張文欽，孫 潔

(1.山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250013；2.煙臺(tái)大學(xué)，山東 煙臺(tái) 264000)

大型水工建筑設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是在滿足水工建筑物所具有的功能屬性和安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，盡可能地實(shí)現(xiàn)水工建筑的外形美觀，從而達(dá)到功能與形式、外表與內(nèi)里的高度統(tǒng)一。隨著此類工程的增多，從業(yè)人數(shù)不斷增加，專業(yè)技術(shù)水平難免參差不齊。一項(xiàng)大型的水利工程常常綜合了水保環(huán)評(píng)、水利規(guī)劃、水工結(jié)構(gòu)、地質(zhì)勘探、建筑結(jié)構(gòu)、給排水、金屬電氣等多個(gè)專業(yè)。本文根據(jù)多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出大型水工建筑設(shè)計(jì)流程和特點(diǎn)，以及與主要相關(guān)專業(yè)的對(duì)接要點(diǎn)，對(duì)水工建筑設(shè)計(jì)有一定的幫助意義。

1 水工建筑物概念

水工建筑物是指為合理開發(fā)、利用和保護(hù)水資源，減免水患災(zāi)害而修建的承受水作用的建筑物、構(gòu)筑物。水工建筑物按照功能可分為兩大類：一般性水工建筑物和專門性水工建筑物。一般水工建筑物主要有五類：擋水建筑物、泄水建筑物、輸水建筑物、取水建筑物、整治建筑物。專門水工建筑物又分為四類：水電建筑物、通航建筑物、給排水建筑物、過壩建筑物。本文所指的水工建筑物是指與一般性、專門性水工建筑物密切關(guān)聯(lián)的具有開間進(jìn)深等內(nèi)部空間，有人進(jìn)入內(nèi)部空間操控，具有房屋建筑屬性的水工房屋建筑物(以下簡(jiǎn)稱水工建筑)。大型水工建筑物涉及專業(yè)廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、各專業(yè)間相互影響因素多，以大型水工建筑物設(shè)計(jì)為例進(jìn)行討論具有廣泛的代表意義。下面以大型攔河閘(溢洪閘)、大型泵站和大型水電廠房3類常用的大型水工建筑物設(shè)計(jì)為例闡述設(shè)計(jì)對(duì)接要點(diǎn)。

2 水工建筑物設(shè)計(jì)前期準(zhǔn)備

在設(shè)計(jì)之前要全面掌握設(shè)計(jì)依據(jù)，包括文件依據(jù)、法規(guī)依據(jù)和已知資料依據(jù)等。

文件依據(jù)包括上級(jí)主管部門對(duì)該項(xiàng)工程的立項(xiàng)、階段工程建設(shè)的許可批復(fù)等。

規(guī)范依據(jù)包括執(zhí)行的法律規(guī)范文件名稱、文號(hào)、規(guī)范編碼等。水工建筑物設(shè)計(jì)常用的規(guī)范包括GB 50352—2005《建筑設(shè)計(jì)通則》、GB 50016—2016《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、SL 253—2000《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB/T 50265—2010《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》等。

相關(guān)專業(yè)資料依據(jù)包括水文氣象、地質(zhì)勘探、人文環(huán)境、水源水質(zhì)、電源負(fù)荷等及附近相關(guān)環(huán)境、水陸交通狀況等。

3 設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)過程中應(yīng)遵循堅(jiān)固、適用、美觀、經(jīng)濟(jì)原則。

(1)堅(jiān)固第一的原則。從結(jié)構(gòu)形式方面，水工建筑物一般采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)或磚混結(jié)構(gòu)，而很少采用輕型鋼結(jié)構(gòu)、輕型木結(jié)構(gòu)或鋼木結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑的合理使用年限一般為50～70年，可充分滿足水工建筑物堅(jiān)固性能要求。從選材方面，應(yīng)選用材質(zhì)特性穩(wěn)定、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、合理、適用的材料。要盡可能多地了解各種建材的性能特點(diǎn)，如墻體材料的硬度、抗壓力、耐風(fēng)化力等；防水材料的耐水性、耐腐蝕性、抗拉力性；保溫材料的耐火性、耐酸堿性等；飾面材料的硬度、表面光潔度、耐磨性。

