水利工程景观风貌研究

张 婧，李 南，田利勇

(1.上海市水利工程设计研究院有限公司，上海 200061；2.上海市水务局防汛减灾工程技术研究中心，上海 200061；3.华建集团华东建筑设计研究院有限公司上海建筑科创中心，上海 200011)

传统的水利建筑在设计上较为简单，为节省工程投资，主要考虑满足水工设备安装的基本空间要求，而基于景观环境风貌的考量相对较少，建筑形式往往较为单一，甚至对城市滨水空间的景观环境造成一定的不利影响。近年来，随着人们对城市滨水空间景观风貌的日益重视，现代水利工程在满足基本水工功能的前提下，也逐步注重水利工程的人文属性、艺术属性及景观属性，注重提升城市整体形象。水利建筑对周边景观环境及风貌的影响成为设计工作着重考虑的内容[1- 13]。

水利建筑的建筑形式既非设计的恣意空想也非简单的建筑装饰，而需要基于其自身特定的功能需求，只有将水利设施的水工功能布局与建筑形式进行有机结合，才能实现功能、空间与建筑形式之间的统一，经济高效的发挥出水利建筑的最优综合价值。水利工程中水利设施(水工结构及设备)的选型、工程布置型式与建筑的形式特点息息相关，不同的结构及设备所需的上部建筑空间不同，从而对上部建筑提出了不同的空间及形式要求。

1 水利设施选型与建筑形式的关系

1.1 节制闸门选型

节制闸门常用的门型有直升门、升卧门、横拉门、双扉门、人字门、三角门、翻板门(上卧门、下卧门、底轴驱动翻板门等)以及弧形门等，各门型对结构及环境的影响分析见表1。

直升门、升卧门、双扉门等门型需要设置高出闸顶的排架结构，对景观有一定影响；横拉门门库与闸室齐平，无上凸结构，对环境景观影响相对较小，但需要有足够布置空间；人字门、三角门、上翻门、下卧门及弧形门等门型设施外露，特征鲜明，整体景观设计选型需把握结构尺度、设备外型、周边环境等多方面因素的协调；底轴驱动翻板门开启时完全隐藏于水下，对环境影响最小。

1.2 启闭机设备选型

常用的闸门启闭设备有卷扬启闭机、液压启闭机以及螺杆启闭机等。各启闭型式的运行方式、对结构及环境的影响分析见表2。

卷扬启闭机需布置启闭机房，建议进行建筑形式处理；液压启闭机结构紧凑体积小，但排架较高时对景观环境有一定影响，建议进行建筑形式处理；螺杆启闭机设备外露特征明显。

1.3 泵站水机选型

泵站常用的泵型有立式轴流泵、“S”形轴伸泵、斜式轴流泵、竖井贯流泵及潜水贯流泵、潜水轴流泵等。各泵型的使用范围、对结构及环境的影响分析见表3。

对于周边环境景观影响：立式轴流泵与斜式轴流泵均需布置上部厂房，其余可不设置上部厂房；立式轴流泵的噪音相对较大，对环境有一定影响。

1.4 工程布置型式

对于节制闸或泵站布置，考虑水流形态最优，一般采用对称式布置；对于泵闸结构，闸站布置可以采用“泵+闸”“泵+闸+泵”及“闸+泵+闸”布置型式，布置型式特点及上部建筑特点分析见表4。

表1 不同门型的水工特点与建筑形式特点分析对比表

表2 不同启闭设备特点分析对比表

表3 不同泵型特点分析对比表

表4 不同布置型式分析对比表

对于节制闸或泵站布置，上部建筑一般可采用对称式布置，闸上空间可作为管理房或配电房，泵站上方可布置上部厂房；对于泵闸结构：“泵+闸”的闸站布置，上部建筑可采用非对称式布置；“泵+闸+泵”和“闸+泵+闸”闸站布置，上部建筑可采用对称式布置。

2 水利设施选型与水利建筑的形式类型

水工建筑物可根据流量、扬程、水头差、闸门净宽、运行管理等各方面因素，结合周边环境、用地条件等，选择适合的泵型、闸型及相关启闭设备，并做相应的工程布置设计。对应不同的选型与布置，典型的水利建筑景观风貌有3种：隐蔽式、设备特色式和建筑特色式。

2.1 隐蔽式

隐蔽式水利景观风貌一般指闸、站设备隐藏于门库、泵室中，设备选型无需启闭机房、排架或上部厂房，可不设置闸上建筑。一般适用于周边景观环境要求苛刻，需尽量减弱水利工程特征的区域，如城市特殊滨水地段、历史景观环境周边及城市狭小空间的繁华商业区等。

