●申报所:山水城市研究所、风景园林营造所
● 项目地点:北京市丰台区南四环公益西桥东南侧槐房村
● 项目规模:16公顷
●完成时间:2017年4月
随着气候变化和城市化进程的加速,水资源问题凸显。降雨量的减少,导致极端干旱天气增加;降雨时段分布不均,致使城市内涝频发;用水量剧增,导致水污染加剧、用水量严重短缺,陷入缺水的恶性循环。缺水成为我国城市的通病。作为特大型城市的北京更是无一例外。
北京城的水环境、水生态面临着严峻的挑战,习主席在视察北京时还发表了有关“增强水危机意识、解决水安全问题”的重要讲话。为走出这一困境,北京市政府于2013年出台了“加快污水处理和再生水利用设施建设三年行动方案(2013- 2015年)”,这也是贯彻习主席视察北京重要讲话精神和落实国务院颁布的《水污染防治行动计划》的具体体现。
在这个三年行动方案的任务中,北京排水集团承担了市中心城区排水和再生水设施新建和改造任务。槐房再生水厂便是其中规模最大、工艺最先进、施工最复杂的再生水处理设施的新建任务。北排集团本着建设世界一流的精品工程、生态工程、世纪工程的决心,创新的提出将槐房再生水厂建于地下,地面建设公园,改善环境,造福社会。由此催生了这个位于水厂屋顶上的景观项目。
北京槐房再生水厂位于北京市丰台区南四环公益西桥东南侧的槐房村,是北京第一座、目前亚洲最大的主体处理工艺全部处于地下的再生水厂,收集处理北京城区西部120.6平方公里流域内的污水,日产再生水60万吨。而湿地公园就位于北京槐房再生水厂内,占地16公顷,其中13公顷处于北京槐房再生水厂屋顶之上。
在我们接手这个项目之前,已有设计团队出过多轮景观方案,但出于屋顶花园防水安全考虑,都是以绿化为主的常规屋顶花园设计处理手法,都没能得到北排集团的认可。北排集团希望方案能够反映其行业特点,以水为题,利用本身所产再生水建设一个水景公园,真正的使这里成为一处宣传水资源再生利用,传递环保理念的科普示范基地。
接到任务后,我们挖掘当地历史,研究相关资料,发现项目所处的北京南郊区域位于北京母亲河——永定河冲积扇的潜流溢出带,明清时期这里泉眼密布、河湖纵横。而槐房再生水厂正好处于“一亩泉”涌出区上,在一亩泉附近还有泉眼二十三处,泉水向东南汇流,形成南苑五海子水系。《大清会典》九十七卷便有记载:“南苑之水出团河、一亩泉,潴为五海。”历史上这里便是一派泉水纵横、芳草摇曳、鱼游浅底、鸟翔碧空的湿地生态景象。其后由于时代变迁,湿地生态环境发生巨变,昔日的湿地已然消失。为了重现当年的湿地胜景,于是我们在设计中引入湿地概念,利用再生水厂所产再生水,构建人工湿地,结合雨洪蓄滞,在再生水厂屋顶上创造一个水清草碧、鸟栖鱼藏,充满生机和活力的湿地公园。这是我国国内首次屋顶湿地景观与大型地下再生水基础设施融为一体的设计尝试,也是国内最大的屋顶湿地公园。
北京槐房再生水厂日产再生水60万吨。我们利用其生产的部分再生水,作为巨型屋顶湿地公园的水源,形成了水域面积有4公顷之大,具有溪流、洲岛、湖区等丰富多样水态的湿地水景,给游人带去不同的湿地游赏体验。
公园绿地采用石笼挡墙围筑的多层退台式地形,结合陆生和湿生植物,最大限度的截流雨水,减少地表径流,沉淀泥沙。同时我们放弃常规屋顶花园采用的轻质土,而回归使用普通土作为种植介质,为了避免水土流失,确保湿地水质不受雨洪污染。
