摘要
在快速城市化与极端气候事件频发的背景下，轨道交通车辆段作为高不透水率与高排水负荷的基础设施，其低影响开发（Low-Impact Development，LID）措施的配置与优化对提升城市绿色基础设施效能具有重要意义。现有研究多侧重单一水文或水质指标，缺乏面向车辆段场景的系统化量化评价方法。首先采用层次分析法和专家咨询法构建适用于地铁车辆段的LID综合效能评估体系；然后运用模糊综合评价法建立评价矩阵与隶属度函数；最后，以广州赤沙地铁车辆段为例，结合SWMM模型模拟对不同LID组合方案从生态、经济、社会三个维度进行综合效能评估。结果表明，方案四（植草沟+雨水花园+透水铺装+雨水桶）在径流总量削减与污染负荷控制方面表现最佳，综合评分为80.47分，效能等级为Ⅱ级，验证了所构建评价框架的有效性与适用性。研究可为轨道交通基础设施场景下LID措施的科学优选提供量化工具与决策依据，对城市轨道交通绿色基础设施建设具有指导意义。
Abstract
Against the backdrop of rapid urbanization and increasingly frequent extreme climate events, metro depot areas—characterized by high imperviousness and heavy drainage loads—have become critical infrastructure where the configuration and optimization of Low-Impact Development (LID) measures play an important role in enhancing urban green infrastructure performance. Existing studies mainly focus on single hydrological or water-quality indicators and lack systematic quantitative evaluation methods tailored to metro depot scenarios. In this study, we developed an integrated evaluation framework for LID performance in metro depot areas. First, we used the Analytic Hierarchy Process (AHP), combined with the Delphi method, to construct a comprehensive performance evaluation index system suitable for metro depots. Then, the Fuzzy Comprehensive Evaluation (FCE) method was applied to establish the evaluation matrix and membership functions. Finally, using the Chisha Metro Depot in Guangzhou as a case study, the SWMM model simulated different LID combination scenarios, and the study evaluated their comprehensive performance from ecological, economic, and social perspectives. The results indicate that Scenario IV (vegetated swale + rain garden + permeable pavement + rain barrel) performs best in terms of runoff reduction and pollutant load control, achieving a comprehensive score of 80.47 and corresponding to Level II performance. These findings verify the effectiveness and applicability of the proposed evaluation framework. This study provides a quantitative tool and decision-support basis for scientifically optimizing LID measures in rail transit infrastructure contexts, offering practical guidance for developing green infrastructure in urban rail transit systems.
随着快速城市化与极端气候事件的频发，城市洪涝与水体面源污染问题日益严峻，成为制约城市可持续发展的重要挑战[1]。在此背景下，中国提出海绵城市建设理念，强调通过低影响开发（Low-Impact Development，LID）等雨洪管理新理念，模拟并恢复自然水文过程，实现“渗、滞、蓄、净、用、排”的系统调控目标，从而兼顾径流控制、水质改善与生态服务提升[2]。近年来，海绵城市建设政策与实践路径受到国内外广泛关注，相关研究也从工程技术层面拓展至城市治理与绩效评估层面[3]。
