近代水塔建筑特征淺析
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摘要：文章以近代中國水塔建筑為研究對象，分析水塔的歷史、發(fā)展、建筑構(gòu)造以及材料等相關(guān)內(nèi)容。尤其分析了漢口作為近代城市地標性建筑的水塔，揭示其在近代工業(yè)建設和城市建設的建筑地位。
關(guān)鍵詞：工業(yè)建筑；近代中國水塔；歷史建筑
水塔作為近代中國工業(yè)建筑的重要組成部分，極大程度促進了中國水電事業(yè)的進步，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性特征，其建筑構(gòu)造本身也蘊含著深厚的藝術(shù)文化。
1近代中國水塔溯源
1.1近代中國水塔建筑概況
近代中國工業(yè)技術(shù)的進步與社會經(jīng)濟的發(fā)展使得城市中工業(yè)用水與生活用水需求逐步增加。通過人力運輸?shù)姆绞皆隗w量上遠遠滿足不了人們的需求，而且隨著市民衛(wèi)生意識的提高，使用明礬作簡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)同外國租界商人、民族工商業(yè)人事協(xié)同督辦，在城市中設立水廠，引進自來水設施，提供給人們衛(wèi)生的自來水，并滿足各類工廠的工業(yè)用水需求。由英國設計師哈特設計，1883年設址于上海楊浦區(qū)楊樹浦路830號的上海楊樹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最早的水塔。隨著近代工業(yè)的逐步發(fā)展，全國各地陸陸續(xù)續(xù)涌現(xiàn)出越來越多的水塔建筑，其中不乏極具代表性的漢口水塔（1906年）、長春西廣場水塔（1912年）、北港水塔（1930年）以及沈陽萬泉水塔（1935年）等。據(jù)資料統(tǒng)計，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、長春等地。
1.2近代中國水塔結(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個重要部件構(gòu)成，同時還設有水壓、水位控制裝置、照明及避雷設備、進出水管以及檢測設備等附屬設施[1]。水塔的這些基本部件對其結(jié)構(gòu)與造型設計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)是整個水塔最底部的構(gòu)建，為整個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，設計時根據(jù)水塔高度、儲水箱體積、力學上的載荷大小、場地受力條件以及塔身結(jié)構(gòu)而定。在水塔的設計中較為常見的幾種基礎(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立式塔基等。1.2.2水箱形態(tài)分析。水箱實際上是一個設立在建筑內(nèi)部較高空間位置的儲水設備，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水量和受力方式不同，對施工工藝及塔身的支撐結(jié)構(gòu)也有相應的要求，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算進行綜合考量。1.2.3塔身結(jié)構(gòu)分析。塔身是整個水塔最重要的支撐穩(wěn)定構(gòu)建，整個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力荷載，因此在塔身的設計上要充分考慮其力學上的承載及穩(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江里的水通過肩挑或手提的方式進行運送。這種方式的局限性是遠離水源的居民只能依靠挖掘水井、水塘的方式，或采用簡易的“自來水機器”取水，不能滿足居民的日常生活需求，造成諸多不便。因設備的局限性與安全性，其所產(chǎn)的水量仍遠遠不夠所需量，且水質(zhì)較差，只能達到工業(yè)用水的標準[3]。因此，浙江商人宋煒臣提出“火災頻繁，施救乏術(shù)”，在1890年創(chuàng)辦漢鎮(zhèn)既濟水電股份有限公司，建立漢口水塔。水塔從建筑造型到結(jié)構(gòu)形式均由英國工程師穆爾設計，廣榮興營造廠承建，于1909年8月竣工。作為水廠的配置設施，漢口水塔所承載的功能也在不斷豐富。除供水、消防的社會功能外，對其的維護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，建筑造型的設計、地理位置的優(yōu)越性也成為后來軍事布局的一部分。各種功能的層加累積，漢口水塔最終成為整個城市的歷史見證與符號印記。
2近代中國水塔造型特征
2.1水塔結(jié)構(gòu)造型多樣
近代中國與西方國家相比工業(yè)起步較晚，在水塔設計的造型和工藝上與西方國家有所差距，但是通過不斷地研究、學習、摸索，也逐步形成了一套適合中國工業(yè)發(fā)展且較為完整的設計體系。近代中國水塔造型結(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早期較為常見的造型樣式，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單，適用于施工期限短或需求較為急切的場地。近代中國各地的該形式水塔都不盡相同，并隨著設計審美的不斷發(fā)展，采用得越來越少。2.1.2倒錐殼水塔。倒錐殼水塔是一種在我國并不常見的造型樣式，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。這種形式對用材的種類與數(shù)量都沒有太大的需求，能夠達到節(jié)省材料和降低造價的目的。但這種形式整體支撐結(jié)構(gòu)體系較為薄弱，對穩(wěn)定性設計有很高的要求，其技術(shù)并不成熟，且對于施工工藝也有很高的規(guī)范要求，因此在近代中國的水塔設計上使用頻率并不高。2.1.3筒壁式水塔。筒壁式水塔整體造型輪廓為柱式，是近代中國較為常見的水塔形式。由于筒壁用材與受力結(jié)構(gòu)導致其所能承受的側(cè)壓力較弱，進而導致整體支撐結(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，加上筒倉本身高度的優(yōu)越性，在設計時對其內(nèi)部空間進行垂直分割，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
