现代科研实验建筑的设计实践--几个科研实验建筑的设计比较

现 代 科 研 实 验 建 筑 的 设 计 实 践 几 个 科 研 实 验 建 筑 的 设 计 比 较赵 霞（ 中 国 电 子 工 程 设 计 院 北 京 100840）摘 要 ： 从 建 筑 规 划 设 计 、 建 筑 环 境 、 建 筑 设 备 、 建 筑 材 料 等 方 面 ， 比 较 分 析 了 三 个 不 同 性 质 、 不 同 功 能 类别 的 科 研 实 验 建 筑 的 建 筑 设 计 ， 对 所 做 过 的 部 分 类 型 实 验 室 建 筑 特 点 进 行 了 建 筑 设 计 概 括 和 总 结 。关 键 词 ： 实 验 室 建 筑 建 筑 设 计 环 境 技 术 设 备 创 造PRACTICE OF DESIGN OF MODERN SCIENTIFIC EXPERIMENTAL BUILDINGS COMPARISON OF DESIGN OF SCIENTIFIC EXPERIMENTAL BUILDINGSZhao Xia（ China EIectronic Engineering Design Institute Beijing 100840）Abstract ： The architecturaI designs of three scientific experimentaI buiIdings with different properties and functions areanaIyzed and compared from architecturaI pIanning and design， buiIding environment， eguipment and materiaIs etc. ThearchitecturaI features of partiaI compIeted Iaboratories are aIso summarized from their architecturaI designs.Ke r s ： Iaboratory buiIdings architecturaI design environment technicaI eguipment creation作 者 ： 赵 霞 女 1971 年 12 月 出 生 高 级 建 筑 师E - maiI： zhaoxia 收 稿 日 期 ： 2005 - 12 - 091 概 述科 研 实 验 建 筑 是 科 学 研 究 的 物 质 空 间 ， 是 适 合团 队 研 究 的 社 会 化 建 筑 ， 其 中 的 实 验 室 部 分 是 建 筑的 核 心 。 现 代 科 学 技 术 的 发 展 与 科 研 实 验 息 息 相关 。 从 建 筑 设 计 的 角 度 看 ， 现 代 科 研 实 验 建 筑 除 了体 现 实 验 室 类 型 所 属 的 系 列 学 科 特 征 外 ， 还 具 有 以下 4 个 特 点 ： 1） 先 进 、 复 杂 的 技 术 设 计 。 越 来 越 多 的实 验 室 建 筑 需 要 大 量 的 甚 至 复 杂 的 技 术 设 备 和 工 程系 统 支 持 ， 看 似 简 单 的 实 验 室 工 作 台 和 实 验 操 作 程序 ， 往 往 需 要 各 个 专 业 的 设 备 、 管 道 系 统 、 电 力 系 统来 支 持 ， 技 术 设 计 在 整 个 工 程 设 计 中 占 有 重 要 位 置 。2） 灵 活 的 建 筑 空 间 设 计 。 据 有 关 统 计 ， 全 球 实 验 室每 年 的 重 组 率 为 35%， 这 就 要 求 实 验 室 建 筑 在 设 计阶 段 既 要 满 足 当 前 需 要 ， 又 能 适 应 未 来 发 展 要 求 ， 从多 个 方 面 实 现 建 筑 内 部 的 灵 活 性 。 如 ： 模 块 化 的 实验 空 间 、 封 闭 与 开 放 实 验 室 相 结 合 、 可 移 动 或 便 于 拆卸 的 隔 墙 、 灵 活 的 技 术 支 持 系 统 、 弹 性 预 留 空 间 等 。3） 人 性 化 的 设 计 。 舒 适 的 实 验 室 环 境 能 够 为 高 强 度工 作 的 科 研 人 员 激 发 创 造 力 ， 这 种 环 境 是 一 种 资 源 。