水利工程景觀風(fēng)貌研究

張 婧，李 南，田利勇

(1.上海市水利工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200061；2.上海市水務(wù)局防汛減災(zāi)工程技術(shù)研究中心，上海 200061；3.華建集團(tuán)華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司上海建筑科創(chuàng)中心，上海 200011)

傳統(tǒng)的水利建筑在設(shè)計(jì)上較為簡單，為節(jié)省工程投資，主要考慮滿足水工設(shè)備安裝的基本空間要求，而基于景觀環(huán)境風(fēng)貌的考量相對較少，建筑形式往往較為單一，甚至對城市濱水空間的景觀環(huán)境造成一定的不利影響。近年來，隨著人們對城市濱水空間景觀風(fēng)貌的日益重視，現(xiàn)代水利工程在滿足基本水工功能的前提下，也逐步注重水利工程的人文屬性、藝術(shù)屬性及景觀屬性，注重提升城市整體形象。水利建筑對周邊景觀環(huán)境及風(fēng)貌的影響成為設(shè)計(jì)工作著重考慮的內(nèi)容[1- 13]。

水利建筑的建筑形式既非設(shè)計(jì)的恣意空想也非簡單的建筑裝飾，而需要基于其自身特定的功能需求，只有將水利設(shè)施的水工功能布局與建筑形式進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)功能、空間與建筑形式之間的統(tǒng)一，經(jīng)濟(jì)高效的發(fā)揮出水利建筑的最優(yōu)綜合價(jià)值。水利工程中水利設(shè)施(水工結(jié)構(gòu)及設(shè)備)的選型、工程布置型式與建筑的形式特點(diǎn)息息相關(guān)，不同的結(jié)構(gòu)及設(shè)備所需的上部建筑空間不同，從而對上部建筑提出了不同的空間及形式要求。

1 水利設(shè)施選型與建筑形式的關(guān)系

1.1 節(jié)制閘門選型

節(jié)制閘門常用的門型有直升門、升臥門、橫拉門、雙扉門、人字門、三角門、翻板門(上臥門、下臥門、底軸驅(qū)動翻板門等)以及弧形門等，各門型對結(jié)構(gòu)及環(huán)境的影響分析見表1。

直升門、升臥門、雙扉門等門型需要設(shè)置高出閘頂?shù)呐偶芙Y(jié)構(gòu)，對景觀有一定影響；橫拉門門庫與閘室齊平，無上凸結(jié)構(gòu)，對環(huán)境景觀影響相對較小，但需要有足夠布置空間；人字門、三角門、上翻門、下臥門及弧形門等門型設(shè)施外露，特征鮮明，整體景觀設(shè)計(jì)選型需把握結(jié)構(gòu)尺度、設(shè)備外型、周邊環(huán)境等多方面因素的協(xié)調(diào)；底軸驅(qū)動翻板門開啟時完全隱藏于水下，對環(huán)境影響最小。

1.2 啟閉機(jī)設(shè)備選型

常用的閘門啟閉設(shè)備有卷揚(yáng)啟閉機(jī)、液壓啟閉機(jī)以及螺桿啟閉機(jī)等。各啟閉型式的運(yùn)行方式、對結(jié)構(gòu)及環(huán)境的影響分析見表2。

卷揚(yáng)啟閉機(jī)需布置啟閉機(jī)房，建議進(jìn)行建筑形式處理；液壓啟閉機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊體積小，但排架較高時對景觀環(huán)境有一定影響，建議進(jìn)行建筑形式處理；螺桿啟閉機(jī)設(shè)備外露特征明顯。

1.3 泵站水機(jī)選型

泵站常用的泵型有立式軸流泵、“S”形軸伸泵、斜式軸流泵、豎井貫流泵及潛水貫流泵、潛水軸流泵等。各泵型的使用范圍、對結(jié)構(gòu)及環(huán)境的影響分析見表3。

對于周邊環(huán)境景觀影響：立式軸流泵與斜式軸流泵均需布置上部廠房，其余可不設(shè)置上部廠房；立式軸流泵的噪音相對較大，對環(huán)境有一定影響。

1.4 工程布置型式

對于節(jié)制閘或泵站布置，考慮水流形態(tài)最優(yōu)，一般采用對稱式布置；對于泵閘結(jié)構(gòu)，閘站布置可以采用“泵+閘”“泵+閘+泵”及“閘+泵+閘”布置型式，布置型式特點(diǎn)及上部建筑特點(diǎn)分析見表4。

