城市廊道中輸電塔造型概念設計研究

尹傳垠 王鴻博

摘?要：隨著人們對電的需求日益迫切，本文針對在城市廊道中，因輸電塔高聳結構和體積較大的特點，對居民的日常生活美觀度造成了一定影響，探討了國內外優秀案例中美化輸變電塔桿的重要性。立足于設計是美觀性、人性化、令人愉悅、提升品位和傳播文化的理念，將城市廊道區域空間的自然和人文特點進行歸納，通過電腦建模，從傳統、仿生、現代三大風格領域為理念設計塔桿的造型，制作效果圖表達設計概念。

關鍵詞：城市廊道;輸電塔桿;風格;概念設計

一直以來，國家致力于大跨越，特高壓方面的研究，而忽略其設計不僅要滿足人們日常生活使用，也要滿足人們的審美和品位，提升城市形象等。城市廊道是城市生活中不可或缺的區域空間，同時高聳的輸電塔也屹立在我們周圍，如何將其外觀造型設計的能夠融入人們生活區域是本文研究的重點，并提出相應的概念設計方案。

1 國內外研究現狀

國內關于電塔造型設計的相關文獻并不多，關于高壓電塔景觀式研究，會提及電塔造型設計部分但不作為主要研究方向，其中尹傳垠《特高壓輸變電工程適應性視覺景觀策略研究》主張“隱”與“顯”將電塔表面設計系列顏色與環境相協調[1]。王若雅《景觀式特高壓輸電塔造型設計研究》中分別根據地域文化、地形特點等進行歸類設計[2]。我國現有塔形是經過國內外技術專家多年相關研究得出的成果，鐵塔結構以引進的早期蘇聯模式為主，后期根據我國的環境和地質條件進行反復的配置，進行了適當修改。長期以來，我國輸電線路鐵塔結構常用的鋼材為Q235、Q345、Q390，材質單一、強度值偏低、使設計的鐵塔大而重。2002年750kV官—蘭線首次采用了Q420高強度角鋼。隨著我國電力需求的不斷增長，大容量、高電壓等級輸電線路得到了迅速發展，出現了同塔多回路線路，以及更高電壓等級的交流750、1000kV及直流±800kV輸電線路。[3]所有這些使得鐵塔趨于大型化，塔桿設計荷載也越來越大，與周圍環境的友好度越來越低。輸電線路鐵塔，按其形狀一般分為：酒杯型、貓頭型、干字型、拉線“V”型、上字型和雙回路鼓型六種。高壓電線塔電塔呈梯形、三角形等塔狀建筑物，高度通常為25-40米的鋼架結構。按起材料分還有鐵塔、鋼管桿、水泥桿等，只是在結構和用材上有所不同，其在輸電線路中起的作用是一樣的。各種桿塔的采用確實與輸電線路的電壓有密切的關系，但也與線路導線、電壓等其它一些因素有關。本文主要針對城市廊道中的輸變電塔造型設計，遂主要選擇鋼管材質，配以角鋼材質綜合設計。高電壓線路多用電鐵塔，它的承載能力較大，易制造、運輸、安裝，但占地面積較大，220kV以上線路普遍應用。鋼管桿最大的優點是占地少，易安裝，但承載力不如鐵塔。由于占地少，在城市配電網中廣泛應用，如市內變電站出線走廊、市內配電線的轉角桿等。

芬蘭在上世紀90 年代就興起景觀輸電塔的概念，1994 年在圖爾庫（TURKU）建成的“鳥嘴型”輸電塔，由四個類似鳥頭模樣的盒子排列而成，它們的嘴部朝著同一個方向起拉導線的作用，對應的后部則安排一個方便工作人員上下檢修的云梯。[1]美國麻省的Choi+Shine事務所開展過此類輸電景觀塔的概念設計。美Choi+Shine事務所設計的富有創意的“大地巨人”（Land of Giants）輸電塔，將電塔變成了能隨地勢改變姿勢的鋼鐵巨人，獲得了2010年度波士頓建筑師協會概念建筑獎。此項桿塔設計的基本壓力曲線不考慮結構構件的材料缺陷，而把構件當成理想受力桿件，所以設計出的鐵塔具有輔助構件、鏈接構件尺寸小、外觀簡潔漂亮等優點。在鐵塔材料和材質方面，美國主要使用鋼管和角鋼，鋼管桿主要用于低壓線路中，而角鋼塔主要應用于高壓線路中。其鋼材材質主要有ASTM A36、ASTM A572，這兩種材質的鋼材適用于鉚接或螺栓連接的構件。

2 雙回路輸變電塔造型設計

2.1 傳統風格

以中華傳統文化中的篆體為設計理念：將簡體“中”和“天”字轉換成篆書。標準篆書體的體式是排列整齊，行筆圓轉，線條勻凈而長，呈現出莊嚴美麗的風格;字形修長，而且緊畫向下引伸，構成上密下疏的視覺錯感，這與自上而下的章法布局也有關系;線條勻稱無論點畫長短，筆畫均呈粗細劃一的狀態;這種在力度，速度都很勻平的運筆，給人以純凈簡約的美感[圖（1）]。結合了“干”字塔型和“貓頭”塔型的優點，能節省線路走廊，受力情況清晰直接，有較好的經濟技術指標。“中”字型塔桿通常是220千伏及以上電壓等級送電線路常用的塔形，利于城市廊道大面積使用，節約占地空間。“天”字型塔桿結合了我國常用的兩種鋼材質：鋼管和角鋼，塔身被角鋼圍繞至塔角，耐久力和穩定力更強一些，源自于酒杯形塔的演化，其功能性同樣適用于常年驟風驟雨地區。