公园水系设计模拟河漫滩形式,形成两级蓄洪方案。一级蓄洪方案是我们在湿地末端设有调节堰,暴雨时上移堰板,可升高湿地存蓄水位,总共可存蓄雨水1.9万方,比平时增加55%的蓄存能力,水漫区控制在近岸3m范围内。而二级蓄洪方案是应对极端特大暴雨,水位暴涨可浸漫整个公园,从而延缓雨洪排放,可缓解京城市政管网巨大的排水压力。
再生水厂所产再生水由公园东北部进入湿地,流经种有20多种湿地植物的潜流湿地和表流湿地,通过湿地植物的再次净化,从西南部排出公园,补给京城水系——小龙河。湿地净化过程已成为再生水厂净化流程中的重要一环。
公园引入“城中湿地——动植物天堂”的设计理念,通过选用103种北京乡土植物,模拟自然群落结构,营造林地、灌草丛、河道溪流和湖滨滩涂等多样的陆生湿生生境;运用27种食源植物和65种蜜源植物,设计了除臭风塔上的木质鸟巢、无人岛、灌草丛内庇护所,以及昆虫栖息的小微生境,目标吸引56种鸟类、7种兽类和74种昆虫,前来觅食、栖息和繁殖,从而丰富当地物种多样性。经不完全统计,目前已能观察到8种鸟类、2种兽类、2种水生动物类和12种昆虫的身影。
槐房再生水厂湿地公园位于地下厂房屋顶之上,做为一个屋顶花园,要实现美好的设计愿景,满足屋顶安全是最基本要求和必要条件。而相较于其它屋顶花园项目,地下水厂屋面本身非常规的建筑条件和以水为题的非常规屋顶花园设计方案,都给本项目带来了更大的设计挑战和实施难度。首先,屋顶面积大、荷载低。它有着13公顷的超大尺度,东西长650m,南北长156-240m。屋面整体荷载有限,且11个荷载分区的荷载各有不同。这就要求屋顶花园的工程设计不仅自身构造要轻,而且要兼顾在大跨度、低荷载屋面上,在无建筑塔吊、重型车辆和机械协助且要保证施工进度的条件下,如何进行人力为主的搬运、吊装、碾压等施工操作的可行性和便捷性。其次,顶板没有预设排水坡度,又因再生水处理工艺需要,屋面由西北向东南形成退台式结构的三个高程平台,导致只能单向排水,且排水距离较长。如何保证巨型无排水坡度屋面顺畅排水,且排水层不占用过多屋顶花园构造荷载,是本次屋面排水设计的关键。此外,为凸显水厂净化再生水成果和成效,屋顶上设计的4公顷湿地水景,也给地下水厂屋面防水安全提出了更为巨大的挑战,如何确保4公顷湿地水体滴水不漏,不影响地下厂房内高昂水处理设备正常运行,成为本设计中的重中之重。
湿地公园景观方案的工程设计立足于项目本身,分析自身特点,研究现有屋顶花园工程做法,筛选设计出适合槐房再生水厂湿地公园项目的最优工程技术方案。
为了满足屋顶荷载要求、降低屋顶花园构造自重,采用了多种轻型材料的创新组合。其一,景观石笼的轻型改良设计。围护退台式绿地的石笼在传统做法的基础上进行了轻量化创新调整,保留外部钢丝网框架,框架内外围下部以轻型加气混凝土块围合,顶部外露部分以河卵石装饰,内部以种植土和陶砾混合配比填充。这样的做法设计既减轻了石笼的重量,又能满足植物生长。其二,挤塑聚苯板的局部换填。为保证公园景观层次的丰富度和雨洪收集管理的需要,公园地表设计有起伏的竖向变化,因而屋顶覆土厚度会有不同,抬高较多区域必须以轻质材料换填才能满足荷载要求。考虑到碾压施工的可操作性,设计采用抗压性强、整体性好的挤塑聚苯板替代传统做法中的陶砾,避免陶砾层在大面积施工中不易定型碾压的弊端。其三,加气混凝土砖的轻量搭配。底部为钢结构的木栈道和木平台,如以种植土填充下部空间,局部荷载将超出屋面承载。为减轻重量,设计运用轻质且好施工的加气混凝土砖砌筑。