近代中國水塔的構(gòu)筑材料多樣，從最早的鋼鐵構(gòu)筑模式到后來20世紀初磚石構(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，整個水塔都采用鋼材，制作工藝相對簡單，可在工廠預制后現(xiàn)場安裝。近代中國具有代表性的鋼鐵架構(gòu)水塔有上海新開河水塔（1898年）、天津水塔（1898年）以及長春西廣場水塔（1912年），但由于我國鋼材產(chǎn)量少且造價相對較高，鑄造工藝及維護難度較大，導致近代中國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）以及沈陽千代田水塔（1928年）等均為此類形式?？删偷厝〔?，施工和維修較為方便，能很大程度節(jié)省用料和時間，一般用于水箱容量較大或水塔高度較高的情況。其優(yōu)點是造型美觀、堅固耐用、建筑抗震性能較好。
2.3水塔功能多樣性復合結(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，通過對水塔局部的細節(jié)設計來完善各個功能的配置。水塔建筑一般為當?shù)剌^高的建筑物，因此將眺望臺設計在建筑頂部。眺望臺一般有兩種形式：一種是在頂部天臺設計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行瞭望。另外，在水塔瞭望臺上還會設計警鈴，當遇到火災或暴亂等危急情況時，警鈴則會鳴響加以警示。
3近代漢口水塔建筑風格與構(gòu)筑特點
3.1拼接式英倫建筑風格
漢口水塔的設計師英國人穆爾（Moor）在對水塔進行設計時仔細研究了中國各類傳統(tǒng)建筑和傳統(tǒng)文化，于是將水塔設計成了中西風格合璧的樣式。在設計風格上采用優(yōu)雅、高貴的英倫風格，強調(diào)建筑的藝術(shù)感與獨立性，同時又包含了中式建筑的古典與莊重。在整個立面的裝飾設計上，建筑的每個面、每一層都有兩扇平行的長窗，并配有與之相呼應的裝飾線條加以強化。排列有序的長窗不僅對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功能。在建筑頂層采用中式檐口線條加以強化，增加立體感。在水塔頂部天臺的處理上，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不同類型的石材進行結(jié)構(gòu)拼接，形成色彩層次對比，給人較強的視覺沖擊力。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)建筑物上較為常見的構(gòu)筑材料，極具時代與地域的代表性特征。水塔共計6層，在塔體上共計使用了3049塊麻石，18387塊紅石以及磚料約1143890塊[5]。隨著時代的發(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，同時也具有地標性作用。
3.2八卦式筒狀建筑造型
漢口水塔采用最常見的筒狀造型，占地面積共計350m2，高度約為41.32m，整個建筑的面積為2120m2，層高為7層。整體塔形為正八邊形，與既濟卦中的八卦相呼應，各邊均長8.2m，其數(shù)字8也為大吉之數(shù)。在頂層建有鐘樓用于瞭望、勘查，其1～5層層高均為5.5m左右，由于第6層鋪設水箱以及第7層設置鐘樓的緣故，第6層高8.8m，鐘樓高為4.5m。水塔有8個角、8個面，其中央是中心柱，每個角有一根嵌于塔體的角柱，每個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，整體呈螺旋式上升狀。內(nèi)部臺階、樓梯轉(zhuǎn)角處都采用鋼板打底，鋪設木板后用鉚釘構(gòu)筑而成，整體設計更為安全牢固。
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荷。建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是對整體建筑結(jié)構(gòu)承重負荷的部分，其組成部分主要有混凝土整版基礎(chǔ)、錐形擴大基礎(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，再將整體的負載傳遞給最底層的塔底地基。整個基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部分對材質(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6.63m），直徑為57英尺（約17.37m）。在最核心的水箱部分采用兩層厚度為0.5英寸（約1.2cm）的鋼板用鉚釘拼接而成，其厚度約為2.5cm，并在水箱的附近鋪設有共3條直徑均為8英寸（約20.3cm）的水管，分別為進水口、出水口及溢水口，也是整個水塔水利作業(yè)中的重要組成部分。
4結(jié)語
近代中國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)建筑設計的特征卻仍有很大的研究、借鑒價值。建筑的發(fā)展變化同時也從側(cè)面反映出人們的生活水平、設計審美以及社會變遷等。通過對其發(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工業(yè)建筑，也有利于對于這些工業(yè)遺產(chǎn)進行修復改造與再利用，給予它們新的時代意義。
作者:任康麗 劉怡 單位:華中科技大學建筑與城市規(guī)劃學院
