城市廊道中输电塔造型概念设计研究

尹传垠 王鸿博

摘 要：随着人们对电的需求日益迫切，本文针对在城市廊道中，因输电塔高耸结构和体积较大的特点，对居民的日常生活美观度造成了一定影响，探讨了国内外优秀案例中美化输变电塔杆的重要性。立足于设计是美观性、人性化、令人愉悦、提升品位和传播文化的理念，将城市廊道区域空间的自然和人文特点进行归纳，通过电脑建模，从传统、仿生、现代三大风格领域为理念设计塔杆的造型，制作效果图表达设计概念。

关键词：城市廊道;输电塔杆;风格;概念设计

一直以来，国家致力于大跨越，特高压方面的研究，而忽略其设计不仅要满足人们日常生活使用，也要满足人们的审美和品位，提升城市形象等。城市廊道是城市生活中不可或缺的区域空间，同时高耸的输电塔也屹立在我们周围，如何将其外观造型设计的能够融入人们生活区域是本文研究的重点，并提出相应的概念设计方案。

1 国内外研究现状

国内关于电塔造型设计的相关文献并不多，关于高压电塔景观式研究，会提及电塔造型设计部分但不作为主要研究方向，其中尹传垠《特高压输变电工程适应性视觉景观策略研究》主张“隐”与“显”将电塔表面设计系列颜色与环境相协调[1]。王若雅《景观式特高压输电塔造型设计研究》中分别根据地域文化、地形特点等进行归类设计[2]。我国现有塔形是经过国内外技术专家多年相关研究得出的成果，铁塔结构以引进的早期苏联模式为主，后期根据我国的环境和地质条件进行反复的配置，进行了适当修改。长期以来，我国输电线路铁塔结构常用的钢材为Q235、Q345、Q390，材质单一、强度值偏低、使设计的铁塔大而重。2002年750kV官—兰线首次采用了Q420高强度角钢。随着我国电力需求的不断增长，大容量、高电压等级输电线路得到了迅速发展，出现了同塔多回路线路，以及更高电压等级的交流750、1000kV及直流±800kV输电线路。[3]所有这些使得铁塔趋于大型化，塔杆设计荷载也越来越大，与周围环境的友好度越来越低。输电线路铁塔，按其形状一般分为：酒杯型、猫头型、干字型、拉线“V”型、上字型和双回路鼓型六种。高压电线塔电塔呈梯形、三角形等塔状建筑物，高度通常为25-40米的钢架结构。按起材料分还有铁塔、钢管杆、水泥杆等，只是在结构和用材上有所不同，其在输电线路中起的作用是一样的。各种杆塔的采用确实与输电线路的电压有密切的关系，但也与线路导线、电压等其它一些因素有关。本文主要针对城市廊道中的输变电塔造型设计，遂主要选择钢管材质，配以角钢材质综合设计。高电压线路多用电铁塔，它的承载能力较大，易制造、运输、安装，但占地面积较大，220kV以上线路普遍应用。钢管杆最大的优点是占地少，易安装，但承载力不如铁塔。由于占地少，在城市配电网中广泛应用，如市内变电站出线走廊、市内配电线的转角杆等。

芬兰在上世纪90 年代就兴起景观输电塔的概念，1994 年在图尔库（TURKU）建成的“鸟嘴型”输电塔，由四个类似鸟头模样的盒子排列而成，它们的嘴部朝着同一个方向起拉导线的作用，对应的后部则安排一个方便工作人员上下检修的云梯。[1]美国麻省的Choi+Shine事务所开展过此类输电景观塔的概念设计。美Choi+Shine事务所设计的富有创意的“大地巨人”（Land of Giants）输电塔，将电塔变成了能随地势改变姿势的钢铁巨人，获得了2010年度波士顿建筑师协会概念建筑奖。此项杆塔设计的基本压力曲线不考虑结构构件的材料缺陷，而把构件当成理想受力杆件，所以设计出的铁塔具有辅助构件、链接构件尺寸小、外观简洁漂亮等优点。在铁塔材料和材质方面，美国主要使用钢管和角钢，钢管杆主要用于低压线路中，而角钢塔主要应用于高压线路中。其钢材材质主要有ASTM A36、ASTM A572，这两种材质的钢材适用于铆接或螺栓连接的构件。

2 双回路输变电塔造型设计

2.1 传统风格

以中华传统文化中的篆体为设计理念：将简体“中”和“天”字转换成篆书。标准篆书体的体式是排列整齐，行笔圆转，线条匀净而长，呈现出庄严美丽的风格;字形修长，而且紧画向下引伸，构成上密下疏的视觉错感，这与自上而下的章法布局也有关系;线条匀称无论点画长短，笔画均呈粗细划一的状态;这种在力度，速度都很匀平的运笔，给人以纯净简约的美感[图（1）]。结合了“干”字塔型和“猫头”塔型的优点，能节省线路走廊，受力情况清晰直接，有较好的经济技术指标。“中”字型塔杆通常是220千伏及以上电压等级送电线路常用的塔形，利于城市廊道大面积使用，节约占地空间。“天”字型塔杆结合了我国常用的两种钢材质：钢管和角钢，塔身被角钢围绕至塔角，耐久力和稳定力更强一些，源自于酒杯形塔的演化，其功能性同样适用于常年骤风骤雨地区。

