表面為實現(xiàn)各專項徑流控制提供了充分的界面，也為景觀設計向建筑改造發(fā)展提供了友好的技術端口。

當代中國人居環(huán)境建設的力度，以及真實的風景園林發(fā)展以一往無前的力量，將建成環(huán)境推向專業(yè)研究的前臺，而建成環(huán)境的復雜性促使地表觀念在原有地理學角度擴展變革。“在地”的建筑與景觀日趨融合，迸發(fā)出新的可能和生機，這恰恰也是作為地面上人工建造的本源屬性之一，正如海德格爾所言：“作品建立起一個世界，并由此展現(xiàn)出大地。[13]”