"海绵城市"是现代和未来城市规划建设的重要理念

北京建筑大学环境与能源工程学院院长 李俊奇 

海绵城市是一项意义重大的政府工程和民生工程,随着从国家到地方一系列扶持政策的出台,近两年海绵城市的建设可以说进入了如火如荼的阶段。2015年发布的《国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见》曾对此提出过明确的工作目标,即通过海绵城市建设将70%的降雨就地消纳和利用。到2020年,城市建成区20%以上的面积达到目标要求;到2030年,城市建成区80%以上的面积达到目标要求。这也使得海绵城市的建设成为未来考核各地城市建设的硬性指标之一。

但与此同时,海绵城市仍处于探索实践阶段,也存在一些担忧和质疑的声音,认为其缺乏完整成型的理论体系和可以广泛推广的成功经验。海绵城市的建设究竟包含哪些内容?其设计理念和建造原则是什么?什么样的城市适合建设海绵城市?国际上有哪些成功案例可供我们参考?带着这些问题,我们采访到海绵城市领域的著名专家——北京建筑大学环境与能源工程学院院长、《海绵城市建设技术指南》主要起草人之一的李俊奇先生,请他为我们逐一解答。希望通过建筑畅言网的系列深度专访,让大家对海绵城市的建设能够有更深刻的理解和认识。

建筑畅言网:近几年全国很多地方都掀起了海绵城市的建设热潮,但是大众对其的理解可能并不太全面。作为《海绵城市建设技术指南》的主要起草人之一,您能从专业角度为我们阐述一下这个概念吗?

李俊奇:海绵城市是一个非常显性化的词,所谓“海绵城市”,指的是城市能够像海绵一样,下雨的时候可以吸水、雨后可以放水,同时在吸水过程中水质也能够得到净化。从而降低城市的内涝风险,改善地表水体的水质。我们的城市在开发前基本是天然的林地、绿地,下雨之后大量的雨水通过蒸发、下渗等又回到自然,但随着城市化的开发程度加大,硬化地面越来越多,外排的雨水也越来越多。在这种情况下,我们如果要遵循和开发前一样的水文循环状态,那么建造方式就应该也顺应自然。

从内涵方面来讲,准确来说海绵城市更像“水弹性城市”。“弹性城市”这个词本身很广义,它还有另外一种叫法是“韧性城市”,即城市在不改变自身基本状况的前提下,对自然和人为等因素的抵抗、吸收、适应和恢复能力。韧性城市有很多方面的考量,例如对洪涝、地震、金融风暴等灾难的抵抗力、适应力。海绵城市则重点针对城市适应暴雨及其引起的洪涝、污染等水系统问题的弹性或韧性。

我们谈到海绵城市时常说“五个水”,即水安全、水生态、水环境、水资源、水文化,这五水是交织在一起的。近期海绵城市的目标往往概括成四句话:小雨不积水,大雨不内涝,水体不黑臭,热岛有缓解。前两句谈及的是水安全问题,第三句指的是水环境问题,最后一句说的是水生态问题。

海绵城市是一种新型的城市发展方式,是落实生态文明理念,建设生态城市,推进可持续发展的重要支撑。

建筑畅言网:海绵城市的设计理念和建造原则是什么?什么样的城市和区域适合建设海绵城市?

李俊奇:关于海绵城市的设计理念到底是什么,我们当年在编写《海绵城市建设技术指南》时曾经写过三大途径,第一个,也是最重要的原则是保护,在一个城市的开发过程中,对于它的生态敏感区,例如水源地及周边敏感区、山地、林地、滨水带、湿地、湖泊等都应该进行保护,如果这些地方都被侵占了,那么这个城市也就失去了弹性,就会造成区域性的生态破坏,导致洪涝灾害的发生,所以在做城市规划建设时,水的调蓄空间和主要通路一定要有针对性的保护。我们常说湿地是地球的肾,现在全球湿地面积在衰减,因此保护原则势在必行。第二个原则是修复,如果我们在规划建设时没有按照很好的理念去建造,那么后面就要做好修复工作。例如,以前我们把大量河道堤岸以及河底都做了硬化处理,河道失去了它本身的自然性,对于此类问题,该修复的区域就必须要进行修复;被切断的水的通道也要修复。第三个原则是“低影响开发”,指的是开发后的水文循环和开发前是一样的或者是比较接近的,城市的新建区都应该按照这个原则来建设。

实际上任何城市都适合建设海绵城市,只是根据不同的区域特征和自身的问题及需求,在“五个水”方面有不同的侧重。例如西北地区严重缺水,主要问题是水资源问题,所以收集回用就是它的重点。但两广到海南这些区域的降水量非常大,可能重点在水生态或者水环境问题;一些山地城市更应该关注水土流失和马路行洪问题,所以不同区域海绵城市规划建设的侧重点不一样。

