水利水電建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析與研究

代福順，王治國

(成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院)

隨著世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和科技信息化的全球化進(jìn)程，水利水電建筑領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。水利水電建筑因其獨(dú)有的功能性、安全性與藝術(shù)性的需求，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就應(yīng)充分考慮各種因素，關(guān)注建筑本身的特征與實(shí)際使用的特點(diǎn)，結(jié)合所處環(huán)境進(jìn)行科學(xué)性、功能性與藝術(shù)性三點(diǎn)并重的方案設(shè)計(jì)與構(gòu)想。由張宏主編的《小型水工建筑物設(shè)計(jì)與管理》(中國水利水電出版社,2016年12月出版)一書，對(duì)我國水利水電工程中常見的小型水工建筑物(蓄水樞紐工程、取水樞紐工程、輸水樞紐工程、水力發(fā)電工程、環(huán)境一體化工程和水土保持工程)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及運(yùn)行維護(hù)管理進(jìn)行了系統(tǒng)性的歸納與總結(jié)。該書在不同類型水利水電建筑設(shè)計(jì)的方案梳理和確定過程中講求科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、效率，并通過實(shí)例參數(shù)演算為讀者再現(xiàn)了設(shè)計(jì)過程的實(shí)際步驟，從方法上、工具上和思路上提供了重要的學(xué)習(xí)依據(jù)。全書共有6個(gè)章節(jié)，涵蓋了擋水、泄水、小型水閘、渠系建筑、河道整治、堤防工程及坡面防護(hù)等數(shù)十種不同功能和環(huán)境的水利水電建筑的設(shè)計(jì)原理和基礎(chǔ)運(yùn)行知識(shí)，是水利水電建筑物設(shè)計(jì)中有關(guān)小型水利工程建筑分類較全、內(nèi)容詳盡、講練結(jié)合、深入淺出的專業(yè)書，對(duì)于專業(yè)學(xué)習(xí)者及水利工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)者來說是一本具有研究?jī)r(jià)值的書籍。該書具有以下特色：

一、內(nèi)容具體，構(gòu)建功能性與安全性的平衡

該書通過講述數(shù)十種常見水利水電建筑的基礎(chǔ)知識(shí)與發(fā)展概況，以及重點(diǎn)講解不同建筑在設(shè)計(jì)時(shí)采用的策略與方法，詳細(xì)闡述了相關(guān)數(shù)據(jù)、資料、公式及考慮要點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，幫助讀者更清晰地明確設(shè)計(jì)水利水電建筑需要遵守的原則和策略要求。由于水利水電建筑所擁有的規(guī)模與形制不同、水利水電工程的功能需求種類較多、水利水電建筑一旦建成將在較長(zhǎng)時(shí)期持續(xù)運(yùn)行使用等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)的最初階段，設(shè)計(jì)人員要清楚所設(shè)計(jì)建筑的溫度、濕度、外力荷載、自重作用和環(huán)境風(fēng)化等各種影響因素，再根據(jù)建筑的主要功能確定符合長(zhǎng)期發(fā)展、呈現(xiàn)穩(wěn)定性能的主體結(jié)構(gòu)材料與結(jié)構(gòu)參數(shù)。若在此環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，即使短期內(nèi)問題不會(huì)顯露，但在長(zhǎng)期的使用與外力作用下，水利水電建筑單體勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性問題，且后果不堪設(shè)想。通覽全書可知，水利水電建筑往往是由不同的建筑單體所組成的一個(gè)系統(tǒng)，因此要充分考慮不同功能的建筑之間的關(guān)系與作用，將其設(shè)計(jì)在同一安全運(yùn)行模式下，確保其安全平穩(wěn)的運(yùn)行。

從水利水電建筑本身而言，其功能性與工程藝術(shù)性決定了水利水電建筑與其他建筑的不同，以建筑為載體，從功能性彰顯了水利水電建筑特有的傳統(tǒng)水利工程藝術(shù)，同時(shí)運(yùn)用現(xiàn)代建筑科技與創(chuàng)新理念將所處的環(huán)境特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)融入其中，向世人呈現(xiàn)獨(dú)一無二的專業(yè)性建筑魅力，是生態(tài)環(huán)境與人文藝術(shù)的科技結(jié)晶。兼顧實(shí)用性、藝術(shù)性與安全性是所有設(shè)計(jì)者的目標(biāo)，如何平衡這三者之間的關(guān)系，進(jìn)行高質(zhì)量的設(shè)計(jì)，是所有設(shè)計(jì)人員的追求。設(shè)計(jì)人員應(yīng)站在業(yè)主角度充分理解項(xiàng)目意圖，充分論證項(xiàng)目數(shù)據(jù)，提高設(shè)計(jì)整合能力和審美藝術(shù)性。在關(guān)鍵建筑部分體現(xiàn)功能與效率，在創(chuàng)新創(chuàng)意部分展現(xiàn)藝術(shù)表現(xiàn)力，通過技術(shù)性與藝術(shù)性的結(jié)合達(dá)到成本與效果上的平衡。該書著重強(qiáng)調(diào)了安全性這一重要基礎(chǔ)，所有水利水電工程都是由國家投資建設(shè)，服務(wù)區(qū)域和當(dāng)?shù)厝嗣瘢捎谄涔δ苄院桶踩缘奶厥庖?，所有設(shè)計(jì)方案的首要論證都應(yīng)從安全性出發(fā)。

