淺談現代化凈水廠建筑設計理念發展和趨勢

文／伍夢麗 上海市政工程設計研究總院（集團）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施，與國計民生息息相關，對保障人民利益和構建和諧社會起到重要的保障作用。傳統意義上，凈水廠內主要集中布置了一系列水處理構筑物，這些構筑物對來水進行各種處理，以期符合用戶對水質的要求。過去的認識中，水廠建設主要以廠房設計要求為主，注重功能性和經濟效益，對建筑設計及環境營造的要求較低，強調其工業特性。另外，水廠作為飲用水安全的重要環節，有一定的反恐要求，有些區域的水廠有著隱蔽性的考慮。因此，水廠設計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調，產生風貌不相融的現象。

隨著當代經濟飛速發展和城市化進程的推進，對凈水廠這種“無多余設計”和受制于水處理構筑物的傳統處理手法已無法滿足當下對審美以及對先進技術的渴望。根據筆者多年凈水廠建筑設計的經驗，深切的體會到建筑專業這種由“被動”到“主動”的設計變化。根據近年來的工程實踐和總結，本文對現代化水廠建筑發展趨勢和設計理念進行一些有益的探討。

1、“去工業化”設計，重塑水廠新形象

所謂“去工業化”理念，是希望工業建筑同樣擁有建筑的藝術性和可讀性，從而創造宜人、優美、有文化內涵的建筑空間及環境。

現代化的水廠正是順應了“去工業化”的發展趨勢。他需要協調生態、生活和生產問題，使其不僅滿足水廠生產功能，同時也要考慮到生態、景觀融合及市民科普等多重功能。在建筑空間構成上力求豐富、功能復合、具有體驗性。區別于傳統水廠建筑以單一方盒子作為空間的組織方式。在景觀環境方面，整合周邊生態建設資源，不再將廠區生態景觀建設問題孤立的設計考慮。

另一方面，隨著城市的進一步擴張，一些原有水廠已經從郊區位置變為“市中心”地帶，除此市區中一批風貌滯后老的水廠也需要升級改造以適應周邊特定城市環境及生態規劃，成為城市的有機的組成部分。為適應周邊特定城市環境和生態，需要“去工業化”設計理念的貫徹和實施。

例如，松山湖水廠概念方案以自然生態、去工業化貫穿設計主題，意在表達建筑的時代精神。松山湖水廠建設用地位于風光旖旎的松山湖西南端，西鄰湖畔，生態景觀資源優越，周邊智慧產業匯集，占地面積約27.47公頃，是在市區內建設的高水平的水廠。因此，如何與區域內自然、人文環境的共生成為項目需要重點解決的問題。方案設計打破傳統水廠的表現方式，而將其轉化為一種內在、含蓄的美。以大地藝術和自然山水作為設計的出發點，追求自然和科技的完美融合。

項目在構思之初便考慮到將工業大體量構筑物對沿湖環境造成的影響。采用流線型的覆土種植屋面結合營造建筑綜合體形態這樣仿真的地形，把廠區內復雜的水處理構筑物，隱蔽起來。項目以“藏”為手段，使其真正成為收納湖光山色的公園。

圖1 松山湖水廠總體設計概念方案

地形之下覆蓋著水處理設施，采用現代、科技的水處理工藝。之上則是公共空間及自然景觀，真正實現科技與山水共一色的獨特魅力。整體環境綿延起伏，山巒地形所在之處連續流動，時而舒緩開闊，時而重疊迭層接。有效控制空間節奏。

園中散布幾處水面，映著天空中的云朵，人們在此切實感受到山、水圍繞的奇妙與震撼，為園區打造出公園式空間形態強調去工業化的空間氣質。廠區內設計了參觀、體驗、科普、教學、交流等活動；參觀線路結合地形起伏，整個過程在一種輕松、舒適與享受自然美景的愉悅心情中完成。

綜合樓建筑依托場地內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，延續自然的尺度和天際線，使樓體呈現具有地標性的建筑形態。舒緩平和的建筑體量配合流線型的覆土種植屋面，使整個建筑擁有城市公園的氣質。現代化、曲面的設計手法，又流露出時代的科技感。設計強調現代、簡潔、融于自然的建筑特性，使建筑成為整個廠區乃至區域層面的視覺焦點。

2、集約化設計

隨著城市用地特別是中心城區土地資源的緊張，對水廠的占地面積控制提出了更高的要求。另一方面，隨著國家和地方對水質標準的提高，現代化水廠在傳統的混凝、沉淀、過濾、消毒等常規工藝之后往往需要增設深度處理工藝，已成為水廠未來的常規設計。這就意味著廠區內臭氧活性碳、超濾膜等類體量大的廠房建（構）筑物必須占用較多的土地資源。因此，旨在有效節約土地的集約化設計理念得到了較多普及。集約化的設計手段主要包括以下幾個方面：

2.1 疊合

由于水池構筑物占地較大，多池體疊合、池體下疊廠房建筑物的應用便成為水廠設計的新的突破點。在選擇疊合的組合時，應根據單體建筑的工藝特點和建筑屬性合理布局。在選擇水池疊合時要避開配電等對防水要求較高的房間。現在運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計中采用沉淀池下疊方案節約用地。水廠地塊狹長，整體考慮前部為管理生活區，后部為凈水生產區。中間部分通過綠化景觀以及預留用地進行分割，減少廠房的污染及干擾。本項目管理生活區規模較大，因此有意識的壓縮生產區的面積可以為保障生活區的舒適環境提供有利條件。本項目沉淀池不僅下疊了部分池體，同時將水廠中的加藥間、泵房、車庫、倉庫等配套設施經過合理化布局，將單體化零為整，實現集約化處理，為管理生活區以及未來的預留用地創造出大量的空間。