如 ： 适 合 人 体 工 效 学 的 座 椅 和 灵 活 的 工 作 台 、 令 人 愉悦 的 办 公 氛 围 、 适 当 私 密 的 声 音 工 作 环 境 、 共 享 的 交流 空 间 等 。 4） 环 境 可 持 续 的 设 计 。 一 个 典 型 的 实 验室 建 筑 能 耗 量 是 普 通 办 公 建 筑 能 耗 量 的 3 倍 以 上 ，许 多 实 验 室 需 要 较 大 的 电 力 支 持 、 不 间 断 电 源 供 应 、大 量 密 封 或 者 排 气 装 置 、 较 多 产 生 热 量 的 设 备 等 ， 在全 球 能 源 紧 张 和 倡 导 可 持 续 发 展 的 今 天 ， 实 验 室 建筑 除 了 能 满 足 安 全 和 健 康 的 要 求 外 ， 还 应 考 虑 实 验室 环 境 的 可 持 续 设 计 ， 通 过 建 筑 设 计 可 以 改 善 的 有 ：外 围 护 结 构 的 节 能 设 计 ， 尤 其 外 窗 的 框 料 和 玻 璃 设计 、 屋 面 合 理 的 构 造 等 。2 设 计 实 例在 我 国 经 济 和 科 技 快 速 发 展 的 背 景 下 ， 现 代 科研 实 验 建 筑 的 工 程 设 计 、 建 设 日 益 增 多 。 近 几 年 来 ，有 机 会 陆 续 参 加 了 三 个 中 小 型 的 科 研 实 验 楼 建 筑 的建 筑 设 计 工 作 （ 前 两 个 已 经 建 成 ， 后 一 个 在 施 工 图 设计 过 程 中 ） ， 它 们 从 某 些 方 面 体 现 着 科 研 实 验 建 筑 的上 述 特 征 。 以 下 就 从 建 筑 规 划 设 计 （ 以 平 面 布 局 特点 为 主 ） 、 建 筑 环 境 、 建 筑 技 术 设 备 、 建 筑 材 料 等 方 面进 行 比 较 。2.1 某 研 究 所 的 天 线 实 验 楼9IndustriaI Construction VoI.36， No.3， 2006 工 业 建 筑 2006 年 第 36 卷 第 3 期l）类型：专项科研实验建筑。 2）设计时间： 2000 200l 年。 3）竣工时间： 2002 年。 4）建筑概况：位于研究所园区内，建筑单体占地面积 l 798m2，建筑面积 2 682m2。 5）平面布局特点：整个实验楼为方形平面，以一间较大的实验室为中心（核心），将配套实验室、办公储藏等辅助房间布置在周边。功能布局简单、紧凑，使用合理（见图 l）。 6）功能组成：微波暗室、电磁兼容室、天线远场测试间、天线近场测试间、计算机数据处理间等功能特殊性较强的房间。 7）层高：主要实验室为单层，层高 20.00m，金属网架屋面，其他部分层高 4.2m。 8）建筑造型：整个建筑的造型简捷、紧凑，由于功能使用的要求，大体量的部分为没有开窗的实体，与侧边的单个序列窗形成对比。整个建筑造型的实验室特征明显。 9）建筑环境及技术设备：这类实验室的建筑环境通过特殊的工艺要求和室内装修材料实现，其核心试验都要求在暗室内进行，暗室围护结构考虑外界电磁波对微波测试的干扰，围护结构内壁构造复杂，工作人员和测试设备在暗室周边的夹道，并在夹道进行操作，对通风、空调、电气等均有特殊的要求，因而工程设计和消防设计较复杂。 l0）建筑材料：室内围护结构抗电磁波的屏蔽材料和吸收电磁波的尖劈材料必须经过专业人员核算后，由专业生产单位制作、安装，地面要求防微振。图 l 天线实验楼一层平面! 中科院应用化学研究所的无机分析实验楼l）类型：单学科科研实验建筑。 2）设计时间：200l 2002 年。 3）竣工时间： 2003 年。 4）建筑概况：位于中国科学院长春应用化学研究所园区内。南临应化路，与路对面的高分子合成楼相对应，东侧为应化所办公楼，西侧和北侧均紧邻园区围墙。用地面积 6 898m2，占地面积 3 387m2，建筑面积 l2 945m2。5）平面布局特点：整个平面呈 H 型，由 5 层的主楼和 2 层的裙房组成。采用中间走廊的形式，标准实验室为 6.6m X 7.2m 模块（见图 2、图 3）。 6）功能组成：主要为标准实验室、研究工作室、院士实验室、学术交流室、学术报告厅、成品展示等。 7）层高：一层层高 4.0m，其他各层均为 3.8m，屋顶上设备层层高2.l0m。 