除了刚才提到的气候特征,还有土质特征问题。例如江浙一带的一些城市,土壤基本上都是淤泥质土壤,渗透能力很差,这样的城市在建设海绵城市时,就不能选择单一的进行雨水下渗的技术路线。在一个城市的不同地区,情况也会不同,例如北京东南部地区的洪涝风险比较大,洪涝控制是第一目标,但护城河沿线流域,水污染控制就是第一目标。不同区域的突出问题不一样,因此技术路线也不一样。

所以说任何城市都是适合做海绵城市的,只是在建设的过程中应该根据城市自身的特色,因地制宜地做建设。

海绵城市示意图

建筑畅言网:海绵城市的建设具体包含哪些内容?需要注意哪些关键问题?

李俊奇:海绵城市建设的具体内容从工程措施上来说主要有三条线:水量控制、水污染控制和水生态,这是海绵城市建造的主要内容。第一条线,即水量控制方面,主要包括四个系统,第一要做好低影响开发系统或者叫源头减排系统,即在雨水进入管网之前进行减排。第二要建造一个合理的雨水管渠系统。第三要建立一个大排水系统,即超过管网排放能力的通道和调蓄空间。第四要衔接城市防洪系统,城市防洪系统有时会与大排水系统合并在一起。我们在做城市建设的时候按照反过来的思路可能会更加合理,即先设计大排水系统,规划出大排水通道和调蓄空间,然后是管渠系统,最后再是源头减排系统。

第二条线是水环境污染控制。以前我们基本没有考虑雨水径流以及合流制溢流污染对水环境的污染风险。要想明确雨水与合流制溢流对水环境的污染风险,首先要搞清楚整个地表水环境中的污水、雨水、工业用水、合流制溢流及其他污染源里,雨水与合流制溢流污染的贡献到底有多大,这就需要展开多方面的研究,制定相应的雨水径流污染与合流制溢流污染限排要求。以达到河湖水系相应水环境质量目标为大前提,然后分解到源头、管渠、大排水以及防洪系统中,每个子系统里都要把水质指标加上。

在我看来,我们国家近年来的治理措施都是在为前几十年甚至百余年的城市发展不当“还债”。除了近期目标,我们还有一个更高的远期目标——生态目标,这才是我们的终极目标。生态目标就是我所说的第三条线,但是对于第三条线关注的人更少。举个例子,生态中最重要的问题之一是生物多样性的保护。但是城市雨水形成地表径流后直接通过管渠排放到河道,会对水体造成一定的污染,水体的温度会有小幅度上升,温度的频繁升高会对水体中生物的生存环境带来改变,逐渐导致水体中的生物多样性发生变化,这在学术上叫水体的热污染。此外,地下水长期得不到补充,也会对整个地下的生态造成影响。

海绵城市建设过程中需要注意的关键问题,我认为可以用三句话概括:一是规划要有前瞻性,二是技术方案要有系统性,三是控制目标要有多元性。针对规划的前瞻性,现在我们在做城市规划时,各类的市政专项规划是同步进行的,但实际上这些规划之间有些是互为前置条件的,到底哪个应该先行需要斟酌推敲。在尊重自然的理念的前提下,在做竖向规划、道路交通规划、绿地规划时,是不是应该优先保护大排水通道和湿地、林地等生态敏感区?城市的蓝线、绿线是不是应该控制住?下雨是一种自然现象,面对大自然的强大力量时,我们应该考虑与它和谐相处而不是改变它,所以一定不能切断水的通道,不能把雨水的蓄滞空间占用掉。因此我认为在所有的专业规划里,海绵城市的专项规划应该先行,应该作为其他规划的前提条件。

建筑畅言网:能否通过贵院的一些具体案例,谈一谈海绵城市的建设方法?(建设周期一般是多久?需要同步建设哪些配套设施?)

