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通过空间复合利用弹性应对雨洪的典型案例——鹿特丹水广场

主持人: 赵宏宇,吉林建筑大学,副教授。marthewzhao@126.com

李耀文,哈尔滨工业大学深圳研究生院,硕士研究生。liyaowen90@163.com

 

我国已进入基于绿色基础设施的“海绵城市”理论研究和项目建设高速发展期。“水广场”是源于荷兰的一种创造性的城市公共空间复合利用形式,综合了缓解城市内涝与雨洪冲击和提供公共活动空间的双重功能。基于对荷兰鹿特丹Benthemplein 水广场的空间设计要素与运作原理的分解与剖析,本文总结和提炼其在应对城市雨洪灾害和公共空间高效复合利用上的巧妙构思和弹性策略,指出水广场模式对于构建城市雨洪安全格局和城市土地资源高效利用的重大意义,以期为我国城市海绵型公共空间的设计、建设提供经验和借鉴。——栏目主持人

 

引言

2013 年12 月习近平总书记在中央城镇化工作会议上提出建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”,随之而来的是国内针对海绵城市的理论研究和项目建设热潮。这些理论和实践大都是基于绿色基础设施,借助于绿色自然手段(如绿色植物和土壤的渗透、过滤等生态功能)来实现对雨水的渗滤、消解和再利用。但在我国东北寒地城市,一年中几乎有一半时间处于寒冷的冬季,绿色植物的生态功能完全停滞,依靠绿色手段来建设海绵城市遭遇发展瓶颈,迫切需要探索基于非生态手段的切实可行、气候适应的寒地海绵城市建设新思路。

同时,改革开放以来经历了30 多年的快速发展,我国城市基本上遵循以土地扩张为基础的外扩式发展模式,这种土地粗放式扩张带来的人口、交通、环境等压力不断凸显,追求“增量”的发展模式日渐难以为继。近年来国家出台一系列政策旨在限制城市新增建设用地规模,着力盘活存量建设用地,提高土地利用率[1]。在此背景下,将城市中一些现存公共空间进行复合化利用,提高土地利用率的相关研究成为热点,这其中不乏将城市公共空间与城市雨洪设施进行结合的研究和实践。

作为饱受低地之困的西欧发达国家,荷兰的雨洪管理理论研究和相关实践都走在世界前列。在应对海水倒灌、雨洪冲击的威胁下提出了一系列创造性的应对方案,其中将非生态的公共广场与雨洪设施结合设计的鹿特丹水广场最具代表性,为海绵城市建设和存量发展背景下我国广大地区,尤其是寒地的海绵城市建设提供了新思路,值得探讨和学习。

 

1 水广场的设计背景

1.1 荷兰国情和鹿特丹概况

荷兰位于欧洲大陆西北端北海沿岸,是世界著名的“低地之国”,全部国土面积中有25% 低于海平面,另外25% 海拔不足1 m。荷兰第二大城市鹿特丹素有“水城”之称,坐落在南荷兰省新马斯河畔,整体地势平坦且城市90% 的区域低于海平面,经常面临海水倒灌的威胁[2]。更糟糕的是,气候变暖给鹿特丹带来了频繁的降雨,每年平均有300 天都在下雨,且降水量越来越大,加之城区洼地众多,排涝压力颇大。2015 年,鹿特丹需要向外排出多达60 万m3 的降水量,相当于100 个标准足球场容纳0.8 m 深的水量之和,或200 个可以进行奥林匹克游泳比赛的泳池的储水量,覆盖面积刚好是鹿特丹的市区面积[3]。如果不进行收集储存,这些雨水将会溢流到街道、路面,因此鹿特丹迫切需要储水空间来容纳这些超出城市雨水管网和自然水体容纳量的多余雨水。

