近代中国水塔建筑特征分析

任康丽 华中科技大学建筑与城市规划学院教授

刘 怡 华中科技大学建筑与城市规划学院硕士

水塔作为近代中国工业建筑的重要组成部分，极大程度促进了中国水电事业的进步，作为近代工业遗产的重要建筑形态，水塔不仅具有城市地标性特征，其建筑构造本身也蕴含着深厚的艺术文化。

1 近代中国水塔溯源

1.1 近代中国水塔建筑概况

近代中国工业技术的进步与社会经济的发展使得城市中工业用水与生活用水需求逐步增加。通过人力运输的方式在体量上远远满足不了人们的需求，而且随着市民卫生意识的提高，使用明矾作简单的净水处理已不能满足城市居民需求。因此在近代的上海、天津以及汉口等地，政府协同外国租界商人、民族工商业人事协同督办，在城市中设立水厂，引进自来水设施，提供给人们卫生的自来水，并满足各类工厂的工业用水需求。由英国设计师哈特设计，1883 年设址于上海杨浦区杨树浦路830号的上海杨树浦水厂及水塔正式建立，同年6月29 日水塔正式投入使用，其建筑构造中的水塔也是近代中国最早的水塔。

随着近代工业的逐步发展，全国各地陆陆续续涌现出越来越多的水塔建筑，其中不乏极具代表性的汉口水塔（1906 年）、长春西广场水塔（1912 年）、北港水塔（1930 年）以及沈阳万泉水塔（1935 年）等。据资料统计，目前现存保存完好的近代水塔建筑主要集中于哈尔滨、重庆、沈阳、长春等地。

1.2 近代中国水塔结构分析

水塔是给水工程中常用的一种构筑物，主要作用是调节和稳定水压、贮存和配给用水。水塔主要是由水塔基础、塔身以及水箱3 个重要部件构成，同时还设有水压、水位控制装置、照明及避雷设备、进出水管以及检测设备等附属设施[1]。水塔的这些基本部件对其结构与造型设计上也具有一定的参考性。

1.2.1 水塔基础分析

水塔基础是整个水塔最底部的构建，为整个塔体及水箱提供支撑，使其保持稳定。水塔基础形式多种多样，设计时根据水塔高度、储水箱体积、力学上的载荷大小、场地受力条件以及塔身结构而定。在水塔的设计中较为常见的几种基础形式有钢筋混凝土式圆环塔基、薄壳式塔基、刚性式塔基和柱下独立式塔基等。

1.2.2 水箱形态分析

水箱实际上是一个设立在建筑内部较高空间位置的储水设备，其主要形式有圆柱形、倒锥壳式、平底式、英兹式以及球式等。由于不同形状的水箱储水量和受力方式不同，对施工工艺及塔身的支撑结构也有相应的要求，因此在水箱形式的选择上要根据选址区域的施工条件与技术、周边环境、地质受力情况以及成本预算进行综合考量。

1.2.3 塔身结构分析

塔身是整个水塔最重要的支撑稳定构建，整个形体纵向延伸与塔基相连，主要承载上部水箱结构的荷载以及水平所受的风力荷载，因此在塔身的设计上要充分考虑其力学上的承载及稳定性[2]。塔身分为钢结构、钢筋混泥土结构、砖石砌体等形式，钢筋混凝土又分为支架式和筒壁式，不同形式的塔身结构需要与上部的水箱相配适，形成完整的水箱支撑体系。

1.3 近代汉口水塔建立成因

武汉三镇市民早期的用水方式是将汉江或长江里的水通过肩挑或手提的方式进行运送。这种方式的局限性是远离水源的居民只能依靠挖掘水井、水塘的方式，或采用简易的“自来水机器”取水，不能满足居民的日常生活需求，造成诸多不便。因设备的局限性与安全性，其所产的水量仍远远不够所需量，且水质较差，只能达到工业用水的标准[3]。因此，浙江商人宋炜臣提出“火灾频繁，施救乏术”，在1890 年创办汉镇既济水电股份有限公司，建立汉口水塔。水塔从建筑造型到结构形式均由英国工程师穆尔设计，广荣兴营造厂承建，于1909 年8 月竣工。