李俊奇:我们在全国范围内做过一些案例,有道路的、河道的、小区的、公园的,还有规划方面的,其中应用的技术手段非常多。如北京经济技术开发区的博大大厦生态停车场、多功能调蓄生态公园、科创十七街低影响开发道路、北京东方太阳城住宅区等。在深圳、白城、嘉兴、池州等城市还有很多不同类型的项目。

至于项目周期,一般都是随着主体设计一起建造的,海绵城市的建设不会增加工期,有时还会减少工期。例如我们在一些项目中能看到把山先挖空再填平的方式,但是如果按照低影响开发的理念,就要尽量避免这种做法,这样一来就会减少大量的土方量,从而缩短工期。如果竖向的大排水通道做好之后,实际上还能减少部分管线设计的工作量,有时甚至可以取消雨水管线。所以并不一定会因为做了海绵城市而改变原来的项目周期。

海绵城市的配套设施方面会有一些特别的设施,例如旧城区的改造项目中,因为以前的欠账太多,所以在改造过程中需要新增加一些设施,一般以地下设施居多,如污染控制或雨水收集回用设施,在地下做调蓄池,在雨水口做一段截污设施等等。也会采取一些用地调整,例如增加绿地的方式,同时改善景观。

建筑畅言网:从2014年10月底住建部发布《海绵城市建设技术指南》,到2017年这三年多的时间里,海绵城市的建设取得了哪些主要成绩?同时暴露出哪些问题或者误区?如何解决?

李俊奇:这几年国家做了两批共30个海绵城市的试点,整个过程取得了一些成绩,结合实践经验,各地也出台了若干地方规范、指南、标准图和验收方法等。国家层面未来也将有若干部与海绵城市相关的规范会陆续更新。

总结起来,我认为海绵城市建设的收获主要有以下几个方面:水量水质的控制技术、监测技术以及模型技术的提升和发展。具体来说,一是通过试点区的建设,海绵城市的技术整体有所提升。海绵城市建设技术按照类型划分有渗、滞、蓄、净、用、排6大类,如果细分可能会超过100项技术。技术还会引申出更大的产业,比如塑料制品、玻璃钢制品、透水砖等制造产业。二是控制系统的协同发展。所谓控制系统指的是与海绵城市的建设技术平行的监测、预警等辅助控制系统,这涉及到若干的传感器、监测平台、分析化验设备。三是模型软件的研发。从规划设计的需求衍生出很多模型的研发及应用,从而带动了设计院研究部门人员的积极投入,在其他建筑市场萎缩的情况下,这个领域现在非常活跃。

海绵城市的建设在取得了一定成绩的同时也显现出一些问题,而且问题不小。一是认识方面的问题。大家对海绵城市的共识还不太统一,包括公众、技术人员、决策人员,甚至专业人士中不同专业的人对海绵城市的认识也不一样,有时会比较局限。如果认识不到位,海绵城市的建设就很难推进。看问题的角度不一样所以认识不一样,就导致了海绵城市的建设在推进时遇到困难。

二是技术层面的问题。技术层面目前还比较单一,尽管海绵城市的建设有很多技术,但是大家在用的时候常常只是简单地照搬模仿,所选择的技术并不是最适合该地区的技术手段,从而导致了技术的适用性比较差,效果也不明显。

三是系统性问题。由于每个区域的问题不同,所以引领海绵城市的系统方案或者技术路线的主线应该是不一样的。但是现在很多城市没有真正地意识到这个问题,如果一个区域的主要问题是内涝问题,或者是地下水得不到补充的问题,结果使用了解决水污染控制的技术手段,那将是徒劳无功的或隔靴搔痒。

另外针对海绵城市建设的运维管理机制也不完善,考核评价标准有待进一步明确,这些都是一环扣一环的,如果我们在哪一个环节上脱节了,这个链子上的整个系统都会出问题。如果不妥善处理这些问题,就会直接造成海绵城市建设内容的混乱,对海绵城市本身及其推动造成负面影响。

建筑畅言网:众所周知,海绵城市的建设需要巨大的资金投入,这其中哪部分所占成本比重最大?如何从设计和规划环节尽量节约成本?

李俊奇:成本占比在不同的城市会不一样,有的城市源头部分占比比较大,有的城市末端河道的占比比较大,有的城市欠账的管网建设多,管网部分就要多补充一些,所以这部分的占比就会比较大。但从目前常说的1~1.5亿/平方公里的海绵城市造价来看,我觉得源头部分所占的份额并不大,反而末端控制设施占的比重应该是最大的,例如河道、调蓄池、湿地等。这个造价中,修路花多少钱,建公园花多少钱,河道花多少钱,根据每个城市本身的建设情况可能会有很大差异,但其中源头控制所占的比重并不大。

这也和我们常说的“问题导向”、“目标导向”有联系,每个地方的特色不同,我们做海绵城市建设,就是要因地制宜,抓住主要矛盾。山地城市和平原城市的区别就很大,不同经纬度的平原城市差异也很大,就算是在同一个城市里,也要在不同区域制定不同的方案。比如在一座城市里,做老旧城区改造,和新城区的规划,肯定侧重点就不同了,这其中的投资也是不一样的。旧城区可能就是在合流制管网改造、市政道路空间和竖向关系改造等方面投资巨大,而新城区需要投资的方面可能是片区内的排水断接、景观建设等。

建筑畅言网:在海绵城市的建设中,如何选择施工团队?对施工方有无特殊的技术或者资质要求?

