淺談現(xiàn)代化凈水廠建筑設(shè)計(jì)理念發(fā)展和趨勢(shì)

文／伍夢(mèng)麗 上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司 上海 200092

引言：

凈水廠是承載城市供水的重要市政設(shè)施，與國(guó)計(jì)民生息息相關(guān)，對(duì)保障人民利益和構(gòu)建和諧社會(huì)起到重要的保障作用。傳統(tǒng)意義上，凈水廠內(nèi)主要集中布置了一系列水處理構(gòu)筑物，這些構(gòu)筑物對(duì)來水進(jìn)行各種處理，以期符合用戶對(duì)水質(zhì)的要求。過去的認(rèn)識(shí)中，水廠建設(shè)主要以廠房設(shè)計(jì)要求為主，注重功能性和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)建筑設(shè)計(jì)及環(huán)境營(yíng)造的要求較低，強(qiáng)調(diào)其工業(yè)特性。另外，水廠作為飲用水安全的重要環(huán)節(jié)，有一定的反恐要求，有些區(qū)域的水廠有著隱蔽性的考慮。因此，水廠設(shè)計(jì)往往只注重保障功能性與安全性，從而忽視和周邊景觀的協(xié)調(diào)，產(chǎn)生風(fēng)貌不相融的現(xiàn)象。

隨著當(dāng)代經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展和城市化進(jìn)程的推進(jìn)，對(duì)凈水廠這種“無多余設(shè)計(jì)”和受制于水處理構(gòu)筑物的傳統(tǒng)處理手法已無法滿足當(dāng)下對(duì)審美以及對(duì)先進(jìn)技術(shù)的渴望。根據(jù)筆者多年凈水廠建筑設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，深切的體會(huì)到建筑專業(yè)這種由“被動(dòng)”到“主動(dòng)”的設(shè)計(jì)變化。根據(jù)近年來的工程實(shí)踐和總結(jié)，本文對(duì)現(xiàn)代化水廠建筑發(fā)展趨勢(shì)和設(shè)計(jì)理念進(jìn)行一些有益的探討。

1、“去工業(yè)化”設(shè)計(jì)，重塑水廠新形象

所謂“去工業(yè)化”理念，是希望工業(yè)建筑同樣擁有建筑的藝術(shù)性和可讀性，從而創(chuàng)造宜人、優(yōu)美、有文化內(nèi)涵的建筑空間及環(huán)境。

現(xiàn)代化的水廠正是順應(yīng)了“去工業(yè)化”的發(fā)展趨勢(shì)。他需要協(xié)調(diào)生態(tài)、生活和生產(chǎn)問題，使其不僅滿足水廠生產(chǎn)功能，同時(shí)也要考慮到生態(tài)、景觀融合及市民科普等多重功能。在建筑空間構(gòu)成上力求豐富、功能復(fù)合、具有體驗(yàn)性。區(qū)別于傳統(tǒng)水廠建筑以單一方盒子作為空間的組織方式。在景觀環(huán)境方面，整合周邊生態(tài)建設(shè)資源，不再將廠區(qū)生態(tài)景觀建設(shè)問題孤立的設(shè)計(jì)考慮。

另一方面，隨著城市的進(jìn)一步擴(kuò)張，一些原有水廠已經(jīng)從郊區(qū)位置變?yōu)椤笆兄行摹钡貛В耸袇^(qū)中一批風(fēng)貌滯后老的水廠也需要升級(jí)改造以適應(yīng)周邊特定城市環(huán)境及生態(tài)規(guī)劃，成為城市的有機(jī)的組成部分。為適應(yīng)周邊特定城市環(huán)境和生態(tài)，需要“去工業(yè)化”設(shè)計(jì)理念的貫徹和實(shí)施。

例如，松山湖水廠概念方案以自然生態(tài)、去工業(yè)化貫穿設(shè)計(jì)主題，意在表達(dá)建筑的時(shí)代精神。松山湖水廠建設(shè)用地位于風(fēng)光旖旎的松山湖西南端，西鄰湖畔，生態(tài)景觀資源優(yōu)越，周邊智慧產(chǎn)業(yè)匯集，占地面積約27.47公頃，是在市區(qū)內(nèi)建設(shè)的高水平的水廠。因此，如何與區(qū)域內(nèi)自然、人文環(huán)境的共生成為項(xiàng)目需要重點(diǎn)解決的問題。方案設(shè)計(jì)打破傳統(tǒng)水廠的表現(xiàn)方式，而將其轉(zhuǎn)化為一種內(nèi)在、含蓄的美。以大地藝術(shù)和自然山水作為設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，追求自然和科技的完美融合。

