城市廊道中輸電塔造型概念設(shè)計(jì)研究

尹傳垠 王鴻博

摘?要：隨著人們對(duì)電的需求日益迫切，本文針對(duì)在城市廊道中，因輸電塔高聳結(jié)構(gòu)和體積較大的特點(diǎn)，對(duì)居民的日常生活美觀度造成了一定影響，探討了國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀案例中美化輸變電塔桿的重要性。立足于設(shè)計(jì)是美觀性、人性化、令人愉悅、提升品位和傳播文化的理念，將城市廊道區(qū)域空間的自然和人文特點(diǎn)進(jìn)行歸納，通過(guò)電腦建模，從傳統(tǒng)、仿生、現(xiàn)代三大風(fēng)格領(lǐng)域?yàn)槔砟钤O(shè)計(jì)塔桿的造型，制作效果圖表達(dá)設(shè)計(jì)概念。

關(guān)鍵詞：城市廊道;輸電塔桿;風(fēng)格;概念設(shè)計(jì)

一直以來(lái)，國(guó)家致力于大跨越，特高壓方面的研究，而忽略其設(shè)計(jì)不僅要滿足人們?nèi)粘Ｉ钍褂?，也要滿足人們的審美和品位，提升城市形象等。城市廊道是城市生活中不可或缺的區(qū)域空間，同時(shí)高聳的輸電塔也屹立在我們周圍，如何將其外觀造型設(shè)計(jì)的能夠融入人們生活區(qū)域是本文研究的重點(diǎn)，并提出相應(yīng)的概念設(shè)計(jì)方案。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)關(guān)于電塔造型設(shè)計(jì)的相關(guān)文獻(xiàn)并不多，關(guān)于高壓電塔景觀式研究，會(huì)提及電塔造型設(shè)計(jì)部分但不作為主要研究方向，其中尹傳垠《特高壓輸變電工程適應(yīng)性視覺(jué)景觀策略研究》主張“隱”與“顯”將電塔表面設(shè)計(jì)系列顏色與環(huán)境相協(xié)調(diào)[1]。王若雅《景觀式特高壓輸電塔造型設(shè)計(jì)研究》中分別根據(jù)地域文化、地形特點(diǎn)等進(jìn)行歸類設(shè)計(jì)[2]。我國(guó)現(xiàn)有塔形是經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外技術(shù)專家多年相關(guān)研究得出的成果，鐵塔結(jié)構(gòu)以引進(jìn)的早期蘇聯(lián)模式為主，后期根據(jù)我國(guó)的環(huán)境和地質(zhì)條件進(jìn)行反復(fù)的配置，進(jìn)行了適當(dāng)修改。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)常用的鋼材為Q235、Q345、Q390，材質(zhì)單一、強(qiáng)度值偏低、使設(shè)計(jì)的鐵塔大而重。2002年750kV官—蘭線首次采用了Q420高強(qiáng)度角鋼。隨著我國(guó)電力需求的不斷增長(zhǎng)，大容量、高電壓等級(jí)輸電線路得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了同塔多回路線路，以及更高電壓等級(jí)的交流750、1000kV及直流±800kV輸電線路。[3]所有這些使得鐵塔趨于大型化，塔桿設(shè)計(jì)荷載也越來(lái)越大，與周圍環(huán)境的友好度越來(lái)越低。輸電線路鐵塔，按其形狀一般分為：酒杯型、貓頭型、干字型、拉線“V”型、上字型和雙回路鼓型六種。高壓電線塔電塔呈梯形、三角形等塔狀建筑物，高度通常為25-40米的鋼架結(jié)構(gòu)。按起材料分還有鐵塔、鋼管桿、水泥桿等，只是在結(jié)構(gòu)和用材上有所不同，其在輸電線路中起的作用是一樣的。各種桿塔的采用確實(shí)與輸電線路的電壓有密切的關(guān)系，但也與線路導(dǎo)線、電壓等其它一些因素有關(guān)。本文主要針對(duì)城市廊道中的輸變電塔造型設(shè)計(jì)，遂主要選擇鋼管材質(zhì)，配以角鋼材質(zhì)綜合設(shè)計(jì)。高電壓線路多用電鐵塔，它的承載能力較大，易制造、運(yùn)輸、安裝，但占地面積較大，220kV以上線路普遍應(yīng)用。鋼管桿最大的優(yōu)點(diǎn)是占地少，易安裝，但承載力不如鐵塔。由于占地少，在城市配電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用，如市內(nèi)變電站出線走廊、市內(nèi)配電線的轉(zhuǎn)角桿等。

