1 绪 论
1．1国外喷泉技术发展
喷泉起源很早，公元前6世纪在巴比伦空中花园中已建有喷泉。古希腊时代就已由饮用水的泉逐渐发展成为装饰性的泉。有一种说法认为，喷泉起源于伊斯兰国家的斋戒沐浴给水方法。在伊斯兰园林中，喷泉或沿轴线布置，或作为局部构图的中心。文艺复兴时期喷泉技术有很大的发展，这一时期的喷泉多与雕像、柱饰、水池等结合造景。有名的喷泉如意大利伊斯特别墅的著名“百泉步道”和莱恩脱的喷泉水渠。当时还从事水趣音响设计。如著名的猫头鹰喷泉，有一群铜鸟啁啾，猫头鹰一声尖叫之后，顿时鸦雀无声，稍停片刻，铜鸟又喧闹起来。有的喷泉铜雕像、叠落的瀑布结合起来造景，如埃斯特别墅中的“水风琴”等。17-18世纪，喷泉在欧洲城市盛极一时。著名的如法国凡尔赛宫的太阳神喷泉，俄国彼得宫的带雕像群的大瀑布喷泉。罗马有3000多个喷泉，被称为喷泉之城。也有一些寓意很深的喷泉小品，如布鲁塞尔的于廉喷泉。它刻画了一个正在聚精会神地撒尿的孩子，相传敌军侵占布鲁塞尔后要炸毁城里的珍宝馆，小于廉发现燃烧着的导火线，急中生智，朝导火线撒了一泡尿；珍宝馆保住了，小英雄却壮烈牺牲。为了表彰他的功绩，1619年建造了这个喷泉。到20世纪,喷泉发展成为一种大型水雕塑，用水柱构成各种形态。如日内瓦莱蒙湖上耸入云表的大喷泉，建于1958年，它用两台1360马力的水泵，将水喷到145米的高空。夜晚，巨型探照灯照射着银色水柱直划夜空，景色壮观。英国伦敦的诺姆甲堡喷泉，高2.7米，由一个造型优美、形状不规则的金属壳体构成，在壳体边缘喷射出两个水的曲面造型。壳体的底部可以转动，喷水的压力可以调节，能形成多姿多彩的水造型。美国西雅图的一个喷泉，由两根粗大的不锈钢弯管组成，水由沿管壁安装的很多小喷嘴喷出，造成实体水柱的感觉。它的喷水量由人工控制,能形成富有雕塑味的水造型。现代技术的应用,产生了各种自控喷泉。日本的“会跳舞的喷泉”、美国的“华尔兹舞喷泉”，在彩色灯光的照射下，水花能随着音乐的旋律翩翩起舞。法国巴黎的德方斯广场上，有著名的“阿加姆”音乐喷
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泉，建于1980年，66个喷头呈“S”形布置，喷出1-15米高的水柱，能表演格什温的《蓝色狂想曲》、柴可夫斯基的《悲怆交响曲》、佩潘和阿乐纳德合作的《水上芭蕾舞曲》等十多个精彩节目。随着音乐的变化，水柱有时轻歌曼舞，有时又挺拔高耸，在绚丽多彩的水柱间还配有鲜艳夺目的火花。火花是由特制的火花喷射管喷出的，与水花交织在一起，景观奇妙。日本的水力喷射动物园，在一个直径10米水池内，安装着6036个旋转的喷头。它们能喷射出老虎和狮子搏斗、老鹰和羚羊厮杀等奇妙的场面。这些喷泉多是利用电脑控制水、光、音、色，使喷泉艺术进入崭新的时代。
1．2国内喷泉技术发展
中国古典园林崇尚自然，力求清雅素静,富于野趣。在园林理水方面重视对天然水态的艺术再现。对于人工造成动态水的喷泉应用较少。《汉书·典职》记载：在汉上林苑中有“激上河水，铜龙吐水，铜仙人衔杯受水下注”的设施。《贾氏谈录》记载：唐代华清宫御汤池中“有双白石莲，泉眼自瓮口中涌出，喷注白莲之上”。《洛阳名园记》记述董氏西园中有水自花间涌出。有的水景保存至今，如建于南宋淳佑年间（1241-1252）杭州黄龙洞的黄龙吐水。18世纪,西方式的喷泉传入中国。1747年清乾隆皇帝在圆明园西洋楼建“谐奇趣”、“海晏堂”、“大水法”三大喷泉。“大水法”的中央水池中有十只铜狗，口中齐射急流，直指铜鹿，称为“猎狗逐鹿”。在“海晏堂”，有身穿罗汉袍的“十二生肖”像，每个生肖都能喷水，用以报时。这是由人工操纵的提水机械──龙尾车扭水旋转上升，形成高位水，由机械控制，每隔一个时辰（相当两小时）由十二生肖依次喷水，到正午时分，十二个生肖同时喷水。