以苏州河河口闸为典型案例分析隐蔽式水利景观风貌的特点。

苏州河河口闸位于上海著名外滩历史文化名胜区，毗邻俄罗斯领事馆、外白渡桥、人民英雄纪念塔、外滩历史博物馆、海鸥饭店等重要保护建筑物，场地狭窄，要求水闸工程布置与周边环境协调，不对原景观产生任何影响。

从闸门选型、闸址比选、结构布置等方面深入研究，最终推荐采用底轴驱动翻板闸门。闸门与河口同宽，由设置在两岸闸墩内的液压启闭设备通过直径2.0m的底轴驱动旋转。水闸主体结构位于地面以下，启闭设备等配套设备置于南北岸底下闸墩内，控制室位于南岸现有空箱式防汛墙内，闸门全开式门叶与河床齐平，挡水时门叶与高水位一侧水位齐平，不破坏河口原有景观风貌，闸门运行如图1所示。

图1 “大隐隐于市”的苏州河河口闸

2.2 设备特色式

设备特色式水利景观风貌一般指闸、站设备结构外露，特点鲜明，通过适当的色彩处理、局部修饰后，形成“结构即造型，造型即结构”的水利工程特色景观。一般适用于具有一定体量、区域场地开阔的情况，避免设施结构的粗笨杂乱，注重与周边环境的协调性。

以荷兰马斯兰特(Maeslant)挡潮闸作为典型案例分析设备特色式水利景观风貌的特点。

马斯兰特挡潮闸位于新沃特伟赫河(Nieuwe Waterweg)上，靠近出海口，河口宽度360m，南侧为卡兰运河(Calandkanaal)，区域视野开阔，周边环境主要为码头、炼油厂、农田苗圃等。挡潮闸主体工程为对称结构，由两扇割线长度203m、门高22m的弧形钢闸门组成，闸门面板为空箱式结构，由钢桁架结构支撑，通过240m的桁架支臂将荷载传到岸上的球铰上。球铰直径均为10m，与牛腿链接。岸边布置与弧形面板齿合的齿轮，通过推拉杆与河岸引导塔内牵引机车连接，引导塔高30m。

通常情况下，两扇巨型闸门分别安置于两岸的闸槽内。当预报出现风暴时，向闸槽注水，使空心闸门自浮抬起，高度达到与岸边的齿轮连接后，通过齿轮转动，将闸门运至河道内，待两扇闸门靠拢后，向闸门内注水使之沉入河底。待高水位过后将闸门里的水抽干，闸门再次浮起，然后通过齿轮拖回闸槽闸门运行如图2所示。

马斯兰特挡潮闸整体呈现对称扇形结构，外观采用白色，色彩明朗，线条简洁，气势恢弘而不失灵动，犹如纽韦水道上一座巨大浮标，成为荷兰乃至世界著名的水利景观建筑。

图2 “霸气外露”的马斯兰特海口闸

2.3 建筑特色式

闸上布置建筑，可将节制闸排架及启闭机房与建筑结构有机结合，充分利用闸上空间，亦可满足泵站设置泵房需要。同时，利用站身闸首两侧陆域空间布置配电所或管理房，可有效节约占地，便于运行和管理。上部建筑物要满足闸门启闭、设备安装检修、功能合理组织、管理人员操作、空间丰富处理等要求。在满足水利功能要求的基础上，全面把握建筑布局和装饰风貌，通过科学合理的布局设计，使得水利工程建筑设计方案与周围环境协调统一，既能点缀区域，又能个性突出，更注重打造景观标志建筑物，有造型舒展大气、现代感很强的国际大都市风貌，也有江南水乡、小桥流水的“美丽乡村”形象。最终使之成为外部环境宜人、内部环境舒适，且具有一定影响力的区域标志建筑物。

闸上建筑在下部闸站布置的基础上进行设计，可以分为对称式与非对称式。分别以赵家沟东泵闸及张泾河出海泵闸为例，介绍这两种建筑布置型式。

(1)对称式布置——赵家沟东泵闸

赵家沟东泵闸工程位于浦东新区东北部，赵家沟入长江口预留口门处，是浦东新区沿长江口重要引排水口门之一，将担负起浦东北部地区的挡潮、除涝及引水调度等重任。节制闸净宽30m，泵站设计流量90m3/s[14- 15]。

工程场地东侧为极地考察基地，西侧为国家粮油储备基地，内河侧紧邻港池、外河侧紧邻码头如图3所示。通航要求高，对水流要求十分严苛，给工程选址及总体布置提出了极高的要求。设计运用二维水流数学模型对各方案的多种工况进行模拟分析，经多方面综合论证，推荐采用“闸+泵+闸”布置方案。两侧闸门采用2扇15m净宽液压启闭直升门；中间泵站采用4台22.5m3/s的斜式轴流泵。

