作者：韩晨平 Han Chenping 杨中举 Yang Zhongju
摘要：海洋建筑被视为未来建筑领域的一项重要趋势。该研究从海洋建筑的基本概念和不同类型出发,系统地审视了国际上海洋建筑的历史发展和现状。针对海洋建筑独特的环境条件、灵活性、耐久性以及对环境的低影响等七个方面,对国外海洋建筑的特点进行了深人研究。此外,还对国际海洋建筑的未来发展趋势进行了预测和展望,为我国海洋建筑设计与实践的未来发展提供了有益的参考。
关键词：海洋建筑 分类 特征 发展趋势
海洋建筑作为建筑领域的一个关键组成部分，在推动建筑业的改革与创新方面发挥着积极作用。对国际海洋建筑的分类和发展趋势进行研究，将有助于促进海洋建筑实践与理论的进一步发展。这种研究有望为海洋建筑的多样性和前沿性提供深入了解，从而激发创新思维并为未来设计和实施海洋建筑提供有益的指导。通过对不同类型的海洋建筑进行分类,可以更好地理解其在不同环境和用途下的特点和需求，从而推动设计方法和技术的不断创新。此外，对海洋建筑发展趋势的研究，有助于把握未来海洋建筑领域的前景，为相关产业和领域的规划和战略提供有益的参考。综上所述，国外海洋建筑的分类与发展趋势研究将在推动海洋建筑实践和理论的演进中发挥重要作用。
海洋建筑(Marine Building)指在海上、海底和海岸所进行的用于海洋生产、交通、娱乐、防护等用途的建筑工程,包括海港建筑、滨海电站建筑、海岸堤坝建筑、海洋隧道桥梁建筑、海上油气田陆地终端及处理设施建造、海底线路管道和设备安装,也包括其他相关房屋建筑。
海洋建筑与陆地建筑相比，由于其特殊的选址位置和海洋环境的特殊性质，需要具备不同的设计和建造要求。为了确保海洋建筑的稳定性、耐久性和安全性，必须考虑到海洋环境中基础的不稳定性、海水侵蚀、风暴等自然灾害的影响，以及建筑的使用功能和环境因素等多个方面的因素。此外,海洋建筑的法规和标准也相对较为特殊。设计和建造需要遵循国际海事组织等机构的规定，以确保海洋建筑的安全和环保性。因此，海洋建筑需要结合多个学科领域的知识和技术，如土木工程、材料科学与工程、船舶与海洋工程等,以推动海洋建筑的发展和创新。
2.1 国外海洋建筑的分类
国外海洋建筑有多样的形式，根据其基础结构类型可分为不同的类别，包括浮动式海洋建筑(Floating Platforms MarineArchitecture)、固定式海洋建筑(FixedPlatforms Marine Architecture)和柔性海洋建筑(Compliant Platforms MarineArchitecture)。
漂浮式海洋建筑的建筑底部没有支撑结构,完全依靠自身建筑的浮力来保证建筑的稳定性，并且会随着海水水位的变化进行适当的调整。相比于传统的陆地建筑,漂浮式海洋建筑可以随着水位和波浪的变化而移动，使它们能够适应不断变化的环境条件,具有更高的灵活性和适应性。另外,漂浮式海洋建筑可以在异地建造并运输到预定位置，与现场建造结构相比，这可以节省时间和经济成本,并且可以最大限度地减少对环境的影响。ANTHENEA(图1)是浮动式海洋建筑的典型案例之一。
固定式海洋建筑主要适用于海水较浅，海水流速缓慢的区域。与漂浮式海洋建筑相比,固定式海洋建筑通常需要更为坚固的基础结构来支撑建筑的重量并抵抗海洋环境的力量。其基座设计方法是通过支柱将海洋建筑的基座与海底相连，从而将建筑物永久地固定在一个位置。固定式海洋建筑的基础支撑形式可以采用桩、沉箱等方式。这种固定形式使得建筑物能够高度稳定,并且能够抵御海浪和洋流的影响，即使在最恶劣的天气条件下也能保持垂直和稳定。UNDER海底餐厅(图2)是固定式海洋建筑的典型案例之一。该建筑由长达34m、重量为1640t的混凝土管状结构组成，以25°的角度延伸出海面,并通过18个锚点,用螺栓固定在海底,以抵抗海水带来的压力和冲击。
