導(dǎo)語(yǔ)：實(shí)驗(yàn)室建筑創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念和方法一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

實(shí)驗(yàn)室建筑創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念與方法作為科學(xué)研究的基地和搖籃，實(shí)驗(yàn)室建筑見(jiàn)證了科學(xué)領(lǐng)域重大技術(shù)突破和發(fā)明，對(duì)人類科學(xué)進(jìn)步起到了支撐保障作用。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和戰(zhàn)略布局，一大批國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室相繼建成，在前沿科技領(lǐng)域取得了一批擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究成果。結(jié)合正在進(jìn)行的項(xiàng)目設(shè)計(jì)開(kāi)展相關(guān)研究工作，現(xiàn)將初步研究成果歸納總結(jié)，為今后的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作提供參考借鑒。

1著名實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)研究與啟示

1.1卡文迪什實(shí)驗(yàn)室。位于英國(guó)劍橋大學(xué)的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室是世界最著名的物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室，曾經(jīng)在巔峰時(shí)期創(chuàng)下“全世界二分之一的物理學(xué)發(fā)現(xiàn)都來(lái)自卡文迪許實(shí)驗(yàn)室”的卓越成就。走進(jìn)試驗(yàn)大樓，底層中間呈現(xiàn)出一塊四方空間，豁然敞亮，向上直貫頂樓，抬眼可見(jiàn)天花板。各層四周環(huán)以回廊，一樓為實(shí)驗(yàn)室，二樓有辦公室、圖書(shū)館、博物館等功能房間，樸實(shí)的裝修卻處處充滿了科學(xué)人文氣息。與實(shí)驗(yàn)室“去偽存真、探究科學(xué)真諦”的建設(shè)理念不謀而合。值得一提的是建筑入口處的一把古董椅，除了為慕名而來(lái)的參觀者提供合影留念便利之外，也傳遞出實(shí)驗(yàn)室悠久的歷史和對(duì)待科學(xué)研究所一貫秉持的謙遜態(tài)度（圖1）。1.2弗朗西斯•克里克研究所。2002年創(chuàng)立的世界實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)大會(huì)每年都會(huì)評(píng)出“年度實(shí)驗(yàn)室”，獲得2018年此項(xiàng)殊榮的是位于英國(guó)倫敦市中心的弗朗西斯•克里克研究所（FrancisCrickInstitute）。項(xiàng)目于2011年開(kāi)始建設(shè)，2016年竣工，耗資近7億英鎊。從外觀上看，建筑很像一座大型購(gòu)物中心，而屋頂?shù)囊慌排沤饘倥艧煹绖t揭示出建筑的真實(shí)功能，該建筑所具有的特點(diǎn)代表了實(shí)驗(yàn)室建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展方向（圖2）。圖2弗朗西斯•克里克研究所內(nèi)部（1）造型上，從兩側(cè)墻體向上延伸的兩片拱形屋頂不是簡(jiǎn)單的裝飾作用，其下覆蓋著屋面上為整棟大樓提供加熱和制冷的設(shè)備機(jī)組，并結(jié)合了太陽(yáng)能電池板。（2）主要功能模塊包括：寫(xiě)字樓、初級(jí)實(shí)驗(yàn)室、共享二級(jí)實(shí)驗(yàn)室和專用二級(jí)實(shí)驗(yàn)室之間的關(guān)系靈活有機(jī)，鼓勵(lì)試驗(yàn)人員共享儀器和設(shè)施。房間面積大小可以根據(jù)研究計(jì)劃和研究團(tuán)隊(duì)規(guī)模的調(diào)整隨時(shí)進(jìn)行重新分配，并且由研究人員自己操作，1~2h內(nèi)即可完成，滿足了研究團(tuán)隊(duì)對(duì)試驗(yàn)辦公面積需求的動(dòng)態(tài)變化。（3）協(xié)作互動(dòng)、開(kāi)放共享是建筑空間的主題。實(shí)驗(yàn)室區(qū)域圍繞中庭布置，實(shí)驗(yàn)室空間開(kāi)放靈活、視線通透，以營(yíng)造研究團(tuán)隊(duì)之間即有協(xié)作又有競(jìng)爭(zhēng)的整體氛圍。設(shè)計(jì)中布置了多個(gè)非正式的辦公交流空間，以適應(yīng)研究人員多種辦公需求，激發(fā)創(chuàng)新活力。建筑物內(nèi)隨處安裝有靈活的白板裝置，以鼓勵(lì)隨機(jī)性的自發(fā)討論。各種形式的休息區(qū)，包括一個(gè)帶公共餐桌的咖啡廳、咖啡吧和一間酒吧，進(jìn)一步鼓勵(lì)了研究人員之間的交流互動(dòng)。

