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[摘要]為應(yīng)對全球氣候變化，解決海洋資源利用、海洋生態(tài)保護(hù)等問題，捍衛(wèi)國家主權(quán)，文章對軟著底式海上建筑設(shè)計(jì)從建筑規(guī)模、空間形式、分層設(shè)計(jì)系統(tǒng)等方面進(jìn)行可行性研究，分析了幾種技術(shù)運(yùn)用，具有一定的價(jià)值與效益。

[關(guān)鍵詞]軟著底；海上建筑；海洋資源；空間設(shè)計(jì)

我國既是陸地大國，也是海洋大國。近年來，隨著我國綜合國力的顯著提升，海洋開發(fā)能力取得了長足的進(jìn)步。在中共中央政治局第八次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)：“要進(jìn)一步關(guān)心海洋、認(rèn)識海洋、經(jīng)略海洋，推動(dòng)海洋強(qiáng)國建設(shè)不斷取得新成就[1]。”在2016年，國務(wù)院正式出臺了《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》，國家科學(xué)技術(shù)部對此進(jìn)行了詳細(xì)的解讀與分析，《規(guī)劃》中強(qiáng)調(diào)，要加強(qiáng)海洋技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和戰(zhàn)略研究，提高海上空間的可用性，捍衛(wèi)國家領(lǐng)土安全，最有效地利用海洋資源[2]。海上建筑，就是拓展海洋空間的一項(xiàng)有益嘗試。

1客觀環(huán)境

1.1自然環(huán)境

1.1.1氣候變化引發(fā)的問題

氣候變化是全球重大環(huán)境問題。由于人類活動(dòng)而排放的二氧化碳等氣體，導(dǎo)致全球平均溫度升高，全球氣候變暖。冰川融化，海平面上升引起洪澇災(zāi)害，對居住在沿海地區(qū)的人類生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。為了沿岸防護(hù)堤壩的能力，不得不提高工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，增加工程項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)投入。同時(shí)，海岸后退，土地鹽堿化。對耕地是一種極大破壞。河口的海水入侵，增加排污難度，破壞生態(tài)平衡。

1.1.2海洋資源的利用

我國海洋資源豐富，擁有海參、鮑魚、扇貝、海膽等品種豐富的海珍品。根據(jù)2011年國家海洋局公布的《海域使用公報(bào)》顯示，我國可利用的漁業(yè)用海面積達(dá)163萬hm2，已確權(quán)開發(fā)63萬hm2[3]。潮汐能等水力能源以及風(fēng)能等其他海洋能源均可以發(fā)電，這些綠色環(huán)保的可再生能源開發(fā)前景十分廣闊。另有錳結(jié)核、深海油氣、熱液礦床等海底資源。

1.1.3海洋生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)

良好的海洋生態(tài)系統(tǒng)有利于人類的生存發(fā)展，但海洋不合理捕撈、灘涂不合理開發(fā)、珊瑚礁被人為破壞、濫伐紅樹林是對海洋生態(tài)系統(tǒng)的破壞，危害海洋生態(tài)平衡。要保護(hù)紅樹林、珊瑚礁、濱海濕地、海島、海灣和漁業(yè)水域等典型的海洋生態(tài)系統(tǒng)，整治和恢復(fù)具有重大經(jīng)濟(jì)和社會價(jià)值的海洋生態(tài)。

1.2政治環(huán)境我國面臨南海島礁和釣魚島主權(quán)爭端的政治環(huán)境。目前，在加強(qiáng)危機(jī)意識與國家軍事實(shí)力的同時(shí)，我們有權(quán)利保護(hù)和利用豐富的海洋資源，這也具有重要的戰(zhàn)略意義。國家主權(quán)和領(lǐng)土完整是我們的核心利益，我國政府多次表明立場：在捍衛(wèi)國家主權(quán)和領(lǐng)土完整方面絕不會讓步。中國應(yīng)創(chuàng)造條件宣誓國家主權(quán)。