地铁车辆段作为城市轨道交通系统的关键基础设施，具有用地规模大、硬质铺装率高、排水负荷集中、汇流路径复杂等典型特征。同时，车辆段常伴随上盖综合开发（Transit-Oriented Development，TOD）与多功能复合利用，其雨洪问题与水环境风险具有显著的空间集聚性与管理复杂性[4]。因此，车辆段这类高不透水、高集约、高风险的城市基础设施，正成为海绵城市建设与城市绿色基础设施体系中亟须突破的关键节点[5]。已有研究证实LID技术在地铁车辆段雨水管理中的关键作用[6]，包括雨水管理与LID技术应用[1]、上盖雨水集蓄利用等[7]。然而，现有研究多聚焦于单一LID设施的技术内容或模拟性能，对于LID措施在特定场景下的“系统性效能”缺乏全面的量化评价，难以满足方案优选与工程决策的需求。
从研究方法看，现有LID效益评价研究通常采用定量与定性两类方法。定量研究多基于SWMM模型，通过情景模拟分析不同LID设施及其组合对径流总量削减、洪峰延缓及污染物负荷控制的效果[8]。在经济维度上，常通过建设与运行维护成本对比，并结合全生命周期成本（Life Cycle Costing，LCC）分析评估其经济可行性[9]。在社会维度上，则采用问卷调查、专家评价或支付意愿（Willingness to Pay，WTP）方法衡量公众接受度与社会收益[10]。与此同时，也有研究运用层次分析法[11]、综合评价[12]等多准则决策方法，对LID的生态、经济与社会效益进行综合排序与权衡分析。此外，部分研究针对LID组合方案开展深入探讨，在不同重现期降雨条件下合理配置各类设施比例能够显著提升系统整体调控效能[13]。然而，现有研究往往侧重水文效应，难以全面反映景观功能、公众接受度及运行管理等因素；即便开展综合排序分析，也较少将模型模拟结果与多维评价体系进行系统整合。相较于一般居住区或城市片区，轨道交通车辆段的LID配置具有更强的技术复杂性与决策敏感性。因此，亟须建立适用于该类基础设施场景的综合评价方法，有必要构建融合模型模拟与综合评价的多维效能评估框架，以实现LID方案的科学优选[14]。
综上所述，本研究首先构建融合层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）[11]与模糊综合评价法（Fuzzy Comprehensive Evaluation，FCE）[15-16]的LID综合效能评估框架，然后结合Delphi法[17]筛选指标以及构建权重体系。最后以广州赤沙地铁车辆段为实证对象，利用SWMM模型模拟不同LID组合方案的水文响应，采用FCE法量化其生态、经济与社会三维综合效能，旨在为轨道交通基础设施的绿色转型提供量化决策支持与方法依据。
1 研究区域概况
本研究区域为广州地铁12号线赤沙车辆段（图1）。该车辆段位于广州市海珠区，北靠黄埔涌、西邻赤沙涌，东临华南快速，占地面积29.23 hm2，其中建设盖板面积为17.7 hm2，赤沙车辆段将进行上盖物业开发，即琶洲南TOD项目，项目总建筑面积96.40万m2，计容建筑面积72.26万m2，容积率2.75，规划建设住宅、办公楼、公寓共计16栋楼。
图
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基地东北角现状航拍图
Fig.
1
Aerial photo of the northeast corner of the site
该场地包含大面积硬化地面区域，如硬质铺装路面、停车场等。同时，绿地资源丰富，具有改造成下沉绿地以增强雨水吸纳能力的潜力。绿地分布和结构对雨水管理和景观优化很重要。可通过竖向布局调整，结合场地内河涌资源，优化构建完善的雨水管渠和竖向排水措施。
2 研究方法
本研究采用的FCE方法包括6个核心步骤，具体逻辑流程如图2所示。
图
2
模糊综合评价法步骤
Fig.
2
Procedure of the fuzzy comprehensive evaluation method
2.1 LID综合效能评价体系构建
2.1.1 评价指标初选
首先，系统梳理国内外关于LID措施综合效益评价、海绵城市建设及绿色基础设施绩效评估的相关文献[18-19]，并结合《广州市轨道交通项目海绵城市建设管控清单及指标体系（试行）》等规范要求，将地铁车辆段LID的综合效能设定为目标层，并进一步将生态效能、技术经济效能以及社会效能确立为准则层。然后，利用频度统计法从包含90个样本的文献资料库中筛选出与LID的综合效能紧密相关的指标，并根据这些指标在样本数据中频率的高低，初步筛选24个相关指标（表1）。
表
1
地铁车辆段LID的综合效能评价指标初选
Tab.
1
Preliminary selection of comprehensive performance evaluation indicators for LID measures in metro depots
2.1.2 评价指标体系确定
采用Delphi法对初步筛选出的指标进行量化评估和调整。共邀请海绵城市、景观、给排水以及轨道交通等领域专家14位。通过“问卷星”共发放14份问卷，有效回收12份。首先，第一轮专家依据个人专业认知，自主选择初选后的指标；第二轮是在完成第一轮统计后，将结果反馈给专家，专家依据同行反馈调整个人观点，并形成评价指标体系。专家意见的凝聚度与一致性，通过计算得出。根据统计分析结果，剔除变异系数>0.25的指标，筛选出变异系数<0.2的指标，最终确定13项核心指标，并构建了一个清晰的三层结构框架（图3）。
图
3
地铁车辆段LID措施综合效能指标评价体系
Fig.
