關(guān)于科研實驗建筑設(shè)計規(guī)范的思考

引言：科研實驗建筑是一種承擔(dān)科學(xué)實驗研究功能的建筑物，可以為科學(xué)實驗研究提供安全性高、穩(wěn)定性強(qiáng)的環(huán)境，為多學(xué)科綜合實驗提供堅實的支撐。在相關(guān)規(guī)范表述中，科學(xué)實驗建筑被定義為包括實驗用房、公用設(shè)施、實驗輔助用房等用房種類的從事科學(xué)研究工作以及實驗工作的建筑?？蒲袑嶒灲ㄖ鶕?jù)其使用需求的不同可分為兩類，第一類為專用實驗室，這類實驗室通常有恒溫恒濕、防電磁干擾、防輻射、防振性能好、潔凈無菌等使用需求，或者實驗室配備了諸如電子顯微鏡等大型、精密的實驗器材對實驗室環(huán)境要求較高；第二類為通用實驗室，這類實驗室適用于多學(xué)科的以實驗臺規(guī)模進(jìn)行經(jīng)常性科學(xué)研究和實驗工作的實驗室。伴隨著經(jīng)濟(jì)社會的飛速發(fā)展，科技發(fā)展日新月異，傳統(tǒng)的實驗室環(huán)境已經(jīng)不能很好的滿足當(dāng)下乃至未來一段時間內(nèi)的科學(xué)研究工作的需求，并且在新的時代背景下，科學(xué)研究的發(fā)展也呈現(xiàn)出密集化、整體化的新趨勢。因此，在科學(xué)研究和實驗工作的新需求、新趨勢的要求下，我們必須對科研實驗建筑的設(shè)計進(jìn)行深入思考，結(jié)合科研實驗工作的實際以及對科技發(fā)展的合理預(yù)期，探索出符合發(fā)展需要以及現(xiàn)實需求的科研實驗建筑設(shè)計規(guī)范，從而使建筑能夠為科學(xué)研究和實驗工作服務(wù)，提高大規(guī)?？蒲虚_發(fā)項目的組織協(xié)調(diào)的效率[1]。1.科研實驗建筑規(guī)劃設(shè)計流程及策略1.1科研實驗建筑規(guī)劃設(shè)計流程概括來說，科研實驗建筑的規(guī)劃流程包含6大環(huán)節(jié)，分別為收集整理使用需求、實驗建筑建設(shè)目標(biāo)的確定、實驗建筑建設(shè)選址、項目可行性論證、實驗建筑建設(shè)方案設(shè)計、審核報批。這六大環(huán)節(jié)作為一個有機(jī)的整體共同保證了科研實驗建筑的規(guī)劃、設(shè)計的科學(xué)性、有效性，為科研實驗建筑的順利建設(shè)以及投入使用之后使用需求的滿足打下堅實的基礎(chǔ)。此外，隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，新的建筑規(guī)劃理念在實踐中得到了充分的應(yīng)用和發(fā)展，一座科研實驗建筑優(yōu)秀與否不僅需要滿足現(xiàn)階段科研實驗團(tuán)隊的實驗需求，更重要的在于科研實驗建筑能否為未來的科研發(fā)展提供充足的拓展空間，從而兼顧未來的科研實驗使用需求[2]。因此，在科研實驗建筑規(guī)劃設(shè)計的初始階段，建筑設(shè)計人員需要深入學(xué)科實驗實際，與科研工作人員進(jìn)行充分的交流，了解建筑使用者的使用需求，并結(jié)合學(xué)科實驗要求進(jìn)行綜合分析，在整體規(guī)劃范圍之內(nèi)進(jìn)行建筑項目選址，建筑設(shè)計人員進(jìn)行方案涉及的過程中需要充分考慮并遵循實驗工藝流程，對實驗室需要配備的實驗裝置了然于心，確?？蒲袑嶒灲ㄖO(shè)計能夠滿足實驗安全管理要求。在進(jìn)行科研實驗建筑規(guī)劃設(shè)計時，需要對實驗廢棄物的存儲、處理、轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，提高科研實驗建筑廢棄物智能化管理和綠色處理能力，實現(xiàn)科研實驗建筑的可持續(xù)發(fā)展。