劉衛(wèi)綱

摘要：作者通過文章闡述科研建筑的使用者除了對(duì)建筑空間的功能需求外，對(duì)精神需求也是同等重要的，宜人的建筑空間對(duì)于改善科研人員的工作狀態(tài)，甚至對(duì)于激發(fā)科研人員的靈感都有著積極的作用。

關(guān)鍵詞：科研建筑試驗(yàn)環(huán)境科研人員

中圖分類號(hào)：TU244

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004－8537(2006)12－0028－06

縱覽我國(guó)現(xiàn)存的大量1980年代以前設(shè)計(jì)的科研建筑實(shí)例，其建筑功能的組織和處理是比較成功的，但是，也不難發(fā)現(xiàn)，科研建筑的真正主人——科研人員在這些實(shí)驗(yàn)室、研究室里沒有充分得到來(lái)自建筑師的關(guān)愛。當(dāng)時(shí)的科研建筑的營(yíng)造目的主要是高效、經(jīng)濟(jì)地取得科研成果。面對(duì)這樣的科研建筑，科研人員和建筑師都漸漸習(xí)以為常。直到改革開放10年后，科研人員、科研機(jī)構(gòu)的領(lǐng)導(dǎo)者、建筑師們有機(jī)會(huì)走進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家的科研機(jī)構(gòu)，才發(fā)現(xiàn)科研建筑也可以如此舒適宜人、環(huán)境優(yōu)美。

功能的合理性、適用性對(duì)于科研建筑來(lái)說(shuō)無(wú)疑是最為重要的，但是科研人員的精神需求同樣是不能被忽視的。我們正處在一個(gè)新的科研建筑建設(shè)高峰期，新一批的科研建筑設(shè)計(jì)不應(yīng)再留下遺憾。筆者近年來(lái)主持過多項(xiàng)科研建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作，以下是在這些工程中的一些體會(huì)，希望借此機(jī)會(huì)與大家交流。

中科院化學(xué)所分子中心實(shí)驗(yàn)樓

1999年10月，有機(jī)會(huì)參與了中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所分子科學(xué)中心實(shí)驗(yàn)樓的設(shè)計(jì)工作。在設(shè)計(jì)工作開始初期，中科院化學(xué)所的甲方安排我們的設(shè)計(jì)組參觀了中科院現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室，這些實(shí)驗(yàn)室?guī)缀鯚o(wú)一例外的以實(shí)驗(yàn)設(shè)備為中心，狹窄昏暗的走道、低矮的層高、較差的通風(fēng)、采光條件，很難想象這樣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是我國(guó)的國(guó)家級(jí)試驗(yàn)基地。同時(shí)，我們搜集了大量的國(guó)內(nèi)外科研建筑資料(圖1～圖10)，在對(duì)資料比較和研究之后，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的科研建筑和國(guó)外同類設(shè)計(jì)存在著很大差距。差距主要在于對(duì)于科研人員工作方式的研究，交流空間的塑造、細(xì)節(jié)的處理等方面。通過這些實(shí)例，我們開始研究提高科研建筑舒適度的方法，并在這次設(shè)計(jì)中進(jìn)行了嘗試。

圖4、圖5、圖6、圖9

中科院化學(xué)所分子中心實(shí)驗(yàn)樓是中科院的重點(diǎn)工程，項(xiàng)目的建設(shè)目標(biāo)是建成國(guó)內(nèi)一流的化學(xué)試驗(yàn)中心及分子科學(xué)研究中心。項(xiàng)目總建筑面積16808m²，地上4～10層，地下1層，主要功能有大型儀器實(shí)驗(yàn)室、有機(jī)固體實(shí)驗(yàn)室、工程塑料實(shí)驗(yàn)室、光化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、納米科學(xué)實(shí)驗(yàn)室、高分子物理實(shí)驗(yàn)室、潔凈實(shí)驗(yàn)室、低溫實(shí)驗(yàn)室、高壓實(shí)驗(yàn)室、各?？蒲芯渴?、院士辦公室、行政辦公室、會(huì)議室、科普展廳等，以及配套服務(wù)的各種機(jī)電用房、衛(wèi)生間、垃圾間等。我們?cè)诤椭锌圃夯瘜W(xué)所甲方的溝通過程中逐步達(dá)成了共識(shí)——實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)應(yīng)以科研人員為本，建筑空間不能僅僅停留在滿足試驗(yàn)的需求上，要塑造能夠疏解壓力的科研環(huán)境和豐富的交流空間(圖12、14)。