(2)功能優(yōu)先的原則。與水工相結(jié)合的功能性建筑，應(yīng)首先滿足功能屬性。圍繞功能屬性展開各種設(shè)備功能布局，進(jìn)而優(yōu)化布局的合理性，使綜合布線經(jīng)濟(jì)有序，自動(dòng)化設(shè)備控制系統(tǒng)簡(jiǎn)潔、自如，合理使用期內(nèi)的運(yùn)行性能持久可靠，檢修備用系統(tǒng)正?？煽?。

(3)造型美觀的原則。水工建筑物對(duì)美觀的要求同樣是越來越高，藝術(shù)設(shè)計(jì)中造型美的法則，對(duì)水工建筑物同樣適用。運(yùn)用諸如對(duì)稱、反復(fù)、疊加、削減、流線等常用手法，以及復(fù)古、浪漫、仿生等藝術(shù)設(shè)計(jì)理念，可使水工建筑物在滿足使用功能的前提下充滿個(gè)性和時(shí)代氣息。

(4)做到投資效益最大化。在保證使用功能的前提下節(jié)約投資，是水工建筑設(shè)計(jì)師的一項(xiàng)重要工作。節(jié)省投資的方法，一是綜合平衡各種可用材料的特性和利弊，選用最佳替代材料；二是造型合理，繁簡(jiǎn)得當(dāng)；三是合理選擇建筑做法，避免工序和材料的重復(fù)浪費(fèi)。

4 與各專業(yè)關(guān)鍵技術(shù)對(duì)接

一般情況下水工建筑設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)流程。

(1)依據(jù)政策法規(guī)、上級(jí)立項(xiàng)批復(fù)文件、相關(guān)規(guī)程規(guī)范、已有地理地質(zhì)資料，確定水工基礎(chǔ)平面布置。

(2)水工專業(yè)提交資料給建筑、電氣、金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)并接收其反饋，多方協(xié)同推進(jìn)。

(3)建筑專業(yè)經(jīng)方案比選確定建筑方案，繪制建筑設(shè)計(jì)圖紙，并將設(shè)計(jì)成果提交水工、建筑結(jié)構(gòu)、給排水、電氣、水保環(huán)評(píng)、概預(yù)算、施工組織設(shè)計(jì)等專業(yè)。

(4)編寫水工建筑章節(jié)設(shè)計(jì)說明書。

(5)匯總提交階段設(shè)計(jì)成果。

設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 水工建筑設(shè)計(jì)流程圖

由圖1可以看出大型水利工程設(shè)計(jì)的流程特點(diǎn)為：下游環(huán)節(jié)以上游環(huán)節(jié)為基礎(chǔ)和依據(jù)，下游環(huán)節(jié)將成果反饋上游環(huán)節(jié)，同時(shí)提交給其下游專業(yè)。層層相扣，密不可分。而建筑設(shè)計(jì)專業(yè)處于中游關(guān)鍵位置，起到承上啟下的重要作用。建筑專業(yè)應(yīng)以各相關(guān)專業(yè)所提資料為依據(jù)，設(shè)計(jì)出與這些專業(yè)相符合的建筑空間，并將設(shè)計(jì)成果向下游專業(yè)傳遞。

4.1 大型攔河閘、溢洪閘

各類水閘的工程規(guī)模應(yīng)按現(xiàn)行的GBSL 265—2016《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定劃定工程等級(jí)。水利樞紐工程中的中小規(guī)模水閘也應(yīng)按大型水利工程規(guī)范規(guī)程要求來設(shè)計(jì)。

大型水閘按閘門啟閉形式劃分可分為吊裝閘門開啟式、閘門翻板式、電動(dòng)伸縮式，其中電動(dòng)伸縮式閘門無啟閉機(jī)房，只有橋頭堡和電氣設(shè)備間。

近年來，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，大跨度閘門的技術(shù)形式推陳出新，目前最常用的還是機(jī)電啟動(dòng)吊裝式閘門。由于吊裝式閘門帶有機(jī)房，可方便工作人員操作、運(yùn)行、檢修，雖略顯傳統(tǒng)，但在當(dāng)前和今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)仍會(huì)被使用。下面以吊裝式閘門為例論述水閘與各主要專業(yè)的技術(shù)接口。