3
Comprehensive performance evaluation indicator system for lid measures in metro depots
2.1.3 评价指标合成权重确定
模糊综合评价过程中，指标权重的设定对评价结果有重大影响。为确保权重分配科学合理，本研究通过Delphi法确定指标权重。邀请前文所述14位专家通过“问卷星”进行专家咨询，构建判断矩阵并计算得到一级指标权重（B1环境效能、B2技术经济效能、B3社会效能分别为0.558、0.320、0.122），一致性检验CR=0.016<0.1，满足一致性要求。继而计算二级指标权重，并乘以对应一级指标权重得到各评价指标相对于总体目标的合成权重结果，如表2所示。
表
2
各评价指标合成权重
Tab.
2
Synthetic weights of each indicator
2.1.4 综合效能评价标准构建
本研究将LID综合效能划分为5个等级，由高到低依次为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级。参考《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》[20]并结合模拟结果与专家评分，确定各指标对应等级的评价阈值，如表3所示。
表
3
地铁车辆段综合效能评价指标等级
Tab.
3
Comprehensive performance evaluation indicator ratings for metro depots
注：C1—C6为环境效能指标，值越大等级越高，低于Ⅴ级下限视为不达标。C7、C8为成本型指标，值越小等级越高，高于Ⅴ级上限视为不达标。C9—C13为社会效能指标，采用专家评分法，满分10分，值越大等级越高，区间边界取相邻评分锚点中值。
2.2 SWMM模型构建与LID方案设计
研究采用SWMM模型模拟场地排水系统，将场地划分为23个子汇水区（S1—S23），并进一步细分了102条管段（GQ1—GQ102），确定了102个汇接点（J1—J102）。此外，还设定了7个排放口（Out1—Out7），如图4所示。
图
4
赤沙地铁车辆段SWMM模型图
Fig.
4
SWMM model diagram of the Chisha Metro Depot
2.2.1 模型参数率定与验证
为提高模型模拟结果的可靠性，对SWMM模型关键参数进行率定与验证。选取2023年6月研究区雨水井的实测降雨与流量数据对模型进行率定[21]，并采用纳什效率系数（NSE）作为模型性能评价指标。当NSE值>0.65时，模型模拟效果被认为具有较高可靠性。结果表明，模型模拟流量与污染物负荷与实测数据具有较好的拟合度，如图5所示。随后选取2023年8月降雨数据对模型进行验证，结果显示流量及SS、COD、TN、TP等污染物模拟结果的NSE值均>0.70，表明模型具有良好的稳定性与适用性，如图6所示。
图
5
流量和污染负荷率定结果
Fig.
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Calibration results of flow and pollutant loads
图
6
流量和污染负荷验证结果
Fig.
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Validation results of flow and pollutant loads
在水质模拟方面，采用SWMM内置的污染物累积-冲刷模型描述不同地表类型污染物的产生与迁移过程，其中累积参数和冲刷参数参考相关研究成果并结合实测数据进行校准，见表4和表5。
Tab.
4
Reference values of pollutant build-up parameters
Tab.
5
Reference values of pollutant wash-off parameters
2.2.2 LID方案设计
LID方案设计依据《广州市轨道交通项目海绵城市建设管控清单及指标体系（试行）》《建筑给排水设计标准》（GB 50015—2019）[23]及《室外排水设计标准》（GB 50014—2021）[24]等相关规范，并结合车辆段上盖开发的空间特征与排水条件进行配置。
研究综合考虑SWMM模型支持的LID措施控件及实际应用功能和雨洪控制效果，选取绿色屋顶、雨水花园、植草沟（替代下沉绿地）、透水铺装、雨水桶（替代高位雨水花坛和雨水调蓄池）5种单项LID措施，并参照相关文献[25]对其参数进行了精确设定。由于不同组合配置下的LID措施对城市地表径流的水量和水质调控效果具有显著影响[26]，本研究基于各单项LID措施的适用性与效用性以及遵循差异化对比原则，设计了4套不同组合配置的方案，并分析该4种方案对赤沙地铁车辆段雨水径流的峰值、总量及面源污染负荷的调控作用（图7，表6）。
图
7
LID方案设计平面图
Fig.
7
Layout plan of the LID schemes
表
6
LID措施方案设计
Tab.
