水利工程中的建筑设计要点探析

2016-06-05傅理文

工程与建设 2016年6期

关键词：水利建筑设计水利工程

傅理文, 彭渊

(浙江广川工程咨询有限公司，浙江杭州 310020)

水利工程中的建筑设计要点探析

傅理文, 彭渊

(浙江广川工程咨询有限公司，浙江杭州 310020)

针对水利工程建筑设计效果不佳的问题，提出了水利建筑设计应遵循的基本设计原则，阐述了总平面设计、平面设计及立面设计等方面对水利建筑设计需要注意的问题及处理要点，以引发设计者对水利建筑的重视以及对建筑设计方法的探索与思考。

水利建筑; 总平面设计; 平面设计; 立面设计; 节能环保

0 引言

作为水工建筑物的形象标识，水利建筑设计一直是水利工程设计中不可缺少的组成部分，主要起到抵御外界环境不利影响、容纳和保护水利设施、设备以及配套设施的作用[1-2]。在水利建筑的设计过程中，由于水利设计者偏重于建筑功能、结构安全等方面的设计，在建筑效果的美观度及其与环境景观的融合上则不尽如人意；而建筑设计师由于缺乏相应的水利专业知识，且对农村水利环境了解甚少，难以全面考虑建筑物的环境要求。在较长的设计实践中，水利建筑设计作为水利工程中的附属配套设计，始终未得到足够的重视。

随着经济社会的发展，传统水利向着现代水利、可持续发展水利转变，人民对于水利建筑的生态、节能、景观、人文的要求不断提高，一些年久失修、陈旧落伍的水利建筑纷纷进行更新、改造，而一些新建的水利建筑也要求结合旅游景观提升其视觉效果。因而，在水利事业蓬勃发展的进程中，水利工程中的建筑设计越来越受到人们的关注，如何摆脱传统水利建筑单调沉闷的形象，因地制宜地兼顾功能、景观、环境的协调，则需要水利从业人员不断思考、探索。

1 水利建筑特点与设计原则

1.1 水利建筑基本特点

水利建筑因地理位置、功能需求等与一般民用建筑设计有所不同，表现为以下特点[3]：

(1) 地域偏远：水利建筑常处城郊、乡村、甚或海边，参与水利建筑的日常管理运行的职工需要驻扎值守，水利建筑需要考虑职工临时住宿、就餐用房以及相关活动设施。

(2) 人流较少：水利运行管理人员人数较少，办公、生活等辅助用房规模不大，总平面的容积率较低。

(3) 亲和自然：由于水利建筑具有先天优越的地理条件，水库工程常在山区，绿树成荫，风景优美；水闸、泵站工程则常常依水而建，河湖婉转，江海开阔，建筑与环境互塑共生。

(4) 结构简单耐用：受其功能、规模等影响，水利建筑大多体型简单、构件种类少；且水利建筑受运行功能可靠性的影响，结构相对坚固耐用。

1.2 水利建筑设计原则

水利工程建设环境多为依山傍水、人烟稀少的地方，因而依托自然风光，结合山河地貌，实现“人水和谐”，力求环境效益、社会效益和经济效益的有机统一，尤为重要。水利建筑设计一般遵循如下原则[2,4-5]：

(1) 综合统筹原则：综合考虑功能的划分、设置与布局，合理划分其功能区，确保工程实现调水、节水、保水、管水、用水的功能，并使功能、布局紧凑、均衡。

(2) 和谐协调原则：水利工程大多远离城郊，但并非是孤立存在，对其设计也应结合自身功能与周边环境，包括新建水利建筑与原有工程的呼应、与当地环境融合、与景观配合、与功能运行管理设施配套。

(3) 特色鲜明原则：根据水利工程规划效果，选择体现水利建筑个性气质的符号元素，比如突出现代性特色、传统建筑特色或人文地域特色等。由此进行建筑风格构思，使之脱颖而出，具有标志性。

(4) 经济实用原则：应针对工程自身特点，充分利用自然条件和天然建材，在确保功能实现的同时，尽可能节约工程投资、节省土地资源。此外，设计中尽可能采用节能环保技术，降低水利建筑在使用过程中的能耗。

2 水利建筑设计要点

2.1 建筑总平面设计

2.1.1 建筑布局

水利建筑的总平面设计应根据工程规模、实际场地大小、后期运行管理及整体环境效果要求进行集中或分散布置，避免出现总体布置大片留白或过于密集的现象，且尽可能使火灾危险性相同或相近的建筑集中布置，便于安全管理。需要纳入总体布局考虑的水工建筑物见表1所列。

表1 水利建筑布局划分[3]

2.1.2 建筑朝向

建筑朝向与太阳辐射强度、日照时间、常年主导风向等因素相关。设计时，使建筑朝向满足自然采光、通风的要求，尽可能充分利用冬季日照、避开冬季主导风向，利用夏季自然通风，建筑朝向设计原则见表2所列。