柔性海洋建筑的基础采用柔性结构设计,旨在承受极端的海洋环境,特别是在深海应用中。这种柔性结构的设计旨在对波浪和风荷载作出弯曲和摆动响应,以减少环境载荷对建筑的影响。张力腿平台(TLP)是柔性基础的一种常见类型(图3)。TLP通常用于深海应用，它依靠一系列拉紧的钢缆或钢筋束来支撑平台,这种设计使得TLP可以自由响应环境载荷并调整其位置。
此外，海洋建筑还可以根据其与海面的位置关系进行分类,包括海上建筑、潜水建筑和海底建筑等。荷兰建筑师Koen Olthius设计的SeaPods住宅(图4)是一个典型的海上建筑。该建筑主体位于海面之上,拥有超过53.5m’的全景窗户,提供360°无遮挡的海景。它提供超过77.2m’的起居空间，分布在2.5层楼,包括一间主卧室、客厅、厨房、浴室和一个高出海面2.3m的露台。不仅如此，SeaPods的设计和建造还为海洋生物创造了一个自然栖息地，让它们能够占据和繁行，最终吸引海洋生物，形成一个繁荣的水下生态系统。
所处环境的特殊性是海洋建筑最突出的特点。海洋建筑的选址位置一般位于海洋环境中，相比于陆地建筑,需要面对高盐度海水、风浪、水压、潮汐和海流等环境因素，同时对于一些远离海岸的建筑，还需要解决能源供应和废弃物排放等问题。荷兰建筑公司Powerhouse Company在荷兰海港城市特丹建造了漂浮办公室(图5)。该建筑水上三层采用交叉层压木材(Cross LaminatedTimber,CT)建造而成。这种材料与混凝士相比，质量轻且更具韧性，能够更好地应对海洋环境。为了能让建筑更好地漂浮在水面上,Powerhouse Company使用15条驳船作为漂浮基础。并在驳船上设置了作为热交换器使用的管道系统，巧妙利用建筑位于水上的地利之便,引用港口的水源用于冷却、加热建筑内部，减少夏冬两季对电器的依赖，进而达到节能目的。
海洋建筑会因暴露于海水、阳光和海洋生物而被侵蚀，也会因波浪载荷、风载荷和其他环境因素引起的疲劳、开裂和变形，所以会对耐久性有着更高的设计要求。材料的合理选择、科学的设计与建造以及后期的维护与修理能够很好地提高海洋建筑的耐久性。迪拜的Kleindienst Group公司开发的Floating Seahorse别墅(图6)使用了海洋级混凝土( Marine-grade Concrete)。该混凝土是一种特殊设计和配比的混凝土，具有耐盐水侵蚀以及抗冲击和振动的特点，适用于在海洋环境中使用。并且该建筑采用了玻璃钢(Glass Reinforced Plastic,GRP)覆层进一步提高了建筑的耐久性。
海洋建筑由于与海洋环境的相互作用而具有独特的移动特性“。这种运动特性可分为被动和主动两类。被动机动性是指结构对海洋环境产生的动态载荷的自然响应，包括诸如起伏、摇摆、横滚、俯仰和偏航等运动。主动机动性是指结构响应海洋环境产生的动态载荷而控制其运动的能力。这可以通过主动控制系统、阻尼装置和推进器等各种机制来实现。Jerry Koza 和 Adam Jirkal设计的PORT X(图7)由有效载荷模块和浮桥两部分组成。有效载荷模块是PORT X的主体部分,提供了居住空间和设施。浮桥与有效载荷模块相连，承载并支持船屋的重量。它能够适应拖船的运动并保持PORTX的平衡，从而确保PORTX在移动过程中的稳定性。