表1 不同門型的水工特點(diǎn)與建筑形式特點(diǎn)分析對比表

表2 不同啟閉設(shè)備特點(diǎn)分析對比表

表3 不同泵型特點(diǎn)分析對比表

表4 不同布置型式分析對比表

對于節(jié)制閘或泵站布置，上部建筑一般可采用對稱式布置，閘上空間可作為管理房或配電房，泵站上方可布置上部廠房；對于泵閘結(jié)構(gòu)：“泵+閘”的閘站布置，上部建筑可采用非對稱式布置；“泵+閘+泵”和“閘+泵+閘”閘站布置，上部建筑可采用對稱式布置。

2 水利設(shè)施選型與水利建筑的形式類型

水工建筑物可根據(jù)流量、揚(yáng)程、水頭差、閘門凈寬、運(yùn)行管理等各方面因素，結(jié)合周邊環(huán)境、用地條件等，選擇適合的泵型、閘型及相關(guān)啟閉設(shè)備，并做相應(yīng)的工程布置設(shè)計(jì)。對應(yīng)不同的選型與布置，典型的水利建筑景觀風(fēng)貌有3種：隱蔽式、設(shè)備特色式和建筑特色式。

2.1 隱蔽式

隱蔽式水利景觀風(fēng)貌一般指閘、站設(shè)備隱藏于門庫、泵室中，設(shè)備選型無需啟閉機(jī)房、排架或上部廠房，可不設(shè)置閘上建筑。一般適用于周邊景觀環(huán)境要求苛刻，需盡量減弱水利工程特征的區(qū)域，如城市特殊濱水地段、歷史景觀環(huán)境周邊及城市狹小空間的繁華商業(yè)區(qū)等。

以蘇州河河口閘為典型案例分析隱蔽式水利景觀風(fēng)貌的特點(diǎn)。

蘇州河河口閘位于上海著名外灘歷史文化名勝區(qū)，毗鄰俄羅斯領(lǐng)事館、外白渡橋、人民英雄紀(jì)念塔、外灘歷史博物館、海鷗飯店等重要保護(hù)建筑物，場地狹窄，要求水閘工程布置與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)，不對原景觀產(chǎn)生任何影響。

從閘門選型、閘址比選、結(jié)構(gòu)布置等方面深入研究，最終推薦采用底軸驅(qū)動翻板閘門。閘門與河口同寬，由設(shè)置在兩岸閘墩內(nèi)的液壓啟閉設(shè)備通過直徑2.0m的底軸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。水閘主體結(jié)構(gòu)位于地面以下，啟閉設(shè)備等配套設(shè)備置于南北岸底下閘墩內(nèi)，控制室位于南岸現(xiàn)有空箱式防汛墻內(nèi)，閘門全開式門葉與河床齊平，擋水時門葉與高水位一側(cè)水位齊平，不破壞河口原有景觀風(fēng)貌，閘門運(yùn)行如圖1所示。

圖1 “大隱隱于市”的蘇州河河口閘

2.2 設(shè)備特色式

設(shè)備特色式水利景觀風(fēng)貌一般指閘、站設(shè)備結(jié)構(gòu)外露，特點(diǎn)鮮明，通過適當(dāng)?shù)纳侍幚怼⒕植啃揎椇螅纬伞敖Y(jié)構(gòu)即造型，造型即結(jié)構(gòu)”的水利工程特色景觀。一般適用于具有一定體量、區(qū)域場地開闊的情況，避免設(shè)施結(jié)構(gòu)的粗笨雜亂，注重與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性。

以荷蘭馬斯蘭特(Maeslant)擋潮閘作為典型案例分析設(shè)備特色式水利景觀風(fēng)貌的特點(diǎn)。

馬斯蘭特?fù)醭遍l位于新沃特偉赫河(Nieuwe Waterweg)上，靠近出海口，河口寬度360m，南側(cè)為卡蘭運(yùn)河(Calandkanaal)，區(qū)域視野開闊，周邊環(huán)境主要為碼頭、煉油廠、農(nóng)田苗圃等。擋潮閘主體工程為對稱結(jié)構(gòu)，由兩扇割線長度203m、門高22m的弧形鋼閘門組成，閘門面板為空箱式結(jié)構(gòu)，由鋼桁架結(jié)構(gòu)支撐，通過240m的桁架支臂將荷載傳到岸上的球鉸上。球鉸直徑均為10m，與牛腿鏈接。岸邊布置與弧形面板齒合的齒輪，通過推拉桿與河岸引導(dǎo)塔內(nèi)牽引機(jī)車連接，引導(dǎo)塔高30m。

通常情況下，兩扇巨型閘門分別安置于兩岸的閘槽內(nèi)。當(dāng)預(yù)報(bào)出現(xiàn)風(fēng)暴時，向閘槽注水，使空心閘門自浮抬起，高度達(dá)到與岸邊的齒輪連接后，通過齒輪轉(zhuǎn)動，將閘門運(yùn)至河道內(nèi)，待兩扇閘門靠攏后，向閘門內(nèi)注水使之沉入河底。待高水位過后將閘門里的水抽干，閘門再次浮起，然后通過齒輪拖回閘槽閘門運(yùn)行如圖2所示。

