近代中國(guó)水塔建筑特征分析

任康麗 華中科技大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院教授

劉 怡 華中科技大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院碩士

水塔作為近代中國(guó)工業(yè)建筑的重要組成部分，極大程度促進(jìn)了中國(guó)水電事業(yè)的進(jìn)步，作為近代工業(yè)遺產(chǎn)的重要建筑形態(tài)，水塔不僅具有城市地標(biāo)性特征，其建筑構(gòu)造本身也蘊(yùn)含著深厚的藝術(shù)文化。

1 近代中國(guó)水塔溯源

1.1 近代中國(guó)水塔建筑概況

近代中國(guó)工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得城市中工業(yè)用水與生活用水需求逐步增加。通過(guò)人力運(yùn)輸?shù)姆绞皆隗w量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了人們的需求，而且隨著市民衛(wèi)生意識(shí)的提高，使用明礬作簡(jiǎn)單的凈水處理已不能滿足城市居民需求。因此在近代的上海、天津以及漢口等地，政府協(xié)同外國(guó)租界商人、民族工商業(yè)人事協(xié)同督辦，在城市中設(shè)立水廠，引進(jìn)自來(lái)水設(shè)施，提供給人們衛(wèi)生的自來(lái)水，并滿足各類工廠的工業(yè)用水需求。由英國(guó)設(shè)計(jì)師哈特設(shè)計(jì)，1883 年設(shè)址于上海楊浦區(qū)楊樹(shù)浦路830號(hào)的上海楊樹(shù)浦水廠及水塔正式建立，同年6月29 日水塔正式投入使用，其建筑構(gòu)造中的水塔也是近代中國(guó)最早的水塔。

隨著近代工業(yè)的逐步發(fā)展，全國(guó)各地陸陸續(xù)續(xù)涌現(xiàn)出越來(lái)越多的水塔建筑，其中不乏極具代表性的漢口水塔（1906 年）、長(zhǎng)春西廣場(chǎng)水塔（1912 年）、北港水塔（1930 年）以及沈陽(yáng)萬(wàn)泉水塔（1935 年）等。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，目前現(xiàn)存保存完好的近代水塔建筑主要集中于哈爾濱、重慶、沈陽(yáng)、長(zhǎng)春等地。

1.2 近代中國(guó)水塔結(jié)構(gòu)分析

水塔是給水工程中常用的一種構(gòu)筑物，主要作用是調(diào)節(jié)和穩(wěn)定水壓、貯存和配給用水。水塔主要是由水塔基礎(chǔ)、塔身以及水箱3 個(gè)重要部件構(gòu)成，同時(shí)還設(shè)有水壓、水位控制裝置、照明及避雷設(shè)備、進(jìn)出水管以及檢測(cè)設(shè)備等附屬設(shè)施[1]。水塔的這些基本部件對(duì)其結(jié)構(gòu)與造型設(shè)計(jì)上也具有一定的參考性。

1.2.1 水塔基礎(chǔ)分析

水塔基礎(chǔ)是整個(gè)水塔最底部的構(gòu)建，為整個(gè)塔體及水箱提供支撐，使其保持穩(wěn)定。水塔基礎(chǔ)形式多種多樣，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)水塔高度、儲(chǔ)水箱體積、力學(xué)上的載荷大小、場(chǎng)地受力條件以及塔身結(jié)構(gòu)而定。在水塔的設(shè)計(jì)中較為常見(jiàn)的幾種基礎(chǔ)形式有鋼筋混凝土式圓環(huán)塔基、薄殼式塔基、剛性式塔基和柱下獨(dú)立式塔基等。

1.2.2 水箱形態(tài)分析

水箱實(shí)際上是一個(gè)設(shè)立在建筑內(nèi)部較高空間位置的儲(chǔ)水設(shè)備，其主要形式有圓柱形、倒錐殼式、平底式、英茲式以及球式等。由于不同形狀的水箱儲(chǔ)水量和受力方式不同，對(duì)施工工藝及塔身的支撐結(jié)構(gòu)也有相應(yīng)的要求，因此在水箱形式的選擇上要根據(jù)選址區(qū)域的施工條件與技術(shù)、周邊環(huán)境、地質(zhì)受力情況以及成本預(yù)算進(jìn)行綜合考量。