表2 各气候分区最佳、适宜和不宜的建筑朝向

2.1.3 平面交通

工程区域内交通流线简洁顺畅，建筑物之间联系方便，管理区出入口与外部交通便捷，人流、运输路径短捷，同时也应注重环境设计，考虑绿化、职工休憩空间、职工活动场地等。通过优化建筑物布置，避免干扰，保证安全和正常运行。交通设计必须满足防火设计要求，总平面的防火设计相关标准见表3所列。

表3 水利建筑防火设计常用数据[6] m

备注：当占地大于3 000 m2的甲类厂房和占地大于1 500 m2的乙、丙类仓库，需要设置环形消防车道。

2.2 建筑平面设计

水利建筑单体中的平面布局需要水工和建筑配合设计。其中，水工方面主要遵循水工设计规范(包含水闸、泵站、水电站等专业规范等)，使上部建筑满足水力条件和机泵设备安装、运行要求；建筑方面主要把握建筑内部交通流线、防火要求、功能使用空间需求、使用尺度、安全性等方面是否满足建筑规范要求(主要包含消防防火、公共建筑等专业规范)。

(1) 水利建筑主体厂区主要包括启闭机房、泵房、配电室等，在设计中各功能房间的尺度应与水工、水机、电气等专业密切配合，以实现其闸门启闭检修、水泵运行、设备监控[7]。

(2) 水利建筑办公区主要是包括日常监控、维护设备的管理用房，一般布置在与设备同层或方便通过窗体直接观测设备、建筑物周围环境且与主体厂房联系紧密的区域。设计中可依据办公建筑设计规范、公共建筑设计规范等进行设计，办公室面积则可根据党政机关办公用房的定额要求合理确定。

(3) 建筑仓储区主要存储防汛物资抢险设备等，一般布置在建筑一层并靠近建筑出入口位置，或独栋设置并靠近管理区出入口位置，其大门应与外部交通联系便捷，且尽量避免仓库物流与人流交通流线干扰。

(4) 生活区包括休息室、活动室及厨房后勤等，可与主厂区及办公区分层布置或设置在同层相对安静隐秘处。卫生间在平面中位置既要隐蔽，又要与走道、过厅联系方便，尽可能采用自然采光和通风。厨房尽可能靠外墙布置，以满足采光、通风的要求，其墙面、地面应考虑防水。

2.3 建筑立面设计

2.3.1 建筑材料

建筑饰面材料是建筑立面构成的物质基础，是建筑总体效果和装饰功能的实现。木材、石料、砖营造出乡土气息，粗糙毛石则给人以天然文化的意味，花岗岩给人以坚固华贵的感觉，清水混凝土的运用则塑造宁静沉稳的氛围，铝板、玻璃则散发现代优雅的气质[8]。通过建筑材料的组合，常能收到意外的效果。

水利建筑多处于乡村郊野乃至沿海、江、河，建筑常年日晒雨淋甚或受海风环境侵蚀，建筑材料除了满足整体视觉效果，在防潮性、抗风性、耐脏性和节能性等方面也颇为重要。

(1) 防潮性：建筑围护结构材料，立面装饰材料的选材方面都应选择防水、防潮性能好的材料，并进行外墙面的整体防水设计，如表4所列。

表4 外墙防水层最小厚度要求表[9]

(2) 耐脏性：主体饰面的主色调可以选择灰色、深蓝、墨绿等深色；饰面材料应尽量选取不易积尘，耐雨水冲刷的材料，饰面砖、优质外墙漆、铝板等。

(3) 抗风性：海边以及乡村旷野地面粗糙度多为A类或B类，尤其沿海地区受台风登陆直接影响，建筑门窗、饰面材料应注意其在非常规风荷载作用下的性能影响：门窗的型材、玻璃厚度以及尺寸分格都应由专业资质厂家设计生产；尽可能减少建筑高处使用饰面砖，以免发生砖体破损掉落的伤人事故，尤其在海边受风力影响大的水利建筑外观造型需要石材、面砖或木构架饰面效果时，设计应尽可能采用真石漆、金属氟碳漆、仿木漆替代。

(4) 节能性：部分水利建筑空间大，外表面积大，节能能耗问题也不容忽视。选择合适墙体材料满足防火及节能保温要求、增加屋面、楼地面的保温隔热性能、增强门窗的气密性，提高采暖、通风、空调设备能耗比，减少照明功耗。

2.3.2 建筑造型

根据工程实践，常见的建筑造型可分为高大型、扁长型、矮小型、组合型，实际工程造型实例如图1所示。

图1 建筑造型分类

(1) 高大型：一些电站厂房、泵站枢纽内部常需要桥式吊车启闭设备，厂房内部具有较大敞通空间，室内净高有时可达8 m。针对体量较大的厂房，在相对平整的立面上通过门窗排列、线条变化，突出其简朴、清朗的造型特征。此类造型可以通过立面选用轻薄质感的构件，以实墙与玻璃格子网组合等形式消除建筑的沉重滞感。