(1)依據(jù)水工專業(yè)所提的地面以下基礎(chǔ)，來布置與之相對(duì)應(yīng)的機(jī)架橋、機(jī)房軸網(wǎng)。普通建筑物一般布置軸網(wǎng)是由一層開始，而布置帶有機(jī)架橋的水閘可先從機(jī)架橋?qū)娱_始布置，在布置啟閉機(jī)房軸網(wǎng)時(shí)，最常用的就是“三段八柱式”，即采用每跨3個(gè)開間的形式。因?yàn)榇笮退せA(chǔ)常采用每跨6～18m，分成每跨3段，這樣既符合模數(shù)，又可以做到由中間推出兩側(cè)橋頭堡的平面定位。在布置機(jī)房每跨中間的框架柱時(shí)，應(yīng)注意盡量與水工專業(yè)溝通，盡量使中間的框架柱與水工專業(yè)所提的機(jī)架橋板主次梁相對(duì)應(yīng)，以增強(qiáng)機(jī)房每跨的整體性和穩(wěn)定性，提高抗震強(qiáng)度。

(2)依據(jù)電氣專業(yè)所提機(jī)架橋標(biāo)高確定配電室、控制室所在層的軸網(wǎng)和標(biāo)高。在滿足電氣設(shè)備所需虛實(shí)空間的前提下，綜合考慮通過橋頭堡進(jìn)入機(jī)房的人流、綜合布線的合理性，一般情況下將啟閉機(jī)離邊緣較寬的一側(cè)定為人行通道，樓梯間所在的一側(cè)為橋頭堡遠(yuǎn)機(jī)房側(cè)。進(jìn)而以三層為基準(zhǔn)向一二層推進(jìn)。

(3)依據(jù)金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)所提資料確定機(jī)架橋和控制層標(biāo)高。一般情況下，若機(jī)架橋相對(duì)標(biāo)高超過6m則可以將橋頭堡的機(jī)架橋以下部分設(shè)兩層，若機(jī)架橋相對(duì)標(biāo)高小于6m，則只能安排一層。同時(shí)依據(jù)機(jī)架橋標(biāo)高和電氣專業(yè)所提設(shè)備間資料確定橋頭堡軸網(wǎng)、層數(shù)和層高。合理布置柴油發(fā)電機(jī)室、10KV配電室等設(shè)備間，一般柴油發(fā)電機(jī)室和10KV配電室布置在一層。

這是家知名的小咖啡館，店主是名畫家，墻上掛著不少文藝復(fù)興時(shí)期的仿制品。進(jìn)門的墻邊放著一架老式鋼琴，一個(gè)十來歲的小男孩坐在鋼琴前正全神貫注地彈奏一支肖邦的練習(xí)曲。

(4)在確定平面軸網(wǎng)的基礎(chǔ)上確定立面造型。

(5)橋頭堡與機(jī)房的連接形式。橋頭堡與機(jī)房的連接形式一般有兩種：一種是機(jī)架橋懸挑與橋頭堡連接，另一種采用連廊搭接的形式與橋頭堡連接。機(jī)架橋懸挑結(jié)構(gòu)適用于基礎(chǔ)較小，橋頭堡機(jī)房距離較近的建筑物，懸挑長(zhǎng)度一般在4m以內(nèi)。連廊式的搭接一般用于橋頭堡、機(jī)房邊墩基礎(chǔ)較大的建筑物，搭接連廊長(zhǎng)度可達(dá)8～10m。特別注意在考慮橋頭堡與機(jī)房的連接形式之前，應(yīng)了解水工基礎(chǔ)邊墩伸出垂直邊墩的長(zhǎng)度，用以確定橋頭堡的平面定位和懸挑長(zhǎng)度(或連廊長(zhǎng)度)，以避免底部基礎(chǔ)沖突的問題。應(yīng)盡量采取邊墩立柱懸挑機(jī)架橋板，或增加邊墩以外的立柱懸挑機(jī)架橋板的方式，盡量不在橋頭堡上設(shè)牛腿，以提高橋頭堡的穩(wěn)定性和獨(dú)立性。

(6)變形縫的處理。變形縫可分為樓地面、內(nèi)墻、外墻、頂棚和屋頂變形縫等，寬度一般為80～100mm。應(yīng)分別注明建筑做法。變形縫的處理也是水工建筑物應(yīng)特別注意的重要環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)帶有屋面變形縫的水工建筑物時(shí)，應(yīng)盡量避免坡屋面雨水放坡至沉降縫方向及屋面變形縫處雨水長(zhǎng)期留存。設(shè)計(jì)人員應(yīng)注意盡量使變形縫及其周圍的屋面雨水迅速排走，以免因長(zhǎng)期浸泡屋面而造成滲漏，影響工程質(zhì)量。