图3 赵家沟东泵闸工程平面布置图

为充分利用两侧闸上空间，结合“闸+泵+闸”的布置特点，提出副厂房+主厂房+安装间的功能布局，使闸上建筑紧凑合理。泵站上方为主厂房，空间需满足检修要求，需设置吊车梁，按不小于站身剖面给的空间尺寸进行控制，泵站内、外河侧工作门启闭机房包在建筑内，以便于日常维护和检修。水闸上部结构一侧为安装间，一侧为副厂房。安装间净空尺寸不小于泵站厂房(主厂房)净空尺寸需要，也需有吊车梁，与泵站吊车梁相通。副厂房主要布置电气需要的高低压变配电设备及控制室等。水闸工作闸门不包在建筑内部，方便工作闸门吊装及检修。

建筑内部根据具体功能需求共分成3层，首层主要为主厂房、安装间和副厂房高压电气设备用房，其中主厂房和安装间为上部挑空，以满足吊装检修需要。二层主要为副厂房电气设备用房，其余位置均为挑空。三层主要为副厂房中控室及机房。上部建筑立面布置如图4所示。

结合周边环境、工程布置及功能布局特点，建筑顺应河道轴线塑造出中部拱起两翼舒展的对称布局形式，整合并秩序化了周边复杂的城市景观环境。屋顶及立面非对称的差异化造型处理提示出水流流向，使建筑具有了景观上的方向性。整体形态取意贝壳、海马、浮叶等与水相关的自然物象，以竖向基本单元进行富于音韵式的组合，最终形成具有节奏感的流线型形态特征，在提升方案可实施性的同时增强了水工建筑的灵动感。建筑形态与内部结构有机结合，以“V”字形排架柱形成每榀框架，各榀之间以钢撑相连并设置采光外窗，塑造出充满光影感与韵律感的室内空间；结构外部覆盖复合不锈钢板幕墙与玻璃幕墙，以隐喻泵闸建筑作为城市基础设施的简洁、高效以及工业化的性格特质。工程效果如图5所示。

图4 赵家沟东泵闸上部建筑立面布置示意图

(2)非对称式布置——张泾河出海泵闸

张泾河出海泵闸位于金山区金山新城，处于上海市水利分片综合治理的“浦南东片”，是浦南东片南排杭州湾的主要通道之一。节制闸净宽30m，泵站设计流量90m3/s。

工程场地东侧为景观湿地和水上活动区，场地西侧为金山石化。从闸下出流、风浪掩护、工程投资及施工条件等方面综合分析比选，推荐采用“泵+闸”布置方案。闸门采用3扇10m净宽液压启闭直升门，布置在景观湿地侧；泵站采用3台30m3/s的斜式轴流泵，布置于金山石化侧；管理区布置在站身侧陆域内。张泾河出海泵闸设有4栋单体建筑，整体布局呈L型。其中，闸上共有2栋单体建筑，西侧岸上管理区内共有2栋建筑。工程平面布置如图6所示。

结合“泵+闸”的布置特点，泵闸上布置主厂房与工程展示馆，根据具体功能分为2层。泵房首层主要为主厂房与安装间，上部为挑空，以满足吊装检修需要；泵房二层主要检修间和外河侧启闭平台。水闸闸门靠外河侧交通桥布置，不包在建筑内部，便于日常吊装及检修；闸上首层为中控室、机房等，二层为工程展示馆，以便于向公众展示工程成果，推广水文科学知识。

泵闸西侧岸上为管理区范围，根据功能需求从北向南分别设置管理楼和变配电所等单体建筑，辅助泵闸的日常运行工作。管理楼为两层建筑，首层入口处设通高门厅，两层均设置办公室、会议室等主要功能并配套楼梯间、卫生间、通信间等辅助功能。变配电所为三层建筑，首层入口处设置两层通高门厅，高压配电室、高压电容器室与高压软启动保护室；二层设低压配电室、电工实验室、通信间、二次设备室；三层设会议室等。

图5 赵家沟东泵闸工程效果图

图6 张泾河出海泵闸工程平面布置图

图7 张泾河出海泵闸内河侧建筑立面布置示意图

张泾河出海泵闸的建筑采用分散式园林布局，形似山影、景若连珠、韵如盘玉；建筑群以泵闸主厂房为核心，分别向东侧及北侧分布，形成“三星拱月”之势；各单体高度错落有致，连绵起伏，恰似大珠小珠落玉盘；建筑功能既独立而又互相联系，总体风貌“形散神聚”，营造出“动态均衡”的效果。内河侧建筑立面布置如图7所示，工程效果如图8所示。

图8 张泾河出海泵闸工程效果图

3 结语

为适应城市发展需要，水利工程景观风貌设计创新越来越受到重视。水工建筑物的外型风貌需紧密结合设施选型、工程布置、周边规划与环境等方面因素，做到景观与功能布置有机结合，将水利工程建设成为城市发展的一道亮丽风景。