項(xiàng)目在構(gòu)思之初便考慮到將工業(yè)大體量構(gòu)筑物對(duì)沿湖環(huán)境造成的影響。采用流線型的覆土種植屋面結(jié)合營(yíng)造建筑綜合體形態(tài)這樣仿真的地形，把廠區(qū)內(nèi)復(fù)雜的水處理構(gòu)筑物，隱蔽起來。項(xiàng)目以“藏”為手段，使其真正成為收納湖光山色的公園。

圖1 松山湖水廠總體設(shè)計(jì)概念方案

地形之下覆蓋著水處理設(shè)施，采用現(xiàn)代、科技的水處理工藝。之上則是公共空間及自然景觀，真正實(shí)現(xiàn)科技與山水共一色的獨(dú)特魅力。整體環(huán)境綿延起伏，山巒地形所在之處連續(xù)流動(dòng)，時(shí)而舒緩開闊，時(shí)而重疊迭層接。有效控制空間節(jié)奏。

園中散布幾處水面，映著天空中的云朵，人們?cè)诖饲袑?shí)感受到山、水圍繞的奇妙與震撼，為園區(qū)打造出公園式空間形態(tài)強(qiáng)調(diào)去工業(yè)化的空間氣質(zhì)。廠區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)了參觀、體驗(yàn)、科普、教學(xué)、交流等活動(dòng)；參觀線路結(jié)合地形起伏，整個(gè)過程在一種輕松、舒適與享受自然美景的愉悅心情中完成。

綜合樓建筑依托場(chǎng)地內(nèi)自然植被覆蓋的山丘，以平緩柔和的曲面形體融入自然。建筑由湖岸向山坡緩緩隆起，延續(xù)自然的尺度和天際線，使樓體呈現(xiàn)具有地標(biāo)性的建筑形態(tài)。舒緩平和的建筑體量配合流線型的覆土種植屋面，使整個(gè)建筑擁有城市公園的氣質(zhì)。現(xiàn)代化、曲面的設(shè)計(jì)手法，又流露出時(shí)代的科技感。設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)現(xiàn)代、簡(jiǎn)潔、融于自然的建筑特性，使建筑成為整個(gè)廠區(qū)乃至區(qū)域?qū)用娴囊曈X焦點(diǎn)。

2、集約化設(shè)計(jì)

隨著城市用地特別是中心城區(qū)土地資源的緊張，對(duì)水廠的占地面積控制提出了更高的要求。另一方面，隨著國(guó)家和地方對(duì)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，現(xiàn)代化水廠在傳統(tǒng)的混凝、沉淀、過濾、消毒等常規(guī)工藝之后往往需要增設(shè)深度處理工藝，已成為水廠未來的常規(guī)設(shè)計(jì)。這就意味著廠區(qū)內(nèi)臭氧活性碳、超濾膜等類體量大的廠房建（構(gòu)）筑物必須占用較多的土地資源。因此，旨在有效節(jié)約土地的集約化設(shè)計(jì)理念得到了較多普及。集約化的設(shè)計(jì)手段主要包括以下幾個(gè)方面：

2.1 疊合

由于水池構(gòu)筑物占地較大，多池體疊合、池體下疊廠房建筑物的應(yīng)用便成為水廠設(shè)計(jì)的新的突破點(diǎn)。在選擇疊合的組合時(shí)，應(yīng)根據(jù)單體建筑的工藝特點(diǎn)和建筑屬性合理布局。在選擇水池疊合時(shí)要避開配電等對(duì)防水要求較高的房間。現(xiàn)在運(yùn)用成熟的主要有深度處理池下疊，清水池下疊、沉淀池下疊。

在平潭北部自來水廠的設(shè)計(jì)中采用沉淀池下疊方案節(jié)約用地。水廠地塊狹長(zhǎng)，整體考慮前部為管理生活區(qū)，后部為凈水生產(chǎn)區(qū)。中間部分通過綠化景觀以及預(yù)留用地進(jìn)行分割，減少?gòu)S房的污染及干擾。本項(xiàng)目管理生活區(qū)規(guī)模較大，因此有意識(shí)的壓縮生產(chǎn)區(qū)的面積可以為保障生活區(qū)的舒適環(huán)境提供有利條件。本項(xiàng)目沉淀池不僅下疊了部分池體，同時(shí)將水廠中的加藥間、泵房、車庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)等配套設(shè)施經(jīng)過合理化布局，將單體化零為整，實(shí)現(xiàn)集約化處理，為管理生活區(qū)以及未來的預(yù)留用地創(chuàng)造出大量的空間。

