「可持续设计理念」课程系列12丨住：是人工湿地还是人工“失”地？(下)
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可持续设计理念
Sustainability consciousness
我们的星球是一个巨大的生态系统，由无数相互关联互动的子系统构成，可持续性既在于宏观星球尺度，也在于无数细小短暂的微观层面。
设计属于人类的基本活动，而每一件设计都将对可持续性产生积极或消极的影响。如果设计师能理解人类活动是如何影响环境的，设计就能使人类的命运重获生机。在年轻的设计专业学生中根植可持续意识，是迈向真正的可持续发展的重要一步。
在这样的背景下，同济大学设计创意学院多年前便开设了 “可持续设计理念”(Sustainability consciousness)课程，希望培养具有“可持续理念”的设计师。课程的核心是引导同学们理解人类系统与自然系统之间的互动关联，洞察生活中可持续性的议题：在衣、食、住、行、文、弃等诸多生活场景中，研究人类行为对生态环境的影响；探讨现有的设计实践、潜在的设计策略，可以/可能在哪些环节、怎样的层面上、如何影响到人类系统的衣、食、住、行、文、弃，进而影响到自然系统的大气、水体、土地环境、生物圈等等，领悟设计所能产生的影响。
近年来我院朱小村、姚雪艳、曹静、刘洋、莫娇、童毓舟等多位老师，与校内外专家共同开展了这项课程的教学和指导工作。课程结题作业要求学生们3-6人一组，从日常生活出发挖掘可持续议题，探究“熟视无睹、习以为常、理所当然”的现象背后的深远影响，并通过设计专业技能，将这些分析和思考呈现传达出来，鼓励同学们在探究的基础上提出新颖、创新的想法和概念。
我们选取了自2017年至2021年五年间的共约20个有代表性的学生作业，按照衣、食、住、行、文、弃几个方面的顺序依次向读者呈现，希望与社会各界人士共同交流和探讨“可持续”相关议题的同时，激发和引导公众在日常生活中增强可持续发展意识，践行可持续发展理念。
「可持续设计理念」课程系列 12
03 /
人工湿地的维护成本量化
3.1 人工湿地的运维成本
图 7 人工湿地维护成本包含内容（作者自绘）
我们基于同济大学人工湿地的原始资料，对其运行和维护成本进行了评估。在经过大量的了解和寻访（同济大学基建处，档案馆，绿化科）我们发现人工湿地中对进、出水的水质测试通常是运行和维护成本中最大的单项费用。这项费用与测试的频率、水质指标的数目以及样品的数目有关，通常需考虑的指标包括 COD、BOD 、TSS 等。
表2 人工湿地系统进水水质要求表（作者自绘 数据来源：《 人工湿地技术在污水处理与水环境保护中的应用》[8]）
表 3 人工湿地系统污染物去除效率表 作者自绘 数据来源：《 人工湿地技术在污水处理与水环境保护中的应用》[8]）
图 8 三种人工湿地系统进水水质要求对比（作者自绘）
图 9 三种人工湿地系统污染物去除效率对比（作者自绘）
根据数据查找和分析，我们发现水平潜流人工湿地在这两项标准中的综合评估要优于表面流和垂直潜流，但此外水位调节及进、出水装置的维护也是人工湿地维护的重要部分；潜流型人工湿地系统的水位要定期检查 ( 可以每月或每周检查 1 次 ) , 以确保不发生漫流现象。为了获得预期的处理效果，需要对进、出水装置进行定期的查和维护。同济大学人工生态系统的维护属于次要级维护成本：分为三个方面：对蚊蝇的控制，对杂草的控制和人工及其他费用 [7]。
（1）对蚊蝇的控制
当流型人工湿地系统离居住区较近时，需考虑对蚊蝇的控制。加强植物管理，通过对倒伏的植物进行收割，破坏蚊蝇孳生的环境，但这会增加每年的人工费用。
图 10 对蚊蝇的控制示意（作者自绘）
（2）对杂草的控制
杂草不仅影响湿地系统的美观，还会对湿地植物形成强有力的竞争，因此需沿着湿地周边清除杂草。对于潜流型人工湿地，系统中的杂草应在早春时节通过投放药剂或人工拔除等方法去除，但不论哪种方法都会增加运行及维护成本。考虑到投放药剂不仅会增加维护成本，还会由于农药中的污染物质而导致人工湿地系统的污染，因此不推荐使用药剂来控制杂草。