作为水厂的配置设施，汉口水塔所承载的功能也在不断丰富。除供水、消防的社会功能外，对其的维护和管理制度也为城市规范化制度产生了积极影响。此外，建筑造型的设计、地理位置的优越性也成为后来军事布局的一部分。各种功能的层加累积，汉口水塔最终成为整个城市的历史见证与符号印记。

2 近代中国水塔造型特征

2.1 水塔结构造型多样

近代中国与西方国家相比工业起步较晚，在水塔设计的造型和工艺上与西方国家有所差距，但是通过不断地研究、学习、摸索，也逐步形成了一套适合中国工业发展且较为完整的设计体系。近代中国水塔造型结构大致分为支架式水塔、倒锥壳水塔以及筒壁式水塔3 种[4]。

2.1.1 支架式水塔

支架式水塔是近代中国早期较为常见的造型样式，整体造型上窄下宽，上部水箱多为筒状或球形，塔身用发散式支架受力，起到支撑作用。这种形式受力及制作工艺较为简单，适用于施工期限短或需求较为急切的场地。近代中国各地的该形式水塔都不尽相同，并随着设计审美的不断发展，采用得越来越少。

2.1.2 倒锥壳水塔

倒锥壳水塔是一种在我国并不常见的造型样式，上宽下窄。上部水箱多采用锥形、环形或圆形，塔身采用数量不等的支架垂直向基座连接，整体呈现倒三角的形状。这种形式对用材的种类与数量都没有太大的需求，能够达到节省材料和降低造价的目的。但这种形式整体支撑结构体系较为薄弱，对稳定性设计有很高的要求，其技术并不成熟，且对于施工工艺也有很高的规范要求，因此在近代中国的水塔设计上使用频率并不高。

2.1.3 筒壁式水塔

筒壁式水塔整体造型轮廓为柱式，是近代中国较为常见的水塔形式。由于筒壁用材与受力结构导致其所能承受的侧压力较弱，进而导致整体支撑结构体系比较薄弱，因此其内部结构多为钢筋混凝土构筑而成，外部则采用砖石等材质围合成筒壁，起到装饰性作用。这种外部围合的筒状空间形式使内部和外部空间界限划分明显，加上筒仓本身高度的优越性，在设计时对其内部空间进行垂直分割，形成不同层高的内部空间，为水塔提供更多的功能空间。

2.2 水塔构筑材质更替形式

近代中国水塔的构筑材料多样，从最早的钢铁构筑模式到后来20 世纪初砖石构筑形式均有建造。钢铁架构水塔是一种由西方传入的构筑方式，整个水塔都采用钢材，制作工艺相对简单，可在工厂预制后现场安装。近代中国具有代表性的钢铁架构水塔有上海新开河水塔（1898 年）、天津水塔（1898 年）以及长春西广场水塔（1912 年），但由于我国钢材产量少且造价相对较高，铸造工艺及维护难度较大，导致近代中国水塔并未普遍采用这种构筑材料。

砖石构架水塔其塔身和水箱采用钢筋混凝土浇筑，外部筒身则更多的是用砖石等材质围合加以装饰。汉口水塔（1906 年）、皇姑屯火车站水塔（1923 年）以及沈阳千代田水塔（1928 年）等均为此类形式。可就地取材，施工和维修较为方便，能很大程度节省用料和时间，一般用于水箱容量较大或水塔高度较高的情况。其优点是造型美观、坚固耐用、建筑抗震性能较好。

2.3 水塔功能多样性复合结构

水塔在性能上除了能满足基本供水需求外，在不断发展的过程中也逐渐衍生出消防、警示、勘察以及照明等多种功能。由于这些功能对水塔空间有更高的要求，因此综合性功能水塔主要为筒壁式水塔，通过对水塔局部的细节设计来完善各个功能的配置。

水塔建筑一般为当地较高的建筑物，因此将眺望台设计在建筑顶部。眺望台一般有两种形式：一种是在顶部天台设计钟罩形四面镂空样式，便于全方位、不同视距的观察；另一种则是在建筑上部侧面挑出一部分空间进行瞭望。另外，在水塔瞭望台上还会设计警铃，当遇到火灾或暴乱等危急情况时，警铃则会鸣响加以警示。