6
Design scenarios of LID measures
（1）方案一：为典型“源头+过程控制”组合，综合配置绿色屋顶、雨水花园、植草沟及透水铺装，以评估多类型LID设施协同作用下的调控效果。
（2）方案二：在保留部分渗透设施的基础上引入雨水桶，重点分析小型雨水收集设施对径流调控的补充作用。
（3）方案三：通过减少线性排水设施，强化雨水花园等生物滞留措施，以比较不同类型设施组合对水文响应的差异。
（4）方案四：取消绿色屋顶设施，突出地面渗透与雨水收集设施的协同配置，用以分析不同设施配置比例对系统雨洪调控能力的影响。
3 研究结果
3.1 LID措施雨洪调节效果分析
本研究构建的LID综合效能评价框架中，SWMM模型主要用于量化生态维度指标（如径流削减率、洪峰削减率及污染物去除率），将其模拟结果作为生态效能指标的客观输入数据，进一步纳入AHP-FCE综合评价体系中进行多维整合与判别。
3.1.1 水量调节效果
基于SWMM模型，模拟了无LID与4种LID组合方案在不同重现期（1 a、2 a、5 a、10 a、20 a、50 a）下的水文响应，结果见表7与图8（横坐标表示降雨事件开始后的模拟历时）。模拟显示，LID措施整体能降低系统出流总量和洪峰流量，并延迟峰现时间，但部分排水口受限于LID设施布设不足，削减幅度有限。
表
7
排放口系统出流总量统计
Tab.
7
Statistics on the total outflow of the outlet system
图
8
LID方案与无LID排放口总流量过程对比
Fig.
8
Comparison of total outflow hydrographs at outlets: LID scenarios versus non-LID scenario
其中，4个LID方案对系统总出流量的削减率见表8，洪峰流量削减率见表9。从趋势上看，随着重现期增加，削减效果逐渐下降，显示出LID对中小暴雨更具优势。方案四表现最佳，平均总量削减率达31.1%，洪峰流量削减率为33.2%；方案三次之，方案一、二略逊。
表
8
排放口系统径流总量削减率
Tab.
8
Total runoff reduction rate of the outlet system
表
9
系统洪峰流量削减率
Tab.
9
System peak flow reduction rate
在单项措施中，雨水花园调蓄效果最优，其次为透水铺装与雨水桶，绿色屋顶作用相对较弱，建议在布设中强化渗透型设施比例，以提升整体调控效能。
3.1.2 水质净化效果
SWMM模拟进一步评估了各LID方案对污染物（SS、COD、TP、TN）的控制效果，详见表10。结果表明，各方案在1~50年重现期下均实现了明显削减，平均削减率分别为SS 42.8%、COD 38.7%、TP 40.9%、TN37.7%。
表
10
不同重现期下的污染物控制效果
Tab.
10
Pollutant control performance under different return periods
随着重现期增长，污染负荷总体控制量增大，但削减率略有下降，进一步验证了LID在中小降雨事件中更具净化效益。方案四在4类污染物的控制中均排名首位，显示出其良好的综合效能。
单项措施中，雨水花园仍然表现最优，特别是在1年重现期下，所有方案对SS削减率均超过50%，符合海绵城市建设标准，说明LID对提升车辆段水质具有显著作用。
3.2 综合评分计算与效能等级判定
SWMM模型对不同LID组合在1~50年重现期情景下的水量与水质响应进行了模拟，揭示了各方案在不同降雨强度下的调控差异。但LID方案优选不仅取决于生态效益，还需综合考虑技术可行性与社会适应性等因素，因此有必要在模型模拟结果基础上构建多维综合评价体系。基于前文建立的评价指标体系、AHP权重结果及SWMM模拟数据，结合5级评价标准，对各LID方案进行综合效能评价。其中，社会效能指标以专家评分为基础，并结合公众问卷结果进行合理性校验，以增强评价结果的客观性与可靠性。
3.2.1 模型构建与模糊计算过程
本研究设置三个评价维度：环境效能（U1，6项）、技术经济效能（U2，4项）及社会效能（U3，3项），共13项指标，记为U=（u1，······，u13）。对应的评价等级集合为V=（Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ），分别对应评分区间及中位数（如95、85、75、65、30）。
各指标权重向量为：A=（0.202，0.128，0.073，0.073，0.041，0.041，0.149，0.089，0.052，0.030，0.066，0.036，0.020）。指标赋值方式如下：C1—C6来源于水文与水质模拟结果；C7—C8按广州市经济水平与实际物价计算得出；C9—C13主要依据专家评分、相关文献及技术规范进行量化，其中“C11生态景观功能”和“C13公众满意度”在专家评分基础上结合公众问卷结果进行辅助校验。该问卷于2023年12月在广州赤沙车辆段周边社区开展，共回收有效样本186份。问卷采用5级李克特量表，并将评分结果转换为百分制进行统计分析。需要说明的是，公众问卷结果主要用于增强社会效能指标赋值的客观性，并未参与AHP权重计算。C12计算考虑透水面积比及折减系数（k=0.85~0.95）。详见表11。
表
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LID方案评分指标值
Tab.