圖2 平潭北部自來水廠鳥瞰圖

圖3 平潭北部自來水廠沉淀池下層平面圖

2.2 全地下水廠

全地下凈水廠是探索建立土地節(jié)約集約利用新模式，也是滿足了土地可以按不同功能用途混合利用，允許同一地塊或同一建筑兼容多種功能的政策要求。近年來，我國(guó)已經(jīng)相繼建立了上百座地下污水處理廠，然而地下凈水處理廠的設(shè)計(jì)還不是很成熟，尚在起步階段。主要是由于地下式自來水廠在防澇、衛(wèi)生防護(hù)、生產(chǎn)安全上的要求要比污水廠更苛刻，存在不少隱患，需要在項(xiàng)目的后續(xù)設(shè)計(jì)中采取針對(duì)性的技術(shù)措施，做到安全可控。

海口市江東新區(qū)高品質(zhì)飲用水水廠項(xiàng)目用地緊鄰海口美蘭國(guó)際機(jī)場(chǎng)，交通便利；項(xiàng)目北側(cè)緊鄰別墅區(qū)，具有較好的經(jīng)濟(jì)開發(fā)價(jià)值。本項(xiàng)目創(chuàng)造性地提出的地下水廠+地面開發(fā)的建設(shè)模式正是土地節(jié)約集約利用新模式的有益探索，也是同一地塊兼容市政基礎(chǔ)設(shè)施與其他功能的典型案例。

凈水廠豎向上分為地面層、隔離層、水廠層三大部分。水廠層在最下層，布置水處理設(shè)施；中間為隔離層，水廠隔離層為人員巡檢、監(jiān)控層；最上面為地面層。地面層設(shè)水廠的常規(guī)配套設(shè)施綜合樓以及有特殊消防要求或不適宜布置地下的臭氧制備間和柴油發(fā)電機(jī)房，并且通過圍墻圍合與其他功能設(shè)施相隔離。通過全地下的設(shè)計(jì)，凈水廠實(shí)際地面占地大大減小，節(jié)約了用地空間，多余的地塊可以規(guī)劃辦公或者居住用地等。

地下水處理建筑平面的消防設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容。為滿足消防疏散要求，布置在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上合理規(guī)劃疏散流線，及疏散出入口。地下廂體共設(shè)置8 處疏散樓梯直接通至地面。

圖4 海口市江東新區(qū)高品質(zhì)飲用水水廠項(xiàng)目鳥瞰分析圖

3、人性化設(shè)計(jì)

人性化建筑設(shè)計(jì)即以人文本，體現(xiàn)對(duì)人的關(guān)懷。對(duì)于水廠建筑來說第一重要的便是安全性。其次是考慮的是舒適性，從感官角度出發(fā)滿足員工的生理、心理的舒適要求。

3.1 安全性原則

水廠建筑雖然生產(chǎn)的危險(xiǎn)性相對(duì)較低，但是依舊有部分單體具有一定的爆炸危險(xiǎn)。涉及到消防問題的水廠建筑的安全性設(shè)計(jì)一直在不斷的完善、加強(qiáng)。建筑的火災(zāi)危險(xiǎn)性類別不僅僅是影響到單體設(shè)計(jì)及單體間消防距離，同時(shí)影響著整個(gè)廠區(qū)的平面布局以及造價(jià)問題。

水廠單體中涉及到爆炸危險(xiǎn)性的單體有粉炭間、高錳酸鉀間、具備現(xiàn)場(chǎng)制備功能的加氯間等單體。這些單體在進(jìn)行防爆設(shè)計(jì)時(shí)，需要合理布置抗爆墻體、準(zhǔn)確計(jì)算危險(xiǎn)氣體所需的泄爆面積，同時(shí),泄爆墻或門窗的形式及位置需要協(xié)調(diào)外立面統(tǒng)一考慮。室內(nèi)管溝、墻洞也必要采取嚴(yán)密的封堵措施。只有重視廠區(qū)建設(shè)中每一個(gè)安全細(xì)節(jié)，提升建筑師的消防安全意識(shí)，才能真正達(dá)到人性化水廠建設(shè)要求。

3.2 舒適性設(shè)計(jì)

水廠設(shè)計(jì)要堅(jiān)持以管理人員行為習(xí)慣為依據(jù)，確保生產(chǎn)的井然有序的同時(shí)增強(qiáng)員工的舒適感。因此在廠房設(shè)計(jì)中除了工藝流程的合理性還必須合理的布局人的行為流線，有效節(jié)約員工的工作時(shí)間，合理降低工作強(qiáng)度。

廣西石埠水廠創(chuàng)造性的在主要生產(chǎn)區(qū)之上架起一座座相互聯(lián)系的日常巡檢廊橋，將廠區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)構(gòu)建筑物有機(jī)串聯(lián)，不僅保障了員工的安全、方便員工操作，同時(shí)還考慮整體外觀效果。廊道外立面采用外掛玻璃幕墻設(shè)計(jì)，輕盈地漂浮于在廠區(qū)中。同時(shí)，巡檢廊道可結(jié)合參觀流線，承擔(dān)起參觀、體驗(yàn)、展示、科普教育等功能。廠區(qū)內(nèi)合理的規(guī)劃車行參觀流線及步行參觀流線，使其連通成環(huán)，貫穿全園，體現(xiàn)人性化設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