2.2 仿生风格

仿生是模仿生物系统的功能和行为，来建造技术系统的一种科学方法。它打破了生物和机器的界限，将各种不同的系统沟通起来。设计以“鲨鱼”为灵感，将鲨鱼穿梭在海面上时露出的鱼鳍为设计元素，体现如鲨鱼一般的速度感和流动感;不同的视角有不同的解读，侧看又如“叶子”，体现大自然蓬勃的生机感和盎然的朝气;又像海里的“贝壳”，莹亮光洁，远观而不可亵玩焉;更如翱翔于天际的“羽翼”，纵横于天地间，将世间万物尽收于眸下[图（2）]。常用于220千伏及以上电压等级的送电线路。拉线将塔头与地面连接，起到固定塔身的作用，导线呈水平布置，主要材质为圆钢，该种塔形具有施工方便、耗钢量低于其它门形拉线塔等优点。

2.3 现代风格

现代风格是比较流行的一种风格，追求时尚与潮流，非常注重整体结构与使用功能的完美结合。现代主义也称功能主义，是工业社会的产物，其最早的代表是建于德国的包豪斯学校。设计运用简单的线条精准的结合，将其独特的造型与功能融合，使其既有时代感又有运用的价值。突出的创意感使人眼前一亮，机械美学风格更注重形式的运动性，强调超感官的理念，比起傳统风格，机械美学风格更轻巧、更灵活，风格倾向于外骨架效果[图（3），图（4）]。选取角钢塔材质的稳定性，结合钢管塔的节约占地面积的优点，将两者巧妙的取长补短。角钢制造方便，强度高，稳定性好，角钢从塔身一直延伸到塔脚，起到稳固整个塔的重心作用，塔头内部空间较大，可以承载双回路导线自由穿梭。

3 城市廊道中输电塔造型概念设计发展趋势

我国电力的覆盖面积和发展效率取得了举世瞩目的成就，大国崛起速度令人震惊，在实现用电功能的基础上，人们将越来越注重生活品质，输电塔的外观上将会呈现出令人愉悦的效果和功能。例如2019年第七届世界军人运动会在武汉举行，夜幕降临，長江大桥和沿岸的建筑上呈现出了宏大绚烂的灯光秀，而当时在60年代都是不可想象的事情，单是跨江建桥就已经很卓越了。如今，人们会更加注重精神世界，将美观性、人性化、令人愉悦、提升品位和传播文化这五大宗旨作为最终目的去设计输电塔的外观造型，来满足人们日益提升的物质文化需求和顺应正在高速发展的时代。

4 结论

本文立足于我国当前城市廊道输电路线中的塔杆造型特点，在符合综合国力发展背景下，保证输电线路安全、经济实用性。以传统风格，仿生风格，现代风格为主要设计理念。首先，遵循传统风格，使输电塔杆造型上体现我国特有的文化底蕴——篆书，尊重传统文化，吸取地域特色;其次，根据大自然优胜劣汰原则，模仿鲨鱼浮在海面上捕猎时鱼鳍的形态进行造型优化设计;最后，特别考虑了现代机械风格对人的物理层次和心理层次的感知影响，设计出符合现阶段时代发展特点，以求达到生态美、科学美、文化美和艺术美的统一。通过塔型优化、创新设计的方法，对我国目前城市廊道输电线路塔杆的造型设计提出了一系列适应性优化建议。

参考文献：

[1]尹传垠，周婧.特高压输变电工程适应性视觉景观策略研究.装饰，2012-02-01.

[2]王若雅.景观式特高压输电塔造型设计研究.湖北美术学院硕士论文，2018，06，01.

[3]刘盼.高强等边角钢极限承载力及稳定性试验与分析.重庆大学硕士论文，2008.

[4]Huang D，Ruan J，Yu S.Overview of the recent developments of ultra high voltage AC transmission in China[C].Power and Energy Society General Meeting Conversation and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century.IEEE，2008：1-9.

[5]陈祥和，田启华主编.输电杆塔设计[M].中国三峡出版社，2000.

[6]刘振亚主编.特高压电网[M].中国经济出版社，2005.

[7]李观.特高压钢管塔的优化设计[D].哈尔滨工业大学，2011.

[8]尹传垠，周婧.基于景观协调的高压输电塔色彩研究[J].装饰，2012（02）.

项目：本论文是教育部人文社科基金规划项目（课题编号：15YTA760048）阶段性研究之一，旨在研究城市廊道中输电塔造型的概念设计

作者简介：尹传垠，华中科技大学建筑学专业在读博士，湖北美术学院环境艺术设计教授，硕士研究生导师;王鸿博，湖北美术学院环境艺术设计系研究生。