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，我國已經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計還不是很成熟，尚在起步階段。主要是由于地下式自來水廠在防澇、衛生防護、生產安全上的要求要比污水廠更苛刻，存在不少隱患，需要在項目的后續設計中采取針對性的技術措施，做到安全可控。

海口市江東新區高品質飲用水水廠項目用地緊鄰海口美蘭國際機場，交通便利；項目北側緊鄰別墅區，具有較好的經濟開發價值。本項目創造性地提出的地下水廠+地面開發的建設模式正是土地節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設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，布置水處理設施；中間為隔離層，水廠隔離層為人員巡檢、監控層；最上面為地面層。地面層設水廠的常規配套設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電機房，并且通過圍墻圍合與其他功能設施相隔離。通過全地下的設計，凈水廠實際地面占地大大減小，節約了用地空間，多余的地塊可以規劃辦公或者居住用地等。

地下水處理建筑平面的消防設計是建筑設計的重點內容。為滿足消防疏散要求，布置在滿足工藝要求的基礎上合理規劃疏散流線，及疏散出入口。地下廂體共設置8 處疏散樓梯直接通至地面。

圖4 海口市江東新區高品質飲用水水廠項目鳥瞰分析圖

3、人性化設計

人性化建筑設計即以人文本，體現對人的關懷。對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

水廠建筑雖然生產的危險性相對較低，但是依舊有部分單體具有一定的爆炸危險。涉及到消防問題的水廠建筑的安全性設計一直在不斷的完善、加強。建筑的火災危險性類別不僅僅是影響到單體設計及單體間消防距離，同時影響著整個廠區的平面布局以及造價問題。

水廠單體中涉及到爆炸危險性的單體有粉炭間、高錳酸鉀間、具備現場制備功能的加氯間等單體。這些單體在進行防爆設計時，需要合理布置抗爆墻體、準確計算危險氣體所需的泄爆面積，同時,泄爆墻或門窗的形式及位置需要協調外立面統一考慮。室內管溝、墻洞也必要采取嚴密的封堵措施。只有重視廠區建設中每一個安全細節，提升建筑師的消防安全意識，才能真正達到人性化水廠建設要求。

3.2 舒適性設計

水廠設計要堅持以管理人員行為習慣為依據，確保生產的井然有序的同時增強員工的舒適感。因此在廠房設計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，有效節約員工的工作時間，合理降低工作強度。

廣西石埠水廠創造性的在主要生產區之上架起一座座相互聯系的日常巡檢廊橋，將廠區內的生產構建筑物有機串聯，不僅保障了員工的安全、方便員工操作，同時還考慮整體外觀效果。廊道外立面采用外掛玻璃幕墻設計，輕盈地漂浮于在廠區中。同時，巡檢廊道可結合參觀流線，承擔起參觀、體驗、展示、科普教育等功能。廠區內合理的規劃車行參觀流線及步行參觀流線，使其連通成環，貫穿全園，體現人性化設計特點。

圖5 石埠水廠巡檢、參觀廊橋效果圖

4、綠色低碳技術

綠色低碳技術如今已廣泛應用于建筑設計之中，在早期水廠以生產的要務，從而忽視了廠區內綠色建筑技術的運用，顯然這樣的情況跟不上時代的發展和對環保政策號召的響應。凈水廠建筑設計中引入綠色低碳技術，才能更好地體現生產的綠色環保，推動廠區的可持續發展。

4.1 清潔能源的利用

在凈水廠建筑設計中，可以最大程度地利用自然資源，利用太陽能、風能等各種清潔能源，以此降低對電能的消耗。水廠的占地面積較大，在水廠中發展光伏發電，可以降低運營成本，并且有著得天獨厚的優勢。太陽能光伏電板不僅可以在屋頂設置，在水池構筑物上方同樣可以設置。大面積的處理水池，往往需要加蓋遮陽網，抑制水中藻類生長。如果在池頂上方架設光伏組件，相當于給池體加上了一層保護罩，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

在凈水廠建筑設計中采用屋頂綠化及垂直綠化技術等立體綠化可以降低建筑外表面的溫度，為廠區局部景觀環境打造舒適性的小氣候。

上海城橋水廠廠房外立面結合垂直綠化設計，極大改善了廠區環境。植物標準模塊外掛在維護結構上，并且通過到自動灌溉系統自動灌溉，同時可以控制灌溉的時間和頻率，實現生態與美觀的完美結合。

圖6 上海城橋水廠廠房外立面效果圖

4.3 海綿城市設計

隨著國家大力發展海綿技術，凈水廠設計中響應海綿城市精神已成為水廠建設的新趨勢。在凈水廠中通過合理的海綿設施設置，采用“滲、蓄、滯、凈、用、排”等措施，科學選用低影響開發設施及其系統組合，降低城市面源污染，削減城市雨水排水峰值，保護城市原有生態系統，維護城市良好的生態功能，促進雨水資源化利用。

凈水廠的海綿城市設計結合水廠的整體開放空間景觀品質的提升，可以充分利用水廠綠化面積大的優勢，達到造價低、景觀效果好、管理維護簡單等效果。應以優先利用植草溝、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”控制為主要設計理念。

成都第七水廠三期工程，海綿系統構建遵循自然優先的原則與景觀設計融為一體，達到與景觀的和諧。在廠區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，在道路四周設置環廠的景觀帶，通過植草溝調蓄道路及綠地雨水，實現經濟效益、生態效益、美觀效益的最大化。

結語：

建筑師在現代化水廠設計中扮演者重要的作用。在工藝流程安排好后再進行設計再已經無法滿足當下的現代化水廠的發展趨勢。建筑師應該在項目策劃初期便主動介入，共同策劃、協調，通過符合時代趨勢的現代化的設計策略實現“高水平”水廠。