1.2.3 塔身結(jié)構(gòu)分析

塔身是整個(gè)水塔最重要的支撐穩(wěn)定構(gòu)建，整個(gè)形體縱向延伸與塔基相連，主要承載上部水箱結(jié)構(gòu)的荷載以及水平所受的風(fēng)力荷載，因此在塔身的設(shè)計(jì)上要充分考慮其力學(xué)上的承載及穩(wěn)定性[2]。塔身分為鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)、磚石砌體等形式，鋼筋混凝土又分為支架式和筒壁式，不同形式的塔身結(jié)構(gòu)需要與上部的水箱相配適，形成完整的水箱支撐體系。

1.3 近代漢口水塔建立成因

武漢三鎮(zhèn)市民早期的用水方式是將漢江或長(zhǎng)江里的水通過(guò)肩挑或手提的方式進(jìn)行運(yùn)送。這種方式的局限性是遠(yuǎn)離水源的居民只能依靠挖掘水井、水塘的方式，或采用簡(jiǎn)易的“自來(lái)水機(jī)器”取水，不能滿足居民的日常生活需求，造成諸多不便。因設(shè)備的局限性與安全性，其所產(chǎn)的水量仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠所需量，且水質(zhì)較差，只能達(dá)到工業(yè)用水的標(biāo)準(zhǔn)[3]。因此，浙江商人宋煒臣提出“火災(zāi)頻繁，施救乏術(shù)”，在1890 年創(chuàng)辦漢鎮(zhèn)既濟(jì)水電股份有限公司，建立漢口水塔。水塔從建筑造型到結(jié)構(gòu)形式均由英國(guó)工程師穆?tīng)栐O(shè)計(jì)，廣榮興營(yíng)造廠承建，于1909 年8 月竣工。

作為水廠的配置設(shè)施，漢口水塔所承載的功能也在不斷豐富。除供水、消防的社會(huì)功能外，對(duì)其的維護(hù)和管理制度也為城市規(guī)范化制度產(chǎn)生了積極影響。此外，建筑造型的設(shè)計(jì)、地理位置的優(yōu)越性也成為后來(lái)軍事布局的一部分。各種功能的層加累積，漢口水塔最終成為整個(gè)城市的歷史見(jiàn)證與符號(hào)印記。

2 近代中國(guó)水塔造型特征

2.1 水塔結(jié)構(gòu)造型多樣

近代中國(guó)與西方國(guó)家相比工業(yè)起步較晚，在水塔設(shè)計(jì)的造型和工藝上與西方國(guó)家有所差距，但是通過(guò)不斷地研究、學(xué)習(xí)、摸索，也逐步形成了一套適合中國(guó)工業(yè)發(fā)展且較為完整的設(shè)計(jì)體系。近代中國(guó)水塔造型結(jié)構(gòu)大致分為支架式水塔、倒錐殼水塔以及筒壁式水塔3 種[4]。

2.1.1 支架式水塔

支架式水塔是近代中國(guó)早期較為常見(jiàn)的造型樣式，整體造型上窄下寬，上部水箱多為筒狀或球形，塔身用發(fā)散式支架受力，起到支撐作用。這種形式受力及制作工藝較為簡(jiǎn)單，適用于施工期限短或需求較為急切的場(chǎng)地。近代中國(guó)各地的該形式水塔都不盡相同，并隨著設(shè)計(jì)審美的不斷發(fā)展，采用得越來(lái)越少。

2.1.2 倒錐殼水塔

倒錐殼水塔是一種在我國(guó)并不常見(jiàn)的造型樣式，上寬下窄。上部水箱多采用錐形、環(huán)形或圓形，塔身采用數(shù)量不等的支架垂直向基座連接，整體呈現(xiàn)倒三角的形狀。這種形式對(duì)用材的種類與數(shù)量都沒(méi)有太大的需求，能夠達(dá)到節(jié)省材料和降低造價(jià)的目的。但這種形式整體支撐結(jié)構(gòu)體系較為薄弱，對(duì)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)有很高的要求，其技術(shù)并不成熟，且對(duì)于施工工藝也有很高的規(guī)范要求，因此在近代中國(guó)的水塔設(shè)計(jì)上使用頻率并不高。

2.1.3 筒壁式水塔

筒壁式水塔整體造型輪廓為柱式，是近代中國(guó)較為常見(jiàn)的水塔形式。由于筒壁用材與受力結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其所能承受的側(cè)壓力較弱，進(jìn)而導(dǎo)致整體支撐結(jié)構(gòu)體系比較薄弱，因此其內(nèi)部結(jié)構(gòu)多為鋼筋混凝土構(gòu)筑而成，外部則采用磚石等材質(zhì)圍合成筒壁，起到裝飾性作用。這種外部圍合的筒狀空間形式使內(nèi)部和外部空間界限劃分明顯，加上筒倉(cāng)本身高度的優(yōu)越性，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)其內(nèi)部空間進(jìn)行垂直分割，形成不同層高的內(nèi)部空間，為水塔提供更多的功能空間。

