面向全地表径流的科创园区“建筑-景观”协同改造设计研究——以苏州金枫产业园为例

李 哲

成玉宁*

陈菲菲

韩 笑

赵锴彧

当代风景园林学全尺度服务人居环境可持续发展，优化建成环境，凸显绿色基础设施，“设计的创新引领”已成为国际风景园林学科发展的普遍共识。伴随当代城市建设理念与技术水平的同步深化，传统设计观念与方法正呈现出不断务实、进取的趋势。“概念引领”已经逐渐为“技术引领”所取代，协同设计与技术集成成为当前风景园林设计观念转变与方法创新的重要途径。同时，传统人居环境设计专业界面正逐渐模糊，建筑设计与景观设计的契合面、融合度不断扩大，由现实问题牵引，以关键问题驱动、技术体系集成、工程体系统筹的“建筑-景观”一体化设计正成为一种日渐鲜明的设计趋势。

与此同时，低影响开发模式作为城市新型的雨水综合管理模式，已经越来越广泛地应用于城市开发、建设及更新改造中[1]。低影响开发模式的核心理念正是对地表雨水径流的综合管理，降雨时能够就地或者就近吸收、存蓄、渗透、净化雨水，补充地下水、调节水循环；在干旱缺水时有条件将蓄存的水释放出来，并加以利用，从而让水在城市中的迁移活动更加“自然”。需注意的是，不同于传统建设中大规模雨水传输管道和综合管网结构性末段管理方法，LID系统设计强调以分散式小规模措施对雨水进行径流控制，从而维持区域开发前的地表水文状态，将土地开发对地表生态径流的影响降至最低[2]。

科技创意产业园区是当代中国城市扩展的重要类型之一，为城市化发展起到了重要的作用。科创园区一般位于城市新区，具有园区相对独立、空间体系较完备，建筑功能以办公、研发为主，建筑形体简洁，建筑-景观整体建设等特点。面对当前经济发展新常态下的产业升级挑战，园区综合改造成为促进园区持续发展的重要抓手[3]。同时，因其全国性大规模建设早于海绵理念成型，大多数已建成科创园区缺乏低影响开发系统建设，在其综合改造与更新建设中亟待增加低影响开发技术支撑。

1 建成环境全地表径流系统概述

1.1 建成环境

建成环境可以是一个社区、村庄，也可以大到一个城市，它与人类生产生活息息相关，是一系列人工建造的、服务于人类社会的环境。相对于自然环境，建成环境往往伴随高密度人口聚集，对自然资源及其结构分布、环境承载力有着重要影响[4]：一方面，建成环境的运作需要不断消耗自然资源，影响生态格局的演变与发展；另一方面，建成环境产出大量废弃物，严重破坏生态环境，扰乱自然环境的正常演进。伴随当代生态思想与可持续发展理念在建成环境研究与改造中的持续深入，建成环境成为近年来国内外风景园林等学科研究的热点议题。

科创园区作为典型建成环境，其未来发展面向有别于传统的工业园区模式，从环境生态角度追求园区内各组成部分的协同合作及其对外界的低影响、低排放。因此，低影响开发技术与科创园区的建设、改造理念相吻合，通过低影响开发技术的综合运用降低建成环境径流承载压力，进而追求环境效能最大化、生态影响最小化的运行状态。

1.2 全地表径流系统

径流是流域中气候和下垫面各种自然地理因素综合作用的产物。地表径流(地面径流)指降水后在地表直接蒸发、植物截留、渗入地下、填充洼地，其余经流域地面、汇入河槽下泄的水流[5]。当前建成环境条件下的“城市地表”已从原来狭义的“城市底界面”向包含建筑立面在内的全地表范畴拓展，建筑本体5个立面和地面共同构成了城市完整地表。

因此，全地表径流系统是指对研究区域内全部地表面层径流进行有规律、有计划的收集、组织、利用和排放，达到雨水(融雪)利用效率最大化的人工系统。城市雨洪灾害和水污染管理是制约我国城市可持续发展的核心问题之一[6]，通过加强现存建筑更新与环境改造，构建包含建筑外表面在内的全地表径流系统，充分发挥建筑、道路和绿地等建成环境组成要素对径流的吸纳、蓄渗和缓释作用，能够有效构建科学的城市地表径流系统，促进建成环境生态演进。