为了暂时储存这些雨水,传统且有效的办法是开挖水渠、运河或建造大量的地面或地下储水池。但荷兰同时又是欧洲人口密度最高的国家,达到483 人/ km2[4],土地资源非常稀缺。在高密度的城市区域,已经没有足够的空间来容纳这些新增的雨水设施,于是大胆思考、敢于创新的荷兰人提出许多方式来滞留和存蓄雨水,如结合建筑的地下储水池、建筑屋顶花园等。为了在城市区域营造更多的雨水存蓄空间,“水广场”(watersquare)这种结合城市原有公共空间的雨水存蓄新模式应运而生,并被付诸实践。

 

1.2 “ 水广场”—— 一种创造性的公共空间多功能利用模式

在高密度城区建设下水管网、地下蓄水池等传统雨水设施需要大量资金,对于公共空间环境品质的改善却无济于事。当暴雨来临,因超出传统防洪排涝设施的承载量而发生洪涝时,不仅威胁到公众生命财产安全,还会引发作为纳税者的民众的不满。可见,将大量资金花费在地下管道和地下蓄水池等看不见的雨水设施,用以应对偶然性降雨事件并不经济;而且日常生活中这些雨水设施不为人们所见,往往会导致人们对雨洪威胁的忽视。相反,如果将资金用在地面人们可看到的地方,在建设雨水设施的同时提升公共空间质量,还能时刻提醒人们潜在的洪涝灾害威胁,提升人们对于水安全的认知,有效起到教育和警示作用。

“水广场”的概念是在2005 年第二届鹿特丹国际建筑双年展上由荷兰设计机构De Urbanisten 提出的。随后,De Urbanisten 开展了一系列水广场类型学的研究,提出了多个水广场的空间原型,并进行了一系列研究与试验,最后形成了较为成熟的模式。作为一种创新型的空间复合利用模式,可以根据具体的环境尺度、空间类型、雨洪控制需求对水广场进行适应性的设计,从而将之应用于不同的空间,发挥雨洪管理与公共空间的双重功能。

之所以被称为“水广场”,是因为它既是可以供人们游憩、玩耍、运动的公共活动广场(图1),又是能够收集、存蓄雨水,并把雨水转换为城市景观的雨水存蓄空间(图2),冬季还能成为滑冰场(图3)。在同一个空间内实现了多种功能,一举多得[5]。水广场在降雨时收集周边区域的地表径流并利用自身下沉空间进行存蓄。通过灵活设计下沉空间的深度,不同降雨量下水广场的淹没范围不同(图4);同一次降雨事件中,水广场的淹没区域也会随时间发生变化。

这种应对不同强度和持续时间的降雨的弹性设计使水广场呈现出不同的景观效果,人们可以通过可视的景观直观地了解降雨的强度,在增加景观趣味性的同时也增强了人们的雨洪管理意识。

 

图1 水广场作为公共空间

资料来源:http://www.urbanisten.nl/wp/?portfolio=waterpleinen

 

图2 水广场存蓄雨水

资料来源:同图1

 

图3 水广场冬季作为滑冰场

资料来源:同图1

 

图4 水广场在不同降雨强度的淹没情况

资料来源:作者根据http://www.urbanisten.nl/wp/? portfolio=waterpleinen 改绘

 

2 鹿特丹Benthemplein 水广场概况

鹿特丹Benthemplein 水广场(下文简称“水广场”)位于鹿特丹市中央火车站附近(图5),周边被学校、教堂、小剧院和体育俱乐部环绕(图6)。项目由鹿特丹市政府、鹿特丹气候行动计划(Rotterdam Climate Initiative)委员会委托,荷兰本土的设计机构De Urbanisten 设计。项目占地9 000 m2 (包括街道和停车场),花费200 万欧元,于2013 年12 月建成开放,是“水广场”模式的第一座建成项目[6,7]。自2013 年建成并投入使用以来,水广场在国际广受好评。该项目广泛应用了包括屋顶雨水收集系统、地表和地下雨水滞留池、初期雨水过滤净化设施和地面雨水导流渠等多项雨水处理设施,并将其与景观和活动场地巧妙结合,辅以绿化植被,形成了一处景观独特、功能多样、富有吸引力的城市空间。水广场建成后发挥了重要的作用:在无雨天气作为公共广场和运动场供公众使用;降雨时汇流并存蓄雨水,减轻雨水管网压力,有效缓解城市内涝。该项目在各方面均取得了良好的效果。