在科研實驗建筑的規(guī)劃設(shè)計過程中，以打造使用便利性高、功能及配套設(shè)施完善、維護(hù)管理水平現(xiàn)代化為主線，破除傳統(tǒng)實驗室設(shè)計中存在的區(qū)塊壁壘嚴(yán)重的弊端，以科學(xué)合理的科研實驗建筑設(shè)計促進(jìn)科研人員交流，推動合作與創(chuàng)新。1.2科研實驗建筑設(shè)計策略現(xiàn)代科研實驗建筑是具有實用功能的大樓,其創(chuàng)意設(shè)計最重要的目的是適應(yīng)科研工作者的工作特點。這類建筑設(shè)計不同于地標(biāo)式建筑設(shè)計。所以通常不要求將"地標(biāo)性"或"象征性"當(dāng)作建筑設(shè)計的重點,更多的是采用"理性設(shè)計"的建筑理念，即重視環(huán)境與功能的分析以及重視文化與理念的探求。環(huán)境是指建筑物所在區(qū)域的周邊自然環(huán)境,建筑物必須與之協(xié)調(diào)發(fā)展、和睦共存?？蒲蓄惤ㄖ锿ǔＴO(shè)在工業(yè)園區(qū)或高校等特定環(huán)境中,在建筑總體布局方面需要特別重視周圍原有的自然環(huán)境,例如:建筑總圖關(guān)系、軸線關(guān)系以及建筑物的整體形態(tài)和色調(diào)都應(yīng)當(dāng)與周邊建筑物和環(huán)境和諧統(tǒng)一、不突兀。在功能用途方面,由于科研人員是科研建筑的最主要使用者,所以最主要的功能房間是供科學(xué)實驗所使用的實驗室、科研辦公研究室及輔助用房。其次,是促進(jìn)各領(lǐng)域的科研工作者溝通交流、學(xué)習(xí)和協(xié)作的空間。現(xiàn)代科研實驗建筑本身的特點一是用于科研的技術(shù)與創(chuàng)新，其形象應(yīng)包容高新技術(shù)的特征，二是體現(xiàn)環(huán)境與文化建筑的內(nèi)涵?？蒲薪ㄖ话阄挥诳萍紙@區(qū)或高校校園內(nèi).所以應(yīng)該根據(jù)建筑所處的環(huán)境,設(shè)計時應(yīng)體現(xiàn)并尊重環(huán)境的文化氛圍等。建筑設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)現(xiàn)代建筑的簡潔實用，運(yùn)用新的建筑技術(shù)，提供能夠滿足使用者要求的良好物質(zhì)基礎(chǔ)與設(shè)施條件.創(chuàng)造良好的物質(zhì)環(huán)境空間，如:合理的分區(qū)與布局、先進(jìn)的技術(shù)設(shè)施、人性化的空間及令人愉悅的氛圍等?，F(xiàn)代科研建筑是提供現(xiàn)代科學(xué)研究的物質(zhì)空間和設(shè)施基礎(chǔ)，其中實驗室部分是科研建筑的核心。如何保證科研建筑的合理、高效、適用、節(jié)能環(huán)保是技術(shù)設(shè)計階段主要解決的問題?，F(xiàn)代科研實驗建筑設(shè)計除了具有一般辦公建筑的共性,還具有如下的特點:靈活的實驗空間設(shè)計、復(fù)雜的技術(shù)設(shè)計和人性化設(shè)計、綠色建筑設(shè)計。2.科研實驗建筑規(guī)劃設(shè)計思考2.1建設(shè)選址科學(xué)集約，充分利用當(dāng)?shù)赜欣蛩乜茖W(xué)合理的用地選擇是科研實驗建筑設(shè)計極其重要的基礎(chǔ)所在?？