浅谈水工建筑造型设计的几个问题

2018-01-15杨琳，赵彧

陕西水利 2017年6期

杨琳，赵彧

（1.西安建筑科技大学建筑学院，陕西西安 710055；2.陕西省引汉济渭工程建设有限公司，陕西西安 710100）

现代社会强调物质文明和精神文明两手抓，就对水工建筑设计提出了越来越高的要求。水工建筑在保证其工程质量和使用功能的基础上，还要追求更美的外观效果及人文内涵，尤其是许多水利工程建筑已成为当地的旅游景点。但仍有部分水工建筑在设计上只注重功能、质量的要求，忽略水工建筑给人的印象也应该是视觉上美的享受。

1 现代水工建筑实例及设计上的相关问题

水工建筑历史悠久，最早的水工建筑出现在公元前2900年，就是埃及的尼罗河上一座高15m、长240 m的挡水坝。在中国，比较著名的就是出现在公元前256～前251年并延用至今的都江堰工程，是引水灌溉工程的典范。这些悠久的水工建筑都是凭借工匠们的经验修建而成，现代水工建筑则建立了不断完善的理论，技术水平也很大程度的提高。接下来就以几个实例来展示现代水工建筑的特点。

1.1 加州生命+水博物馆

生命+水博物馆源于Diamond Valley Lake(DVL)——钻石谷湖的建设。DVL是北美最大的人造储水湖，坐落在半干旱气候的加州，靠近Hemet，可以为南加州提供6个月的紧急供水。DVL（水面约18.2 km2）在山谷的两端各建有一座大坝，大坝一度成为美国历史上最大的土石方工程。随着大坝的建设，为保护挖掘出的考古物品，及古生物化石相关的物品，在靠近东面大坝的一块地方，选定建设博物馆，一个用来进行生命与水的博物展示及教育，一个用来展示考古物品及古生物。

项目2007年建成，是美国第一座获得LEED白金级认证的博物馆。建筑面积5780m2（Center forWater Education约2137m2，WesternCenterforArchaeologyandPaleontology约 3066m2，其余是辅助用房），平方米造价近4万元人民币。建筑形式模仿水电站泵房的排列，韵律感明显（如图1所示）。

图1 建筑造型、建筑总平面布置

该项目使用的可持续措施比较多，包括太阳能使用、光伏电板、保温隔热层、辐射制冷/采暖、遮阳、通风节能、节水滴灌、回收用水等等，以及景观使用大坝建设过程中挖出废弃的岩石。其中屋顶安装的3000块光伏电板，设计功率为540 kW，产生的能源可以满足建筑需要的68%或者整个园区的47%。同时延长25%的屋面覆盖层使用时限（如图2、3所示）。该项目的设计与施工是一体的。专为博物馆项目，两个建筑师（Michael B.Lehrer,FAIA,Mark Gangi,AIA）一个施工管理人员-Frank P.Gangi（MBA）共同成立了Lehrer+GangiDesign+Build公司，这样在时间和预算控制时，更为有效。

1.2 陕西引汉济渭工程

作为陕西省十大水利工程之一，工程主要由黄金峡水库枢纽、黄金峡水源泵站、黄金峡至三河口输水工程、三河口水库和秦岭隧洞等五部分组成。总工期78个月，计划2017年实现初期调水5亿m3，2030年实现15亿m3最终调水规模。工程总体布局为，在汉江干流及其支流子午河上分别兴建黄金峡水利枢纽和三河口水利枢纽，由最南端的黄金峡水库提水，到达中段三河口水坝，与三河口库水统一调配，水沿隧洞输向秦岭北麓，进入关中。

图2 建筑平面、立面

图3 建筑屋顶光伏电板、建筑外廊

黄金峡水利枢纽水库坝址位于汉江干流黄金峡锅滩下游2 km处，主要任务是拦蓄汉江河水，雍高水位，兼顾发电。（如图4所示）

图4 黄金峡水利枢纽工程效果图

图5 三河口水利枢纽工程效果图

三河口水利枢纽是整个调水工程的调蓄中枢。坝址位于佛坪县与宁陕县交界的子午河峡谷段，拦河坝最大坝高145 m，总库容7.1亿m3，坝后泵站总装机功率2.7万 kW。（如图5所示）