芬蘭在上世紀(jì)90 年代就興起景觀輸電塔的概念，1994 年在圖爾庫(kù)（TURKU）建成的“鳥(niǎo)嘴型”輸電塔，由四個(gè)類似鳥(niǎo)頭模樣的盒子排列而成，它們的嘴部朝著同一個(gè)方向起拉導(dǎo)線的作用，對(duì)應(yīng)的后部則安排一個(gè)方便工作人員上下檢修的云梯。[1]美國(guó)麻省的Choi+Shine事務(wù)所開(kāi)展過(guò)此類輸電景觀塔的概念設(shè)計(jì)。美Choi+Shine事務(wù)所設(shè)計(jì)的富有創(chuàng)意的“大地巨人”（Land of Giants）輸電塔，將電塔變成了能隨地勢(shì)改變姿勢(shì)的鋼鐵巨人，獲得了2010年度波士頓建筑師協(xié)會(huì)概念建筑獎(jiǎng)。此項(xiàng)桿塔設(shè)計(jì)的基本壓力曲線不考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料缺陷，而把構(gòu)件當(dāng)成理想受力桿件，所以設(shè)計(jì)出的鐵塔具有輔助構(gòu)件、鏈接構(gòu)件尺寸小、外觀簡(jiǎn)潔漂亮等優(yōu)點(diǎn)。在鐵塔材料和材質(zhì)方面，美國(guó)主要使用鋼管和角鋼，鋼管桿主要用于低壓線路中，而角鋼塔主要應(yīng)用于高壓線路中。其鋼材材質(zhì)主要有ASTM A36、ASTM A572，這兩種材質(zhì)的鋼材適用于鉚接或螺栓連接的構(gòu)件。

2 雙回路輸變電塔造型設(shè)計(jì)

2.1 傳統(tǒng)風(fēng)格

以中華傳統(tǒng)文化中的篆體為設(shè)計(jì)理念：將簡(jiǎn)體“中”和“天”字轉(zhuǎn)換成篆書(shū)。標(biāo)準(zhǔn)篆書(shū)體的體式是排列整齊，行筆圓轉(zhuǎn)，線條勻凈而長(zhǎng)，呈現(xiàn)出莊嚴(yán)美麗的風(fēng)格;字形修長(zhǎng)，而且緊畫(huà)向下引伸，構(gòu)成上密下疏的視覺(jué)錯(cuò)感，這與自上而下的章法布局也有關(guān)系;線條勻稱無(wú)論點(diǎn)畫(huà)長(zhǎng)短，筆畫(huà)均呈粗細(xì)劃一的狀態(tài);這種在力度，速度都很勻平的運(yùn)筆，給人以純凈簡(jiǎn)約的美感[圖（1）]。結(jié)合了“干”字塔型和“貓頭”塔型的優(yōu)點(diǎn)，能節(jié)省線路走廊，受力情況清晰直接，有較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)?！爸小弊中退U通常是220千伏及以上電壓等級(jí)送電線路常用的塔形，利于城市廊道大面積使用，節(jié)約占地空間。“天”字型塔桿結(jié)合了我國(guó)常用的兩種鋼材質(zhì)：鋼管和角鋼，塔身被角鋼圍繞至塔角，耐久力和穩(wěn)定力更強(qiáng)一些，源自于酒杯形塔的演化，其功能性同樣適用于常年驟風(fēng)驟雨地區(qū)。

2.2 仿生風(fēng)格

仿生是模仿生物系統(tǒng)的功能和行為，來(lái)建造技術(shù)系統(tǒng)的一種科學(xué)方法。它打破了生物和機(jī)器的界限，將各種不同的系統(tǒng)溝通起來(lái)。設(shè)計(jì)以“鯊魚(yú)”為靈感，將鯊魚(yú)穿梭在海面上時(shí)露出的魚(yú)鰭為設(shè)計(jì)元素，體現(xiàn)如鯊魚(yú)一般的速度感和流動(dòng)感;不同的視角有不同的解讀，側(cè)看又如“葉子”，體現(xiàn)大自然蓬勃的生機(jī)感和盎然的朝氣;又像海里的“貝殼”，瑩亮光潔，遠(yuǎn)觀而不可褻玩焉;更如翱翔于天際的“羽翼”，縱橫于天地間，將世間萬(wàn)物盡收于眸下[圖（2）]。常用于220千伏及以上電壓等級(jí)的送電線路。拉線將塔頭與地面連接，起到固定塔身的作用，導(dǎo)線呈水平布置，主要材質(zhì)為圓鋼，該種塔形具有施工方便、耗鋼量低于其它門(mén)形拉線塔等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 現(xiàn)代風(fēng)格

