采煤沉陷水域漂浮建筑设计原则探析

朱清

摘 要：在自然生态环境急剧恶化的现代社会，我国煤矿采空区域面积不断扩大，充分利用采煤塌陷水域来建造漂浮城市的设想早已被提出。这一观点是基于当前剧烈的人地矛盾、采煤塌陷水域利用不够充分、城市开发不够合理等问题所提出来的。而漂浮建筑则是以漂浮的状态在水面上建造的建筑，其在采煤沉陷水域中建造完全符合当前人类居住环境与自然环境和谐共同的发展要求。现文章主要针对采煤沉陷水域漂浮建筑设计原则进行探析。

关键词：采煤沉陷水域；漂浮建筑；设计原则

在煤矿开采过程中时常存在出现采煤沉陷水域，采煤沉陷水域是十分有实用价值的建筑场地，对其进行充分的开发与利用能够显著缓解人地矛盾，并满足我国生态环境可持续发展的需求，推动现代化城市发展与进步，为人类居住探索新的领域与方式。在采煤沉陷水域进行漂浮建筑建造是我国城市发展与空间变化发展的必然趋势。

1 采煤沉陷水域的形成

采煤塌陷是人们在对地下煤炭资源进行开采的过程中，由于开采过程转变了煤矿区域周围的地球化学背景，破坏了固有的地质体的平衡状态，并且破坏了地质体之间的力学平衡状态与岩石自身的力学结构。[1]地下采空区域上方岩石在地球重力与应力的影响下，就会出现冒落的情况，并且导致地面形成裂缝，甚至出现塌陷的情况。假如位于高潜水位矿区，伴随着地下水位的上升则会出现塌陷积水区域。

2 采煤沉陷水域水上漂浮建筑设计原则

2.1 采煤沉陷水域水上漂浮建筑空間属性特征

采煤沉陷水域水上漂浮建筑空间属性特征主要表现为以下几点：

（1）系统性。其与城市、水域空间系统并不是单纯的组合模式，而是属于相辅相成的状态。从功能来看，漂浮建筑的功能将会伴随着周围居民生活模式与行为的变动而发声改变，存在一定的影响与渗透的作用。在进行水上漂浮建筑设计的过程中要兼顾空间的系统性，将水上漂浮建筑整体环境中的水、陆要素考虑入内。[2]

（2）模糊性。水上漂浮建筑空间的模糊性主要体现在人的空间行为与功能的模糊性。鉴于水上漂浮建筑空间的功能会被周围空间所影响，其中所存在的功能差异会使得水上漂浮建筑空间表现出关系模糊的特征。另外，水上漂浮建筑空间的模糊性体现在形态与要素的关系上。[3]水上漂浮建筑空间要素呈现出凹凸、延伸、倾斜等多种意象，在水体流动的影响下一同形成了水上漂浮建筑空间的模糊性。

（3）流动性。水上漂浮建筑空间的流动性主要表现在以下生态信息的流动与地下水水体流动的过程。同时，在采煤沉陷水域水上漂浮建筑空间中，水域环境中的水生动物、植物品种众多，食物链复杂，能量与物质转换的过程十分充分。而且，由于水上漂浮建筑空间是的载体为漂浮城市，人流、物流会在这一水陆空间开展充分的交换，进而体现出空间功能的流动性。鉴于水上漂浮建筑地基为漂浮基座，因此水上漂浮建筑可以根据风向、日照等外界自然因素来转变建筑朝向与位置，从而避免外界自然的不利因素，获得最高程度的舒适满意度，这也是漂浮建筑自身流动性的表现之一。[4]