馬斯蘭特?fù)醭遍l整體呈現(xiàn)對稱扇形結(jié)構(gòu)，外觀采用白色，色彩明朗，線條簡潔，氣勢恢弘而不失靈動，猶如紐韋水道上一座巨大浮標(biāo)，成為荷蘭乃至世界著名的水利景觀建筑。

圖2 “霸氣外露”的馬斯蘭特海口閘

2.3 建筑特色式

閘上布置建筑，可將節(jié)制閘排架及啟閉機(jī)房與建筑結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合，充分利用閘上空間，亦可滿足泵站設(shè)置泵房需要。同時，利用站身閘首兩側(cè)陸域空間布置配電所或管理房，可有效節(jié)約占地，便于運(yùn)行和管理。上部建筑物要滿足閘門啟閉、設(shè)備安裝檢修、功能合理組織、管理人員操作、空間豐富處理等要求。在滿足水利功能要求的基礎(chǔ)上，全面把握建筑布局和裝飾風(fēng)貌，通過科學(xué)合理的布局設(shè)計(jì)，使得水利工程建筑設(shè)計(jì)方案與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一，既能點(diǎn)綴區(qū)域，又能個性突出，更注重打造景觀標(biāo)志建筑物，有造型舒展大氣、現(xiàn)代感很強(qiáng)的國際大都市風(fēng)貌，也有江南水鄉(xiāng)、小橋流水的“美麗鄉(xiāng)村”形象。最終使之成為外部環(huán)境宜人、內(nèi)部環(huán)境舒適，且具有一定影響力的區(qū)域標(biāo)志建筑物。

閘上建筑在下部閘站布置的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以分為對稱式與非對稱式。分別以趙家溝東泵閘及張涇河出海泵閘為例，介紹這兩種建筑布置型式。

(1)對稱式布置——趙家溝東泵閘

趙家溝東泵閘工程位于浦東新區(qū)東北部，趙家溝入長江口預(yù)留口門處，是浦東新區(qū)沿長江口重要引排水口門之一，將擔(dān)負(fù)起浦東北部地區(qū)的擋潮、除澇及引水調(diào)度等重任。節(jié)制閘凈寬30m，泵站設(shè)計(jì)流量90m3/s[14- 15]。

工程場地東側(cè)為極地考察基地，西側(cè)為國家糧油儲備基地，內(nèi)河側(cè)緊鄰港池、外河側(cè)緊鄰碼頭如圖3所示。通航要求高，對水流要求十分嚴(yán)苛，給工程選址及總體布置提出了極高的要求。設(shè)計(jì)運(yùn)用二維水流數(shù)學(xué)模型對各方案的多種工況進(jìn)行模擬分析，經(jīng)多方面綜合論證，推薦采用“閘+泵+閘”布置方案。兩側(cè)閘門采用2扇15m凈寬液壓啟閉直升門；中間泵站采用4臺22.5m3/s的斜式軸流泵。

圖3 趙家溝東泵閘工程平面布置圖

為充分利用兩側(cè)閘上空間，結(jié)合“閘+泵+閘”的布置特點(diǎn)，提出副廠房+主廠房+安裝間的功能布局，使閘上建筑緊湊合理。泵站上方為主廠房，空間需滿足檢修要求，需設(shè)置吊車梁，按不小于站身剖面給的空間尺寸進(jìn)行控制，泵站內(nèi)、外河側(cè)工作門啟閉機(jī)房包在建筑內(nèi)，以便于日常維護(hù)和檢修。水閘上部結(jié)構(gòu)一側(cè)為安裝間，一側(cè)為副廠房。安裝間凈空尺寸不小于泵站廠房(主廠房)凈空尺寸需要，也需有吊車梁，與泵站吊車梁相通。副廠房主要布置電氣需要的高低壓變配電設(shè)備及控制室等。水閘工作閘門不包在建筑內(nèi)部，方便工作閘門吊裝及檢修。

建筑內(nèi)部根據(jù)具體功能需求共分成3層，首層主要為主廠房、安裝間和副廠房高壓電氣設(shè)備用房，其中主廠房和安裝間為上部挑空，以滿足吊裝檢修需要。二層主要為副廠房電氣設(shè)備用房，其余位置均為挑空。三層主要為副廠房中控室及機(jī)房。上部建筑立面布置如圖4所示。