二、構(gòu)思巧妙，實(shí)現(xiàn)環(huán)境與美學(xué)的精準(zhǔn)融合

從古至今，從都江堰到紅旗渠，所有傳承至今的水利工程奇跡無一不是凝結(jié)歷代工匠及勞動(dòng)者的智慧結(jié)晶。今天回顧這些傳承于世的水利工程本身，從布局到細(xì)節(jié)、從單體到連接、從功能到發(fā)展無一不是經(jīng)過設(shè)計(jì)者精心策劃與深度美學(xué)研究過的。中國水利工程的歷史已有2000多年，其中所蘊(yùn)含的民族精神與民族審美也應(yīng)在未來更多的水利水電建筑的設(shè)計(jì)與規(guī)劃中得到體現(xiàn)和傳承發(fā)揚(yáng)。同時(shí)，由于我國地域遼闊，地貌環(huán)境復(fù)雜，水利工程的設(shè)計(jì)更應(yīng)將當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境與人文特點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，凸顯建筑設(shè)計(jì)與藝術(shù)表現(xiàn)魅力所在。

該書第四章、第五章從發(fā)展的角度來審視水利水電建筑物，以建筑體是否與周邊環(huán)境形成共生和諧的統(tǒng)一發(fā)展關(guān)系為主要評(píng)判依據(jù)。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格判斷所設(shè)計(jì)的建筑在風(fēng)格和結(jié)構(gòu)上是否能夠與環(huán)境、景觀、地理形成自然和諧的關(guān)系，即融合一體，協(xié)調(diào)共生。這一原則對(duì)設(shè)計(jì)者在技術(shù)專業(yè)以外的審美藝術(shù)性提出了更高的要求。同時(shí)，水利水電建筑與環(huán)境完美結(jié)合的設(shè)計(jì)，也將提高專業(yè)建筑體的功能效率。

美學(xué)元素是組成建筑本身的要素，而水利水電建筑設(shè)計(jì)是生態(tài)環(huán)境與人文環(huán)境的有機(jī)結(jié)合體，承載的是建筑的美。為此，每個(gè)水利水電工程都應(yīng)當(dāng)在繼承傳統(tǒng)水利工程藝術(shù)的同時(shí)，彰顯現(xiàn)代水利工程藝術(shù)，進(jìn)而優(yōu)化工程沿線區(qū)域功能、弘揚(yáng)工程建設(shè)歷史文化、突出地域文化體系特征。水利水電建筑設(shè)計(jì)在建筑美學(xué)上提出了更高更新的要求，該書引導(dǎo)設(shè)計(jì)者進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)美學(xué)與建筑的巧妙融合。

三、內(nèi)容全面，多角度闡述結(jié)構(gòu)布局

該書第一章從設(shè)計(jì)整體布局和規(guī)劃的角度闡述了當(dāng)代水利水電工程所包括的多種功能性建筑，明確劃分出了防洪工程、治澇工程、灌溉工程、供水工程和發(fā)電工程等。這些建筑體由于功能不同、所負(fù)擔(dān)的攔、灌、阻、輸、泄、積等工作各有不同，但它們之間的關(guān)系又十分緊密，需要設(shè)計(jì)者在整體規(guī)劃布局時(shí)充分論證研討并整體把控，利用不同建筑體之間的連接工程進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)。其中又以攔水大壩、隧洞、發(fā)電廠房及變壓站點(diǎn)的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)者通過項(xiàng)目功能參數(shù)與歷史數(shù)據(jù)的比對(duì)，結(jié)合建筑物的結(jié)構(gòu)與負(fù)荷進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)算。因此，在水利水電建筑的設(shè)計(jì)中，整體規(guī)劃布局極為重要，對(duì)設(shè)計(jì)者來說，安全性、穩(wěn)定性和前瞻性都是較高的挑戰(zhàn)。