李俊奇:海绵城市要求“灰绿结合”,意思是灰色设施和绿色设施相结合。对施工团队的要求比较高,也要看具体做什么部分,如果是做源头设施就会有很多生态设施,会涉及到植物问题,那么施工队伍就要不仅懂土建,还要懂植物、讲美学,具有能够模仿自然的能力。现在很多施工队能够做好一个混凝土工程,但是让它结合景观做一个仿自然的绿地系统就做不出来,或者即使能做出来但质量也无法保证,做得很粗放。

如果海绵城市的项目需要施工和后面的运营维护在一起,也就是未来20年的运营维护都归施工方管理,最好找一家擅长做后期运营维护的施工团队。有的施工企业资金雄厚,技术资质也很高,但是以前一直做土建,忽然来做黑臭水体治理的项目,也会由于缺乏相关经验而做不好,因为他们对于植物种植、怎样调水和净水这些方面都不熟悉。反而是一些原来做生态河道治理的施工企业,如果再强化一点自己的施工能力,在运行维护上也再下点功夫,这样的单位可能会做得更好。总之,对于海绵城市的建设,合格的施工团队必须具备土建、水务、生态、美学的知识,再加强质量控制,才能做出满意的项目来。

建筑畅言网:近两年,个别海绵城市的试点地区在雨季时仍旧出现了城市内涝的情况。因此有舆论认为海绵城市的效果并不明显,您如何看待这一问题?

李俊奇:老百姓的质疑很正常,因为内涝问题是非常直观的。但是城市建设的问题很复杂,我们的城市建设在过去欠了很多账,一百年的欠账问题不可能一两年解决。一些大型城市的排水通道已经被完全切断,现在的城市规划中管网的设计能够承受三年一遇、五年一遇的大雨,但是如果遇到百年一遇的大雨,又没有排水通道,出现内涝就在所难免。

例如北京7·21大雨造成了很严重的后果,当时很多下穿式立交桥区积水严重,需要通过在地下做调蓄池、做提升泵站,把它上游的汇水面切断,然后将调蓄池的水提升排入河道,后期管理再跟上,才能解决这种地方的雨天积水问题。这样的积水点北京有一百多个,现在大部分都消除了,但这些积水点消除后,又会冒出一批新的积水点,因为城市建设的过程中水的通道没有预留出来,一定会出现新的积水点。所以我们现在治理最严重的问题区域,然后逐步解决其他地方的问题。

现在一些城市做实施方案的时候,搞不清楚海绵城市和排水防涝的关系,方案就局限于低影响开发这些源头的分散式设施,忽视了其他比如管网提标改造、合流制管网、区域性的洪涝和污染控制衔接等问题。其实在做城市规划的时候,什么地方应该盖房子,什么地方应该修路,什么地方应该做蓄滞洪区,都应该事先规划好。城市的排水通道如果非常畅通,甚至可以没有管网。但是我们的城市规划目前还做不到具有这样的前瞻性,所以城市内涝的问题不是一蹴而就就能解决好的。

建筑畅言网:在全球范围内,有哪些国家的海绵城市建设得比较好,可以让我们参考借鉴?

李俊奇:在海绵城市建设方面,总体而言,发达国家因为对这方面的建设和研究都比较早,的确有一些好的经验,很多城市都有可供我们借鉴的不同经验。从洪涝灾害的控制方面看,日本面对洪涝灾害的弹性比我们要好很多,而且日本的人口密度比我们的还大,但它的地下调蓄设施做得很好,地表多功能设施、休闲空间和洪涝空间的交替使用也做得非常好。如果从生态角度看,新西兰做得非常好;如果从水资源的综合考虑看,澳大利亚水敏感城市做得非常好。美国针对低影响开发和绿色基础设施也有长期的很好的实践经验。

建筑畅言网:关于海绵城市的建设,国家未来可能会有哪些新的扶持政策出台?

李俊奇:对于海绵城市的建设,国家一直是大力扶持的,国家和地方政府都有相关补贴。2017年的政府工作报告中,李克强总理也提到了海绵城市建设问题,所以海绵城市是一个政府工程、民生工程,是解决老百姓的出行问题、安全问题以及健康问题的重要工程。关于海绵城市的建设,现在大家都在摸索阶段,我觉得未来可能会出台一些基于环境改善方面的政策,如与黑臭水体治理和海绵城市建设这两件大事相关的政策,或者雨水排放许可政策等。

编辑:Julie
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