水广场可以在不同时间中,在同一空间实现不同的功能。无雨的时间段作为体育运动场、露天剧场和休憩场所被公众使用,丰富的使用功能带来空间使用形式和使用主体的多元化,而多元的活动类型和活动人群有效地提升了该片区的公共活力,从而实现了水广场的社会价值和公共价值。降雨期间临时充当雨水储存空间,将超出城市自然水体和下水管网承载量的过量雨水暂时收集和储存,等雨后城市自然水体和下水管网恢复承载量时再排入其中,避免了暴雨期间城市区域的地面积水。这不仅仅是片区环境质量的简单提升,更对公众安全的保障有着重要的意义,充分体现了水广场对构建城市雨洪安全格局的重要价值。

 

图5 Benthemplein 水广场鸟瞰图

资料来源:http://www.urbanisten.nl/wp/? portfolio=waterplein-benthemplein

 

图6 Benthemplein 水广场方案平面图

资料来源:http://www.urbanisten.nl/wp/? portfolio=waterplein-benthemplein

 

3 弹性的运作过程和设计要素

3.1 弹性的运作过程

3.1.1 无雨时作为公共活动空间

水广场由大小不同、深度各异的三个下沉广场,以及周围地面引导雨水传输的不锈钢水槽组成。在常规无雨的天气里,广场保持干燥,作为公共活动空间(图7)。其中第一个较浅的下沉广场具有倾斜的地面和矮墙,方便年轻人进行各种轮滑运动(图8);第二个较浅的下沉广场中间有一个凸起平台,可作为表演、跳舞的舞台(图9);第三个也是最大最深的下沉广场处于整个水广场的中心,是球类运动场地,边缘与地面高差交接的地方设计为台阶,可供人们在此休息或观看比赛或表演,也是整个广场景观的组成部分[8](图10)。

 

图7 无雨天气作为公共空间的水广场

资料来源:http://robertoschumacher.eu/Watersquare-Benthemplein

 

图8 第一个下沉广场

资料来源:同图5

 

图9 第二个下沉广场

资料来源:同图5

 

图10 第三个下沉广场

资料来源:同图5

 

3.1.2 降雨时作为雨水存蓄空间

短时雨量较小的降雨情况下,水广场东侧建筑屋顶和西南侧停车场的雨水会沿着地面的不锈钢水槽流入深度较浅的第一个下沉广场中(图11);同时,来自小教堂屋顶和水广场北侧地表的雨水会沿着地面较宽的不锈钢水槽流入深度较浅的第二个下沉广场中(图12)。在短时间较小的降雨过程中,广场中央最大最深的第三个下沉广场仍然发挥公共活动场地的功能。这体现出水广场重要的弹性设计策略,对雨量大小和持续时间给以弹性应对,通过这样的弹性设计在雨水存蓄与公共活动之间进行平衡。

当遭遇连续大量的降雨时,中间最大的第三个下沉广场才会发挥作用。通过预先铺设的地下管道,来自周边地区的雨水可以转输到这里;同时Zadkine学校教学楼屋顶的雨水也会通过建筑内部排水系统被收集。这些雨水汇流到第三个下沉广场旁边的地下水箱中,当水位达到一定高度时通过出水口汇流进入最大的下沉广场(图13)。此时,水广场从一个多功能的公共活动空间变成一个包含三个蓄水池的城市蓄水系统(图14),储存和滞留着超出城市雨水管网和运河沟渠容量的、原本会溢流到街道、广场地面的雨水(图15, 图16)。水广场最多可以储存约1 700 m3 雨水,其中第一个下沉广场可容纳350 m3雨水,第二个下沉广场可容纳95 m3 雨水,第三个下沉广场可容纳1 150 m3 雨水,另外还有两处渗透区域可容纳约95 m3雨水。

 

图11 第一个下沉广场集雨过程

资料来源:作者根据http://www.urbanisten.nl/wp/?portfolio=waterplein-benthemplein 改绘

 