近年来，特别是改革开放以来，水景工程在我国得到了迅速的发展。以往园林工程中常见的镜池、溪流、假山瀑布等，已不能满足人们的需求。各种新型水景工程，从微型喷泉小品、室内喷泉、庭院喷泉、广场喷泉、各种情趣性游乐喷泉、程控喷泉、音乐喷泉、激光喷泉、水幕电影、超高喷泉、超大瀑布等，都在我国相继出现，产品也走向国际市场。
为适应喷泉工程建设需要，喷泉设备依赖进口的局面彻底打破，各地喷泉设备
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厂、专业公司一个接一个成立起来。据不完全统计，到1997年底全国已有200多个厂家，其中年产值1000晚万元以上的厂家已有10来家，年总产值估计达3亿元以上。尤其是在江苏省和全国各大城市，喷泉设备厂星罗棋布。一些大专院校（如人民大学、清华大学、北京林业大学、北京机械工业学院、同济大学、武汉水电学院、青岛建工学院等）、科研设计单位（如中科院计算所、中科院自动化所、中国建筑技术研究院、中国建筑西北设计院、北京有色冶金设计研究总院等）也投入了研究开发，为我国喷泉技术的发展做出了一定的贡献。其中一些技术力量较雄厚的专业公司的产品，开始向美国、西欧等发达国家出口。
在建设形势的推动下，我国行政主管和技术监督部门、学术团体和出版界等，也为推动喷泉技术的发展做出不少工作：1989年出版的《给水排水设计手册》，第一次将“水景设计”以专章列入设计手册；1989年出版、1990年开始施行的《建筑给水排水设计规范》，第一次将“喷泉设计”以专节列入国家设计规范；1990年出版了第一本专门著作《喷泉设计》，1991年在中国土木工程学会建筑给水排水委员会和中国标准化协会建筑给水排水委员会的大力推动下，成立了第一届“全国喷泉研讨会”；有关喷泉的专门设计规程和术语标准等也公开发布执行。
1．3喷泉工程中的新技术
1.3.1新式喷头研制和新颖喷水造型设计
如前所述，人们对我国古典园林以静水、流水为主的水景形式和西方固定喷水形式已感到单调平淡。一方面追求新奇多变和快节奏，另一方面则追求回归大自然，寻求天然野趣和轻松精雅。为适应这种需求，作为喷泉工程的主要装置——喷头、设计的主要内容——造型设计也在不断拓新变化，于是就出现了一些具体实例，如：子弹喷头、水雷喷头、悬挂水晶球、喷泉冰挂、水晶柱、光导水柱、水雕塑、大型水壁、百米喷泉、超大型瀑布、字幕喷泉、激光喷泉和水幕电影、喷烟与喷水、趣味喷泉等。
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1.3.2新型照明技术在喷泉工程中的应用
对于彩色喷泉，照明是其重要组成部分。照明设计的好坏，极大影响水景工程的观赏效果，照明工程造价也在整个工程造价中占有相当比重，所以应引起设计者的重视。近年来照明专业技术发展很快，新型光源灯具不断开发应用，为设计增添了不少选择余地：水下彩灯、软式流星灯、带灯、美耐灯（可塑性霓虹灯、彩虹灯）、频闪灯和管式花园灯、光导纤维照明、远距离投影灯、水柱导光照明。
1.3.3新式控制技术在喷泉工程中的应用
电子和控制技术最近发展很快，尤其是计算机的应用，为控制技术开拓了新天地，使自动控制更加方便简单，所以得到了迅速推广，它在喷泉中应用也很广泛。