蒲袑嶒灲ㄖx址時必須滿足當(dāng)?shù)爻鞘幸?guī)劃和區(qū)域規(guī)劃的需要,應(yīng)利用已有地形地貌,構(gòu)筑環(huán)境良好、配套設(shè)施完善的建筑群?？蒲袑嶒灥奈蹚U物排放主要是指科研實驗產(chǎn)生的廢氣、廢液、固體廢棄物的排放。在建筑設(shè)計之初就要根據(jù)建筑所排放的污廢物成分進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)的處理方式。在科研實驗建筑的規(guī)劃工作中首要考慮是建筑選址的風(fēng)向問題，由于在實驗過程中會產(chǎn)生實驗廢氣，因此在建筑規(guī)劃工作中需要深入考察建筑選址的風(fēng)向問題，為處理后實驗廢氣的安全排放打下基礎(chǔ)。在科研實驗建筑中進(jìn)行實驗工作，產(chǎn)生的實驗廢水一旦反生泄露會對外界環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響，應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃,安全專門的廢水存儲設(shè)施和處理設(shè)施，并且預(yù)留好轉(zhuǎn)運(yùn)通道,最大程度的避免廢水泄露。處理后的實驗廢水可以進(jìn)行回收利用，科學(xué)實驗建筑也應(yīng)該配備專用的排水管道用于處理后的廢水排放，避免與周邊居民區(qū)共用同一個排水系統(tǒng)。在進(jìn)行科研實驗建筑設(shè)計時也需要全面考慮建筑所在區(qū)域的功能利用、通風(fēng)、供水條件等,并預(yù)留未來的開發(fā)用地[3]。2.2合理設(shè)置平面布局和實驗工藝流線在對科研實驗建筑的實驗室進(jìn)行設(shè)計時,可以對實驗室的布局進(jìn)行符合實際情況的空間安排，例如，將實驗室的空間按照使用需求和功能的不同劃分為多個實驗區(qū)，使實驗室內(nèi)部的布局各自獨立又相輔相成。實驗室的平面布置應(yīng)當(dāng)符合科學(xué)易用特點,配備相應(yīng)的實驗設(shè)備。科學(xué)規(guī)劃實驗室和科研實驗建筑整體的動線，將人流與物流動線相互分離，避免實驗品或?qū)嶒炘噭┑瓤赡墚a(chǎn)生人身安全危害與環(huán)境污染的物品流動動線與人流動線相重合，降低碰擦產(chǎn)生污染等問題發(fā)生的可能。為了實現(xiàn)上述的設(shè)計目標(biāo)，在科研實驗建筑的設(shè)計工作中可以從以下幾個方面進(jìn)行。有潔凈要求的實驗室的平面布局應(yīng)該按照由潔至污的次序進(jìn)行設(shè)計，且實驗室的整體布局需要與實驗室的整體流線相吻合。為了滿足實驗室的潔凈要求，可以將科研辦公區(qū)與實驗區(qū)相互分離獨立設(shè)置。科研辦公室可以安排在在靠近建筑景觀條件較良好的一側(cè),并與實驗室相對隔離,既防止了與其他研究區(qū)域產(chǎn)生互擾,保證了科研辦公室的相對安全,也便于與其研究區(qū)域形成高效緊密的聯(lián)系，也滿足了實驗室潔污分離的要求[4]。設(shè)置大空間通用實驗區(qū)，可由數(shù)個建筑面積較小的實驗?zāi)K組成，可服務(wù)于小團(tuán)隊或大型研究團(tuán)隊。分區(qū)域設(shè)置特殊實驗室。可以在科研實驗建筑不同樓層的相同區(qū)域設(shè)計用于集中放置重型設(shè)備的場所，使在建筑物中工作的科研人員都可以就近、方便的使用到最先進(jìn)的實驗設(shè)備。污染較大的化學(xué)實驗室及異味實驗室可以安排在頂樓，便于排風(fēng)管道的設(shè)置。