8）建筑造型：主立面中间墙体部分突出，在H 型的两端通过挑梁与两翼联系起来，增强建筑的整体性，同时，屋顶结合顶层设备层做了铝板的构架0l工业建筑 2006 年第 36 卷第 3 期图 2 应用化学研究所无机分析实验楼总平面（见“建筑视窗”）。 9）建筑环境：由于实验室内全部为无机化学实验室，实验中采用的通风柜较多，排气中的有害废气（主要是酸、碱）其浓度很低，设计采用直接排放形式，每个需排风房间的走廊（宽 4.2m）侧均设有建筑排风夹道，排风夹道直通屋面通风机房，所有的局部排风机均设在屋面通风机房内，局部排风经排风夹道排至室外。个别实验室有洁净要求，单独设置人员、物品的净化流线。 10）建筑技术设计：根据实验室使用要求、国家规范设上下水接口，电力及照明设计按照研究实验室标准，采光、隔声遵照科学实验室建筑设计规范（ JGJ 91 - 93）执行，每个实验室内设计了局域网布线（综合布线）、火灾报警、广播等系统。 11）建筑材料：实验用房、走道的楼地面选用坚实耐磨、防水防滑、不起尘、不积尘的防石材面层；墙面采用乳胶漆；顶棚为石膏板吊顶。图 3 应用化学研究所无机分析实验楼一层平面!# 北京航空航天大学沙河校区一期公共实验楼（组团 ! $ A、 ! $ B 建筑）1）类型：多学科科研实验建筑。 2）设计时间：2004 。 3）建筑概况：北航沙河校区位于北京市昌平区沙河高教园西南角 G 区，一期公共实验楼（组团 2 - A、 2 - B）位于公共教学区，景观中轴西侧，与公共教学楼隔中心广场相对。占地面积 10 550m2，建筑面积 46 890m2。 4）平面布局特点：鱼骨式布局，设计各系为相对独立的条形建筑并通过贯通南北的通廊联系起来。通廊将系别性质相似的放在一侧，另一侧设计为层高、荷载、开间进深等要求特殊的实验室（见图 4）。 5）功能组成：组团 2 - A 包括物理教学实验中心、环境工程实验室、化学教学实验中心、机械基础教学实验室，外语教学语音室等，组团 2 -B 包括材料力学实验室、电工电子基础实验中心、计算机教学实验中心、气体热力实验室（热工基础）、自动控制与测试教学实验中心、 CAD 实验中心等，普通实验室模块 8.0m X 8.0m。 6）层高：普通实验室层高 4.0m，有特殊要求的为 4.5m，计算机教学实验中心、外语教学语音室层高 3.5m。 7）建筑造型：整个11现代科研实验建筑的设计实践几个科研实验建筑的设计比较赵 霞建筑群通过统一各功能单元和公共交通通廊，组合排列使造型既统一协调又富有韵律感。纵贯南北的采光通廊将各功能体块有机组合起来。考虑所处校园的位置和整体环境，在朝向中央景观区的东侧端头采用相同的处理手法使之形成韵律感。建筑主体及裙房的开窗在统一中寻求变化，既满足实验建筑的使用要求，又体现一些现代的处理手法（见“建筑视窗”）。 8）建筑环境及技术设备：根据不同的系别实验室特点设计排风系统、防腐蚀和降噪措施，所有实验室设计风机盘管的空气调节环境。电力及照明设计按照实验室标准，采光、隔声遵照科学实验室建筑设计规范（ JGJ 9l - 93）执行。每个实验室、办公室内设计校园网布线（综合布线）、火灾报警、广播等系统。每个实验室、办公室实现能量的计量。 9）建筑动力设备：冷冻站、换热站、变配电室等集中布置在地下室。 l0）建筑材料：实验用房、走道的楼地面，选用坚实耐磨、防水防滑、不起尘、不积尘的水磨石面层；墙面采用乳胶漆；大部分实验室不设吊顶。外墙材料：一层勒脚采用深褐色石材，其余大面积外墙采用浅灰色外墙涂料，与外墙凹入部分的深灰色外墙面砖形成对比。图 4 一期公共实验楼总平面! 共性与特殊性按使用功能，上述三个实验室均属于不同学科的自然科学实验室。天线实验楼属于电子技术科学实验室；中科院应用化学研究所的无机分析实验楼属于化学学科的实验室：北航沙河校区的一期公共实验楼（组团建筑）属于多学科的综合教学实验楼。以上是科研实验建筑非常具体的三个例子，事实上源于自然科学的学科非常广泛，实验室类型也非常广泛，包括以下主要类别：生物实验室、物理实验室、化学实验室、工程实验室、地质实验室、计算机科学实验室等。其中生物实验室强调合理的流线设计，人员、物品的分流、洁净与非洁净、污染与非污染区的严格划分更为重要：化学实验室要求很多的通风橱柜（竖井）；计算机科学实验室则需要大量的线路管理，更强调综合布