結(jié)合周邊環(huán)境、工程布置及功能布局特點(diǎn)，建筑順應(yīng)河道軸線塑造出中部拱起兩翼舒展的對稱布局形式，整合并秩序化了周邊復(fù)雜的城市景觀環(huán)境。屋頂及立面非對稱的差異化造型處理提示出水流流向，使建筑具有了景觀上的方向性。整體形態(tài)取意貝殼、海馬、浮葉等與水相關(guān)的自然物象，以豎向基本單元進(jìn)行富于音韻式的組合，最終形成具有節(jié)奏感的流線型形態(tài)特征，在提升方案可實(shí)施性的同時增強(qiáng)了水工建筑的靈動感。建筑形態(tài)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合，以“V”字形排架柱形成每榀框架，各榀之間以鋼撐相連并設(shè)置采光外窗，塑造出充滿光影感與韻律感的室內(nèi)空間；結(jié)構(gòu)外部覆蓋復(fù)合不銹鋼板幕墻與玻璃幕墻，以隱喻泵閘建筑作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的簡潔、高效以及工業(yè)化的性格特質(zhì)。工程效果如圖5所示。

圖4 趙家溝東泵閘上部建筑立面布置示意圖

(2)非對稱式布置——張涇河出海泵閘

張涇河出海泵閘位于金山區(qū)金山新城，處于上海市水利分片綜合治理的“浦南東片”，是浦南東片南排杭州灣的主要通道之一。節(jié)制閘凈寬30m，泵站設(shè)計(jì)流量90m3/s。

工程場地東側(cè)為景觀濕地和水上活動區(qū)，場地西側(cè)為金山石化。從閘下出流、風(fēng)浪掩護(hù)、工程投資及施工條件等方面綜合分析比選，推薦采用“泵+閘”布置方案。閘門采用3扇10m凈寬液壓啟閉直升門，布置在景觀濕地側(cè)；泵站采用3臺30m3/s的斜式軸流泵，布置于金山石化側(cè)；管理區(qū)布置在站身側(cè)陸域內(nèi)。張涇河出海泵閘設(shè)有4棟單體建筑，整體布局呈L型。其中，閘上共有2棟單體建筑，西側(cè)岸上管理區(qū)內(nèi)共有2棟建筑。工程平面布置如圖6所示。

結(jié)合“泵+閘”的布置特點(diǎn)，泵閘上布置主廠房與工程展示館，根據(jù)具體功能分為2層。泵房首層主要為主廠房與安裝間，上部為挑空，以滿足吊裝檢修需要；泵房二層主要檢修間和外河側(cè)啟閉平臺。水閘閘門靠外河側(cè)交通橋布置，不包在建筑內(nèi)部，便于日常吊裝及檢修；閘上首層為中控室、機(jī)房等，二層為工程展示館，以便于向公眾展示工程成果，推廣水文科學(xué)知識。

泵閘西側(cè)岸上為管理區(qū)范圍，根據(jù)功能需求從北向南分別設(shè)置管理樓和變配電所等單體建筑，輔助泵閘的日常運(yùn)行工作。管理樓為兩層建筑，首層入口處設(shè)通高門廳，兩層均設(shè)置辦公室、會議室等主要功能并配套樓梯間、衛(wèi)生間、通信間等輔助功能。變配電所為三層建筑，首層入口處設(shè)置兩層通高門廳，高壓配電室、高壓電容器室與高壓軟啟動保護(hù)室；二層設(shè)低壓配電室、電工實(shí)驗(yàn)室、通信間、二次設(shè)備室；三層設(shè)會議室等。

圖5 趙家溝東泵閘工程效果圖

圖6 張涇河出海泵閘工程平面布置圖

圖7 張涇河出海泵閘內(nèi)河側(cè)建筑立面布置示意圖

張涇河出海泵閘的建筑采用分散式園林布局，形似山影、景若連珠、韻如盤玉；建筑群以泵閘主廠房為核心，分別向東側(cè)及北側(cè)分布，形成“三星拱月”之勢；各單體高度錯落有致，連綿起伏，恰似大珠小珠落玉盤；建筑功能既獨(dú)立而又互相聯(lián)系，總體風(fēng)貌“形散神聚”，營造出“動態(tài)均衡”的效果。內(nèi)河側(cè)建筑立面布置如圖7所示，工程效果如圖8所示。

圖8 張涇河出海泵閘工程效果圖

3 結(jié)語

為適應(yīng)城市發(fā)展需要，水利工程景觀風(fēng)貌設(shè)計(jì)創(chuàng)新越來越受到重視。水工建筑物的外型風(fēng)貌需緊密結(jié)合設(shè)施選型、工程布置、周邊規(guī)劃與環(huán)境等方面因素，做到景觀與功能布置有機(jī)結(jié)合，將水利工程建設(shè)成為城市發(fā)展的一道亮麗風(fēng)景。