(7)功能與形式是建筑設(shè)計(jì)中的兩個(gè)不可分割的主題。建筑設(shè)計(jì)中的一般要求是形式服從于使用功能，但又不局限于使用功能。對(duì)稱式造型是大型溢洪閘常用的建筑造型形式。為達(dá)到對(duì)稱(或不完全對(duì)稱)，常常需要增加一些面積，以滿足造型審美的需要。單從功能要求出發(fā)，通常情況下可能一側(cè)橋頭堡中的面積就可滿足使用要求，但為對(duì)稱可增加另一側(cè)橋頭堡或樓梯間，以滿足疏散人員和視覺上的要求。

4.2 大型泵站建筑

按照GB 50265—2010《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》第2.1條泵站等級(jí)指標(biāo)規(guī)定，設(shè)計(jì)流量為50～200m3/s、裝機(jī)功率為10MW以上的泵站為大型泵站。由于大型泵站機(jī)組數(shù)量多、主副廠房規(guī)模大，涉及巖土、水工、建筑、電氣、自動(dòng)化、金屬結(jié)構(gòu)、概預(yù)算等專業(yè)，各專業(yè)順利對(duì)接非常重要。

大型泵站一般應(yīng)有主副廠房組成，建筑專業(yè)設(shè)計(jì)與其他專業(yè)的對(duì)接順序一般應(yīng)遵循：

(1)依據(jù)水工專業(yè)所布置的基礎(chǔ)和機(jī)組數(shù)量確定主廠房朝向、軸網(wǎng)。主廠房軸網(wǎng)的布置，應(yīng)注意機(jī)組數(shù)量、主廠房縱向長(zhǎng)度、水工基礎(chǔ)布置情況、立面造型效果4個(gè)方面因素。

(2)依據(jù)水工機(jī)械專業(yè)所提吊車梁型號(hào)及吊車梁頂高程、梁底高程確定主廠房層高。

(4)依據(jù)水工總平面給出的主次干道及場(chǎng)地環(huán)境情況，綜合考慮主副廠房主、次入口、副廠房門廳、主副廠房組合關(guān)系和行人通道、消防設(shè)備間、消防疏散，還應(yīng)充分考慮電纜溝走向的合理性以及與設(shè)備間的連通等。合理布置以門廳為中心，以走廊為紐帶的關(guān)聯(lián)主副廠房、設(shè)備間、輔助房間的綜合整體，并合理配置輔助房間，如值班室、衛(wèi)生間等。衛(wèi)生間應(yīng)盡量避免與配電室相鄰，如不能避免，墻面處理應(yīng)采取防水、防火、防潮處理。

門廳和通往主廠房的室內(nèi)通道是副廠房布置的關(guān)鍵一環(huán)。副廠房的門廳布置應(yīng)注意以下因素：①靠近主干道或?qū)掗煹耐ピ海虎诿黠@易找；③采光充足；④直接通向主廠房并成為連接各功能設(shè)備間的紐帶。

(5)大型泵站主副廠房的沉降縫。與溢洪閘、攔河閘一樣，變形縫的處理也是泵站建筑應(yīng)特別注意的重要環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)帶有屋面變形縫的泵站時(shí)，也應(yīng)盡量避免坡屋面雨水放坡至沉降縫方向，或屋面變形縫處雨水長(zhǎng)期留存。應(yīng)設(shè)置較大的排水坡度，盡量使變形縫及其周圍的屋面雨水迅速排走，以免因雨水長(zhǎng)期留存造成屋面侵蝕或滲漏。

(6)在平面軸網(wǎng)和功能分區(qū)確定的前提下確定立面造型。根據(jù)軸網(wǎng)和藝術(shù)設(shè)計(jì)理念推出水工建筑立面，應(yīng)綜合考慮以下因素：

①立面造型的虛實(shí)關(guān)系。立面虛實(shí)關(guān)系是建筑外形的生命線，而窗墻比常是立面虛實(shí)關(guān)系的重要因素。

②立面高度與圈梁的布置。一般情況下，層高超過4.2m的主廠房，應(yīng)考慮增加一道圈梁，并且為采光更好，可采用立面上的雙層窗。

③兼顧主副廠房體量關(guān)系確定立面造型的虛實(shí)松緊。主副廠房的體量關(guān)系常是建筑物立面造型虛實(shí)的控制因素，組合關(guān)系中體量大的廠房部分立面造型應(yīng)放松、舒朗，而體量小的應(yīng)緊密、精致。