2.2 水塔構(gòu)筑材質(zhì)更替形式

近代中國(guó)水塔的構(gòu)筑材料多樣，從最早的鋼鐵構(gòu)筑模式到后來(lái)20 世紀(jì)初磚石構(gòu)筑形式均有建造。鋼鐵架構(gòu)水塔是一種由西方傳入的構(gòu)筑方式，整個(gè)水塔都采用鋼材，制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，可在工廠預(yù)制后現(xiàn)場(chǎng)安裝。近代中國(guó)具有代表性的鋼鐵架構(gòu)水塔有上海新開(kāi)河水塔（1898 年）、天津水塔（1898 年）以及長(zhǎng)春西廣場(chǎng)水塔（1912 年），但由于我國(guó)鋼材產(chǎn)量少且造價(jià)相對(duì)較高，鑄造工藝及維護(hù)難度較大，導(dǎo)致近代中國(guó)水塔并未普遍采用這種構(gòu)筑材料。

磚石構(gòu)架水塔其塔身和水箱采用鋼筋混凝土澆筑，外部筒身則更多的是用磚石等材質(zhì)圍合加以裝飾。漢口水塔（1906 年）、皇姑屯火車站水塔（1923 年）以及沈陽(yáng)千代田水塔（1928 年）等均為此類形式。可就地取材，施工和維修較為方便，能很大程度節(jié)省用料和時(shí)間，一般用于水箱容量較大或水塔高度較高的情況。其優(yōu)點(diǎn)是造型美觀、堅(jiān)固耐用、建筑抗震性能較好。

2.3 水塔功能多樣性復(fù)合結(jié)構(gòu)

水塔在性能上除了能滿足基本供水需求外，在不斷發(fā)展的過(guò)程中也逐漸衍生出消防、警示、勘察以及照明等多種功能。由于這些功能對(duì)水塔空間有更高的要求，因此綜合性功能水塔主要為筒壁式水塔，通過(guò)對(duì)水塔局部的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)來(lái)完善各個(gè)功能的配置。

水塔建筑一般為當(dāng)?shù)剌^高的建筑物，因此將眺望臺(tái)設(shè)計(jì)在建筑頂部。眺望臺(tái)一般有兩種形式：一種是在頂部天臺(tái)設(shè)計(jì)鐘罩形四面鏤空樣式，便于全方位、不同視距的觀察；另一種則是在建筑上部側(cè)面挑出一部分空間進(jìn)行瞭望。另外，在水塔瞭望臺(tái)上還會(huì)設(shè)計(jì)警鈴，當(dāng)遇到火災(zāi)或暴亂等危急情況時(shí)，警鈴則會(huì)鳴響加以警示。

3 近代漢口水塔建筑風(fēng)格與構(gòu)筑特點(diǎn)

3.1 拼接式英倫建筑風(fēng)格

漢口水塔的設(shè)計(jì)師英國(guó)人穆?tīng)枺∕oor）在對(duì)水塔進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)仔細(xì)研究了中國(guó)各類傳統(tǒng)建筑和傳統(tǒng)文化，于是將水塔設(shè)計(jì)成了中西風(fēng)格合璧的樣式。在設(shè)計(jì)風(fēng)格上采用優(yōu)雅、高貴的英倫風(fēng)格，強(qiáng)調(diào)建筑的藝術(shù)感與獨(dú)立性，同時(shí)又包含了中式建筑的古典與莊重。在整個(gè)立面的裝飾設(shè)計(jì)上，建筑的每個(gè)面、每一層都有兩扇平行的長(zhǎng)窗，并配有與之相呼應(yīng)的裝飾線條加以強(qiáng)化。排列有序的長(zhǎng)窗不僅對(duì)水塔建筑整體起到了裝飾性的作用，并且為建筑內(nèi)部提供了良好的采光與通風(fēng)功能。在建筑頂層采用中式檐口線條加以強(qiáng)化，增加立體感。在水塔頂部天臺(tái)的處理上，圍墻采用凹凸式線條，使建筑的輪廓感更清晰，有英倫城堡的象征性。