2實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念與方法

回顧實(shí)驗(yàn)室建筑設(shè)計(jì)歷程，相信每位建筑師都會(huì)聯(lián)想到美國(guó)建筑師路易斯•康設(shè)計(jì)的理查德醫(yī)學(xué)中心以及薩克生物研究中心。在1965年建成的理查德醫(yī)學(xué)中心設(shè)計(jì)中，康首次提出“服務(wù)與被服務(wù)空間”的設(shè)計(jì)理念，考慮到實(shí)驗(yàn)室建筑有別于住宅和辦公，大量的機(jī)電設(shè)備管線風(fēng)道錯(cuò)綜復(fù)雜，為確保實(shí)驗(yàn)室空間完整、布局靈活，路易斯•康采用了二元空間關(guān)系設(shè)計(jì)手法?！翱招闹蔚姆?wù)空間包含管道、樓電梯等輔助功能，而更為開(kāi)敞的被服務(wù)空間則是公共空間、實(shí)驗(yàn)室等主要功能。服務(wù)空間的單獨(dú)處理使其在建筑中有機(jī)表達(dá)，同時(shí)被服務(wù)空間更加自由、單純，兩者呈現(xiàn)出一種對(duì)比統(tǒng)一的二元關(guān)系?！边@種在還原空間本質(zhì)基礎(chǔ)上建立空間秩序的創(chuàng)作思想，奠定了實(shí)驗(yàn)室建筑設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)并延續(xù)至今。總體上看，現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室建筑設(shè)計(jì)理念與方法可以歸納總結(jié)為4個(gè)方面。2.1空間開(kāi)放共享，打造協(xié)同創(chuàng)新工作平臺(tái)。自20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，實(shí)驗(yàn)室建筑空間設(shè)計(jì)越來(lái)越趨于開(kāi)放共享。通過(guò)搭建“開(kāi)放式”實(shí)驗(yàn)室工作環(huán)境，為研究人員創(chuàng)造出更有助于激發(fā)創(chuàng)新思維的辦公場(chǎng)所。與“封閉式”實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)調(diào)獨(dú)立工作、方便管理的設(shè)計(jì)理念不同，“開(kāi)放式”實(shí)驗(yàn)室具有更強(qiáng)的包容性、靈活性，適應(yīng)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)協(xié)作的工作模式，因此也更加符合現(xiàn)代科學(xué)研究所具有的跨學(xué)科、交叉綜合、數(shù)據(jù)共享等特征。在開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)室中，研究人員不僅可分享空間本身，還可分享試驗(yàn)設(shè)備、工作臺(tái)空間和助手，極大地提高了工作效率。提高實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放性最有效的設(shè)計(jì)手法即引入中庭空間元素。中庭空間在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用可以追溯至20世紀(jì)60年代，在美國(guó)建筑師約翰•波特曼設(shè)計(jì)的大量高層飯店中，通過(guò)將古羅馬建筑的中庭元素創(chuàng)造性地使用，開(kāi)啟了大飯店的中庭時(shí)代（圖3），并以其獨(dú)特的空間個(gè)性迅速在各類建筑中得到推廣應(yīng)用。中庭應(yīng)用在試驗(yàn)建筑中，其空間的綜合性與開(kāi)放共享特性，與科學(xué)試驗(yàn)活動(dòng)特點(diǎn)不謀而合。結(jié)合開(kāi)放的中庭設(shè)計(jì)一些休閑互動(dòng)功能，類似酒店建筑的大堂吧、休息會(huì)客區(qū)，以及閱覽、健身活動(dòng)區(qū)等，可以緩解緊張的工作壓力，提升科研人員群體感和歸屬感。還可以布置藝術(shù)品裝飾等室內(nèi)陳設(shè)，以增加試驗(yàn)建筑的人文藝術(shù)氣息。設(shè)置開(kāi)敞式樓梯或者觀景穿梭電梯、自動(dòng)扶梯，聯(lián)通圍繞共享空間的各個(gè)樓層，即方便研究人員在各層之間的活動(dòng)，又增加團(tuán)隊(duì)凝聚力和向心力（圖4）。2.2綜合技術(shù)措施，確保高效靈活平面布局。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球?qū)嶒?yàn)室每年的重組率為35%，而大多的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)每年都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)室布局的10%~20%進(jìn)行調(diào)整變動(dòng)。這就要求在項(xiàng)目策劃階段在總體建設(shè)規(guī)模上預(yù)留一定的發(fā)展空間，在建筑設(shè)計(jì)階段充分采用多種技術(shù)手段，滿足靈活多變的發(fā)展需求，使實(shí)驗(yàn)室建筑具有長(zhǎng)效生命力。主要技術(shù)措施包括但不限于以下幾點(diǎn)。（1）試驗(yàn)單元模塊化布局：實(shí)驗(yàn)室功能模塊主要包括試驗(yàn)單元和辦公單元。由兩組試驗(yàn)邊臺(tái)加中央通道組成的試驗(yàn)單元基本模塊，開(kāi)間最小尺寸為3.20m，進(jìn)深在6~10m不等。