水利水电建筑设计要点分析与研究

代福顺，王治国

(成都大学电子信息工程学院)

随着世界经济高速发展和科技信息化的全球化进程，水利水电建筑领域的相关技术得到了迅速发展。水利水电建筑因其独有的功能性、安全性与艺术性的需求，在设计环节就应充分考虑各种因素，关注建筑本身的特征与实际使用的特点，结合所处环境进行科学性、功能性与艺术性三点并重的方案设计与构想。由张宏主编的《小型水工建筑物设计与管理》(中国水利水电出版社,2016年12月出版)一书，对我国水利水电工程中常见的小型水工建筑物(蓄水枢纽工程、取水枢纽工程、输水枢纽工程、水力发电工程、环境一体化工程和水土保持工程)的设计要点及运行维护管理进行了系统性的归纳与总结。该书在不同类型水利水电建筑设计的方案梳理和确定过程中讲求科学、严谨、效率，并通过实例参数演算为读者再现了设计过程的实际步骤，从方法上、工具上和思路上提供了重要的学习依据。全书共有6个章节，涵盖了挡水、泄水、小型水闸、渠系建筑、河道整治、堤防工程及坡面防护等数十种不同功能和环境的水利水电建筑的设计原理和基础运行知识，是水利水电建筑物设计中有关小型水利工程建筑分类较全、内容详尽、讲练结合、深入浅出的专业书，对于专业学习者及水利工程设计、施工、运行维护者来说是一本具有研究价值的书籍。该书具有以下特色：

一、内容具体，构建功能性与安全性的平衡

该书通过讲述数十种常见水利水电建筑的基础知识与发展概况，以及重点讲解不同建筑在设计时采用的策略与方法，详细阐述了相关数据、资料、公式及考虑要点之间的内在联系，帮助读者更清晰地明确设计水利水电建筑需要遵守的原则和策略要求。由于水利水电建筑所拥有的规模与形制不同、水利水电工程的功能需求种类较多、水利水电建筑一旦建成将在较长时期持续运行使用等特点，在设计的最初阶段，设计人员要清楚所设计建筑的温度、湿度、外力荷载、自重作用和环境风化等各种影响因素，再根据建筑的主要功能确定符合长期发展、呈现稳定性能的主体结构材料与结构参数。若在此环节出现问题，即使短期内问题不会显露，但在长期的使用与外力作用下，水利水电建筑单体势必会出现结构性问题，且后果不堪设想。通览全书可知，水利水电建筑往往是由不同的建筑单体所组成的一个系统，因此要充分考虑不同功能的建筑之间的关系与作用，将其设计在同一安全运行模式下，确保其安全平稳的运行。

从水利水电建筑本身而言，其功能性与工程艺术性决定了水利水电建筑与其他建筑的不同，以建筑为载体，从功能性彰显了水利水电建筑特有的传统水利工程艺术，同时运用现代建筑科技与创新理念将所处的环境特点与优势融入其中，向世人呈现独一无二的专业性建筑魅力，是生态环境与人文艺术的科技结晶。兼顾实用性、艺术性与安全性是所有设计者的目标，如何平衡这三者之间的关系，进行高质量的设计，是所有设计人员的追求。设计人员应站在业主角度充分理解项目意图，充分论证项目数据，提高设计整合能力和审美艺术性。在关键建筑部分体现功能与效率，在创新创意部分展现艺术表现力，通过技术性与艺术性的结合达到成本与效果上的平衡。该书着重强调了安全性这一重要基础，所有水利水电工程都是由国家投资建设，服务区域和当地人民，由于其功能性和安全性的特殊要求，所有设计方案的首要论证都应从安全性出发。

二、构思巧妙，实现环境与美学的精准融合

从古至今，从都江堰到红旗渠，所有传承至今的水利工程奇迹无一不是凝结历代工匠及劳动者的智慧结晶。今天回顾这些传承于世的水利工程本身，从布局到细节、从单体到连接、从功能到发展无一不是经过设计者精心策划与深度美学研究过的。中国水利工程的历史已有2000多年，其中所蕴含的民族精神与民族审美也应在未来更多的水利水电建筑的设计与规划中得到体现和传承发扬。同时，由于我国地域辽阔，地貌环境复杂，水利工程的设计更应将当地生态环境与人文特点进行有机地结合，凸显建筑设计与艺术表现魅力所在。

该书第四章、第五章从发展的角度来审视水利水电建筑物，以建筑体是否与周边环境形成共生和谐的统一发展关系为主要评判依据。因此，在设计中应严格判断所设计的建筑在风格和结构上是否能够与环境、景观、地理形成自然和谐的关系，即融合一体，协调共生。这一原则对设计者在技术专业以外的审美艺术性提出了更高的要求。同时，水利水电建筑与环境完美结合的设计，也将提高专业建筑体的功能效率。