1.3 协同设计

协同设计是当代创意工科发展的重要方向，也是设计方法的发展趋势。当代协同设计是在数字分析技术协同与先进制造技术集成的基础上，对产品设计全过程进行深度支持的研究领域[7]。协同设计同样适用于当代建筑-景观一体化改造设计目标。传统的建筑与景观设计者相互独立，并且各自具有领域知识、经验和问题求解能力。建成环境设计客观提供了建筑-景观协同设计的工作界面，全地表径流系统理念催生了建筑-景观的专业融合与技术协同，风景园林学、建筑学设计人员在同一地表径流系统内进行雨水分析与组织，促进并实现了地表径流的完整性、设计的协同性与工程的集成性。

2 科创园区“建筑-景观”全地表径流系统协同设计策略

2.1 构建完整“建筑-景观”全地表雨水径流体系

地表硬化是建成环境的重要特征之一，也是人工面层(石材、水泥、金属、沥青、混凝土)对生态系统干扰和破坏的集中表现。全地表径流系统的核心设计目标在于合理控制场地径流总量、减少径流峰值流量、减缓径流速度、延长径流生成时间，同时相应减少市政雨水管网系统建设成本、降低维护运行压力[8](图1)。

科创园区普遍具有周边道路、市政设施建设完备，规划分区简明清晰，规划与建设统一等特点，为结合建成环境实际进行径流规划与设计奠定了良好的基础。一般来说，科创园区汇水分区完全可以按照园区道路进行设置，但需要注意适当的汇水分区长宽比，不宜单项距离过长；径流宜通过局部低影响开发系统完成处理，不宜跨分区进行；建筑宜单独分区，独立进行径流组织，同时兼顾低影响开发设施的使用效率；地面雨水蓄存设施未必一定在绿地内设置，结合地面改造完全可以设置在荷载要求不高的硬地(如步行空间)内，需注意与地下空间的结合关系；最后，在每个分区内均应尽量设置绿化景观，有助于落实海绵刚性指标，便于径流设施工程实施。

2.2 低影响开发工程效能综合提升

效能研究是现代工科发展的重要命题之一，意指“达到系统目标的程度，或系统期望达到一组具体任务要求的程度”。根据科创园区预先制定的低影响开发改造目标，“建筑-景观”协同设计目的在于建立一个集约的全地表雨水径流控制与利用系统，充分发挥其低影响处理能力、整体提高径流效能，并在低影响开发6项技术措施(渗、滞、蓄、净、用、排)中进行技术集成与工程应对[9]。

1)提高地表下渗率。与单纯关注地面硬化下渗条件不同，全地表径流系统将建筑各表面层、景观界面统一视为径流载体，雨水径流包含了建筑屋面、墙体与建成环境下垫面径流，因此，雨水下渗率需要建筑屋面、墙面与下垫面协同做功。这为充分扩展分散式、小规模LID系统提供可能，同时意味着减少径流距离，实现就近下渗，使用集成技术与工程措施，促进绿色建筑屋顶、墙体绿化与地表景观的一体化低影响营造。

图1 全地表径流系统基本构成图

2)减缓径流集中速度。与雨水径流总量、径流峰值不同，径流集中速度是当前海绵城市建设中普遍忽视的问题。目前实践表明，单纯就建筑或景观进行低影响开发设计，都无法有效控制径流集中速度，并最终将集中流速统一释放给其他受体(如建筑粗放式释放给场地，大口径雨水管、集中蓄水成为常态)，导致市政工程系统荷载与工程量无法根本性降低[10]。因此，低影响设计要充分释放建筑屋面、墙体与下垫面径流阻滞的综合能效，充分利用植被、工程节点就近降低径流初速，从而降低雨水径流集中速度。

3)有序集纳雨水。结合分散式、小规模LID系统有序集纳雨水，使可直接利用雨水能够就近蓄存(如墙体绿化)。强调雨水的源头控制，用就地处理措施取代传统的管道式排放，大部分雨水经简单过滤处理后可用于管线灌溉、中水清洁等，并根据雨洪分析结果分区域设置容量相符的蓄水罐(池)，以便枯水季节循环利用。