图12 第二个下沉广场集雨过程

资料来源:作者根据http://www.urbanisten.nl/wp/?portfolio=waterplein-benthemplein 改绘

 

图13 第三个下沉广场集雨过程

资料来源:同图11

 

图14 降雨天气作为城市雨水存蓄空间

资料来源:同图7

 

图15 发挥雨水存蓄功能的水广场

资料来源:同图5

 

图16 水广场蓄积雨水

资料来源:同图5

3.1.3 降雨后雨水的消解过程

降雨结束后,这些积存的雨水会逐渐排出。其中,一部分雨水通过自然下渗补充地下水;另一部分通过管道汇流到临近的Noordsingel 运河中。排空雨水之后的水广场又恢复公共活力,重新成为兼具运动、娱乐、休闲和景观功能的城市公共空间(图17)。

 

图17 雨后水广场逐渐恢复公共空间功能

资料来源:同图7

 

3.2 设计要素

3.2.1 弹性的雨水存蓄设施——下沉广场

三个下沉广场是水广场的核心。它们既是存蓄雨水的空间主体,作为末端雨水存蓄设施,分别承担不同片区雨水汇流的功能;同时也是水广场核心的公共活动场地,并根据大小、形态行使不同的活动场地功能(图18)。下沉广场与地面的高差形成下沉空间的边界,为球场提供了护栏,从而无需再修建围栏。同时利用高差设置台阶,作为观众的休息座椅。通过弹性的空间设计,动态调节下沉广场中的水位,应对不同强度的降雨。

 

图18 水广场雨水存蓄主体空间:三个下沉广场

资料来源:同图7

 

3.2.2 多功能的雨水转输设施——不锈钢水槽

不锈钢水槽是水广场雨水转输的核心设施(图19),将雨水从广场地面和附近的停车场以及雨水井转输到下沉广场中。区别于其他雨水设施,不锈钢水槽是开放的,这是设计过程中公众参与的结果。通过开放式的水槽设计,使雨水转输的过程可见、可听、可感知,构成了广场众多的水景观之一,同时加深了人们对雨水的收集汇流过程的认知。不锈钢水槽的另一个重要作用是在无雨时充当轮滑运动的场地,光滑和蜿蜒曲折的不锈钢水槽为年轻的轮滑者带来更富有趣味性的运动体验。

 

图19 地面不锈钢导流水槽

资料来源:http://www.stylepark.com/en/news/bad-weatherpool/347976

 

3.2.3 趣味性的水景观设施——雨水井和水墙

雨水井是不锈钢水槽的开端,建筑屋顶的雨水通过内部排水系统汇流到地下管道,再通过雨水井装置增高水压(图20),进而涌入地面不锈钢水槽,形成喷涌流动的水景观。水墙位于最大的第三个下沉广场旁边,来自周边街区和建筑屋顶的雨水首先汇入下沉广场旁地下的水箱,当水箱内水位达到一定高度时通过水墙上的出水口以水幕的形式汇入下沉广场(图21)。随着降雨量增大,水位升高,水墙上越来越多的出水口开始发挥作用,逐渐形成一道相连的水幕。从雨水井喷涌流出的水流和从水墙倾泻而下的水幕形成水广场在发挥雨水存蓄功能时特有的水景观,并以可感知的形式提醒着人们降雨的强度大小。

 

图20 地面雨水渠的源头“雨水井”

资料来源:同图7

 

图21“ 水墙”形成水幕景观将雨水导入下沉广场

资料来源:同图7 

 

3.2.4 功能性的给水设施——露天洗礼池和自动饮水器

广场教堂旁的露天洗礼池和较深广场中的自动饮水器是水广场设计完整性不可或缺的部分。泉水从洗礼池流出,在广场上露天的不锈钢水槽中蜿蜒流动,最后汇入第二个较浅的下沉广场中。自动饮水器与城市供水管网相接,可为广场上的活动者提供净化后的饮用水[8]。