現(xiàn)代風(fēng)格是比較流行的一種風(fēng)格，追求時(shí)尚與潮流，非常注重整體結(jié)構(gòu)與使用功能的完美結(jié)合?，F(xiàn)代主義也稱功能主義，是工業(yè)社會(huì)的產(chǎn)物，其最早的代表是建于德國(guó)的包豪斯學(xué)校。設(shè)計(jì)運(yùn)用簡(jiǎn)單的線條精準(zhǔn)的結(jié)合，將其獨(dú)特的造型與功能融合，使其既有時(shí)代感又有運(yùn)用的價(jià)值。突出的創(chuàng)意感使人眼前一亮，機(jī)械美學(xué)風(fēng)格更注重形式的運(yùn)動(dòng)性，強(qiáng)調(diào)超感官的理念，比起傳統(tǒng)風(fēng)格，機(jī)械美學(xué)風(fēng)格更輕巧、更靈活，風(fēng)格傾向于外骨架效果[圖（3），圖（4）]。選取角鋼塔材質(zhì)的穩(wěn)定性，結(jié)合鋼管塔的節(jié)約占地面積的優(yōu)點(diǎn)，將兩者巧妙的取長(zhǎng)補(bǔ)短。角鋼制造方便，強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，角鋼從塔身一直延伸到塔腳，起到穩(wěn)固整個(gè)塔的重心作用，塔頭內(nèi)部空間較大，可以承載雙回路導(dǎo)線自由穿梭。

3 城市廊道中輸電塔造型概念設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)電力的覆蓋面積和發(fā)展效率取得了舉世矚目的成就，大國(guó)崛起速度令人震驚，在實(shí)現(xiàn)用電功能的基礎(chǔ)上，人們將越來(lái)越注重生活品質(zhì)，輸電塔的外觀上將會(huì)呈現(xiàn)出令人愉悅的效果和功能。例如2019年第七屆世界軍人運(yùn)動(dòng)會(huì)在武漢舉行，夜幕降臨，長(zhǎng)江大橋和沿岸的建筑上呈現(xiàn)出了宏大絢爛的燈光秀，而當(dāng)時(shí)在60年代都是不可想象的事情，單是跨江建橋就已經(jīng)很卓越了。如今，人們會(huì)更加注重精神世界，將美觀性、人性化、令人愉悅、提升品位和傳播文化這五大宗旨作為最終目的去設(shè)計(jì)輸電塔的外觀造型，來(lái)滿足人們?nèi)找嫣嵘奈镔|(zhì)文化需求和順應(yīng)正在高速發(fā)展的時(shí)代。

4 結(jié)論

本文立足于我國(guó)當(dāng)前城市廊道輸電路線中的塔桿造型特點(diǎn)，在符合綜合國(guó)力發(fā)展背景下，保證輸電線路安全、經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。以傳統(tǒng)風(fēng)格，仿生風(fēng)格，現(xiàn)代風(fēng)格為主要設(shè)計(jì)理念。首先，遵循傳統(tǒng)風(fēng)格，使輸電塔桿造型上體現(xiàn)我國(guó)特有的文化底蘊(yùn)——篆書(shū)，尊重傳統(tǒng)文化，吸取地域特色;其次，根據(jù)大自然優(yōu)勝劣汰原則，模仿鯊魚(yú)浮在海面上捕獵時(shí)魚(yú)鰭的形態(tài)進(jìn)行造型優(yōu)化設(shè)計(jì);最后，特別考慮了現(xiàn)代機(jī)械風(fēng)格對(duì)人的物理層次和心理層次的感知影響，設(shè)計(jì)出符合現(xiàn)階段時(shí)代發(fā)展特點(diǎn)，以求達(dá)到生態(tài)美、科學(xué)美、文化美和藝術(shù)美的統(tǒng)一。通過(guò)塔型優(yōu)化、創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方法，對(duì)我國(guó)目前城市廊道輸電線路塔桿的造型設(shè)計(jì)提出了一系列適應(yīng)性優(yōu)化建議。

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項(xiàng)目：本論文是教育部人文社科基金規(guī)劃項(xiàng)目（課題編號(hào)：15YTA760048）階段性研究之一，旨在研究城市廊道中輸電塔造型的概念設(shè)計(jì)

作者簡(jiǎn)介：尹傳垠，華中科技大學(xué)建筑學(xué)專業(yè)在讀博士，湖北美術(shù)學(xué)院環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)教授，碩士研究生導(dǎo)師;王鴻博，湖北美術(shù)學(xué)院環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)系研究生。