危險性較大的實驗室單獨設(shè)置在樓層角落，四周有墻體物理隔斷。多數(shù)潔凈室可以設(shè)置在建筑內(nèi)側(cè)及北側(cè)，確保通用實驗室獲得更多自然采光[5]。2.3實驗室模塊化配置力求靈活可變在進(jìn)行科研實驗建筑設(shè)計工作時，設(shè)計人員需要充分了解各個實驗室所涉及學(xué)科的實驗需求，按照學(xué)科類別的不同以及污染程度的高低對實驗室進(jìn)行模塊化布置。例如，在對化學(xué)實驗室的設(shè)計中主要采取了普通實驗室配以輔助實驗室和配套空間的設(shè)計方式,以最大程度滿足應(yīng)用要求,同時根據(jù)空氣污染程度的不同,在科研實驗建筑的化學(xué)實驗室與普通實驗室之間分別根據(jù)高、中、低污染實驗類型,配套以不同規(guī)模的通風(fēng)設(shè)備與新風(fēng)設(shè)備,實現(xiàn)了模塊化配置，根據(jù)科研實驗建筑通風(fēng)的特性，在建筑構(gòu)造細(xì)部設(shè)計上需要考慮相應(yīng)的構(gòu)造特點。例如:實驗室通風(fēng)柜、藥品柜常年處于排風(fēng)狀態(tài)，實驗室處于負(fù)壓環(huán)境；氣瓶間是用于儲存實驗氣體的空間，由于儲存危險氣體濃度宜超標(biāo)，因此常設(shè)計為開敞陽臺或封閉陽臺增加外窗排氣設(shè)施。另外,還配備有專業(yè)實驗區(qū),主要用以集中布置特殊設(shè)備,并分別配備了專用區(qū)域的中央空調(diào)設(shè)備,以適應(yīng)特定設(shè)備的散熱、降溫等條件。輔助實驗區(qū)則主要用來規(guī)整實驗區(qū)的設(shè)施,并按照專業(yè)要求實行了多樣化選擇[6]。在傳統(tǒng)的實驗室設(shè)計中，實驗室的供電及給排水管道均采取埋設(shè)于地面之下的設(shè)計思路，一旦在實驗室建成之后需要進(jìn)行設(shè)施改造工作時，實驗室原有的管道就面臨著廢除不用的局面，新管道的鋪設(shè)又需要重新挖開地面進(jìn)行埋設(shè),這不僅造成了一定程度的資源及資金浪費且改建工作的工期也普便較長。因此，在新的科研實驗建筑的規(guī)劃設(shè)計中對科研實驗室的給水方式、強(qiáng)弱電管路布設(shè)均采取功能柱與上部連接的方法,這樣的管道架設(shè)方法既有利于在發(fā)生故障之后進(jìn)行管路的檢修及時恢復(fù)實驗室正常工作秩序，減少實驗損失,并且在后期開展實驗室改建以及增加實驗裝置時也能解決相應(yīng)的供水、排水、供電要求。而模塊型布局結(jié)合靈活多樣的供給體系使實驗室具有了靈活可變性,便于其在后期改建更新時重新組合供水系統(tǒng)和實驗臺設(shè)備。2.4實驗室規(guī)劃重視科技創(chuàng)新科研實驗的宗旨是通過實踐進(jìn)行創(chuàng)新，因此在科研實驗建筑的規(guī)劃設(shè)計中也要秉持創(chuàng)新理念開展設(shè)計工作，力求突出創(chuàng)新和科學(xué),以形成富有設(shè)計感、衛(wèi)生安全、節(jié)能環(huán)保、人性化、智能化的實驗室環(huán)境,讓建筑使用者在踏入科研實驗建筑的一瞬間,就可以體會到一個全新的科學(xué)感受[7]。科研實驗建筑的設(shè)計工作也要在高度的人文關(guān)懷理念的指導(dǎo)下進(jìn)行，在建筑設(shè)計中不僅需要考慮到建筑美學(xué)，更要在設(shè)計中體現(xiàn)出人文關(guān)懷，這就要求建筑設(shè)計人員結(jié)合實際，切近科研實驗工作，尋找科研實驗建筑中建筑美學(xué)與人文關(guān)懷的聯(lián)系，并且這兩者有機(jī)結(jié)合起來?？