為了達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，我們從多方面入手，嘗試了多種處理辦法，下面是其中主要幾點(diǎn)

①在研究區(qū)，將辦公室的進(jìn)深減小到6．6m，進(jìn)一步改善辦公室的自然通風(fēng)、采光條件：加寬走道寬度，使走廊變得明亮寬敞，并像學(xué)校走廊一樣，在走廊內(nèi)設(shè)置了個(gè)人儲(chǔ)藏柜，方便了研究人員的日常生活。在走廊內(nèi)設(shè)宣傳欄、展示架，增加科研人員交流機(jī)會(huì)。各層設(shè)置閱覽室、咖啡廳等交流空間，為科研人員創(chuàng)造橫向交流的條件，同時(shí)提供放松的場(chǎng)所(圖13)。

圖11～圖13

②在實(shí)驗(yàn)室、研究室南側(cè)設(shè)置室外陽(yáng)臺(tái)，使研究人員在工作之余能夠便捷的接觸到室外新鮮空氣和陽(yáng)光。

③建筑內(nèi)外裝修采用明快的色彩，使科研人員身心愉悅。

④建立建筑內(nèi)部的標(biāo)識(shí)系統(tǒng)，便于各部門之間的識(shí)別和查詢。

⑤在裙樓的設(shè)計(jì)中，采用了共享空間門廳的方案，使進(jìn)入科研樓的人員有豁然開朗的第一感覺。

為確保實(shí)驗(yàn)室有良好的自然通風(fēng)，采光條件，建筑主體選擇了南北向的板式形式，實(shí)驗(yàn)樓的進(jìn)深也控制在合理范圍內(nèi)，爭(zhēng)取自然采光，降低能源消耗。平面中采用了中走道模式，走道兩側(cè)是兩排通風(fēng)豎井，豎井再往外就是標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)單元，通風(fēng)豎井的集中排布，提高了平面的使用效率。

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的通風(fēng)柜可以通過風(fēng)道將實(shí)驗(yàn)廢氣排進(jìn)通風(fēng)豎井，進(jìn)而排向屋頂?shù)呐棚L(fēng)煙囪，將廢氣對(duì)環(huán)境的影響降到最低。

通過對(duì)現(xiàn)有資料的分析，可以確定7．5m×6．6m是比較理想的柱網(wǎng)模數(shù)。這一尺寸是根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)寬度、實(shí)驗(yàn)區(qū)寬度、過道寬度等基本尺寸推算而來(lái)的，基本能夠涵蓋化學(xué)實(shí)驗(yàn)和物理實(shí)驗(yàn)的布置模式。方案中以7．5m×6．6m的建筑空間為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)單元，并要求機(jī)電專業(yè)在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)單元內(nèi)預(yù)留相同的通風(fēng)、供電、網(wǎng)絡(luò)、電話、光照、上下水的條件，通過不同組合可以形成靈活多變的各學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，為將來(lái)的科研課題變化提供了條件，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室的可持續(xù)發(fā)展(圖11)。

方案中將主樓平面西側(cè)的實(shí)驗(yàn)區(qū)和東側(cè)的研究室區(qū)嚴(yán)格分開，并且在實(shí)驗(yàn)區(qū)和研究區(qū)之間，設(shè)置了南北貫通的走廊，形成了良好的通風(fēng)條件，這樣即使有部分實(shí)驗(yàn)室廢氣彌散到走道，也會(huì)被走廊的“穿堂風(fēng)”帶到室外，有效地保護(hù)了研究區(qū)。

在施工圖設(shè)計(jì)中，我們發(fā)現(xiàn)方案中仍存在不足之處，例如：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)保證試驗(yàn)安全的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、垃圾處理、廢氣、廢物處理及清運(yùn)等等。而對(duì)于科研人員的真正關(guān)愛也正體現(xiàn)于這些細(xì)節(jié)當(dāng)中。其中，解決實(shí)驗(yàn)室安全方面的問題是施工圖設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)，以下幾點(diǎn)是比較有代表性的：