2建筑設(shè)計(jì)策略

2.1建筑規(guī)模

軟著底式海上建筑面積可建到1km2，可看作微型城市，半徑可達(dá)500余米。設(shè)計(jì)公共區(qū)域、后勤區(qū)域、交通區(qū)域等面積0.5km2；設(shè)計(jì)居住區(qū)域面積約為0.5km2，人均居住面積初步確定為30m2/人，可容納近16000多人。

2.2空間形式

海上建筑采取軟著底式，軟著底技術(shù)是利用海水的浮力使海水建筑物輕輕落在海底表面。一般來說，建造方式有固定式和全浮式2種。固定式能抵御風(fēng)浪，但是由于建筑和海底連為一體、牢牢固定，一旦發(fā)生地震等災(zāi)害，破壞和損失將十分嚴(yán)重；全浮式能減輕地震災(zāi)害的影響，但不穩(wěn)定，易為風(fēng)浪所擾。軟著底式結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，并不死死固定在海底，也不飄動(dòng)，既能降低地震等災(zāi)害的危害，也具有相對的穩(wěn)定性，通過對底部艙體（可置于建筑主體之外）注水、排水增大或減小建筑的重力與浮力之差，提高建筑在各類天氣下的穩(wěn)定性[4]。

2.3分層設(shè)計(jì)系統(tǒng)

2.3.1水上系統(tǒng)

海上建筑的水上系統(tǒng)是人類的生活區(qū)，需要完善的生活配套措施，為居住、生活、工作在此的人群提供立體服務(wù)平臺。如五星級酒店、服務(wù)式公寓、國際教育、國際醫(yī)院等配套，實(shí)現(xiàn)了全方位、多樣的人性化需求。海上片區(qū)建立開放型社區(qū)，人、社區(qū)與海洋和諧共處，采用軟性綠籬等作為社區(qū)圍合結(jié)構(gòu)。海上世界的商業(yè)活動(dòng)圈、居住活動(dòng)圈、公共開放空間活動(dòng)圈的服務(wù)范圍覆蓋了周邊的大片地區(qū)，社區(qū)內(nèi)大多數(shù)日常需求都可通過幾分鐘步行實(shí)現(xiàn)[5]。

2.3.2水下系統(tǒng)

針對水下仍有大部分可利用空間的情況，可將海上淡水處理和能源供應(yīng)2個(gè)系統(tǒng)置于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并充分吸收太陽能。海上建筑需要1套與陸地相連的管道系統(tǒng)，溝通與陸地的連接。輸送到陸地的不僅有自己多余的工農(nóng)產(chǎn)品、海產(chǎn)品、能源資源，當(dāng)然也包括待處理的垃圾廢物。海上城市產(chǎn)生的垃圾中的有機(jī)物可以轉(zhuǎn)化為附近漁場所需養(yǎng)料。

3技術(shù)運(yùn)用

3.1結(jié)構(gòu)選型

軟著底式海上建筑采用預(yù)制裝配技術(shù)，中部貫穿建筑上下的“核心筒”采用分區(qū)域柔性連接方式，內(nèi)部設(shè)置豎向電梯區(qū)方便使用人群到達(dá)各功能區(qū)，管線鋪設(shè)區(qū)以滿足底部浮力艙注排水和各區(qū)域用水用電，建筑主體部分采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)，各區(qū)域整體在陸地上制作完成后沉入水底由下至上與“核心筒”進(jìn)行組裝并保證結(jié)構(gòu)密閉性[6]。

3.2波浪能利用技術(shù)

海洋可再生能源利用最常見的是潮汐能電力生產(chǎn)，除此之外，波浪能也是發(fā)展速度最快的一種能源。波浪能的產(chǎn)生得益于海水重力與海風(fēng)的相互作用，形成具有規(guī)律性、周期性的能量波，波浪能的大小與波高的平方和波動(dòng)水域的面積成正比例。波浪能轉(zhuǎn)換裝置可以將海水的波浪能轉(zhuǎn)換為電能，今天，應(yīng)用最廣泛的有蓄水波浪能發(fā)電、液動(dòng)式波浪能發(fā)電和氣動(dòng)式波浪能發(fā)電等，其中，氣動(dòng)式波浪能轉(zhuǎn)換器能穩(wěn)定地將波浪能轉(zhuǎn)換成氣流能，并儲存起來，以推動(dòng)空氣渦輪機(jī)發(fā)電[7]。