海洋建筑由于其位于海洋中,有必要在能源和资源方面实现自给自足。它们可以使用可再生能源，例如风能、太阳能和波浪能。通过利用这些能源，海洋建筑可以自己发电，减少对外部能源的依赖"。此外,海洋建筑可以使用海水进行冷却和脱盐，从而减少对淡水资源的依赖。vanOmmeren-architecten设计的EnergyPositive漂浮别墅(图8)，主要由铝、玻璃、木材和钢材组成。温度通过屋顶上的PV面板保持，结合混凝土船体中的热泵，从水/室内温度的差异中收集能量，以创造源源不断的能量。
与传统的陆上建筑相比，海洋建筑有可能对环境产生较低的影响。这样做的原因之一是它们可以在异地建造并运输到最终位置，从而减少对周围环境的干扰。海洋建筑低环境影响性的另一个方面是需要结构对环境友好。这包括尽量减少海洋建设活动对海洋生态系统的影响，以及确保结构本身不会伤害海洋生物，并且尽可能地增加海洋生物的栖息地回。Baca Architects设计的澳大利亚水下探索中心(图9)主要由混凝土建造，配有由游艇制造商建造的轻型框架屋顶，在建筑物的正面，使用一种多孔的、具有生物感受性的材料来促进藤壶和藻类的生长，同时为了避免施工对所处环境的影响，该建筑将在附近的造船厂预制，然后被拖出并淹没在适当的位置。
海洋环境的恶劣性质给海洋建筑建造带来了挑战。施工人员必须应对海浪、风暴、潮汐、海底地质条件和海洋生物等不可预测的因素。这要求施工团队具备专业的海洋工程知识和经验，能够应对和适应海洋环境的变化。海洋建筑施工涉及一系列特殊技术，如打桩、沉箱沉井、海上吊装和潜水作业等。建筑师艾哈迈德·萨利姆(Ahmed Saleem)设计的THE MURAKA海底别墅(图10)，由海平面以上的空间和一个海底套房组成。海底套房需要用起重机吊将其放置在水中,并通过混凝土桩进行固定。海底别墅的建造还需要进行其他水下工作,如连接管道、安装设备和进行细节调整等，这需要专业的潜水人员来完成。
海洋建筑需要专门的设备才能正常运行并确保人员和操作的安全 该设备包括各种类型的起重机、绞车和起重机，用于提升和移动重型设备、材料和用品。海洋建筑通常还需要专门的通信和导航设备,例如雷达、声纳和卫星通信系统，以确保安全高效地运行。其他专用设备还包括消防设备、应急响应设备和安全设备,例如救生艇和个人防护装备"o1Shenzi TLP(图11)是位于墨西哥湾的海上石油和天然气生产平台，由上部设施和船体结构组成。Shenzi TLP远高于水面,会备有专业的起重设备把运输船上的物资提取到平台上,并且会设置停机坪便于直升机运送人员和紧急物资。
科学技术的不断突破、社会和经济的发展以及自然环境的变化，使得国外海洋建筑也迎来了更好更快的发展。下面将从六个方面展示国外海洋建筑的发展趋势。
国外海洋建筑的可持续发展趋势是由多个因素推动的。首先，人们逐渐认识到海洋结构对环境的影响，包括对生态系统和栖息地的破坏以及海洋污染等问题。其次，随着不可再生能源的持续消耗以及其开发使用致使环境不断恶化，人们需要寻找更加清洁的可再生能源来保障社会的发展需求。第三，随着技术和材料科学的进步,设计和建造更加节能、耐用和环保的海洋建筑成为可能!11最后，人们越来越认识到可持续设计可以带来长期成本节约、提高安全性以及增强社会和环境效益。