④突出主次入口。主入口以出入行人為主，次入口以進(jìn)出設(shè)備為主。兩入口立面造型應(yīng)兼顧統(tǒng)一。

設(shè)計(jì)主入口應(yīng)兼顧門廳進(jìn)行立面設(shè)計(jì)，應(yīng)設(shè)置不少于300mm的一層室內(nèi)外高差，以防止汛期或豐水季雨水倒灌入室內(nèi)。主入口雨蓬造型應(yīng)大方美觀，突顯主入口立面效果。

次入口一般為主廠房大門，一般用于進(jìn)出設(shè)備，完成重型設(shè)備的運(yùn)輸、吊裝、調(diào)試、檢修，以保證正常調(diào)度運(yùn)行。為保證運(yùn)輸設(shè)備的貨車順利出入安裝間，安裝間外的室內(nèi)外高差常設(shè)坡道解決。坡道表面宜設(shè)置防滑層，坡度比值應(yīng)遵循現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范要求。

4.3 功能性廠房

包括水廠車間、機(jī)修間、防汛倉(cāng)庫(kù)等，下面以水處理車間為例，說明該類建筑物設(shè)計(jì)的要點(diǎn)：

(1)確定功能性廠房的用途，了解上級(jí)批復(fù)的建設(shè)規(guī)模和建筑物等級(jí)。

(2)根據(jù)給定的用地紅線分配各個(gè)建筑物之間的位置、組合關(guān)系、朝向、大致面積、廠區(qū)大門道路寬度、主次干道、建筑物退讓圍墻、建筑物之間的采光、通風(fēng)、綠化、廠區(qū)排水等因素，綜合分析確定廠區(qū)總平面布置圖。

(3)專業(yè)廠房基于相關(guān)專業(yè)所提資料確定軸網(wǎng)，布置功能分區(qū)。水廠常用的功能分區(qū)大致為兩個(gè)大區(qū)，即配電區(qū)和水處理車間。配電區(qū)又分為：中控室、配電室、柴油發(fā)電機(jī)室、消防控制室等。水處理車間又分為：實(shí)驗(yàn)室、消毒室、加氯加藥間等。兩個(gè)大的功能分區(qū)一般應(yīng)設(shè)防火門。大的配電區(qū)應(yīng)設(shè)置輔助房間，如更衣室、值班室、衛(wèi)生間等，門廳和走廊是通往各個(gè)功能間的通道和紐帶。門廳的前側(cè)應(yīng)有廣場(chǎng)或開闊的庭院，或靠近主干道，以方便行人或車輛通行。

(4)設(shè)置變形縫的功能性廠房，屋面設(shè)計(jì)應(yīng)同樣注意變形縫的處理。

(5)依據(jù)當(dāng)?shù)厝宋沫h(huán)境以及廠房功能和地域特點(diǎn)確定立面造型。

(6)綜合布置水廠庭院。合理規(guī)劃庭院交通，適當(dāng)設(shè)置庭院綠化植被。

以上各種水工建筑物在確定基本方案后，在設(shè)計(jì)立面造型時(shí)應(yīng)以草圖方式做出多個(gè)與平面布置相對(duì)應(yīng)的造型方案進(jìn)行比較，并以較快速度確定。因?yàn)閮?yōu)秀方案的第一印象特別重要，時(shí)間久了反倒對(duì)形象的感悟會(huì)更遲鈍，影響判斷。

5 結(jié)語

本文從水工建筑專業(yè)設(shè)計(jì)的視角，創(chuàng)造性地提出了一般水工建筑物應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)流程，論述了水工建筑物的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、與各相關(guān)專業(yè)的技術(shù)對(duì)接，以及關(guān)鍵環(huán)節(jié)應(yīng)注意的問題，總結(jié)了大型水工建筑物立面造型的規(guī)律，闡述了水工建筑物與環(huán)境的對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律，對(duì)初步從事水工建筑設(shè)計(jì)的人員具有一定的指導(dǎo)意義，對(duì)于從事該項(xiàng)工程設(shè)計(jì)管理人員有一定的借鑒意義。