4)合理净化雨水。雨水径流无法避免夹带地表悬浮物、大气颗粒物、重金属污染物、杀虫剂和肥料等随水径流物质。径流污染削减率应在分析径流污染特征基础上，结合改造需求、地表水环境质量要求等合理确定，重点是地表悬浮物(人为抛弃物、树木落叶等)的定点阻滞与收集，可通过雨水花园、生物滞留池等净化设施达到净化目的。

5)充分利用雨水。在雨洪分析基础上，规划设置建筑屋面径流、墙体径流与建成环境下垫面径流分散式、小规模雨水利用系统，实现局部雨水截留、净化、存储与再利用；在雨水利用总量确定基础上，以局部小循环替代大循环。

6)排放超量雨水。全地表径流设施应紧密对接市政排水系统。充分考虑排水防涝问题，优化竖向设计，科学规划超标雨水流经路线，避免内涝(易淹易涝点)产生。同时采取必要的防渗措施，防止雨水下渗对建筑表层和地面工程造成损坏。

图2 苏州金枫产业园全地表径流系统技术路线

2.3 全地表径流工程体系模块化设计

波特兰会议中心、PCC雨洪教育广场等20个典型案例统计分析表明[11]，系统化工程模块已在建筑、景观低影响开发中逐步采用，但现阶段体系化、标准化程度较低。作为一项系统工程，全地表径流工程体系的模块化发展意义重大，除能准确、高效进行分析与设计，降低工程难度，统一工程质量外，它还具备与绿色建筑、装配式建筑、海绵城市建设标准(GB/T 51345—2018)对接的能力，工业化潜力巨大。

图3 苏州金枫产业园全地表径流系统方案

3 实证研究：苏州金枫产业园全地表径流系统设计

3.1 项目概述

金枫产业园位于苏州市木渎镇内，根据产业提升规划，计划在三年内改造成为国家级绿色建筑科研机构与院士工作站，打造成为长三角地区低碳绿色建筑产业整合示范基地，节能环保技术展示、研发、销售与实践基地。2010年完成建筑与景观建设，总建筑面积36 000m2，占地约2.4hm2。项目设计以“Green Box”为主题，坚持海绵城市、绿色建筑理念，秉持低影响开发原则展开，从全地表径流系统分区、分散式径流组织、小规模LID模块工程集成角度切入设计，统筹建筑表面与场地径流，进行建筑-景观协同设计，力求通过技术系统实现整体园区的功能、形象更新(图2)。

3.2 全地表径流体系建立

全地表径流是低影响开发的核心，也是协同设计的纽带。在绿色建筑、低影响开发刚性指标分析的基础上，根据建设现状与雨洪分析结果进行径流分区规划，同时确定各个分区对应的分项指标，使之整体满足建设要求。设计同时关注于加强建筑和景观的工程联系，协同控制建筑、景观设计品质，使之整体大于局部之和。

图4 金枫产业园模块化绿化改造示意图

图5 金枫产业园屋顶绿化改造模块化设计概念图

图6 金枫产业园光伏发电系统示意图

在金枫产业园全地表径流体系设计中，降水自落于建筑屋面、侧立面和场地表面时便纳入小循环，利用分散式、小规模工程模块对雨水进行组织与控制(图3)。首先，建筑顶面绿化模块和地表海绵模块会对所在区域内初降水进行快速吸纳与过滤，在滞后瞬时洪峰的同时，对初期雨水径流进行截流、截污后输送；建筑屋顶和地面的雨水被汇集到相应的初级蓄水装置，在此暂时储存和沉淀，并用于局部存储与后续使用。与此同时，建筑立面上的绿化模块收集侧向降水，蓄满绿化模块内的蓄水缓释容器后，超额雨水汇入其下行管网，优先将其转存至地面储水设备，超容量雨水则通过地表泄洪沟，经下沉式阶梯亲水堤岸溢流至周边河道。储水模块中的雨水可后期通过补水、缓释设施满足所在分区内植被浇灌等需求。

3.3 模块化绿化体系建立

结合全地表径流体系建立，金枫产业园低影响工程系统涵盖了屋顶绿化、垂直绿化与地面绿化3个部分，并因其均参与低影响开发指标体系计算，故依据模块化原则进行了协同设计。全地表径流绿化模块包括屋顶绿化箱、立体绿化组合箱和模块化地面绿化箱(图4)。其基本原理是利用模块化容器构型，通过安装组合快速构成绿化种植基盘，同时具有阻根、蓄水、过滤、排水、抗风以及参与雨水收集的作用，能够快速实现屋顶平面、建筑立面、无土壤地表及有土壤地表的快速绿化施工。