程序控制：利用可编程控制器控制喷泉的花型组合变化。特别是在控制路数较多（一般为几十至上百路），每路容量不太大（一般每路不超过几千瓦）的情况下，中间可以不用继电器，更加方便，成本也较低。并且控制路数可扩展，控制程序可任意写入和修改。程序控制的控制对象常为水泵、电磁阀和彩灯。
音乐控制：所谓音乐喷泉，就是利用音乐的主要音素（频率、振幅、音色和节拍）控制喷水的花型组合变化、水柱高低、远近变化和灯光色彩组合、明暗变化的喷泉。目前音乐喷泉最常采用的控制方式为实时控制，即对音乐的主要音素进行全员实时跟踪采集、分解处理并转换成模拟量或数字量讯号，用以控制水泵的运行组合和转速变化，或用以控制液压伺服阀或电动调节阀的运行组合和开启度，同时相应控制灯光的组合变化。这种控制方式不必对音乐磁带（光盘）预先进行编辑处理，所以对任何新版磁带（光盘）甚至现场即兴演奏都可响应。关于水泵调速方式，目前适用的有变频调速和滑差离合器调速，其中滑差离合器调速的控制原理是电机恒速运行，利用滑差离合器无级调节水泵转速，因设备较笨重，规格品种不多，调速性能不理想等原因实用不多；脉宽调速方式，其突出特点是体积小巧，价格低廉，适合要求不太高的音乐喷泉。采用水下电液伺服阀作为执行机构控制水姿造型变化，为音乐喷泉控制别具一格的另一路线，其特点是响应迅速、动作灵敏、维护简单、使用方便，所以也得到广泛应用。
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机械人技术应用：国外有用机械人指挥喷泉表演的工程实例，看起来好像在指挥一场大型交响乐的演奏。指挥棒所向，忽而雷雨轰鸣气势磅礴，忽而细雨绵绵轻柔如丝，时而，烟雾迷漫火光闪烁，时而平静舒缓轻歌曼舞。机械人的出现使人更感新奇有趣，也增加了对音乐的理解和共鸣。
1.3.4其他相关技术在喷泉工程中的应用
喷泉用水泵：目前还是采用普通工业泵或农业泵。陆用泵多采用IS、S系列等，潜水泵多采用QY、QX、QS等系列。这些水泵并不理想，尤其是对于程控和音乐喷泉。现在我国已有厂家生产卧式潜水泵，但进展缓慢，品种和性能仍不能满足喷泉工程要求。程控和音乐喷泉对水泵的要求大致有以下几条：1.造型要美观；2.为减小水池深度和方便安装应卧式安装、端部出水、不设底座和地脚螺栓；3.为减少喷头堵塞，应自带细滤网，并适当加大进水面积；4.尽量减小叶轮和泵轴的转动惯量，能够快速启动和停车；5.要适合频繁启动；6.要提高惦记的绝缘性能；7.电机最好自带漏电、过载、缺相等保护；8.最好几种标准叶轮，串连不同级数就可形成较全的型普；9.效率应达到国际先进水平。
新型建材在喷泉工程中的应用：最近几年我国新型建材发展很快，它们的应用也为喷泉工程增色不小：镭射玻璃的应用作为水池贴面和小型喷泉的衬景材料，应用得当会改善观瞻；空心玻璃砖的出现也增加了池壁材料的选择余地；树脂混凝土（砂浆）使喷泉雕塑材料有了更加适用的材料；混凝土外加剂中微膨胀剂的开发利用，使水池防水更加简单方便、经济可靠，为安装创造了方便条件。
1.4课题设计意义
音乐喷泉是现代科技与艺术结合的产物。虽然现在生产音乐喷泉的厂家很多，但在设计上方案单一，互相抄袭现象严重，而且国内的相关资料较少，因此，本课题的设计不仅能对美化环境、陶冶情操、增加人文氛围、烘托城市形象、提高大众生活质量起一定的作用，还可以为国内的音乐喷泉设计提供相关资料，对建设文化文明大国强国有着相当重要的意义。
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