11
Indicator scores of LID scenarios
各项指标值代入隶属度函数后，构建得出4种方案的模糊关系矩阵（图9）。对于方案一，其评价向量为（0.014，0.372，0.325，0.289，0.000）；对于方案二，其评价向量为（0.003，0.377，0.171，0.415，0.034）；对于方案三，其评价向量为（0.009，0.417，0.357，0.218，0.000）；对于方案四，其评价向量为（0.023，0.401，0.426，0.151，0.000）。
图
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4种方案模糊关系矩阵
Fig.
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Fuzzy relation matrices of four scenarios
3.2.2 LID措施的综合效能评价结果
根据模糊评价向量，采用加权平均法进行得分计算，4种LID组合的综合评分如下：方案一（绿屋顶+雨水花园+植草沟+透水铺装）评为76.11分；方案二（绿屋顶+植草沟+透水铺装+雨水桶）评为73.12分；方案三（绿屋顶+雨水花园+透水铺装+雨水桶）评为77.17分；方案四（植草沟+雨水花园+透水铺装+雨水桶）评为80.47分。其中，方案四效能最优，在雨洪控制与污染负荷削减方面表现突出。
4 结论与展望
本研究基于AHP与模糊综合评价法构建了适用于地铁车辆段低影响开发措施的多维综合效能评价体系，并以广州赤沙地铁车辆段为研究对象开展实证分析。通过将SWMM模型模拟结果与多指标综合评价方法相结合，对不同LID组合方案在生态、经济及社会等综合效益方面的表现进行了系统比较。研究结果表明，在1~50年重现期降雨条件下，各LID组合方案均能够有效降低场地径流总量及污染物负荷，其中雨水花园与透水铺装在削减径流峰值及污染物浓度方面表现出较为显著的调控作用。综合评价结果显示，方案四（植草沟+雨水花园+透水铺装+雨水桶）综合评分最高，达到80.47分，对应评价等级为Ⅱ级，在生态、经济及社会效益方面表现较为均衡，表明该组合在研究区域具有较好的适用性与推广潜力。从工程应用角度看，地铁车辆段上盖空间可优先采用以雨水花园与透水铺装为核心、结合雨水收集设施的LID组合形式，并根据具体场地条件对设施布局进行优化配置，以提升整体雨洪管理效能。
尽管本研究在模型构建与实证分析方面取得一定成效，但仍存在一些不足，如未充分考虑蒸发、地下水等水文过程，LID类型有限，且缺乏长期监测数据支持。未来研究可拓展至不同类型的地铁车辆段与城市区域，进一步完善评价指标体系，引入机器学习、大数据等方法提升模型精度，并在工程实践中验证景观策略的实际效应，以支持LID措施在轨道交通基础设施中的深度融合与优化发展。此外，社会效能指标中的“公众满意度”“生态景观功能”等主要基于结构化专家评价进行量化，受研究阶段与数据条件限制，尚未开展大规模公众问卷调查。未来在设施建成运行阶段，可结合公众问卷调查、支付意愿（WTP）等方法获取更直接的社会反馈数据，以进一步增强社会效能评价的实证支撑，提高评价结果的全面性与外部有效性。
注：图1底图由广州地铁设计研究院提供；其余图表均由作者绘制。
致谢：
感谢广州地铁设计研究院股份有限公司潘继灏、刘智颖以及广州筑品景观规划设计有限公司朱华在基础资料收集与场地调研中给予的大力支持。