随着设计师和工程师寻求更高海洋建筑的效率和安全性以及数字技术与自动化技术的进步,海洋建筑中数字技术和自动化技术的使用越来越多。数字化技术的使用能够优化海洋建筑的设计和海洋建筑的制造和组装。例如计算机模拟可用于研究海洋建筑在波浪、风和水流等不同环境条件下的行为，使工程师能够进行设计更改以提高稳定性。在海洋建筑中,自动化技术可以涉及使用机器人技术、传感器、人工智能和其他技术来执行传统上手动完成的任务，在降低成本和环境影响的同时，提高安全性、效率和可靠性。
随着模块化技术在建筑领域的不断普及和逐渐成熟，模块化设计已成为海洋建筑的重要发展趋势之一。采用模块化设计 可以更轻松、更高效地建造海洋建筑。因为模块化单元可以在场外制造，然后在施工现场组装这不仅减少了现场制造的需要，还大幅提高了施工速度。此外，模块化设计还赋予了海洋建筑更大的灵活性，因为模块化单元可以很容易地重新配置或更换，允许在建筑的整个生命周期内改变设计或功能。模块化设计还可以节省海洋建筑的建造和维护成本，通过标准化模块化单元和组件，在制造和组装过程中实现规模经济，从而降低成本并提高效率。
由于海洋建筑会经常受到一系列多变的环境力影响，包括风、波浪、水流和风暴,因此它们需要一种灵活的设计,能够承受这些力而不会遭受损坏或故障。弹性设计的使用使海洋结构能够弯曲和弯曲以响应这些力,从而减少损坏的可能性并增加其耐用性和寿命。
材料科学的不断发展和进步,让越来越多的先进材料得以产生和应用。这些材料往往具有多项优势，如提高强度质量比、耐腐蚀性和耐疲劳性，这使它们成为海洋环境中的理想选择。先进材料可用于开发新的海洋结构设计，例如复合材料可以创建复杂的曲线形状和轻量化结构，这种设计更为高效且减少了海洋结构对环境的影响，是传统材料如钢材难以实现的。同时,先进材料可以被设计成具有适合海洋工业需求的特定特性。例如,智能材料可以创建能够感知和响应环境变化的结构，如波浪、风和温度,从而提高海上作业的安全性和效率。
人们对海洋建筑的功能和美学的更高要求，推动这海洋建筑的设计越来越多元化。近年来的一个主要趋势是将多种功能集成到一个海洋结构中。例如，单个浮动平台可以设计为同时用作海上风电场和水产养殖场，或者游轮可以包含零售空间、餐厅和娱乐设施等功能。海洋建筑多元化设计的另一个趋势是探索可以提高性能和美观的新形状和形式。例如，一些浮动结构现在采用仿生设计,模仿海洋动物的运动和行为，以提高稳定性并减少阻力。此外,一些海洋建筑现在具有弯曲形状和其他非常规形式，可以提高水动力性能并创造独特的视觉形象。
国外海洋建筑领域呈现出复杂多变的面貌，其在促进海洋环境中的人类活动方面扮演着关键角色。无论是涉及船舶设计、海上建筑还是沿海基础设施,海洋建筑师和工程师都不得不应对海洋环境的严峻和动态挑战。与此同时,技术进步、材料科学的发展以及可持续设计理念的实践正在不断推动海洋建筑领域的创新，助力海洋环境中的建筑变得更加安全、高效和环保。
深入研究国外海洋建筑的现状和发展趋势，将为我国的建筑科研机构和设计单位提供重要指引。通过准确把握国外海洋建筑的理论与实践动态，我们可以汲取国外海洋建筑领域的优势经验，融合精华，洞察可持续发展的趋势。将这些借鉴与我国的实际情况相结合,可以制定出符合国情的发展战略，从而实现对国外海洋建筑技术的超越与创新。这种跨足海外并汲取外部经验的方法，有助于我国在海洋建筑领域取得更为引人注目的成就。
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作者信息：
韩晨平，博士，中国矿业大学建筑与设计学院
杨中举，中国矿业大学建筑与设计学院硕士研究生
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