美学元素是组成建筑本身的要素，而水利水电建筑设计是生态环境与人文环境的有机结合体，承载的是建筑的美。为此，每个水利水电工程都应当在继承传统水利工程艺术的同时，彰显现代水利工程艺术，进而优化工程沿线区域功能、弘扬工程建设历史文化、突出地域文化体系特征。水利水电建筑设计在建筑美学上提出了更高更新的要求，该书引导设计者进一步实现美学与建筑的巧妙融合。

三、内容全面，多角度阐述结构布局

该书第一章从设计整体布局和规划的角度阐述了当代水利水电工程所包括的多种功能性建筑，明确划分出了防洪工程、治涝工程、灌溉工程、供水工程和发电工程等。这些建筑体由于功能不同、所负担的拦、灌、阻、输、泄、积等工作各有不同，但它们之间的关系又十分紧密，需要设计者在整体规划布局时充分论证研讨并整体把控，利用不同建筑体之间的连接工程进行功能实现。其中又以拦水大坝、隧洞、发电厂房及变压站点的设计更为复杂，需要设计者通过项目功能参数与历史数据的比对，结合建筑物的结构与负荷进行精准测算。因此，在水利水电建筑的设计中，整体规划布局极为重要，对设计者来说，安全性、稳定性和前瞻性都是较高的挑战。

水利水电工程是个系统工程，涉及面广、内容项目较多。设计者在进行水利水电工程的总体规划布局时，需要充分考虑主体建筑单体和配套设施。除此之外，还应整合相关技术，充分调取历史数据，精准测算，力争在规划布局之初就打下良好的基础，为后续施工和投入使用奠定基础。该书提出管理区域、绿化区域及生活区域等配套建筑的选址、面积与风格应与总体规划相吻合，与周边环境形成良好的统一。

四、独树一帜，促进设计创新及成本控制的共赢

近20年来，我国在水利水电建筑的设计创新过程中，不断吸取世界水利工程发展成果与技术创新，尤其是在材料创新与结构创新等方面。伴随时代与科技发展的新趋势，未来水利水电建筑的伟大作品一定离不开顺应时代发展的新型材料、新技术的运用与实践。该书针对近几年广泛用于水利水电建筑设计中的新型高效防紫外线、隔离噪音、防眩光技术和仿真生态材料等一系列技术进行了讲述。通过近10年的借鉴与实践，我国已经尝试在实际工程中使用具备更高性能和特殊功效的新型材料，同时也在大胆使用一些具备环境特性的新型材料，这是水利水电建筑领域的突破。因此设计者应结合书中内容，不断充实专业领域的知识与认知，注重知识的及时更新和与国际行业接轨的能力。

在水利水电建筑设计中，投资成本是一个关键点，也是决定业主是否采纳方案的重要指标。在实际工程建设中，设计者要充分与需求方进行沟通，一方面可以更科学精准地规范设计，同时也能充分理解对方在投资预算方面的要求与限制。合理利用资源，充分保证总量、费用预算、业主能力，提升方案的整体经济性和安全性，杜绝过度设计、过度美化和重复功能是设计者帮助业主控制成本、降低费用的主要手段。同时水利水电工程往往会关系到民生、运营成本和收益回报，这也需要在设计时对成本进行有效的控制。因此对于水利水电建筑设计的研究与探索，众多水利水电专业人员与工程建筑设计人员秉承“与时俱进、创新开拓“的设计理念，在水利水电建筑设计作品的实用性、安全性、艺术性和传承性上不断实践与研究，创造出更多世界顶尖水平的水利水电建筑佳作。

“平衡”与“融合”，于文化代表了中国传统文化精髓，于建筑设计更多地体现了设计规划者对于需求与追求之间的终极追求。《小型水工建筑物设计与管理》一书中引用山东、山西、湖北和湖南等地多个中小水利水电工程建筑设计案例，从不同案例中我们能够深刻领悟所有水利工程设计无论工程量大小、等级高低，都需要设计者从现实出发，以严谨认真的专业态度、精准高效的专业技能、不断创新的开拓精神去实现整体方案的设计。书中所描述的经典设计案例的技术难点、要点讲解清晰，分析到位，提供了学习的典范。综上所述，水利水电建筑设计是项目成功与否的基石，值得专业人员与高校教育从业者从理念到实践充分研究与探讨，为加快我国在此领域的研究步伐提供源源不断的动力。