图 11 对杂草的控制示意（作者自绘）
（3）人工及其他费用
对于人工湿地系统而言，从规划、设计、建设到运行维护均需要人力资源，因此在对人工湿地系统进行生命周期成本评估时需对人工费用进行单独计算。考虑到地域的差异性，人工费用的评估需根据各个地区的发展程度和劳务人员的状况而定。
3.2 维护成本对比计算
表 4 同济大学人工湿地养护成本与普通园林的对比计算表（作者自绘）
* 仅查到滤料更换相关数据，滤料使用寿命 : 陶粒 <5 年，鹅卵石>5 年，保守估计滤料 10 年一次完全更换，生命周期内平均每年更换 0.1 次，因此系数为 0.1[14]
图 12 湿地维护成本包含部分示意（作者自绘）
因此，同等面积维护人工湿地的成本极保守估计约为普通园林的 3.65 倍，若加入生命周期中清洗滤料层的费用，可能翻倍。那么，同济大学工程试验馆前人工湿地的年运维成本将在15000 元～ 26000 元之间，比第二部分中生命周期成本粗略估算的 1169 美元要多许多。
图 13 同济大学校园湿地维护成本与普通园林比较（作者自绘）
04 /
痛点与设计思考
4.1 模块化方向思考
当前人工湿地主要功能部分，即滤料层，因其维护不善已严重淤积堵塞，基本失效。但通过分析其结构设计得知，其滤料层若要清理、更换，需将上方土层翻开而后填上（因多为草本植物，所以并不影响植物生存）。仅一步骤就将耗费大量人工成本和能源，加之对滤料需高压水枪冲洗，同样是相当消耗能源资源的步骤。
图 14 同济大学校园湿地维护的问题与痛点示意（作者自绘）
分析其主要痛点，为翻土过程中土层与滤料层使用过久后分界不清晰，且翻土面积过大，因此提出的可能优化思路为模块化设计。
图 15 现有设计维护方式示意图（作者自绘）
土层和滤料层的分布、比例保留原设计方案，主要改进点是一土层与滤料层间增加透水隔板，对于根系较浅的草本植物，该隔板基本能发挥隔断的效用，在清理滤层时可以更方便地分离土层和滤料层。
图 16 人工湿地再设计设想示意（作者自绘）
其二更重要的是增加模块化箱体，箱体表面开有孔保证水的流通。维护时可将单个模块取出进行清理。箱体的存在使得维护过程由整片大面积大人工投入维护转化为单个单元逐步维护，大大增加作业便利度并减小作业空间。而若结合数字信息技术，也可在箱体上增加监测传感器，精确评估滤料老化程度，进一步使维护更精确化，降低成本和难度。以及回归水体净化本身，检测其净化效率，并对其环境、生态效益进行评估。
图 17 模块化重建方案建模构想图（作者自绘）
4.2 环境与人的互动—关注湿地的景观性与科普性
在上文提过校园内该人工湿地从 2007 年始建后，仅在 2017年有一次大规模的休整，但在调研时我们惊讶地发现，在这片大约 600m2 的景观型潜流人工湿地中仅有一处 A2 左右大小的文字说明，而这一处说明 13 年来未曾修复过。
照片组 2 从左往右为 2007、2017、2020 年文字说明处照片（照片来源：学校绿化科提供或作者自摄）
事实上，在学校的宣传文件里提到了“人工湿地也是学校科普与节能教育地之一 ”，这也是大多环境工程试验场地的共性问题，在生态方案考虑的十分周到，却忘记了去传达、去科普的目的。既然要传达信息给人，那么首先要有人进入这个环境中。除了一些在设计时未考虑周到的问题 :
我们根据学校日程安排抽取了几个时间段，前往实地观察和统计了学校人工湿地附近的人流情况，并作出如下分析。
图 18 人工湿地附近一日内不同时段的人流混合图（作者自绘）
从中可以发现，一日内会由于上课时段、早午餐三个时间点出现三个高峰；周末由于学生回家、外出游玩的原因总体比工作日时段人流少，但分布较为均匀。
图 19 人工湿地附近 11 月 15 日周日 17:30-18:00 人流分流环形图（作者自绘）
从图19中可以发现，从该人工湿地附近的道路经过的人流还是不少的，并且尽管进入湿地的人很少甚至没有，还是有一部分人会与这附近的其他环境设施互动，说明这里有更多发掘和再设计的潜力；人工湿地选址紧贴工程试验馆，导致人流中一大部分均与工程试验馆相关，可以作为设计考虑之一。
