水利水電建筑設計要點分析與研究

代福順，王治國

(成都大學電子信息工程學院)

隨著世界經(jīng)濟高速發(fā)展和科技信息化的全球化進程，水利水電建筑領域的相關技術得到了迅速發(fā)展。水利水電建筑因其獨有的功能性、安全性與藝術性的需求，在設計環(huán)節(jié)就應充分考慮各種因素，關注建筑本身的特征與實際使用的特點，結合所處環(huán)境進行科學性、功能性與藝術性三點并重的方案設計與構想。由張宏主編的《小型水工建筑物設計與管理》(中國水利水電出版社,2016年12月出版)一書，對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)的設計要點及運行維護管理進行了系統(tǒng)性的歸納與總結。該書在不同類型水利水電建筑設計的方案梳理和確定過程中講求科學、嚴謹、效率，并通過實例參數(shù)演算為讀者再現(xiàn)了設計過程的實際步驟，從方法上、工具上和思路上提供了重要的學習依據(jù)。全書共有6個章節(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等數(shù)十種不同功能和環(huán)境的水利水電建筑的設計原理和基礎運行知識，是水利水電建筑物設計中有關小型水利工程建筑分類較全、內(nèi)容詳盡、講練結合、深入淺出的專業(yè)書，對于專業(yè)學習者及水利工程設計、施工、運行維護者來說是一本具有研究價值的書籍。該書具有以下特色：

一、內(nèi)容具體，構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知識與發(fā)展概況，以及重點講解不同建筑在設計時采用的策略與方法，詳細闡述了相關數(shù)據(jù)、資料、公式及考慮要點之間的內(nèi)在聯(lián)系，幫助讀者更清晰地明確設計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時期持續(xù)運行使用等特點，在設計的最初階段，設計人員要清楚所設計建筑的溫度、濕度、外力荷載、自重作用和環(huán)境風化等各種影響因素，再根據(jù)建筑的主要功能確定符合長期發(fā)展、呈現(xiàn)穩(wěn)定性能的主體結構材料與結構參數(shù)。若在此環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，即使短期內(nèi)問題不會顯露，但在長期的使用與外力作用下，水利水電建筑單體勢必會出現(xiàn)結構性問題，且后果不堪設想。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系統(tǒng)，因此要充分考慮不同功能的建筑之間的關系與作用，將其設計在同一安全運行模式下，確保其安全平穩(wěn)的運行。

從水利水電建筑本身而言，其功能性與工程藝術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，同時運用現(xiàn)代建筑科技與創(chuàng)新理念將所處的環(huán)境特點與優(yōu)勢融入其中，向世人呈現(xiàn)獨一無二的專業(yè)性建筑魅力，是生態(tài)環(huán)境與人文藝術的科技結晶。兼顧實用性、藝術性與安全性是所有設計者的目標，如何平衡這三者之間的關系，進行高質(zhì)量的設計，是所有設計人員的追求。設計人員應站在業(yè)主角度充分理解項目意圖，充分論證項目數(shù)據(jù)，提高設計整合能力和審美藝術性。在關鍵建筑部分體現(xiàn)功能與效率，在創(chuàng)新創(chuàng)意部分展現(xiàn)藝術表現(xiàn)力，通過技術性與藝術性的結合達到成本與效果上的平衡。該書著重強調(diào)了安全性這一重要基礎，所有水利水電工程都是由國家投資建設，服務區(qū)域和當?shù)厝嗣?，由于其功能性和安全性的特殊要求，所有設計方案的首要論證都應從安全性出發(fā)。

二、構思巧妙，實現(xiàn)環(huán)境與美學的精準融合

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歷代工匠及勞動者的智慧結晶。今天回顧這些傳承于世的水利工程本身，從布局到細節(jié)、從單體到連接、從功能到發(fā)展無一不是經(jīng)過設計者精心策劃與深度美學研究過的。中國水利工程的歷史已有2000多年，其中所蘊含的民族精神與民族審美也應在未來更多的水利水電建筑的設計與規(guī)劃中得到體現(xiàn)和傳承發(fā)揚。同時，由于我國地域遼闊，地貌環(huán)境復雜，水利工程的設計更應將當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境與人文特點進行有機地結合，凸顯建筑設計與藝術表現(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)展關系為主要評判依據(jù)。因此，在設計中應嚴格判斷所設計的建筑在風格和結構上是否能夠與環(huán)境、景觀、地理形成自然和諧的關系，即融合一體，協(xié)調(diào)共生。這一原則對設計者在技術專業(yè)以外的審美藝術性提出了更高的要求。同時，水利水電建筑與環(huán)境完美結合的設計，也將提高專業(yè)建筑體的功能效率。