按照試驗(yàn)臺(tái)布局方式和試驗(yàn)設(shè)備數(shù)量需求，科學(xué)合理確定實(shí)驗(yàn)室單元模塊的柱網(wǎng)尺寸，可以確保建筑空間有效利用，避免柱網(wǎng)不合理帶來(lái)的試驗(yàn)設(shè)備無(wú)法放置，或面積過(guò)大、使用率偏低導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)等問(wèn)題。遵循統(tǒng)一柱網(wǎng)、統(tǒng)一荷載的布局原則，國(guó)外提出以試驗(yàn)單元基本模塊對(duì)應(yīng)的3.20m為模數(shù)構(gòu)成雙向軸網(wǎng)矩陣，形成的實(shí)驗(yàn)室單元具有更大的靈活性和適應(yīng)性，配合可移動(dòng)的中心試驗(yàn)臺(tái)設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)按照研究項(xiàng)目的需要隨時(shí)變化組合的目標(biāo)。（2）管線綜合布局：實(shí)驗(yàn)室建筑相對(duì)于一般民用建筑最大的特點(diǎn)即復(fù)雜的設(shè)備管線系統(tǒng)。以給水系統(tǒng)為例，除了日常生活用水及消防用水之外，實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)用水還包括冷卻水、蒸餾水、去離子水、反滲水、高純度水等。管線綜合的目的是通過(guò)設(shè)置集中的管井布局、優(yōu)化管線路徑方案，打造高效便捷的設(shè)備集約保障系統(tǒng)，提供一個(gè)完整連續(xù)可靈活使用的實(shí)驗(yàn)室空間，也更便于日后設(shè)備系統(tǒng)維護(hù)升級(jí)改造。集中的具體方式包括水平與垂直2種，如何將水平布置于吊頂內(nèi)的各種管線接入試驗(yàn)臺(tái)末端是設(shè)計(jì)上考慮的重點(diǎn)。目前比較通用的做法是將試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)水電氣接口配置為可插接的模塊接口，通過(guò)懸掛于試驗(yàn)臺(tái)上方的設(shè)備轉(zhuǎn)接口，實(shí)現(xiàn)管線之間即插即用的快速對(duì)接。垂直方式主要是集中布置各種豎向管道，尤其是試驗(yàn)通風(fēng)豎井，數(shù)量多、斷面大，在平面布局時(shí)需要重點(diǎn)考慮。既要滿足高效便捷的送排風(fēng)運(yùn)轉(zhuǎn)效果，又要避讓其他管線，同時(shí)避免占用建筑核心空間。2.3造型簡(jiǎn)潔凝練，塑造鮮明獨(dú)特建筑個(gè)性。為滿足實(shí)驗(yàn)室各類機(jī)械設(shè)備、管道系統(tǒng)、凈化通風(fēng)等試驗(yàn)條件需求，實(shí)驗(yàn)室建筑體量一般比較龐大。如果是生物安全實(shí)驗(yàn)室這類建筑，由于負(fù)壓試驗(yàn)環(huán)境要求，外墻上基本不需要開(kāi)窗，在一定程度上限制了建筑造型個(gè)性表達(dá)。另外，各類通風(fēng)柜的排風(fēng)道出建筑屋面，形成煙囪林立的獨(dú)特效果，需要作為專項(xiàng)設(shè)計(jì)認(rèn)真對(duì)待，讓建筑師頗費(fèi)腦筋的同時(shí)，也產(chǎn)生了許多“化腐朽為神奇”的成功創(chuàng)意（圖5）。德國(guó)GMP•馮•格康•瑪格及合伙人建筑師事務(wù)所在中國(guó)完成了眾多的科研試驗(yàn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，獲得了業(yè)內(nèi)外的贊譽(yù)。以北京華為研發(fā)基地為例，通過(guò)采用與模數(shù)化的試驗(yàn)單元相對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)潔造型語(yǔ)言，排列組合構(gòu)成富有韻律的建筑整體，進(jìn)而達(dá)到建筑外觀可識(shí)別的目的（圖6）。2.4設(shè)備智能高效，確保試驗(yàn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。實(shí)驗(yàn)室正從功能性需求升級(jí)到智能化需求。過(guò)去，實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)建設(shè)中更多地會(huì)考慮工作環(huán)境的舒適度以及試驗(yàn)人員的安全防護(hù)，未來(lái)的實(shí)驗(yàn)室在設(shè)計(jì)初期就會(huì)使用BIM手段進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，從建筑主體到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部設(shè)備配置都采用數(shù)字化管理，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以在移動(dòng)端或PC端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，數(shù)字檔案提供設(shè)備清單，便于科學(xué)、精準(zhǔn)、及時(shí)的對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)更換，實(shí)現(xiàn)全生命周期管理。當(dāng)試驗(yàn)設(shè)備或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，智能化系統(tǒng)能自動(dòng)報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，確保試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)人員的安全。