①實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的安全監(jiān)控：在實(shí)驗(yàn)室門、隔墻設(shè)置觀察窗，保證實(shí)驗(yàn)室內(nèi)視線通暢，做實(shí)驗(yàn)的科研人員彼此之間可以相互監(jiān)護(hù)，減少了因疲倦或疏忽造成的事故。在部分必須封閉的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，如高壓實(shí)驗(yàn)室、低溫實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置了閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)，使實(shí)驗(yàn)室外人員隨時(shí)能觀察試驗(yàn)進(jìn)展情況，避免事故發(fā)生，事故發(fā)生后的及時(shí)處理。

②實(shí)驗(yàn)室發(fā)生有害液體噴濺事故后的處理：為了避免試驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)液體噴濺后造成人員傷害，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置了緊急沖洗裝置(盡快稀釋有害液體的濃度是十分有效的初期處理辦法)。因此，在施工圖設(shè)計(jì)中，實(shí)驗(yàn)單元內(nèi)設(shè)置了腳踩式的可上翻的出水口，在實(shí)驗(yàn)單元門口還設(shè)置了緊急淋浴裝置，在門的一側(cè)設(shè)置了應(yīng)急開關(guān)，在發(fā)生大面積噴濺時(shí)可以使用，將對(duì)人員的損傷降到最低。

③實(shí)驗(yàn)室內(nèi)藥品的存放：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)化學(xué)藥品、試劑的管理是十分重要的，有部分是要低溫存放的；有部分是要避光的，有部分是有揮發(fā)性的。這樣就要求藥品柜不僅有密封條件，還要設(shè)置排風(fēng)裝置。對(duì)于需要持續(xù)低溫存放的藥品，還要保證冷藏柜的不間斷供電條件。對(duì)于劇毒、易爆的藥品更要設(shè)專門存放處和監(jiān)控設(shè)施。

④化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要的通風(fēng)柜的設(shè)計(jì)：在分子中心實(shí)驗(yàn)樓內(nèi)有大量的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求需要安排大量的通風(fēng)柜。這些通風(fēng)柜帶來(lái)的問題是噪音和實(shí)驗(yàn)室負(fù)壓，以及大量的通風(fēng)豎井占用建筑空間。大量的通風(fēng)柜是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)共

同特點(diǎn)，這項(xiàng)設(shè)計(jì)需要建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電多專業(yè)共同協(xié)作完成。其中，為了降低噪音，設(shè)計(jì)中將近80臺(tái)排風(fēng)機(jī)集中設(shè)置在屋頂機(jī)房，并做了減震和隔聲處理，在排風(fēng)豎井內(nèi)壁貼巖棉，起到吸聲作用。為了解決開啟通風(fēng)柜造成的負(fù)壓?jiǎn)栴}，實(shí)驗(yàn)室門均設(shè)有百頁(yè)，并通過吊頂內(nèi)風(fēng)道向?qū)嶒?yàn)室內(nèi)補(bǔ)風(fēng)。通風(fēng)柜設(shè)有信號(hào)線和大樓中控機(jī)房相連，中控機(jī)房能夠收集各層通風(fēng)柜開啟使用情況，并調(diào)整各層送風(fēng)機(jī)房送風(fēng)機(jī)的補(bǔ)風(fēng)量，從而解決實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的負(fù)壓?jiǎn)栴}。這些處理辦法使實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)一步得到改善。

在分子中心實(shí)驗(yàn)樓項(xiàng)目上，我們?cè)诜桨钢械脑O(shè)想基本得到了實(shí)現(xiàn)。目前，該項(xiàng)目已經(jīng)投入使用近4年，從使用情況上來(lái)看，基本滿足了科研工作的需要。經(jīng)過多次工程回訪，和工作人員交流，各種設(shè)計(jì)設(shè)想慢慢得到了印證，這其中有經(jīng)驗(yàn)，也有教訓(xùn)。對(duì)于建筑內(nèi)交流空間的處理是比較成功的，科研人員普遍表歡迎；科研人員對(duì)于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境表示基本滿意，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的腳踩式水龍頭很實(shí)用，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)時(shí)經(jīng)常需要沖洗試驗(yàn)器皿，腳踩式的比較方便，通風(fēng)柜的設(shè)計(jì)也比較成功，使用效果較好，研究區(qū)一側(cè)的室外陽(yáng)臺(tái)使辦公環(huán)境更加舒適，可以看到科研人員中午在陽(yáng)臺(tái)休息以及做工間操等室外活動(dòng)。但是，同時(shí)也提出不足，例如實(shí)驗(yàn)室門下設(shè)百頁(yè)，隔音不好；南側(cè)連通的室外陽(yáng)臺(tái)不是很實(shí)用，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室要求一定的清潔度，不能經(jīng)常開關(guān)陽(yáng)臺(tái)門，這樣陽(yáng)臺(tái)的使用率就不高。