3.2.5 标识性的色彩元素

水广场通过色彩的设计强调设施的不同功能。三个下沉广场是可以被雨水淹没的,其地面被涂以醒目且富有层次变化的蓝色(图22);不锈钢水槽用于转输雨水,在突出水体流动性的同时,它们也被赋予漂亮的外观,用闪亮的不锈钢材料明确了其识别性;再加上混凝土本身的灰色、花卉植物丰富的色彩,形成了水广场富有变化和标识性的色彩系统。

 

图22 水广场层次丰富的植被

资料来源:同图7

 

3.2.6 层次丰富的绿化种植设计

水广场的绿化种植作为广场主体的辅助性要素,意在突出现有树木。通过乔木、灌木和草本植物的搭配形成层次丰富的绿化景观效果,并使用混凝土边墙进行围合,为三个下沉广场划分空间并营造一种非正式的供人们休息和放松的环境(图22)。


4 水广场的实施运行效果

4.1 作为公共活动空间的水广场

水广场是非常受欢迎的充满活力的运动、交往空间。围绕水广场坐落着学校、青年剧院、体育俱乐部等,广场的使用人群除了部分来自附近社区的居民以外,以充满活力的青年人为主体,这使水广场成为城市中充满朝气和活力的空间。在水广场上经常举办球类运动、轮滑和舞蹈相关的比赛,偶尔还有青年剧场的学生带来的露天舞台剧,下沉广场与周边地面的高差形成的台阶成为最方便的观众坐席。在这里,既有活动的参与者又有观看者,还有经过这里驻足观看的路人,共同构成这个由水广场、水广场中的人、进行的活动三个要素组成的生态系统。其中,水广场作为物质形态上的空间,为这些人和人们进行的活动提供了容
器,成为人们社会生活的载体,促进了良好的社会交往和城市活力的激发,展现了公共空间的价值。


4.2 应对雨洪——与周边基础设施的联动

水广场建成之后,该片区陆续遭遇了多场暴雨袭击,在降雨过程中,水广场发挥了重要的作用:三个深浅不一、大小不同的下沉式广场空间分别收集各自汇流区域或建筑屋顶的雨水,这些雨水都是超出了下水管网和自然水体承载容量的溢流雨水。水广场就像该城市片区的一块巨大的“海绵”,吸收大量原本会溢流到街道上的雨水,杜绝了该片区遭遇暴雨时可能发生的内涝。它在城市社区尺度层面发挥着无可替代的弹性应对作用,实现了鹿特丹构建“水安全”城市的目标,体现了对于构建城市雨洪安全格局的重要价值。


4.3 水广场的示范作用

作为首个建成的案例, 水广场起到了良好的示范作用。建成后已经成为国际学习的典型案例,吸引了许多国际团体的参观和调研,并吸引了来自亚洲和美国的商业合作计划。随后,鹿特丹将建造超过25 个“水广场”,共同形成城市的气候弹性应对体系,进而实现鹿特丹“水安全”的战略目标。


5 水广场为我国海绵城市建设带来的思考和启示

5.1 基于非生态手段的雨水管理思路

鹿特丹水广场利用工程性的手段,以“蓄”为核心,通过三个不同形式和规模的下沉空间有机组合,结合雨水转输系统,有效地完成对城市雨洪冲击的弹性应对,成为城市中充满弹性的“海绵体”。这对于我国寒地城市尤其具有借鉴意义。限于气候的特殊性,寒地在建设海绵城市时不能盲目套用学习当下热门的技术与方法,如基于绿色基础设施建设城市海绵体的做法。应当依据自身实际,敢于拓宽思路,打破常规,学习鹿特丹水广场,尝试通过非生态的手段来构建城市海绵单元,营造城市弹性应对气候变化的能力。


5.2 雨水设施与公共空间功能的复合

通过城市更新的手段对城市建成区进行功能优化调整来提升城市空间内涵的“存量规划”是我国未来城市规划的必然趋势。水广场作为高密度城区公共空间与雨水设施结合设计的成功案例,在同一块场地空间上实现了雨洪调蓄空间和公共活动场所的双重功能,实现了空间的复合化利用。其集约化的空间利用形式有效整合空间功能,营造功能丰富、景观多样、充满活力的城市公共空间的做法对我国国内城市建设,尤其是结合海绵城市建设中旧城区有机更新、公共空间多功能提升都有着重要的参考价值和借鉴意义。