3工程實(shí)踐

項(xiàng)目主體為一棟局部3層試驗(yàn)廠房，位于廠區(qū)核心位置。建筑占地長(zhǎng)度約210m，進(jìn)深64m，建筑高度超過(guò)30m，大體呈一字形布局。方案設(shè)計(jì)總體思路是：力求改變工業(yè)建筑單調(diào)冷漠的固有效果，融入“人性化”設(shè)計(jì)元素，創(chuàng)造“適用、安全、綠色、美觀”的廠區(qū)核心建筑。功能布局上，重點(diǎn)優(yōu)化調(diào)整2,3層平面布局，將與試驗(yàn)大廳貼建的辦公區(qū)設(shè)計(jì)為一個(gè)完整獨(dú)立區(qū)域，與試驗(yàn)大廳之間用隔聲墻及隔聲門(mén)窗隔開(kāi)。通過(guò)設(shè)置3組凹入的“屋頂花園”，改善了大進(jìn)深辦公區(qū)采光通風(fēng)環(huán)境，結(jié)合屋頂通風(fēng)采光天井，使得辦公區(qū)實(shí)現(xiàn)自身的空氣對(duì)流。這樣，在試驗(yàn)大廳連續(xù)進(jìn)行高噪聲、強(qiáng)振動(dòng)試驗(yàn)期間，處于辦公區(qū)的工作人員不僅受到多重建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及設(shè)施的保護(hù)，將試驗(yàn)噪聲影響控制在合理范圍內(nèi)，還可以借助屋頂花園感受自然、放松身心，緩解連續(xù)工作帶來(lái)的疲勞與不適，工作環(huán)境質(zhì)量及舒適度得到有效提升，有助于工作效率和工作熱情的提高。整體造型上，將建筑首層的各類試驗(yàn)廠房處理成比較厚重的基座，控制開(kāi)窗面積以達(dá)到噪聲控制要求。上部的辦公區(qū)如同漂浮于基座上的立方體盒子，化整為零的造型更符合近人尺度下的視覺(jué)體驗(yàn)，上下不同的建筑語(yǔ)言也揭示出建筑內(nèi)部所對(duì)應(yīng)的不同功能，而體塊的穿插和重復(fù)母題進(jìn)一步增加了建筑的韻律感和雕塑感。外墻材質(zhì)上，采用人造掛板與穿孔波紋金屬板相結(jié)合，視覺(jué)上構(gòu)成厚重的基座與輕盈的盒子的對(duì)比效果，凸顯材料與工藝的現(xiàn)代感與科技感。

作者:秦麗 單位:軍事科學(xué)院國(guó)防工程研究院