圖5 石埠水廠巡檢、參觀廊橋效果圖

4、綠色低碳技術(shù)

綠色低碳技術(shù)如今已廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)之中，在早期水廠以生產(chǎn)的要?jiǎng)?wù)，從而忽視了廠區(qū)內(nèi)綠色建筑技術(shù)的運(yùn)用，顯然這樣的情況跟不上時(shí)代的發(fā)展和對(duì)環(huán)保政策號(hào)召的響應(yīng)。凈水廠建筑設(shè)計(jì)中引入綠色低碳技術(shù)，才能更好地體現(xiàn)生產(chǎn)的綠色環(huán)保，推動(dòng)廠區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

4.1 清潔能源的利用

在凈水廠建筑設(shè)計(jì)中，可以最大程度地利用自然資源，利用太陽能、風(fēng)能等各種清潔能源，以此降低對(duì)電能的消耗。水廠的占地面積較大，在水廠中發(fā)展光伏發(fā)電，可以降低運(yùn)營(yíng)成本，并且有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。太陽能光伏電板不僅可以在屋頂設(shè)置，在水池構(gòu)筑物上方同樣可以設(shè)置。大面積的處理水池，往往需要加蓋遮陽網(wǎng)，抑制水中藻類生長(zhǎng)。如果在池頂上方架設(shè)光伏組件，相當(dāng)于給池體加上了一層保護(hù)罩，一方面提高了空間利用率，另一方面，避免太陽光直照水池，影響水處理。

4.2 立體綠化

在凈水廠建筑設(shè)計(jì)中采用屋頂綠化及垂直綠化技術(shù)等立體綠化可以降低建筑外表面的溫度，為廠區(qū)局部景觀環(huán)境打造舒適性的小氣候。

上海城橋水廠廠房外立面結(jié)合垂直綠化設(shè)計(jì)，極大改善了廠區(qū)環(huán)境。植物標(biāo)準(zhǔn)模塊外掛在維護(hù)結(jié)構(gòu)上，并且通過到自動(dòng)灌溉系統(tǒng)自動(dòng)灌溉，同時(shí)可以控制灌溉的時(shí)間和頻率，實(shí)現(xiàn)生態(tài)與美觀的完美結(jié)合。

圖6 上海城橋水廠廠房外立面效果圖

4.3 海綿城市設(shè)計(jì)

隨著國(guó)家大力發(fā)展海綿技術(shù)，凈水廠設(shè)計(jì)中響應(yīng)海綿城市精神已成為水廠建設(shè)的新趨勢(shì)。在凈水廠中通過合理的海綿設(shè)施設(shè)置，采用“滲、蓄、滯、凈、用、排”等措施，科學(xué)選用低影響開發(fā)設(shè)施及其系統(tǒng)組合，降低城市面源污染，削減城市雨水排水峰值，保護(hù)城市原有生態(tài)系統(tǒng)，維護(hù)城市良好的生態(tài)功能，促進(jìn)雨水資源化利用。

凈水廠的海綿城市設(shè)計(jì)結(jié)合水廠的整體開放空間景觀品質(zhì)的提升，可以充分利用水廠綠化面積大的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到造價(jià)低、景觀效果好、管理維護(hù)簡(jiǎn)單等效果。應(yīng)以優(yōu)先利用植草溝、雨水花園、綠地等“綠色”措施來組織排水，以“慢排緩釋”和“源頭分散”控制為主要設(shè)計(jì)理念。

成都第七水廠三期工程，海綿系統(tǒng)構(gòu)建遵循自然優(yōu)先的原則與景觀設(shè)計(jì)融為一體，達(dá)到與景觀的和諧。在廠區(qū)的集中綠地處合理配置雨水花園、下沉綠地、透水性鋪裝、植草磚，在道路四周設(shè)置環(huán)廠的景觀帶，通過植草溝調(diào)蓄道路及綠地雨水，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、美觀效益的最大化。

結(jié)語：

建筑師在現(xiàn)代化水廠設(shè)計(jì)中扮演者重要的作用。在工藝流程安排好后再進(jìn)行設(shè)計(jì)再已經(jīng)無法滿足當(dāng)下的現(xiàn)代化水廠的發(fā)展趨勢(shì)。建筑師應(yīng)該在項(xiàng)目策劃初期便主動(dòng)介入，共同策劃、協(xié)調(diào)，通過符合時(shí)代趨勢(shì)的現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)策略實(shí)現(xiàn)“高水平”水廠。