5.3 社会和生态动态的弹性应对

城市的弹性通常用来比喻城市系统应对外部干扰和冲击的速度,是城市吸收、适应和回应变化的能力。城市作为社会—生态系统,其弹性建立在社会动态的弹性和生态动态的弹性相结合的基础之上。水广场通过多样化的公共功能植入实现社会活动的多样性,增强了其社会动态的弹性;通过雨水管理设施的有机结合实现对雨洪冲击的缓冲,吸纳、储存、消解雨水实现了生态动态的弹性。而水广场体现的是安全性、景观性、公共性的统一,其功能的多样性本身就体现“弹性”。弹性也正是海绵城市建设的核心和重点所在,是迫切需要学习借鉴的。

 

5.4 设计过程的公众参与

水广场设计过程中,对水这一要素在广场中的角色和水广场应该提供的社会功能进行了深入和广泛的公众参与,在设计师的引导和公众的反馈中形成最终方案,如下沉广场的位置、形式、公共功能,不锈钢水槽的形式等都是公众参与的结果。限于篇幅,本文并未就水广场设计过程中的公众参与进行介绍和分析,但这种有效的公众参与是国内城市公共空间设计所欠缺的。在海绵城市建设项目中引入广泛深入的公众参与来增强使用者的参与性,充分反映使用者意愿,对于增加民众对项目的使用率和认可度具有重大意义。


5.5 海绵型基础设施的系统规划与布局

作为城市雨洪基础设施,需要以科学、专业的预测、模拟、计算,得出城市中储水空间缺口,科学合理划分汇水区,确定海绵体的合理选址和蓄水容量,从而更好地发挥应对雨洪冲击的缓冲效果,构建整个城市的雨洪安全格局。


国家自然科学基金项目(51208139)、吉林省社会科学基金项目(2016B121)共同资助

参考文献:

[1] 国土资源部. 国土资源部关于推进土地节约集约利用的指导意见[EB/OL]. (2014-09-26)[2015-09-12]. http://www.mlr.gov.cn/zwgk/zytz/201409/t20140926_1331065.htm.
[2] 胡月, 张继权, 刘兴朋, 等. 荷兰防洪综合管理体系及经验启示[J]. 国际城市规划, 2011(4): 37-41.
[3] Rot te rdam Climate I n i t i a t i ve . Water Squares: Playgrounds Doubling as Water Storage[EB/OL] . [2015-05-20] . http://www. rot t e rdamclimat e i n i t i a t i ve . n l /en/100procent-climate-proof/projecten/
water-squares-playgrounds-doubling-as-waterstorage?portfolio_id=59.
[4] 尤尔根· 罗斯曼. 荷兰的城市演变[J]. 国际城市规划, 2008(1): 108-117.
[5] 创意人士提出暴雨处置方案, 收集暴雨变广场景观. 网易新闻. (2010-04-05)[2014-12-19] . ht tp://discover.news.163.com/10/0405/10/63GFO6LO000125LI.html.
[6] Rotterdam Climate Initiative. First Full-scale Water Square Opened in Rotterdam[EB/OL]. (2013-12-04)[2015-05-19]. http://www.rotterdamclimateinitiative.nl/en/news/first-fullscale-water-square-opened-in-rotterdam?news_id=2023, www.rotterdamclimateinitiative.nl/en/news/first-full-scale-water-square-opened-inrotterdam?news_id=2023.
[7] Stormwater Report. First Full-scale Water Square Opened in Rot terdam[EB/OL]. (2014-03-03) [2015-05-19] . http://www.rotterdamclimateinitiative.nl/en/news/first-fullscale-water-square-opened-in-rotterdam?news_id=2023.
[8] De Urbanisten 城市研究和设计工作室. 荷兰鹿特丹市班特布雷水广场[J]. 景观设计学, 2013(4).

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