漢口水塔在色彩的處理上通過(guò)不同類型的石材進(jìn)行結(jié)構(gòu)拼接，形成色彩層次對(duì)比，給人較強(qiáng)的視覺(jué)沖擊力。在建筑裝飾材料的選擇上，底部一層由麻石壘砌而成，二層及以上由清水紅磚砌筑。這兩種磚石材料是在近代漢口工業(yè)建筑物上較為常見(jiàn)的構(gòu)筑材料，極具時(shí)代與地域的代表性特征。水塔共計(jì)6 層，在塔體上共計(jì)使用了3 049 塊麻石，18 387 塊紅石以及磚料約1 143 890 塊[5]。隨著時(shí)代的發(fā)展，漢口水塔逐漸在近代成為具有城市里程碑性質(zhì)的建筑，同時(shí)也具有地標(biāo)性作用。

3.2 八卦式筒狀建筑造型

漢口水塔采用最常見(jiàn)的筒狀造型，占地面積共計(jì)350 m2，高度約為41.32 m，整個(gè)建筑的面積為2 120 m2，層高為7 層。整體塔形為正八邊形，與既濟(jì)卦中的八卦相呼應(yīng)，各邊均長(zhǎng)8.2 m，其數(shù)字8 也為大吉之?dāng)?shù)。在頂層建有鐘樓用于瞭望、勘查，其1 ～5 層層高均為5.5 m 左右，由于第6 層鋪設(shè)水箱以及第7 層設(shè)置鐘樓的緣故，第6 層高8.8 m，鐘樓高為4.5 m。

水塔有8 個(gè)角、8 個(gè)面，其中央是中心柱，每個(gè)角有一根嵌于塔體的角柱，每個(gè)面的中間有一根嵌于塔體的面柱[6]。內(nèi)部從上至下每一層都由中心柱發(fā)散延伸出8 個(gè)分支，呈傘形向上層起到支柱作用。水塔內(nèi)的樓梯共有198級(jí)，整體呈螺旋式上升狀。內(nèi)部臺(tái)階、樓梯轉(zhuǎn)角處都采用鋼板打底，鋪設(shè)木板后用鉚釘構(gòu)筑而成，整體設(shè)計(jì)更為安全牢固。

3.3 鋼木混合式建筑構(gòu)造

漢口水塔的基礎(chǔ)部分是由原有地基和建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)組成，原有的地基部分是指最底部的土地基層。其承受著整體建筑的負(fù)荷。建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是對(duì)整體建筑結(jié)構(gòu)承重負(fù)荷的部分，其組成部分主要有混凝土整版基礎(chǔ)、錐形擴(kuò)大基礎(chǔ)以及系桿連接的混凝土柱[5]。水塔的建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為上部的水箱以及樓板結(jié)構(gòu)提供支撐，再將整體的負(fù)載傳遞給最底層的塔底地基。整個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部分對(duì)材質(zhì)的密度和質(zhì)量有較高的要求，大部分都采用鋼筋混泥土與木質(zhì)材料相結(jié)合的方式。

在水塔的中心支撐部分則采用了大量的鋼制立柱，水箱高21英尺9英寸（約6.63 m），直徑為57 英尺（約17.37 m）。在最核心的水箱部分采用兩層厚度為0.5 英寸（約1.2 cm）的鋼板用鉚釘拼接而成，其厚度約為2.5 cm，并在水箱的附近鋪設(shè)有共3 條直徑均為8 英寸（約20.3 cm）的水管，分別為進(jìn)水口、出水口及溢水口，也是整個(gè)水塔水利作業(yè)中的重要組成部分。

4 結(jié)語(yǔ)

近代中國(guó)水塔建筑作為近代工業(yè)建筑遺產(chǎn)的重要組成部分，隨著歷史的變遷，其功能性早已不復(fù)存在。但水塔建筑作為工業(yè)建筑遺產(chǎn)的歷史性及其工業(yè)建筑設(shè)計(jì)的特征卻仍有很大的研究、借鑒價(jià)值。建筑的發(fā)展變化同時(shí)也從側(cè)面反映出人們的生活水平、設(shè)計(jì)審美以及社會(huì)變遷等。通過(guò)對(duì)其發(fā)展歷史、造形結(jié)構(gòu)、建筑材料等多維度的分析，不僅能夠更深了解近代中國(guó)工業(yè)建筑，也有利于對(duì)于這些工業(yè)遺產(chǎn)進(jìn)行修復(fù)改造與再利用，給予它們新的時(shí)代意義。