《Heritage》：Water Towers as Resilient Hydraulic Infrastructures: Typological Evolution, Construction Techniques and Rehabilitation Strategies
Luisa Lombardo,
Manfredi Saeli and
Tiziana Campisi
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摘要：水塔是具有历史意义的液压基础设施(hydraulic infrastructures)，其由简单的砌体结构演化为技术先进且具建筑表现力的形式。本研究对水塔进行类型学与材料分析，聚焦其建造技术、耐久性及其适应性再利用(adaptive reuse)潜力。研
摘要：水塔是具有历史意义的液压基础设施(hydraulic infrastructures)，其由简单的砌体结构演化为技术先进且具建筑表现力的形式。本研究对水塔进行类型学与材料分析，聚焦其建造技术、耐久性及其适应性再利用(adaptive reuse)潜力。研究人员结合目视检查(visual inspection)、档案与文献研究及摄影记录，选取欧洲及意大利案例进行比较分析，以探明设计与材料选择的规律。数据按建筑材料、结构类型、水箱与屋顶形式、进出系统及现状功能进行整理，依据UNI EN 16096标准进行评估，提供评估遗产价值、材料状况及适应性再利用潜力的结构化框架。主要结果表明，水塔除原有液压功能外仍保有显著的技术、建筑与文化价值，可改造为文化、教育、居住或社区空间。研究发现其材料易损性、结构挑战（风荷载、地震及湿热效应）以及在尊重历史真实性前提下进行可持续干预的可能性。研究强调系统化类型评估与建档可指导循证保护并促进创新再利用策略，将遗产保存与城市再生(urban regeneration)及社区参与相结合。水塔体现了工程、建筑与文化遗产的交汇，其保护需融合技术性能、材料保存与社会文化意义的多学科方法。最终，所实施的程序被提出作为一种可复制、可扩展的方法论框架，适用于其他地区同类基础设施的评估。
论文解读——Water Towers as Resilient Hydraulic Infrastructures: Typological Evolution, Construction Techniques and Rehabilitation Strategies
【研究背景与意义】
水塔（water towers/piezometric towers）作为城市与乡村景观中的垂直液压基础设施，历史上通过重力或泵送系统产生静水压力（hydrostatic pressure，遵循Stevin's Law），保障市政供水网络的稳定压力与服务连续性。随着现代加压地下蓄水池与泵送技术进步，大量水塔退役并遭废弃，但其作为工业与技术遗产承载了显著的工程、建筑与文化价值。目前针对水塔系统化类型学分类、材料退化评估及基于标准的适应性再利用（adaptive reuse）决策框架尚不完善。为此，研究人员以欧洲特别是意大利巴勒莫（Palermo）19座水塔及周边欧洲案例为对象，开展类型学、材料技术与修复潜力综合研究，旨在填补遗产水利工程系统化评估方法的空白，并为城市再生提供依据。本文发表于MDPI期刊《Heritage》。
【主要研究方法】
研究人员选取具历史相关性、类型代表性及保存状态的欧洲水塔（主案为意大利Palermo的19座水塔，对比案例来自英国、荷兰、斯洛文尼亚、捷克、丹麦等），采取：(1) 现场目视检查（visual inspection）；(2) 档案与文献调研；(3) 摄影记录；(4) 按建筑材料、结构类型（支承 shaft/支座与水箱 head/ reservoir）、水箱及屋顶形式、进出系统（access system）、现状功能建类型学参数表；(5) 依据UNI EN 16096《Condition Survey and Assessment of Buildings》标准进行现状评估（material conditions, structural vulnerability to wind/seismic/thermo-hygrometric effects），判定遗产价值与适应性再利用潜力。未做几何测绘但确保数据可复现。
【研究结果】
1. Reframing Urban Infrastructure: Cultural and Spatial Legacy of Water Towers
研究人员指出水塔与输水道（aqueducts）、蓄水池等同属塑造城市空间的水利工程遗产，受UNESCO/ICOMOS等重视。从古罗马重力输水到19世纪因城市化与工业化需求催生高架水塔，标志从线性重力系统向柔性加压网络转型。水塔具双重属性——技术（液压缓冲、稳压）与象征（现代化、领土控制、地标）。因技术进步导致部分废弃，但其具文化记忆与再利用潜力。
1.1. Aim and Methodological Approach
明确研究目标为通过演化与跨学科视角分析水塔类型、建造技术及退化/保存过程，结合目视检查、档案、摄影与类型学分类（材料/结构/水箱形式/进出/功能），按UNI EN 16096评估，形成可复制框架。
1.2. Research Questions (RQs)
提出三研究问题：RQ1—水塔如何在当代城市语境中被价值化(valorised)；RQ2—可识别哪些类型及支撑其演化的建造技术与材料；RQ3—在城市再生战略中推进水塔提升与智能修复(smart rehabilitation)的主要挑战。
2. From Aqueduct to Water Tower
梳理自公元前312年Aqua Appia起罗马输水道靠微坡重力流供水，古代系统受污染与技术局限促发高架水塔诞生。水塔作高位蓄水池利用连通器原理与静水头维持压力，可缓冲波动、独立服务高点。铁路水塔供蒸汽机车，农村土地开垦区水塔具政治象征意义（如意法西斯时期Agro Pontino"bonifica integrale"）。工作系统含取水—贮存—分配三逻辑，依地形与服务区设计。
2.1. The First Roman Aqueduct