2.2 采煤沉陷水域水上漂浮建筑设计原则

（1）被动式设计原则。被动式设计原则，即为利用气候环境的潜能来开展设计，在设计过程中充分运用各种方式来适应建筑区域气候特点，尽可能地减少使用不可再生资源，从而实现绿色生态保护。被动式设计方式就是在积极主动顺应自然的过程中最大程度的挖掘大自然的潜能，遵循建筑所在区域环境发展规律，对水上漂浮建筑的形态与功能开展设计，通过对建筑中的各功能木块进行组织，使得水上漂浮建筑能够在需要空调等电气设备的情况下一样可以创造出人们能够享受的舒适室内与室外环境，进而最终实现自然环境与人类生存生活的统一。然而在水上漂浮建筑设计过程中被动式设计运作并不是完全抛弃主动系统调解能力，而是与主动系统相互配合来改善建筑环境消耗，改善建筑内部环境，强化建筑使用到舒适程度。采煤沉陷水域水上漂浮建筑所秉持的被动式设计原则的特别之处就是可以将水体作为能量的源头。例如，水层温差发电、水层储能等等。[5]同时，在漂浮建筑中的浮动结构相对于传统建筑地基来说建筑材料的使用更加节约。同时，漂浮建筑地基使用的建筑材料是保温材料聚苯乙烯泡沫，其拥有卓越的保温性能，可以使得漂浮建筑实现低电源能耗。同时，还可以通过水体能够形成光反射的原理来强化自然光的扩散，充分利用自然光照来降低电能的消耗。

（2）可变式设计原则。在现代建设设计领域中，建筑已经不仅仅是提供人们栖息的空间区域，不仅仅是一成不变的固定形态了，而是转变成为拥有生命结构的物体。可变式设计原则，即为在进行采煤沉陷水域水上漂浮建筑的设计过程中可以根据建筑、建筑周边因素来进行一定的调整与改变。第一，建筑自身的可移动性。由于采煤沉陷水域水上漂浮建筑相对于传统建筑来说有着十分显著的区别，其独特的水域地基给予建筑不同的浮力，这一情况就象征着建筑与船只一样拥有可移动性。漂浮建筑能够从水体中获取相关能源，例如水层温差储能、太阳能等自然能源来作为建筑在水中进行移动的能源。在遭遇不可避免的自然灾害以及其他需要对建筑进行移动的情况的时候，就可以通过移动建筑方位来躲避自然灾害，获得居住最适宜、最舒适的建筑方位。第二，建筑构件的可变性。在漂浮建筑内部设计过程中可以通过旋转、伸缩、翻转等方式来实现建筑的移动。另外，漂浮建筑所使用的ETFE建筑材料是一种可以利用充气量来调整其遮光度与透光性的新型膜结构，其在漂浮建筑设计中是实现可变式设计原则的重要途径。

（3）建筑设计思想原则。建筑设计思想原则，即为始终保持正确的建筑设计思想。采煤沉陷水域漂浮建筑设计过程实际上就是在已知探索采煤沉陷水域漂浮建筑建造的最佳形态，以最科学最合理的原则，来探寻漂浮建筑采煤沉陷水域之间组合成为有机的整体。因此，在进行采煤沉陷水域漂浮建筑设计过程中要秉持着建筑美学与建筑生态学原则，从建筑与环境的关系、人与环境的关系、使用者的舒适角度、环境的美感、建筑对环境造成的影响等不同角度来进行探索。

3 结束语

总的来说，采煤沉陷水域漂浮建筑设计原则是始终基于漂浮城市建设规划思想所开展的，其是基于生态建筑理论、气候建筑理论等重要理论知识的。在进行采煤沉陷水域漂浮建筑设计过程中要始终秉持着被动式设计原则、可变式设计原则以及建筑户设计思想原则，让采煤沉陷水域漂浮建筑设计可以成为保护生态环境，解决人地矛盾，营造人类舒适生活环境的另一重要途径。

参考文献：

[1] 刘锦，孙青言，柳炳俊.采煤沉陷水域水环境研究主要方法评述与趋势分析[J].中国水能及电气化，2013（08）： 58-62.

[2] 范廷玉，严家平，王顺.采煤沉陷水域底泥及周边土壤性质差异分析及其环境意义[J].煤炭学报，2014（10）： 2075-2082.

[3] 杨扬，龚晓灵.淮北市采煤沉陷区水域综合利用策略分析[J].江淮水利科技，2012（03）：31-32+38.

[4] 郭迅，戴君武.采煤沉陷与断层相互作用引起地表建筑破坏特点分析[J].辽宁工程技术大学学报，2006（06）： 851-854.

[5] 鲁叶江，李树志.近郊采煤沉陷积水区人工湿地构建技术——以唐山南湖湿地建设为例[J].金属矿山，2015 （04）：56-60.