美學元素是組成建筑本身的要素，而水利水電建筑設計是生態(tài)環(huán)境與人文環(huán)境的有機結合體，承載的是建筑的美。為此，每個水利水電工程都應當在繼承傳統(tǒng)水利工程藝術的同時，彰顯現(xiàn)代水利工程藝術，進而優(yōu)化工程沿線區(qū)域功能、弘揚工程建設歷史文化、突出地域文化體系特征。水利水電建筑設計在建筑美學上提出了更高更新的要求，該書引導設計者進一步實現(xiàn)美學與建筑的巧妙融合。

三、內(nèi)容全面，多角度闡述結構布局

該書第一章從設計整體布局和規(guī)劃的角度闡述了當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、所負擔的攔、灌、阻、輸、泄、積等工作各有不同，但它們之間的關系又十分緊密，需要設計者在整體規(guī)劃布局時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行功能實現(xiàn)。其中又以攔水大壩、隧洞、發(fā)電廠房及變壓站點的設計更為復雜，需要設計者通過項目功能參數(shù)與歷史數(shù)據(jù)的比對，結合建筑物的結構與負荷進行精準測算。因此，在水利水電建筑的設計中，整體規(guī)劃布局極為重要，對設計者來說，安全性、穩(wěn)定性和前瞻性都是較高的挑戰(zhàn)。

水利水電工程是個系統(tǒng)工程，涉及面廣、內(nèi)容項目較多。設計者在進行水利水電工程的總體規(guī)劃布局時，需要充分考慮主體建筑單體和配套設施。除此之外，還應整合相關技術，充分調(diào)取歷史數(shù)據(jù)，精準測算，力爭在規(guī)劃布局之初就打下良好的基礎，為后續(xù)施工和投入使用奠定基礎。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、面積與風格應與總體規(guī)劃相吻合，與周邊環(huán)境形成良好的統(tǒng)一。

四、獨樹一幟，促進設計創(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計創(chuàng)新過程中，不斷吸取世界水利工程發(fā)展成果與技術創(chuàng)新，尤其是在材料創(chuàng)新與結構創(chuàng)新等方面。伴隨時代與科技發(fā)展的新趨勢，未來水利水電建筑的偉大作品一定離不開順應時代發(fā)展的新型材料、新技術的運用與實踐。該書針對近幾年廣泛用于水利水電建筑設計中的新型高效防紫外線、隔離噪音、防眩光技術和仿真生態(tài)材料等一系列技術進行了講述。通過近10年的借鑒與實踐，我國已經(jīng)嘗試在實際工程中使用具備更高性能和特殊功效的新型材料，同時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域的突破。因此設計者應結合書中內(nèi)容，不斷充實專業(yè)領域的知識與認知，注重知識的及時更新和與國際行業(yè)接軌的能力。

在水利水電建筑設計中，投資成本是一個關鍵點，也是決定業(yè)主是否采納方案的重要指標。在實際工程建設中，設計者要充分與需求方進行溝通，一方面可以更科學精準地規(guī)范設計，同時也能充分理解對方在投資預算方面的要求與限制。合理利用資源，充分保證總量、費用預算、業(yè)主能力，提升方案的整體經(jīng)濟性和安全性，杜絕過度設計、過度美化和重復功能是設計者幫助業(yè)主控制成本、降低費用的主要手段。同時水利水電工程往往會關系到民生、運營成本和收益回報，這也需要在設計時對成本進行有效的控制。因此對于水利水電建筑設計的研究與探索，眾多水利水電專業(yè)人員與工程建筑設計人員秉承“與時俱進、創(chuàng)新開拓“的設計理念，在水利水電建筑設計作品的實用性、安全性、藝術性和傳承性上不斷實踐與研究，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，于建筑設計更多地體現(xiàn)了設計規(guī)劃者對于需求與追求之間的終極追求?！缎⌒退そㄖ镌O計與管理》一書中引用山東、山西、湖北和湖南等地多個中小水利水電工程建筑設計案例，從不同案例中我們能夠深刻領悟所有水利工程設計無論工程量大小、等級高低，都需要設計者從現(xiàn)實出發(fā)，以嚴謹認真的專業(yè)態(tài)度、精準高效的專業(yè)技能、不斷創(chuàng)新的開拓精神去實現(xiàn)整體方案的設計。書中所描述的經(jīng)典設計案例的技術難點、要點講解清晰，分析到位，提供了學習的典范。綜上所述，水利水電建筑設計是項目成功與否的基石，值得專業(yè)人員與高校教育從業(yè)者從理念到實踐充分研究與探討，為加快我國在此領域的研究步伐提供源源不斷的動力。