图 20 人工湿地附近 11 月 17 日周二 11:30-12:00 人流分流环形图（作者自绘）
从图20中可以发现，与上一个模型基本相符，人流基数增大、数据可靠性增加。
图 21 人工湿地附近人流中进入湿地的人数占比饼状图（作者自绘）
从图21中可以发现，一日内会由于上课时段、早午餐三个时间点出现三个高峰；周末由于学生回家、外出游玩的原因总体比工作日时段人流少，但分布较为均匀。
我们在观察的过程中也发现了一些有趣的现象。在 11 月 8 日11：30-12:00 这半小时 60 人的人流中，仅有 2 人进入了该湿地景观中，是一位教工爸爸和他的女儿。这位爸爸陪着女儿把靠东的木栈道一个个踩了过去。而只进入东段、没进入西段的原因——是前天绿化科的人来将东段的植物进行了修建，而西段还踩不进去——可见人工湿地中植物的维护对于湿地人流有决定性的影响。
照片组 3 从左往右为父女进入湿地、东段木栈道、西段木栈道(照片来源：作者自摄)
从表中分析可以得到进入湿地的人占比很少，除了进去踩木栈道的人以外，我们还注意到有两个女孩子追着一只猫进去拍照，可惜离我们太远了实在拍不到。我们还注意到，17 点以后天逐渐黑了，人工湿地旁的小道是没有路灯的，观察到有一个人经过的时候开启了手机手电筒。
根据分析我们得到了人工湿地关于环境与人互动的改进点，并根据获得的人工湿地工程图绘制了一幅科普图示。
图 22 同济大学人工湿地总览科普图（作者自绘）
05 /
总结
经过几周的探究，我们小组认为，尽管当前学校内人工湿地维护不当且存在设计不合理之处，以至于其现已成为纯观赏区域，也不适宜行人进入活动，但它在设计之时仍具有重大意义，对
于调节水系仍然是较优的选择，虽然它的维护相对普通园林昂贵，但在校园环境中它远比专业化的污水处理厂经济、落地。然而设计，从平面传达到产品再到环境系统，都不可避免地要
在发展过程中遇到一系列问题，13 年后重新审视当时的设计，也让我们获得思考其迭代方式的机会。除了系统的“功能性”本身，我们也思考了如何让这类系统更好地融入人类活动，它
能够如何以更亲和的形象面对校园中的人们，成为行道上一个优质的休憩场所，以及其教育、科普功能，回归设计的本质，它能否以更有趣、诗意的方式与行人交互，达到更好地宣扬可
持续理念、让人们进一步认识身边的生态环境的效果。本次课题因一系列因素变得意外地艰难，但经历一系列探究[注2]，我们自己也收获良多。
注 1：以上所有的图均为作者自制，数据来源已标注，部分图形素材源自网络。
注 2：调研过程及反思
10.24 前，桌面调研，搜集、了解雨水花园、人工湿地相关信息、案例，但对于工程试验馆前的人工湿地并未搜集到直接信息，当年负责该项目的环境学院方面也无一手资料或相关人员信息。
10.25 实地调研，对于现今人工湿地维护状况进行直观评估，并具体观察、分析该空间现存痛点：木板道大部分木板脱落，难以行走，并且工程试验馆噪音过大，部分动线规划不合理，离工程试验馆排风口噪声来源过近，不适合人驻留。
同时由于没有施工图纸，因此仅能通过木板道分布大致绘制平面图。同时借助识图软件详细调研人工湿地中作物。
10.27 与老师沟通时了解到环境学院可能了解该项目的老师联系方式，发送邮件询问。
10.28-10.30 桌面调研，依旧没有相关信息。
10.31 现场测绘，使用激光测距仪测量，计算物料（如木板、玻璃、青石板等）耗费体积、估算其成本，试图分析其碳足迹。现场发现人工湿地相关导引图，但因年代过于久远，上面的字迹毫无保留；另外在樱花树上有绿色建筑相关网站的二维码，扫码浏览后并未发现有帮助的信息。
11.1-11.2 测量及绘制平面图，但由于没有合适手段或一手资料，无法得知土层分布以及其它纵向结构。
11.3 从环境学院王晟老师处得知，那片人工湿地并非此前定位的雨水花园，而是净化校园水系用，纠正小组调研方向。但因王老师本人并未参与这一项目也并不认识相关人员，因此一手资料仍未获取，但从王老师处获得这片人工湿地的检索关键词 .
