淺談水工建筑造型設計的幾個問題

楊 琳，趙 彧

（1.西安建筑科技大學建筑學院，陜西 西安 710055；2.陜西省引漢濟渭工程建設有限公司，陜西 西安 710100）

現代社會強調物質文明和精神文明兩手抓，就對水工建筑設計提出了越來越高的要求。水工建筑在保證其工程質量和使用功能的基礎上，還要追求更美的外觀效果及人文內涵，尤其是許多水利工程建筑已成為當地的旅游景點。但仍有部分水工建筑在設計上只注重功能、質量的要求，忽略水工建筑給人的印象也應該是視覺上美的享受。

1 現代水工建筑實例及設計上的相關問題

水工建筑歷史悠久，最早的水工建筑出現在公元前2900年，就是埃及的尼羅河上一座高15m、長240 m的擋水壩。在中國，比較著名的就是出現在公元前256～前251年并延用至今的都江堰工程，是引水灌溉工程的典范。這些悠久的水工建筑都是憑借工匠們的經驗修建而成，現代水工建筑則建立了不斷完善的理論，技術水平也很大程度的提高。接下來就以幾個實例來展示現代水工建筑的特點。

1.1 加州生命+水博物館

生命+水博物館源于Diamond Valley Lake(DVL)——鉆石谷湖的建設。DVL是北美最大的人造儲水湖，坐落在半干旱氣候的加州，靠近Hemet，可以為南加州提供6個月的緊急供水。DVL（水面約18.2 km2）在山谷的兩端各建有一座大壩，大壩一度成為美國歷史上最大的土石方工程。隨著大壩的建設，為保護挖掘出的考古物品，及古生物化石相關的物品，在靠近東面大壩的一塊地方，選定建設博物館，一個用來進行生命與水的博物展示及教育，一個用來展示考古物品及古生物。

項目2007年建成，是美國第一座獲得LEED白金級認證的博物館。建筑面積5780m2（Center forWater Education約2137m2，WesternCenterforArchaeologyandPaleontology約 3066m2，其余是輔助用房），平方米造價近4萬元人民幣。建筑形式模仿水電站泵房的排列，韻律感明顯（如圖1所示）。

圖1 建筑造型、建筑總平面布置

該項目使用的可持續措施比較多，包括太陽能使用、光伏電板、保溫隔熱層、輻射制冷/采暖、遮陽、通風節能、節水滴灌、回收用水等等，以及景觀使用大壩建設過程中挖出廢棄的巖石。其中屋頂安裝的3000塊光伏電板，設計功率為540 kW，產生的能源可以滿足建筑需要的68%或者整個園區的47%。同時延長25%的屋面覆蓋層使用時限（如圖2、3所示）。該項目的設計與施工是一體的。專為博物館項目，兩個建筑師（Michael B.Lehrer,FAIA,Mark Gangi,AIA）一個施工管理人員-Frank P.Gangi（MBA）共同成立了Lehrer+GangiDesign+Build公司，這樣在時間和預算控制時，更為有效。

1.2 陜西引漢濟渭工程

作為陜西省十大水利工程之一，工程主要由黃金峽水庫樞紐、黃金峽水源泵站、黃金峽至三河口輸水工程、三河口水庫和秦嶺隧洞等五部分組成。總工期78個月，計劃2017年實現初期調水5億m3，2030年實現15億m3最終調水規模。工程總體布局為，在漢江干流及其支流子午河上分別興建黃金峽水利樞紐和三河口水利樞紐，由最南端的黃金峽水庫提水，到達中段三河口水壩，與三河口庫水統一調配，水沿隧洞輸向秦嶺北麓，進入關中。

圖2 建筑平面、立面

圖3 建筑屋頂光伏電板、建筑外廊

黃金峽水利樞紐水庫壩址位于漢江干流黃金峽鍋灘下游2 km處，主要任務是攔蓄漢江河水，雍高水位，兼顧發電。（如圖4所示）

圖4 黃金峽水利樞紐工程效果圖

圖5 三河口水利樞紐工程效果圖

三河口水利樞紐是整個調水工程的調蓄中樞。壩址位于佛坪縣與寧陜縣交界的子午河峽谷段，攔河壩最大壩高145 m，總庫容7.1億m3，壩后泵站總裝機功率2.7萬 kW。（如圖5所示）

目前這兩個水利樞紐工程仍然在建設中，并配套設計了相關的旅游生態景觀與水利工程相結合，設計方案還在繼續深化中。這也是中國水工建筑設計建造進步的表現，注重環境價值的再提升，對生態景觀的充分利用，從而對環境、水土進行保護。