在分子中心實(shí)驗(yàn)樓的整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我們和科研人員試著進(jìn)行著交流和溝通，得到了大量第一手資料，總結(jié)了多方面的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，為接下來(lái)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供了依據(jù)(圖15～19)。

國(guó)家納米科學(xué)中心

在做國(guó)家納米科學(xué)中心大樓設(shè)計(jì)時(shí)，由于有了分子中心實(shí)驗(yàn)樓的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，少走了不少?gòu)澛?。?guó)家納米科學(xué)中心是中國(guó)科學(xué)院和教育部聯(lián)合組建的國(guó)家級(jí)科研單位，研究方向以納米技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用為主?？偨ㄖ娣e13550m²，地上主樓10層，配樓5層、地下2層，建筑檐口高度45m。主樓地上西側(cè)是實(shí)驗(yàn)室，東側(cè)及配樓是研究室、辦公室及會(huì)議室，主樓地下兩層是超凈實(shí)驗(yàn)室及輔助用房，配樓地下兩層是變配電室、空調(diào)機(jī)房及泵房(圖23、24、25)。

圖20～圖22

這個(gè)項(xiàng)目的地上部分功能設(shè)置和分子中心很接近，因此在平面設(shè)計(jì)方面采用了相近的布局方案。納米中心以材料科學(xué)研究為主，也有需要通風(fēng)柜的化學(xué)類試驗(yàn)室，通風(fēng)豎井的設(shè)計(jì)延續(xù)了分子中心的方法。對(duì)于科研人員的交流空間、休息空間的關(guān)注還是一如既往，陽(yáng)臺(tái)的設(shè)計(jì)上吸取了上一次的教訓(xùn)，只在研究室一側(cè)設(shè)置了陽(yáng)臺(tái)。這個(gè)項(xiàng)目最大的難點(diǎn)也是和分子中心的不同點(diǎn)在于，納米中心地下設(shè)置了一個(gè)600m2的超凈實(shí)驗(yàn)室潔凈度為外側(cè)走廊萬(wàn)級(jí)、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部為千級(jí)、中心內(nèi)部設(shè)百級(jí)試驗(yàn)臺(tái)，而且在超凈實(shí)驗(yàn)室內(nèi)還設(shè)置了需要防微震的電鏡實(shí)驗(yàn)室。在這超凈實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)中，相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)院提供了技術(shù)支持，我們關(guān)注的重點(diǎn)則放在超凈實(shí)驗(yàn)室的安全疏散和功能組織方面(圖21、22)。

超凈實(shí)驗(yàn)室部分可以分為灰區(qū)(與外界聯(lián)通的區(qū)域)和潔凈區(qū)本項(xiàng)目采用外設(shè)環(huán)形參觀走道，內(nèi)部設(shè)獨(dú)立超凈小室的平面結(jié)構(gòu)。這種方式既有利于減少外界對(duì)超凈實(shí)驗(yàn)室的影響，在發(fā)生故障時(shí)又可關(guān)閉個(gè)別獨(dú)立小室，將損失降到最低。從樓電梯到地下1～2層的超凈實(shí)驗(yàn)室可以通過灰區(qū)內(nèi)樓梯相互聯(lián)系。從中部的交通核心通向超凈實(shí)驗(yàn)室是一條近40m長(zhǎng)的通道，這條通道的作用是使外來(lái)者攜帶的灰塵在進(jìn)入超凈實(shí)驗(yàn)室前充分下落，在通道附近還設(shè)置了存衣間，避免大量灰塵進(jìn)入灰區(qū)。地下2層超凈實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的RIE實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)使用部分有毒氣體，考慮到試驗(yàn)時(shí)操作失誤的可能性，在主樓地下室的北側(cè)設(shè)置了一部專用疏散樓梯，直通室外，另借用主樓西側(cè)的樓梯在首層直通室外，并通過氣體泄漏監(jiān)控裝置聯(lián)動(dòng)關(guān)閉超凈實(shí)驗(yàn)室其他通向大樓的疏散門，避免毒氣泄漏到大樓內(nèi)部(圖20)。