3 近代汉口水塔建筑风格与构筑特点

3.1 拼接式英伦建筑风格

汉口水塔的设计师英国人穆尔（Moor）在对水塔进行设计时仔细研究了中国各类传统建筑和传统文化，于是将水塔设计成了中西风格合璧的样式。在设计风格上采用优雅、高贵的英伦风格，强调建筑的艺术感与独立性，同时又包含了中式建筑的古典与庄重。在整个立面的装饰设计上，建筑的每个面、每一层都有两扇平行的长窗，并配有与之相呼应的装饰线条加以强化。排列有序的长窗不仅对水塔建筑整体起到了装饰性的作用，并且为建筑内部提供了良好的采光与通风功能。在建筑顶层采用中式檐口线条加以强化，增加立体感。在水塔顶部天台的处理上，围墙采用凹凸式线条，使建筑的轮廓感更清晰，有英伦城堡的象征性。

汉口水塔在色彩的处理上通过不同类型的石材进行结构拼接，形成色彩层次对比，给人较强的视觉冲击力。在建筑装饰材料的选择上，底部一层由麻石垒砌而成，二层及以上由清水红砖砌筑。这两种砖石材料是在近代汉口工业建筑物上较为常见的构筑材料，极具时代与地域的代表性特征。水塔共计6 层，在塔体上共计使用了3 049 块麻石，18 387 块红石以及砖料约1 143 890 块[5]。随着时代的发展，汉口水塔逐渐在近代成为具有城市里程碑性质的建筑，同时也具有地标性作用。

3.2 八卦式筒状建筑造型

汉口水塔采用最常见的筒状造型，占地面积共计350 m2，高度约为41.32 m，整个建筑的面积为2 120 m2，层高为7 层。整体塔形为正八边形，与既济卦中的八卦相呼应，各边均长8.2 m，其数字8 也为大吉之数。在顶层建有钟楼用于瞭望、勘查，其1 ～5 层层高均为5.5 m 左右，由于第6 层铺设水箱以及第7 层设置钟楼的缘故，第6 层高8.8 m，钟楼高为4.5 m。

水塔有8 个角、8 个面，其中央是中心柱，每个角有一根嵌于塔体的角柱，每个面的中间有一根嵌于塔体的面柱[6]。内部从上至下每一层都由中心柱发散延伸出8 个分支，呈伞形向上层起到支柱作用。水塔内的楼梯共有198级，整体呈螺旋式上升状。内部台阶、楼梯转角处都采用钢板打底，铺设木板后用铆钉构筑而成，整体设计更为安全牢固。

3.3 钢木混合式建筑构造

汉口水塔的基础部分是由原有地基和建筑结构基础组成，原有的地基部分是指最底部的土地基层。其承受着整体建筑的负荷。建筑结构基础是对整体建筑结构承重负荷的部分，其组成部分主要有混凝土整版基础、锥形扩大基础以及系杆连接的混凝土柱[5]。水塔的建筑结构基础为上部的水箱以及楼板结构提供支撑，再将整体的负载传递给最底层的塔底地基。整个基础结构部分对材质的密度和质量有较高的要求，大部分都采用钢筋混泥土与木质材料相结合的方式。

在水塔的中心支撑部分则采用了大量的钢制立柱，水箱高21英尺9英寸（约6.63 m），直径为57 英尺（约17.37 m）。在最核心的水箱部分采用两层厚度为0.5 英寸（约1.2 cm）的钢板用铆钉拼接而成，其厚度约为2.5 cm，并在水箱的附近铺设有共3 条直径均为8 英寸（约20.3 cm）的水管，分别为进水口、出水口及溢水口，也是整个水塔水利作业中的重要组成部分。

4 结语

近代中国水塔建筑作为近代工业建筑遗产的重要组成部分，随着历史的变迁，其功能性早已不复存在。但水塔建筑作为工业建筑遗产的历史性及其工业建筑设计的特征却仍有很大的研究、借鉴价值。建筑的发展变化同时也从侧面反映出人们的生活水平、设计审美以及社会变迁等。通过对其发展历史、造形结构、建筑材料等多维度的分析，不仅能够更深了解近代中国工业建筑，也有利于对于这些工业遗产进行修复改造与再利用，给予它们新的时代意义。