关于水工建筑设计与施工特点探析
时间：2022-12-07 21:35:03 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
梁宇斌
汕尾市水利水电建筑工程勘测设计室 广东汕尾 516600
在如今社会经济发展迅速，为了满足社会生产的需要，为人们创造良好的生活环境，各类水利水电工程的建设规模逐步扩大。其中，水工建筑的设计和施工会受到复杂环境的影响，因此需要充分结合现代设计理念和施工工艺，制定科学的方案。尤其是在现代社会发展理念和背景下，水工建筑工程的设计施工还需要考虑环境保护、生态平衡等方面的要求。所以，有必要针对水工建筑设计及施工特点进行深入的分析。
1.1 水工建筑设计
水工建筑设计主要是指针对水工建筑选址、基础、结构、抗震等方面进行设计的过程，是水利水电工程前期筹备阶段的关键环节。设计思路及方案决定了工程的选址及建造方式，同时对其质量及功能的发挥也会产生重要影响。和其他建筑工程设计存在差异的是，水工建筑设计涉及到复杂的自然环境，尤其是水环境的影响，意味着水工建筑设计需要充分考虑地质地貌、水文条件，对随之而产生的渗水、侵蚀问题进行预防。水工建筑设计是一个对现场岩土勘察质量要求非常高的过程，需要参考大量反映现场地层结构、地貌、地形、水文条件的真实信息。唯有提升水工建筑设计质量，才能为后续的施工乃至工程价值的发挥打好可靠的基础[1]。
1.2 水工建筑施工
水工建筑施工是基于工程设计方案开展的建造施工活动，其一般包括基础施工、结构施工、防护加固施工等环节。多数情况下，为了更好的利用水资源，水工建筑项目的施工现场都位于环节复杂的地区，无论是复杂的地形地貌，还是控制难度高的环境因素，都会给施工造成巨大干扰。水工建筑施工通常涉及到大量先进的现代工程建设技术和工艺，同时由于对构筑物抗压能力、抗震能力的高要求，水工建筑施工用到的工程材料质量也十分关键。这要求施工单位从施工技术、材料到施工管理等多个方面做好组织协调和质量控制，以提升水工建筑质量和可靠性，便于其进一步发挥工程价值。
2.1 建造环境复杂
前文提到，水工建筑项目的主要功能在于通过改造相关地区的地形、地貌或水文条件，以便更好的利用水资源，或是达到防灾减灾目的。因此，多数情况下的水工建筑选址都在复杂的自然环境中，这些地区具有复杂的地形地貌，同时涉及到河流、湖泊乃至海洋等复杂的水文环境。从设计的角度来讲，复杂环境意味着无论是项目的结构稳定性分析、受力分析都会受到大量干扰因素的影响，如果考虑存在欠缺，都会影响项目质量[2]。从施工的角度来讲，一方面这些工程施工地都位于比较偏远的地区，无论是工程材料还是设备的应用都存在局限性；
另一方面，多数水工建筑工程施工规模大，不同阶段的施工环境也存在巨大差异，无论是质量控制还是安全管理都面临着诸多风险。
2.2 工艺复杂
由于水工建筑规模大，并且需要在水环境中长期发挥作用，因此在设计施工方面需要用到大量复杂的技术工艺。由于现代水工建筑工程相关技术工艺发展迅速，部分项目可能涉及到新旧技术工艺的应用，对整个项目的技术管理、组织计划及施工管理等方面都提出更高的要求。在实际施工中，如果存在技术工艺标准不合理、工艺质量不达标的问题，都可能会对项目的施工质量产生严重影响。值得一提的是，部分项目由于施工环境复杂，大型机械设备无法进入，如何平衡好机械工艺技术和人工技术之间的关系，也是相关设计施工单位需要考虑的。
2.3 人员管理问题
由于水工建筑工程施工周期长、建造难度高、施工环境条件恶劣，无论是设计人员还是施工人员都需要面临较大的工作压力。这意味着项目组在人力资源管理、人才引进以及组织设计方面面临着一些困难，尤其是对掌握现代水利工程知识、技术的人才利用，关系到整个项目的施工质量、进度及安全性。但是，目前部分水工建筑工程项目单位在组织设计、人员管理方面存在着一些问题，导致现场协调性不足、工作人员积极性不高，施工质量、效率得不到有效保障。
3.1 建立宏观及系统化的设计理念
显然，水工建筑与社会生产、民生工程、生态保护等多方面都有重要的联系，同时其建造施工会对地区环境产生巨大的影响[3]。所以，关于水工建筑的设计需要设计单位建立宏观的设计理念，从多个角度对项目选址、建造方式进行综合考虑，再从时间线的角度，对具体施工过程进行动态化考虑，明确各个环节的设计细节。同时，为了更好的发挥水工建筑的作用，还需要从项目施工到项目运行两个环节，做好系统化的考虑。例如，除了考虑水工建筑大坝、泵站的设计以外，还要考虑项目正式投运之后涉及到的员工宿舍、食堂等建筑区域的设计。基于多方面的动态考虑，可以优化设计方案，提高资源利用率。另外，现代社会发展关于生态保护及可持续发展的理念有越来越高的要求，而水工工程作为会对区域生态环境造成影响的项目，更需要设计单位建立良好的生态理念，在降低环境影响的基础上，同时发挥水工建筑项目的生态价值。例如，在进行水电站大坝的设计时，需要对河流上下游足够广的区域进行环境勘察，明确周边地形地貌、植被、水文条件、生物条件等方面的情况，然后结合现代技术，对大坝建设的生态影响情况进行模拟分析。基于此，在大坝建造选址、结构造型、配套设施的设计，以及库区生态保护、生态恢复等方面进行科学考虑，使工程项目的建设具有良好的生态性。