普通公园中的栈道和平台通常采用为混凝土柱梁结构。即便不论自重问题,景观设计时地下建筑已完成结构封顶,已不能从结构设计上一体考虑。同时屋面过大、荷载低,混凝土搅拌车辆不能上屋面,而混凝土浇灌布料管臂长不够,最后放弃混凝土结构,采用模数化设计的装配式钢结构,化整为零,不仅运输方便,而且可工厂预制,便于安装,同时也能降低施工中人为操作对建筑屋面防水层和结构层产生破坏的风险几率。
我们采用屋顶满铺渗排水网垫与建筑外侧设置集水盲沟两者相结合的排水方案,确保下渗至顶板的雨水和灌溉水及时顺畅排走。渗排水网垫是一种新型轻质的土工材料,具有耐压性能高、开孔密度大,具有全方位集水和水平排水功能。与无纺布复合使用,可有效过滤上层种植土,防止排水空间堵塞,迅速排水至外围集水盲沟,以降低屋面积水造成荷载过高的风险。本做法较之于其他排水做法,优点多多。首先,整体构造轻薄。渗排水网垫加无纺布整体不到10厘米的厚度都不及透水支管管径,更不用说透水主管和叠加排水坡度后的整个排水层的厚度,自重也更轻。其次,集水导水面积大、速度快。比渗排水管做法集水面积更大,可全方位集水,且对排水坡度无要求。相较于排水板材料厚度更大,导水截面积更大,排水更快。此外,施工便捷,自重轻,整体性好,铺设方便,免去像陶砾、碎石之类需要固定紧实的处理工序。
防水设计是影响屋顶花园成败的关键。为确保万无一失,我们集思广益、谨慎处置。我们与建筑设计团队展开多轮研讨、向屋顶花园设计专家、施工专家和知名防水材料供应商进行多方咨询,通过多种防水材料的优劣比对,最终与建筑设计团队形成共识,选用超强耐穿刺的HDPE防水卷材作为湿地防水材料,与建筑顶板的三层防水结合,共同组成对地下厂房的四重防水保护。同时公园设计中避免使用芦苇等根系穿刺能力强的植物,尽量消除景观植物破坏防水的风险,确保屋面安全。
公园东部主入口区设有科普木屋,用于展示污水治理、中水回用成效,宣传节能环保、绿色发展理念。湿地公园本身亦是一个雨洪蓄滞、水资源再利用、水生态修复的绿色示范。全园利用架空栈道和平台,有序引导游客游赏和户外观察,并降低对湿地内生境和动物的干扰。目前,湿地公园已成为北京市生态环境教育基地和国家水情教育基地。至今,已接待国内外政界、学界、社会人士及大、中、小学生400余批次、近万人次。
公园自建成以来,已迎来野鸭、小??的安家落户,还能见到雨燕、苍鹭、黄鼠狼、蜜蜂、蝴蝶等多种动物和昆虫的身影。湿地公园预期的社会效益、生态效益正在逐步展现。这里不仅是水厂的后花园和科普基地,更是动植物的家园,是人与自然和谐共生的见证。公园所呈现的美好一切为今后灰色基础设施的建设开发和土地集约化使用,提供了一个全新的绿色发展思路。
该规划是在公园城市理念思想指导下的城市绿色建筑的控制引导规则,对重要绿色空间进行规划引领,创新性的作用是引领未来城市转向目标和体系方法。公园城市最核心的是人、服务、功能的理想追求。
项目抓住了城市基础设施(灰色设施)绿色化、生态化的诉求特点,制定的设计路线、方案,采用的“轻量化”系列技术富有创新,形成的建成效果富有实效。是一项具有代表性的项目。