例如金枫产业园屋顶绿化模块采用架空安装构型，与屋面系统分离，植物、基层和水分不直接接触屋面，故无须进行屋面改造(图5)。垂直绿化采用了卡夹式构型，可与立面改造中加入的轻钢维护结构顺利衔接，抗压大于100kg/m2，抗风能力良好。地面绿化采用埋置式构型(乔木另行施工)，模块埋置地表土以下，模块内种植基质与地表土壤衔接，适宜植物持续生长。建筑屋顶、墙面绿化模块均加装了蓄水容器及回水软管，构成局部补水系统。分析表明，仅建筑绿化改造一项，在气温超过34℃时能够保证建筑室温同比降低2℃，空调负荷降低15%，体现了节能环保的设计理念。

3.4 绿色能源系统建立

尽管在低影响开发理念中并未明确提及节能理念及自维护动力方案，但整合绿色能源进行系统运行也是相当重要的，这也是低影响开发的未来发展方向[12]。本项目依托光伏发电系统进行了绿色能源模块化设计。该模块主要由太阳能电池板(模块化单晶硅光伏组件)、蓄电池、补水控制器和逆变器四部分组成离网发电系统，并根据屋顶、不同墙面和地面能源需求进行模块化组装。

绿色能源系统发电装机容量以满足蓄水容器内回水灌溉动力及景观照明为目标，设备均在建筑屋顶安装并网发电。本项目装机规模370kW，全部采用固定倾角(230°)安装，共安装220W晶硅太阳能电池1 680块。按系统效率80%、年利用小时数1 100h(江苏地区平均值)计算，相当于每年节省标准煤156余吨，减排粉尘约1.95t，减排灰渣约41t，减排二氧化碳约69t，减排二氧化硫约3.1t，节省购电用户运营成本约6.15万元/年(图6)。

苏州金枫产业园“建筑-景观”协同改造工程重点对全地表径流系统设计体系、模块化绿化体系、绿色能源系统进行了设计与工程探索。低影响开发技术如何有效结合全地表径流理念进行拓展与体系化建设是设计之初高度关注的问题。当然，一项整体设计其内容远不仅仅如此，整体改造形象、结构与构造、综合管线、功能与空间乃至细部做法始终与之并行，即便是前期雨量分析、绿色材料(如透水材料)、绿色技术(如雨水净化与回用)、景观苗木选型等相关研究结论，因论述重点与篇幅所限，有待结合后续研究成果专项说明。

4 结语与展望

基于全地表径流理念，结合低影响开发技术创新与协同设计是当前低影响开发与海绵城市建设的重要研究内容之一。与单纯关注建成环境地面，唯雨洪分析公式论，局限于狭义“景观”设计内求解不同的是，在全地表范畴下进行协同设计，建成环境中建、构筑物表面是不容忽视的影响因子。这一理解方式和研究范式变化带来的变革更值得重视与专业探索，相关理论进展与实践成果一定会具有更为重要的创新价值与应用潜力。

近年来海绵城市、低影响开发、绿色建筑等理论持续拓展，并逐渐形成了得以自明的技术体系与指标体系。需要注意的是，“自明性”时常与“自闭性”并行，在自我限定的领域内进行体系优化的同时，如何与相关领域形成设计对接、体系协同、技术集成值得高度关注。举例而言，在《海绵城市建设技术指南(2014)》中指出：“借鉴发达国家实践经验，年径流总量控制率最佳为80%～85%。[9]”这在江南地区建成环境改造中，如果仅从地面改造角度是非常难于实现的，而将全地表径流统筹考虑，充分利用建筑-景观进行协同设计，增加的物理表面为实现各专项径流控制提供了充分的界面，也为景观设计向建筑改造发展提供了友好的技术端口。

当代中国人居环境建设的力度，以及真实的风景园林发展以一往无前的力量，将建成环境推向专业研究的前台，而建成环境的复杂性促使地表观念在原有地理学角度扩展变革。“在地”的建筑与景观日趋融合，迸发出新的可能和生机，这恰恰也是作为地面上人工建造的本源属性之一，正如海德格尔所言：“作品建立起一个世界，并由此展现出大地。[13]”