前往基建处，并未获得相关资料，由于这一项目是百年校庆时所建，基建处人员告知 2007 年的项目必然已经将资料送进档案馆。
前往档案馆，周二档案馆关门，故无果。
11.4 早上前往档案馆，搜索关键词，没有找到相关资料。但从档案馆处得知同济后勤集团在 2007 年左右成立一环境及绿化布置组，可能与这一项目有关。前往后勤集团，并未查到这一工作组，但从后勤集团某位干事处得知，那片人工湿地于 2016-2017 年进行过修缮，因为使用的是木材且土壤湿度较大，木材极易腐烂，而维护又不到位，可能存在安全隐患，因此对于木廊道进行加固处理。而有关这片湿地的具体单位可能是绿化科。
11.5 收到绿化科发来的资料，自此真正开始了这个课题的研究！
反思：预研究和及时发现问题十分重要：在第一周时我们就发现了网上几乎找不到任何“雨水花园”相关的内容，环境方向的指导老师帮我们访问了学校相关专业的老师也一无所获，这时我们就应该意识到或许是「关键词」出错了！但我们却简单归咎于 2007 年时间较远才没有资料。希望之后的同学要吸取我们的教训，否则课题会变得事倍功半且时间十分紧迫。
参考文献 REFERENCE：
[1] 中国科学院水生生物研究所 . 地球的人工肾——人工湿地 [J/OL].(2010-10-21).
http://www.ihb.cas.cn/kxcb/kpwz/201010/t20101021_2991018.html.
[2]於方 , 王金南 , 曹东编 . 中国环境经济核算技术指南 [M]. 中国环境科学出版社 ,2009.
[3]USEPA.The Use of Best Management Practices (BMPs) in Urban Watersheds[M].Cincinnati, Ohio:EPA, 2004.
[4]夏四清 . 同济大学节约型校园水环境综合整治 [CP]. 同济大学环境科学与工程学院 . 同济大学节约型校园水环境综合整治 .ppt
[5]卡宝宝网 . 中国年均通胀率约 13%，你能追上吗 [J/OL].(2017-02-17).https://www.sohu.com/a/126504765_527650.html.
[6]上海市财政局 .2016 上海市污水处理费征收使用管理实施办法通知[EB/OL].(2016-01-26). http://www.czj.sh.gov.cn/zys_8908/zcfg_8983/zcfb_8985/gkgl_8991/sfglhfsgl/201602/t20160223_172669.shtml.
[7]杨思璐，闻岳，李剑波，等 . 人工湿地处理系统的生命周期成本评估 [J]. 中国给水排水，2007 (12):6-10.
[8]王亮 . 人工湿地技术在污水处理与水环境保护中的应用 [J]. 建筑工程技术与设计 . 2018, 000(036): 3759.
[9]百度文库 ( 明教教主 ). 城市园林绿化管护收费成本核算 [EB/OL].https://wenku.baidu.com/view/089e2a0485c24028915f804d2b160b4e767f810b,2020-4-16.
[10]百度文库 ( 博罗园林 ). 园林绿化养护费用成本分析说明[EB/OL].https://wenku.baidu.com/view/be8f4958ee06eff9aef807bd,2014-12-25.
[11] 广联达服务新干线 . 整理绿化用地造价 ( 土方回填价格 ) [EB/OL]. https://m.fwxgx.com/questions/1933776.
[12] 沂南县万泰石英砂厂 . 污水水处理石英砂滤料更换周期 [EB/OL].https://m.11467.com/product/d5445234.htm,2018-9-6.
[13] 爱采购 . 鹅卵石滤料价格 [EB/OL].https://b2b.baidu.com/m/s?q=%E9%B9%85%E5%8D%B5%E7%9F%B3%E6%BB%A4%E6%96%99%E4%BB%B7%E6%A0%BC&from=b2b_straight_wise_vertical&srcid=5103&from_st=1&from_restype=product.
点评
三位同学都不是环境设计专业背景，但却选择了这样一个即使对于环境空间设计专业学生都可能畏惧退缩的研究课题，既让人感动也有几分担忧。在探知过程中，他们一方面经历着调研过程的艰难不易，另一方面要对人工湿地、雨水花园等专业设计内容进行自学和深度理解，包括识读陌生的AUTOCAD设计图纸、认知方案实施及维护过程中的种种实操问题、尝试用适宜的方式来表述人工湿地建设背后可能存在的不可持续陷阱。尽管最终产出仍存在一些表达方面的遗憾，但小组的求索精神非常值得肯定和嘉奖，他们的批判性思维方法也为我们的设计教育中所倡导。（指导老师：姚雪艳）
2020年秋季本科可持续设计理念课程
教学团队 | 朱小村、姚雪艳、曹静、刘洋、莫娇、龚万彬、周玲玲、郭光普
助教 | 唐小娟、朱梦婵、姚佳艳、顾乃全、周怡
编辑 | 朱梦婵
校对 | 朱梦婵
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