超凈實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有大量防震要求較高的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為解決這一問題，本項(xiàng)目采取了兩方面措施：一是為實(shí)驗(yàn)設(shè)備做隔振基礎(chǔ)，采用多層杯形隔振基礎(chǔ)(混凝土結(jié)構(gòu)之間填充隔振材料)；二是將震動(dòng)源盡量放置在配樓地下室內(nèi)，通過結(jié)構(gòu)斷開實(shí)現(xiàn)隔振，部分放置在主樓地下的風(fēng)機(jī)采用隔振基礎(chǔ)處理。另外在風(fēng)道連接上采用軟管，減少震動(dòng)傳遞。

信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院3G實(shí)驗(yàn)樓

信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院3G手機(jī)模擬環(huán)境實(shí)驗(yàn)樓又是和前兩個(gè)項(xiàng)目完全不同的科研建筑類型。該項(xiàng)目是國(guó)家第三代移動(dòng)通信技術(shù)研究、試驗(yàn)、認(rèn)證基地，是展示國(guó)家現(xiàn)代通信前沿技術(shù)的重要場(chǎng)所，總建筑面積25864m²，地上10層，地下3層。3G實(shí)驗(yàn)樓主要以計(jì)算機(jī)模擬環(huán)境機(jī)房為主，對(duì)于試驗(yàn)環(huán)境來(lái)說(shuō)，除了防靜電和個(gè)別機(jī)房恒溫、恒濕的要求以外，沒有特殊的要求。在人員辦公區(qū)，我們進(jìn)行了大膽的嘗試。

項(xiàng)目位于市區(qū)內(nèi)，用地比較緊張，加之北側(cè)有日照間距要求，建筑整體進(jìn)深較大，內(nèi)部空間環(huán)境較差。為了解決這一問題，在方案中，1～4層是三跨的進(jìn)深，到5層及以上，中間一跨作為共享中庭直通室外，中庭采用電動(dòng)開啟玻璃屋頂。這個(gè)方案在科研建筑的傳統(tǒng)模式上進(jìn)行了突破，把商業(yè)建筑、辦公建筑中常用的中庭手法引入到科研建筑當(dāng)中，使原本大進(jìn)深的不良室內(nèi)環(huán)境得到了徹底改善。這個(gè)方案不僅使中庭兩側(cè)研究室都得到了充足的自然通風(fēng)和采光，并且因?yàn)橛辛丝砷_啟的天窗，改善了室內(nèi)的空氣質(zhì)量和熱工環(huán)境，降低了空調(diào)能耗?？蒲腥藛T置身其中，更能享受空間變化所帶來(lái)的樂趣。該項(xiàng)目已于2006年5月動(dòng)工，更多的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)正在完善中(圖27)。

在這些實(shí)踐當(dāng)中，我們逐漸認(rèn)識(shí)到，科研建筑設(shè)計(jì)手法是多種多樣的，可以從室外環(huán)境人手，也可以從室內(nèi)空間入手，可以繼續(xù)推敲科研人員在工作中的尺度、行為模式等等，但歸根到底還是要真正了解科研人員的需求，貼近科研人員日常的工作，聆聽科研人員的訴說(shuō)，不落下每一個(gè)細(xì)節(jié)，使“關(guān)愛科研人員，以科研人員為本”不成為一句空話。這樣的設(shè)計(jì)才能塑造出環(huán)境真正宜人的科研建筑空間，在這樣的環(huán)境下才能更好地激發(fā)科研人員的工作熱情和創(chuàng)造力。

作者：劉衛(wèi)鋼，北京市建筑設(shè)計(jì)研究院3A2工作室

收稿日期：2006年10月