(2) 扁长型：扁长型建筑多见于水闸枢纽工程，水闸多孔，尤其大中型水闸长度可达数十米乃至百米。扁长的水闸建筑可采用对称设计，在造型立面中充分运用韵律变化，使得每跨作为一个造型元素，形成多跨连续的“韵律”变化，闸室两侧则可采用高耸的“桥头堡”形式收尾，表达大气、开阔的意境。此类造型可通过逻辑性、音节化、构件的重复等方法强化建筑形象的表现力。

(3) 矮小型：部分小规模的水利建筑，如一些灌区渠道的水闸，由于其水工尺度较小，上部建筑则可通过屋顶、挑檐、窗台、窗眉装饰雕刻等结合地方特色凸显其小巧精致的特点。

(4) 组合型：一些水利附属建筑管理房等，由于高度和长度的尺寸比例不受水工专业的功能尺寸限制，因而设计者可自由发挥通过体块单元组合丰富建筑造型。此时则可通过装饰细部、结构形式、不同材料，构图手法等创造出预想的意境。

2.3.3 建筑细部

建筑细部设计对于建筑立面有时能起到画龙点睛之效，主要的建筑细部包括建筑出入口、门窗、护栏、屋顶等。

(1) 建筑出入口与建筑总体比例是否合理、协调，直接影响着人们对总体建筑产生的第一印象。在满足设备检修出入搬运和人流疏散的基础上，大型水利建筑可加大其出入口尺寸，增设踏步，凸显其大气包容的特点；而小型水利建筑出入口则可通过门扇材料、颜色以及门楣、雨蓬装饰突出其精巧。

(2) 建筑门窗是建筑采光和通风以及室内空间与外部环境沟通交流的媒介，不同的建筑门窗尺度可表达生动丰富的建筑层次。正常大小的窗体表现敦厚朴实的特点，建筑封闭感强；大尺度的带形窗、幕墙则使得建筑轻巧通透，富于时代感。门窗、洞口与立面实墙的虚实形态，已不受结构约束，除梁、板、柱子外，其他位置都可自由开窗。此外，窗台处可设置花池，载植花木，也可为水利建筑平添意趣。

(3) 水利建筑中一些水闸检修平台当不采用砖墙封闭则需要用栏杆或栏板与外空间进行分隔，栏杆的样式对于水利建筑起到装饰陪衬作用，栏杆色彩、材质、形式应与建筑物相宜。

(4) 建筑物的屋顶对于建筑整体效果举足轻重，现代风格的建筑简洁、明快的线条，其顶部往往不设“帽子”更佳；而一些较低矮的建筑则可以增设坡屋面或屋面装饰构架，以提升美感。

3 结束语

水利水电工程的建设，保障了当地人民群众生命财产安全，促进当地经济社会发展。而水利建筑作为水利水电工程的一部分，既辅助了工程功能的发挥，又因地制宜的将使用功能融入景观，在丰富水环境，推动景观水利的可持续发展方面意义重大。水利建筑设计从方案确定到施工图成稿离不开理论与实践，水利建筑设计的有效开展需要设计人员不断思考探索：

(1) 实地考察及过程沟通。在设计水利建筑前，进行现场实地考察，并积极与业主沟通需求。建筑风格及方案选取，应结合建设单位的喜好，并根据当地的地理人文环境设计出因时、因地与环境相宜的建筑[10]。

(2) 自身美观与工程经济性的平衡。应尽可能以节省国家资金的原则，结合当地采用经济的材料做出符合设计意图的效果。通过丰富的水利建筑设计，实现水土资源的合理开发利用[11]。

(3) 积极补充学习，调整知识结构。水利工程由多专业协作设计而成，水利建筑一定程度上受到使用功能、材料结构、施工技术、经济条件及周围环境的制约。因而，关注相关行业新材料、新工艺、新技术的发展，有助于水利建筑的合理创新。

[1] 梁利勋,辛磊.水利水电建筑设计内容及应注意的问题[J]. 黑龙江科技信息, 2010(6):304.

[2] 薛钊,石诚,糜作蕾.阐述水利工程的建筑设计要点[J].中国水运,2011,11(8):150～151.

[3] 赵秀丽,韩玉旭.浅谈水利工程中的建筑设计[J].建筑工程技术与设计,2013(9):69.

[4] 胡伟江.浅谈水利工程建筑设计[J].建材发展导向,2011(8):343～344.

[5] 王雨前,魏春雨.水与建筑[J].中外建筑,2013(11):108～115.

[6] GB 50016-2014,建筑设计防火规范 [S].

[7] 许勇,曹先玉,赵禹然.浅谈水利工程中的建筑设计[J].山东水利,2012(12):34.

[8] 张国辉,许杨.建筑装饰材料工学[M].北京:中国建材工业出版社,2012.

[9] 周胜．建筑设计常用数据速查手册[M].北京：中国电力出版社，2015.