通過對這兩個中外實例的比較，可以總結出現在水工建筑的共同特點是：充分利用水工建筑水利功能使用周期有限的局限性創造多樣化的功能；注重對自然環境的保護，在選擇建筑材料方面做到就地取材、廢舊利用；建筑造型設計上做到與水利工程相協調，主要表現在建筑選型上利用水利工程的結構特點作為主導因素。同時可總結出中外水工建筑的區別在于國外的水工建筑在可持續發展和綠色措施上，做的更為細致和具體，更反映在建筑造型設計上，這也是之后在做我國水工建筑時應該著重考慮的設計要點。還可看出項目實施過程中，國外的工程設計以及施工的安排更為合理。綜上所述，可得出以下水工建筑造型設計要點的結論。

2 水工建筑造型設計要點

水工建筑物設計包括：選址，如壩址、閘址、洞線、渠線的選擇；選型，即選定建筑物的結構形式，如壩型選擇；水力計算；結構計算；工程細部設計，確定地基處理方案，觀測設計以及合理布置各個建筑物等。如此復雜的水工建筑設計需要多學科合作方可完善，除基礎學科外，還與水力學、水文學、工程力學、巖石力學、工程結構、工程地質、建筑設計、建筑材料以及水利勘測、水利規劃、水利工程施工、水利管理等密切相關。設計應遵循的就是完美結合建筑形式和建筑功能，與總體規劃中的環境設計相協調，將可持續發展作為主要的設計理念[1]。最后就是強調建筑設計的四個原則：經濟、美觀、實用、綠色。

2.1 水工建筑造型設計中遇到的問題

（1）總平面設計過程中涉及到選址、地基處理以及布置各個建筑物和景觀。這個環節中對建筑造型設計產生影響的因素主要有選址的地域特色、該地特有的建筑材料；總平面規劃時建筑與景觀的相對位置，采景的方式會影響建筑形式設計；地基的處理方式可影響到建筑的體量大小和體塊布置關系[2]。

（2）水工建筑平面設計會以滿足水利工程基礎功能為主導因素，因此建筑結構選型相對穩定，在一定程度上對建筑造型設計有很大的局限性，這是水工建筑造型設計無可避免的重要影響因素之一[3]。

（3）綠色建筑的設計要求也會是水工建筑造型設計的一個重要影響因素。

（4）水工建筑設計涉及的學科較多且復雜，因此各專業之間的配合不默契，對建筑造型設計也產生消極的影響[4]。

2.2 水工建筑造型設計中的幾個問題

（1）總平面設計過程中就應根據選址、材料、基地的現狀等對建筑造型有初步的計劃和設想，在建筑造型設計的過程中再加入當地的地域文化特色，并在總體規劃時就考慮到自然環境景觀、人為設置景觀和建筑造型的搭配，可以傳統的建筑造園方式處理景觀和建筑之間的關系，將建筑作為景觀設計的其中一個元素[5]。

（2）平面功能設計的局限是對建筑造型設計影響較大的一個因素。針對這個局限，建筑造型設計就需要在建筑立面和材料選用上做出變化和創新。建筑立面上可做出合理的虛實對比、比例適宜的高低層次變化，也可在開窗形式、輔助空間設置等方面做出美觀創新的設計。建筑材料選用上可就地取材，做出地域特色，也可采用新型環保材料或廢舊利用材料均可做出不同情感的建筑造型[6]。

（3）綠色建筑設計要求建筑成果最好是被動式建筑，充分利用自然資源，做到良好的通風設計，被動式太陽能設計等，這些要求在建筑造型上也都會有相應的表達，例如通風的方式就影響到門窗洞口的開設方法和位置，被動式太陽能設計就會影響到建筑立面的通透性和材料選擇等[7]。

（4）可持續發展的設計理念是建筑設計的一個重要發展方向，這個理念在設計中會主要體現在建筑造型和景觀設計。建筑造型主要通過材料的選擇，體型、體塊的關系，建筑內部及立面綠化等方面展現這一重要的設計理念[8]。

3 結語

水工建筑對生態環境具有非凡的意義，它是調節整個生態系統的一個重要元素，也是通過建筑藝術創作形成的一道優美風景線。在今后的發展中要不斷總結新的設計方法，不僅要將水工建筑做的實用、美觀，更要將可持續發展的理念貫穿整個水工建筑設計。

[1]高文化，兆楠等，論水工建筑的設計研究方法[J].科技資訊，2012.

[2]尹三春，工程設計中的常見問題及解決對策淺析[J].硅谷，2008.

[3]郭光華，水利工程建筑設計初探[J].中國高新技術企業，2010.

[4]程力哲，對水利工程建筑設計問題的研究［J］.黑龍江科技信息，2011（18）:310.

[5]張楚漢，水工建筑學[M].北京：清華大學出版社，2011.

[6]（英）諾瓦克，水工建筑物[M].河南黃河水利出版社，2006.

[7]許勇，曹先玉，淺談水利工程中的建筑設計[M].山東：山東水利出版社，2004.

[8]楊立信，水利工程與生態環境[M].河南：黃河水利出版社，2004.