3.3抗風(fēng)浪技術(shù)

由于氣候因素或地質(zhì)活動(dòng)因素，海面上經(jīng)常會掀起巨大的海浪，海面以下也會產(chǎn)生巨大的能量，這對海上建筑的安全性造成潛在的威脅。軟著底式海上建筑在結(jié)構(gòu)上除了于部分節(jié)點(diǎn)處采取柔性連接抵消海浪對建筑產(chǎn)生的影響外，通過增大建筑底部壓艙重量穩(wěn)定建筑主體，并且在建筑近海面部分模擬睡蓮葉片之間的組織方式，于主體建筑周邊設(shè)置多層環(huán)形抗海浪“堤壩”，裝置為多孔狀且有一定厚度，層層消減海浪對建筑的影響。

3.4污物處理

循環(huán)利用技術(shù)根據(jù)污染物性質(zhì)不同，在建筑內(nèi)定義三處污染物回收點(diǎn)分別存放工業(yè)廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物、生活廢棄物。生活廢水可通過中水再利用技術(shù)供給工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及生活非飲用水用水；工業(yè)、農(nóng)業(yè)有害廢水使用技術(shù)手段進(jìn)行處理；不可降解和無法循環(huán)再利用的固體廢棄物通過物理技術(shù)手段壓縮，制造成建筑外圍的抗風(fēng)浪人工堤壩的使用材料。

4可能性價(jià)值與效益

顯而易見，海洋居住、活動(dòng)空間的開發(fā)，將大大緩解陸上城市的資源壓力，解決地少人多的矛盾，緩解住房、交通、醫(yī)療衛(wèi)生、耕地等資源短缺的局面。同時(shí)可作為旅游項(xiàng)目進(jìn)行開發(fā)，打造旅游特色品牌，吸引游客，增加旅游收入。海上建筑作為一個(gè)新興項(xiàng)目，必然帶動(dòng)新技術(shù)發(fā)展。我國由于海洋建設(shè)起步較晚，相關(guān)學(xué)術(shù)領(lǐng)域的研究還很不足，尚未形成一套完善的學(xué)科體系。海上建筑如果從圖紙上的設(shè)計(jì)到真正成為現(xiàn)實(shí)，將大大激發(fā)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶動(dòng)資源開發(fā)、環(huán)保、海上交通、海上建筑技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展。社會對海洋專業(yè)的人才需求也勢必會大大增加。除了海洋科學(xué)、海洋生物、海洋管理、海洋防腐等，將會更加豐富和細(xì)化，推動(dòng)社會的精細(xì)、精準(zhǔn)分工。

5結(jié)語

人類在取得巨大發(fā)展的同時(shí)，也造成了資源的消耗和環(huán)境的破壞。浩瀚的海洋為人類的可持續(xù)發(fā)展提供了廣闊的空間。在充分認(rèn)識海洋，利用海洋資源的前提下，利用高新技術(shù)建造海洋建筑，并帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，是利國利民的好事。同時(shí)，海上建筑也是一種海洋文化，能進(jìn)一步提升中華民族在海洋開發(fā)上的國際影響力。

參考文獻(xiàn)

[1].要進(jìn)一步關(guān)心海洋、認(rèn)識海洋、經(jīng)略海洋[EB/OL].

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[3]國家海洋局.海域使用管理公報(bào)[R].2011.

[4]黃嵐，陳正鵬，林東富.水面建筑的設(shè)計(jì)探索和研究———以疆海綠洲建筑結(jié)構(gòu)模型制作為例[J].江蘇建筑，2014(4):5-7+11.

[5]田永英，張峰.綠色建筑示范區(qū)規(guī)劃建設(shè)實(shí)踐———以深圳海上世界為例[J].建設(shè)科技，2015(7):31-36.

[6]趙英杰.海上民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2011(11):119-120.

[7]李永國，汪振，王世明，呂超.國外波浪能開發(fā)利用技術(shù)進(jìn)展[J].工程研究———跨學(xué)科視野中的工程，2014，6(4):371-382.

作者：陳正鵬；錢思宇；劉亞楠 單位：南京工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院