3.2 优化项目建筑布局
如今水工建筑工程的功能越来越复杂，尤其是后期运维方面的要求越来越多，无论是单体建筑还是多个建筑的空间布局都很有讲究。为此，水工建筑设计单位需要结合现场环境情况和项目规划要求，对水工建筑进行科学布局。在此基础上，还要综合考虑水工建筑涉及到的抗震、消防安全要求及标准，确保项目建设达到国家相关规定。另外，进行建筑布局时，还要考虑水工建筑后期运行、管理方面的需求，在安全管理、消防管理、内部交通等方面，为建筑的后期运行管理提供便利。
3.3 强化结构安全及抗震设计
水工建筑通常需要建造在涉水的复杂地形之中，一方面其本身要适配复杂的地形条件，另一方面其要能够承受蓄水带来的直接荷载、次生荷载以及长期水流侵蚀产生的影响。如果水工建筑设计及施工存在质量问题，很容易导致建筑出现开裂、沉陷等问题，严重时还会出现垮塌、溃坝等严重事故。而一旦水工建筑出现问题，将会给大范围区域内人民的生命财产安全产生严重威胁。因此，在水工建筑设计中，安全设计是重中之重。具体来讲，水工建筑的安全设计，一方面要确保其能够承受自重和外部环境施加的荷载，另一方面其要能够抵抗水荷载以及地震、山体滑坡带来的冲击。
例如，在地基设计方面，要充分考虑水工建筑所在地区的地层结构、岩层年龄及地震风险。基于此，如果存在蓄水需求，还要考虑蓄水体量产生的荷载，以及因此可能诱发的库区地震。然后，结合地质构造，做好基础设计。比如某些地区存在大量的软土地基，则需要采用灌注桩或群桩的地基结构方式，提升水工建筑基础稳定性。值得一提的是，通常以地下部分为主体的水工建筑结构具有更好的稳定性和抗震性。这主要是因为建筑物的基础和稳定的岩层能够形成可靠的整体，其力学稳定性和抗震能力更强。在结构设计方面，需要考虑建筑物的功能特征，结合现场地形条件，选择合适的构造方案。在整体结构设计期间，还需要结合多方面考虑，对水工建筑进行抗震加固设计。该环节的主要目的是，采取一些额外的工程配置或工艺，进一步提升构筑物的稳定性和耐用性。
4.1 需要充分考虑环境因素，做好组织设计
水工建筑的施工场地环境复杂，在施工前要对勘察报告进行全面详细的了解，结合图纸及现场考察制定科学的施工方案。考虑到施工环境的复杂性，需要利用BIM技术模拟的可视化三维图纸，对现场地形地貌、植被分布情况及水文条件进行评估，进而做好整个施工流程的安排。基于此，由设计、施工负责人、技术负责人、监理等牵头，做好图纸及施工方案审核，完成技术交底，明确施工过程的技术标准和风险因素。基于全方位的风险识别体系，制定有效的风险规避及应对措施，并将责任落到实处[4]。在此基础上，对施工技术、材料、设备、人员等进行优化配置，做好整个施工项目的组织安排，为正式施工的质量控制、安全管理等打下可靠基础。
4.2 要重视设备材料管理，保证施工现场秩序
水工建筑工程施工规模大、对环境的影响也比较大，施工中需要用到大量的设备、工具、材料，这意味着施工现场的管理十分重要。为此，施工单位需要充分结合设计图纸及施工计划，对各个环节需要用到的设备、工程材料进行合理安排，加强施工现场管理。设备方面，要根据施工计划和质量要求，严格要求相关人员持证上岗，结合现场条件及施工安排，做好设备的协调。对工程材料的进场进行管理，严格做好材料质量的检查和规范管理，避免质量不达标或存在变质的材料应用到具体施工中。针对现场的人员管理，要协调好各个分项工程及施工环节的关系，明确施工计划和质量控制要点，做好施工过程的人员监督。
4.3 重视抗震加固施工，提高防水质量
水工建筑工程的施工中，抗震加固和防水施工是非常关键的环节，需要充分结合设计图纸，确保这些施工项目质量达到要求。抗震加固方面，需要协调好施工机械及材料，在水工建筑基础、结构部分做好抗震分析，结合混凝土浇筑、钢筋混凝土桩等方式，进一步提升建筑结构的稳定性和可靠性。在防水施工方面，需要对存在液化风险的位置进行混凝土浇筑，在工程结构表面采用防水砂浆喷涂的方式，提高结构的防渗防水性能，减少水对结构质量的影响。另外，在进行抗震加固及防水施工时，需要借助现代无损监测技术，判断结构体内部是否存在损伤及病害风险，及时进行处理，杜绝相关隐患。
综上所述，水工建筑是现代水利水电工程的核心部分，其具有环境影响大、设计难度高、施工工艺复杂等特点。这要求设计单位充分考虑拟建地址现场地质条件、地形地貌以及水文条件，同时还要兼顾社会发展、生态环保等方面的需求，进而完成系统化的宏观设计方案。基于此，要组织协调各方面资源，利用现代技术，建立符合现场实际情况的施工管理体系，明确施工过程的质量控制要点，结合严谨的组织协调及施工现场管理，提高水工建筑的施工质量。
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