2.2 仿生風格

仿生是模仿生物系統的功能和行為，來建造技術系統的一種科學方法。它打破了生物和機器的界限，將各種不同的系統溝通起來。設計以“鯊魚”為靈感，將鯊魚穿梭在海面上時露出的魚鰭為設計元素，體現如鯊魚一般的速度感和流動感;不同的視角有不同的解讀，側看又如“葉子”，體現大自然蓬勃的生機感和盎然的朝氣;又像海里的“貝殼”，瑩亮光潔，遠觀而不可褻玩焉;更如翱翔于天際的“羽翼”，縱橫于天地間，將世間萬物盡收于眸下[圖（2）]。常用于220千伏及以上電壓等級的送電線路。拉線將塔頭與地面連接，起到固定塔身的作用，導線呈水平布置，主要材質為圓鋼，該種塔形具有施工方便、耗鋼量低于其它門形拉線塔等優點。

2.3 現代風格

現代風格是比較流行的一種風格，追求時尚與潮流，非常注重整體結構與使用功能的完美結合。現代主義也稱功能主義，是工業社會的產物，其最早的代表是建于德國的包豪斯學校。設計運用簡單的線條精準的結合，將其獨特的造型與功能融合，使其既有時代感又有運用的價值。突出的創意感使人眼前一亮，機械美學風格更注重形式的運動性，強調超感官的理念，比起傳統風格，機械美學風格更輕巧、更靈活，風格傾向于外骨架效果[圖（3），圖（4）]。選取角鋼塔材質的穩定性，結合鋼管塔的節約占地面積的優點，將兩者巧妙的取長補短。角鋼制造方便，強度高，穩定性好，角鋼從塔身一直延伸到塔腳，起到穩固整個塔的重心作用，塔頭內部空間較大，可以承載雙回路導線自由穿梭。

3 城市廊道中輸電塔造型概念設計發展趨勢

我國電力的覆蓋面積和發展效率取得了舉世矚目的成就，大國崛起速度令人震驚，在實現用電功能的基礎上，人們將越來越注重生活品質，輸電塔的外觀上將會呈現出令人愉悅的效果和功能。例如2019年第七屆世界軍人運動會在武漢舉行，夜幕降臨，長江大橋和沿岸的建筑上呈現出了宏大絢爛的燈光秀，而當時在60年代都是不可想象的事情，單是跨江建橋就已經很卓越了。如今，人們會更加注重精神世界，將美觀性、人性化、令人愉悅、提升品位和傳播文化這五大宗旨作為最終目的去設計輸電塔的外觀造型，來滿足人們日益提升的物質文化需求和順應正在高速發展的時代。

4 結論

本文立足于我國當前城市廊道輸電路線中的塔桿造型特點，在符合綜合國力發展背景下，保證輸電線路安全、經濟實用性。以傳統風格，仿生風格，現代風格為主要設計理念。首先，遵循傳統風格，使輸電塔桿造型上體現我國特有的文化底蘊——篆書，尊重傳統文化，吸取地域特色;其次，根據大自然優勝劣汰原則，模仿鯊魚浮在海面上捕獵時魚鰭的形態進行造型優化設計;最后，特別考慮了現代機械風格對人的物理層次和心理層次的感知影響，設計出符合現階段時代發展特點，以求達到生態美、科學美、文化美和藝術美的統一。通過塔型優化、創新設計的方法，對我國目前城市廊道輸電線路塔桿的造型設計提出了一系列適應性優化建議。

參考文獻：

[1]尹傳垠，周婧.特高壓輸變電工程適應性視覺景觀策略研究.裝飾，2012-02-01.

[2]王若雅.景觀式特高壓輸電塔造型設計研究.湖北美術學院碩士論文，2018，06，01.

[3]劉盼.高強等邊角鋼極限承載力及穩定性試驗與分析.重慶大學碩士論文，2008.

[4]Huang D，Ruan J，Yu S.Overview of the recent developments of ultra high voltage AC transmission in China[C].Power and Energy Society General Meeting Conversation and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century.IEEE，2008：1-9.

[5]陳祥和，田啟華主編.輸電桿塔設計[M].中國三峽出版社，2000.

[6]劉振亞主編.特高壓電網[M].中國經濟出版社，2005.

[7]李觀.特高壓鋼管塔的優化設計[D].哈爾濱工業大學，2011.

[8]尹傳垠，周婧.基于景觀協調的高壓輸電塔色彩研究[J].裝飾，2012（02）.

項目：本論文是教育部人文社科基金規劃項目（課題編號：15YTA760048）階段性研究之一，旨在研究城市廊道中輸電塔造型的概念設計

作者簡介：尹傳垠，華中科技大學建筑學專業在讀博士，湖北美術學院環境藝術設計教授，碩士研究生導師;王鴻博，湖北美術學院環境藝術設計系研究生。