以Aqua Appia及Aqua Virgo为例说明古罗马水利对地形、材料与水利设计的整合，其耐久性及局限性催化了水塔的出现。
2.2. Water Towers: History, Symbolism, and Function
水塔又名elevated reservoirs或piezometric towers，可服务市政、铁路、工业。设计受位址、标高、容量及泵能约束但不限建筑创意，常成城市地标。技术上靠communicating vessels原理与hydrostatic head（水柱高度决定压力），低峰期可停泵仅靠重力供水。Palermo历史"castelletti"（小水塔）利用terracotta管"catusi"与地下渠引山泉，1914年停用，现存19座具研究价值。
2.3. Construction Types of Water Towers
基本组成：支承结构(shaft/supporting structure，含楼梯/爬梯) + 顶部水箱(reservoir enclosure/head)。早期木箱→铆接钢罐→1883年Intze-type tank（锥顶球底圆柱罐优化应力分布）。20世纪初现代主义者视其为"形而上实体"，如Angiolo Mazzoni作品。分市政型、铁路型、工业型；常见"蘑菇式"(mushroom type：锥身+圆柱罐)。材料由本地石材/砖砌（基底厚向上收分）→钢筋混凝土(RC)/预应力钢→玻璃钢(GRP, Glass-Reinforced Polymer)。各材料典型病害：砌体(冻融、盐晶、泛碱、防水剥落)、木材(虫蛀菌腐翘曲)、钢/铁(腐蚀疲劳电偶)、RC(碳化开裂渗水)、GRP(热冲击微裂UV接头失效)。
2.4. Water Towers in Railway Infrastructure
蒸汽时代铁路水塔沿路网布设，初为砖基承金属罐配摆动臂(swing spout)，后期意铁FS标准化圆柱罐+截锥顶。现代多预力RC/钢蘑菇型，配浮球液位计，现具工业考古与可持续管理启示。
3. Materials and Methods: Evolution of Materials and Constructive Techniques of Water Towers
明确目标为分类、现状评估及适应性再利用潜力评价。对Palermo 19塔及欧案进行档案+现场调研+摄影，按UNI EN 16096填类型评估表（材料/墙体/水箱形容积/屋顶/进出/年代/功能/保存状态）。材料分析确认砌体→钢/铁→RC→GRP演进及各材料劣化模式。应用UNI EN 16096Heritage Assessment Framework识别遗产价值、物理条件与脆弱性，导出适宜干预方向。
4. Water Towers Around the World
通过欧案（英Aldeburgh与Appleton改为住宅/观景、荷Utrecht阿姆斯特丹大街水塔混合用途、斯洛文尼亚Bre?ice改供水博物馆+全景台、捷克Vinohrady拟改水文教中心Hydropolis、丹麦J?gersborg改青年公寓）及意案（罗马EUR"Il Fungo" piezometric tower 改景观餐厅、Budrio水塔改文化中心）证实水塔成功适应性再利用模式：住宅|酒店|博物馆|社区中心|观景台，需最小干预保留外壳历史特征。
5. Water Tower as Technical and Cultural Heritage Asset
水塔因其高程与可视性成场所地标(landmark)，具物质档案价值(documenting construction practices & tech evolution)。当代价值化应兼顾遗产完整性与原真性，融入监测、节能及气候响应材料，平衡conservation与innovation。应用UNI EN 16096比较各案例材料/形态/功能/价值/病害/再利用潜力，表明老旧砌体塔结构稳但缺抗震细部，RC塔需功能升级，垂直形态与战略选址赋予其恒定标识性。
6. Results and Discussion
水塔具独特竖向抗侧（风/地震动力放大需考虑sloshing、基础刚度、延性）与承压能力，可用FEM、SHM(structural health monitoring含fiber-optic sensors, strain gauges, accelerometers, modal testing)评估。湿热方面建议可逆非侵入性保温(aerogel plasters, lime-hemp composites)与透气膜防冷凝。适应性再利用可依容积/承载力/可达性转为文化空间|科教设施|社区中心|居住或 hospitality；局限空间宜做观景/咖啡/展廊，大改需加层/电梯/消防并保外壳特征。再利用规避拆毁节约embodied energy，可结合LCA(life-cycle assessment)、光伏及雨水收集，具circular economy意义。建议跨学科（结构工程、建筑遗产科学、城市规划、环境研究）协作。
【结论（翻译浓缩）】
水塔是复杂的技术与文化人工制品，其保护与适应性再利用需融合结构工程、建筑保护、城市规划及社会科学的多学科方法。市政水塔较铁路/工业水塔更易适配新功能，但两者主体结构（砌体/RC/钢/木）常仍完好，经NDT(non-destructive testing)与材料表征可指导针对性修复。类型学由简易多边形/圆形砌体 shaft 演进至 RC/钢蘑菇型或透镜型(lenticular)水箱，反映材料与建造技术对功能表现及建筑表达的塑造。保护须超越物质保存，激活周边空间与新社会功能，引入监测与节能改造，利用GIS/H-BIM(Building Information Modeling for Heritage)管理。适应性再利用具社会文化效益——转博物馆/社区枢纽可促进水遗产(water heritage)认知与可持续资源管理。应用UNI EN 16096等标准化遗产评估框架可平衡技术完整、历史原真与当代功能需求。水塔集工程、建筑与文化象征于一体，其保存与再生可桥接历史记忆与未来城市策略，成为可持续、包容及韧性城市遗产资产。所述方法论虽应用于Palermo及欧洲案例，但可扩展至其他历史水塔及垂直液压基础设施，只需考量地方营造传统、材料及环境差异。