目前这两个水利枢纽工程仍然在建设中，并配套设计了相关的旅游生态景观与水利工程相结合，设计方案还在继续深化中。这也是中国水工建筑设计建造进步的表现，注重环境价值的再提升，对生态景观的充分利用，从而对环境、水土进行保护。

通过对这两个中外实例的比较，可以总结出现在水工建筑的共同特点是：充分利用水工建筑水利功能使用周期有限的局限性创造多样化的功能；注重对自然环境的保护，在选择建筑材料方面做到就地取材、废旧利用；建筑造型设计上做到与水利工程相协调，主要表现在建筑选型上利用水利工程的结构特点作为主导因素。同时可总结出中外水工建筑的区别在于国外的水工建筑在可持续发展和绿色措施上，做的更为细致和具体，更反映在建筑造型设计上，这也是之后在做我国水工建筑时应该着重考虑的设计要点。还可看出项目实施过程中，国外的工程设计以及施工的安排更为合理。综上所述，可得出以下水工建筑造型设计要点的结论。

2 水工建筑造型设计要点

水工建筑物设计包括：选址，如坝址、闸址、洞线、渠线的选择；选型，即选定建筑物的结构形式，如坝型选择；水力计算；结构计算；工程细部设计，确定地基处理方案，观测设计以及合理布置各个建筑物等。如此复杂的水工建筑设计需要多学科合作方可完善，除基础学科外，还与水力学、水文学、工程力学、岩石力学、工程结构、工程地质、建筑设计、建筑材料以及水利勘测、水利规划、水利工程施工、水利管理等密切相关。设计应遵循的就是完美结合建筑形式和建筑功能，与总体规划中的环境设计相协调，将可持续发展作为主要的设计理念[1]。最后就是强调建筑设计的四个原则：经济、美观、实用、绿色。

2.1 水工建筑造型设计中遇到的问题

（1）总平面设计过程中涉及到选址、地基处理以及布置各个建筑物和景观。这个环节中对建筑造型设计产生影响的因素主要有选址的地域特色、该地特有的建筑材料；总平面规划时建筑与景观的相对位置，采景的方式会影响建筑形式设计；地基的处理方式可影响到建筑的体量大小和体块布置关系[2]。

（2）水工建筑平面设计会以满足水利工程基础功能为主导因素，因此建筑结构选型相对稳定，在一定程度上对建筑造型设计有很大的局限性，这是水工建筑造型设计无可避免的重要影响因素之一[3]。

（3）绿色建筑的设计要求也会是水工建筑造型设计的一个重要影响因素。

（4）水工建筑设计涉及的学科较多且复杂，因此各专业之间的配合不默契，对建筑造型设计也产生消极的影响[4]。

2.2 水工建筑造型设计中的几个问题

（1）总平面设计过程中就应根据选址、材料、基地的现状等对建筑造型有初步的计划和设想，在建筑造型设计的过程中再加入当地的地域文化特色，并在总体规划时就考虑到自然环境景观、人为设置景观和建筑造型的搭配，可以传统的建筑造园方式处理景观和建筑之间的关系，将建筑作为景观设计的其中一个元素[5]。

（2）平面功能设计的局限是对建筑造型设计影响较大的一个因素。针对这个局限，建筑造型设计就需要在建筑立面和材料选用上做出变化和创新。建筑立面上可做出合理的虚实对比、比例适宜的高低层次变化，也可在开窗形式、辅助空间设置等方面做出美观创新的设计。建筑材料选用上可就地取材，做出地域特色，也可采用新型环保材料或废旧利用材料均可做出不同情感的建筑造型[6]。

（3）绿色建筑设计要求建筑成果最好是被动式建筑，充分利用自然资源，做到良好的通风设计，被动式太阳能设计等，这些要求在建筑造型上也都会有相应的表达，例如通风的方式就影响到门窗洞口的开设方法和位置，被动式太阳能设计就会影响到建筑立面的通透性和材料选择等[7]。

（4）可持续发展的设计理念是建筑设计的一个重要发展方向，这个理念在设计中会主要体现在建筑造型和景观设计。建筑造型主要通过材料的选择，体型、体块的关系，建筑内部及立面绿化等方面展现这一重要的设计理念[8]。