水利水電工程是個(gè)系統(tǒng)工程，涉及面廣、內(nèi)容項(xiàng)目較多。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行水利水電工程的總體規(guī)劃布局時(shí)，需要充分考慮主體建筑單體和配套設(shè)施。除此之外，還應(yīng)整合相關(guān)技術(shù)，充分調(diào)取歷史數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)測(cè)算，力爭(zhēng)在規(guī)劃布局之初就打下良好的基礎(chǔ)，為后續(xù)施工和投入使用奠定基礎(chǔ)。該書提出管理區(qū)域、綠化區(qū)域及生活區(qū)域等配套建筑的選址、面積與風(fēng)格應(yīng)與總體規(guī)劃相吻合，與周邊環(huán)境形成良好的統(tǒng)一。

四、獨(dú)樹一幟，促進(jìn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新及成本控制的共贏

近20年來，我國在水利水電建筑的設(shè)計(jì)創(chuàng)新過程中，不斷吸取世界水利工程發(fā)展成果與技術(shù)創(chuàng)新，尤其是在材料創(chuàng)新與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新等方面。伴隨時(shí)代與科技發(fā)展的新趨勢(shì)，未來水利水電建筑的偉大作品一定離不開順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的新型材料、新技術(shù)的運(yùn)用與實(shí)踐。該書針對(duì)近幾年廣泛用于水利水電建筑設(shè)計(jì)中的新型高效防紫外線、隔離噪音、防眩光技術(shù)和仿真生態(tài)材料等一系列技術(shù)進(jìn)行了講述。通過近10年的借鑒與實(shí)踐，我國已經(jīng)嘗試在實(shí)際工程中使用具備更高性能和特殊功效的新型材料，同時(shí)也在大膽使用一些具備環(huán)境特性的新型材料，這是水利水電建筑領(lǐng)域的突破。因此設(shè)計(jì)者應(yīng)結(jié)合書中內(nèi)容，不斷充實(shí)專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)與認(rèn)知，注重知識(shí)的及時(shí)更新和與國際行業(yè)接軌的能力。

在水利水電建筑設(shè)計(jì)中，投資成本是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，也是決定業(yè)主是否采納方案的重要指標(biāo)。在實(shí)際工程建設(shè)中，設(shè)計(jì)者要充分與需求方進(jìn)行溝通，一方面可以更科學(xué)精準(zhǔn)地規(guī)范設(shè)計(jì)，同時(shí)也能充分理解對(duì)方在投資預(yù)算方面的要求與限制。合理利用資源，充分保證總量、費(fèi)用預(yù)算、業(yè)主能力，提升方案的整體經(jīng)濟(jì)性和安全性，杜絕過度設(shè)計(jì)、過度美化和重復(fù)功能是設(shè)計(jì)者幫助業(yè)主控制成本、降低費(fèi)用的主要手段。同時(shí)水利水電工程往往會(huì)關(guān)系到民生、運(yùn)營成本和收益回報(bào)，這也需要在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)成本進(jìn)行有效的控制。因此對(duì)于水利水電建筑設(shè)計(jì)的研究與探索，眾多水利水電專業(yè)人員與工程建筑設(shè)計(jì)人員秉承“與時(shí)俱進(jìn)、創(chuàng)新開拓“的設(shè)計(jì)理念，在水利水電建筑設(shè)計(jì)作品的實(shí)用性、安全性、藝術(shù)性和傳承性上不斷實(shí)踐與研究，創(chuàng)造出更多世界頂尖水平的水利水電建筑佳作。

“平衡”與“融合”，于文化代表了中國傳統(tǒng)文化精髓，于建筑設(shè)計(jì)更多地體現(xiàn)了設(shè)計(jì)規(guī)劃者對(duì)于需求與追求之間的終極追求?！缎⌒退そㄖ镌O(shè)計(jì)與管理》一書中引用山東、山西、湖北和湖南等地多個(gè)中小水利水電工程建筑設(shè)計(jì)案例，從不同案例中我們能夠深刻領(lǐng)悟所有水利工程設(shè)計(jì)無論工程量大小、等級(jí)高低，都需要設(shè)計(jì)者從現(xiàn)實(shí)出發(fā)，以嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的專業(yè)態(tài)度、精準(zhǔn)高效的專業(yè)技能、不斷創(chuàng)新的開拓精神去實(shí)現(xiàn)整體方案的設(shè)計(jì)。書中所描述的經(jīng)典設(shè)計(jì)案例的技術(shù)難點(diǎn)、要點(diǎn)講解清晰，分析到位，提供了學(xué)習(xí)的典范。綜上所述，水利水電建筑設(shè)計(jì)是項(xiàng)目成功與否的基石，值得專業(yè)人員與高校教育從業(yè)者從理念到實(shí)踐充分研究與探討，為加快我國在此領(lǐng)域的研究步伐提供源源不斷的動(dòng)力。