蒲袑嶒灲ㄖ谠O(shè)計中,要以滿足實驗使用需求為最基本的前提,以此為基礎(chǔ)在設(shè)計上強(qiáng)調(diào)設(shè)計美感,最大程度突出設(shè)計的現(xiàn)代風(fēng)格,并充分利用建筑的各個位置,設(shè)計嵌入式社交場所[8]。在大樓內(nèi)部結(jié)構(gòu),設(shè)計多樣的會議與互動空間,包括中庭、通道區(qū)、道路流線、研究區(qū)、可通達(dá)的實驗室空間等,創(chuàng)造出富有向心力和活力的交流氛圍?？蒲袑嶒灲ㄖ默F(xiàn)代化、科技化已經(jīng)成為當(dāng)前科研實驗建筑發(fā)展潮流和必然趨勢,建設(shè)現(xiàn)代化的實驗室將能為廣大科學(xué)工作者創(chuàng)造優(yōu)越的科研工作環(huán)境,并助力于培育先進(jìn)的科技人才、生產(chǎn)前沿的科學(xué)成果?？蒲袑嶒灲ㄖ闹腔酃芾眢w系的構(gòu)建可以從以下幾個方面實施，其一，智能化實驗室管理,如實驗室入口身份認(rèn)證系統(tǒng)、物品存放柜智能識別系統(tǒng)等；其二，自動化的建筑環(huán)境監(jiān)測及報警系統(tǒng)，通過布置多種傳感器實現(xiàn)全天候自動化建筑環(huán)境監(jiān)測以及及時預(yù)警；其三，實驗室通風(fēng)控制系統(tǒng)，包含互相聯(lián)動、可自動預(yù)警的實驗室空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)、廢氣排放及處理系統(tǒng)。設(shè)備領(lǐng)先、自主智能化的實驗室及樓宇管理系統(tǒng),將有效助力于實驗室的智能管理，提升科研實驗建筑的智能化水平，更好的服務(wù)于科研試驗工作。2.5注重實驗室安全環(huán)保措施在科研實驗建筑的設(shè)計中，為建筑使用人員和科研工作者創(chuàng)設(shè)一個安全、衛(wèi)生、潔凈的實驗環(huán)境是建筑設(shè)計人員關(guān)注的重點，也是建筑設(shè)計工作的重要目標(biāo)之一?？蒲袑嶒灲ㄖ枰獫M足應(yīng)急撤離設(shè)備的建筑強(qiáng)制規(guī)定,并且還需要針對實驗室配備適當(dāng)?shù)沫h(huán)境監(jiān)測感應(yīng)裝置,如化學(xué)煙霧檢測儀。為實驗室配置實驗通風(fēng)裝置、氣體滅火裝置、通風(fēng)試劑柜、滅火器、消防毯等安全設(shè)備。根據(jù)實驗規(guī)范配備應(yīng)急噴淋設(shè)施,以保證科研工作人員在突發(fā)情況下可以就近進(jìn)行處置,使實驗的損失減少至最少[9]。實驗通風(fēng)裝置主要由通風(fēng)管道裝置和通風(fēng)末端裝置等構(gòu)成。實驗通風(fēng)設(shè)計是實驗室規(guī)劃設(shè)計的重要基礎(chǔ)。按照實驗室內(nèi)通風(fēng)裝置的規(guī)模和風(fēng)量配置補(bǔ)風(fēng)設(shè)備,以保證實驗室內(nèi)空氣質(zhì)量。在實驗室配備一定規(guī)模的通風(fēng)型試劑柜，對危險程度不用的實驗用品和試劑進(jìn)行分別存放，避免發(fā)生意外。儀器柜必須符合較高的防火性能,對易燃、容脆、易揮發(fā)、高危險化學(xué)試劑應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格分類放置,并保持全天候小風(fēng)量抽排風(fēng),以降低化學(xué)試品揮發(fā)給實驗室內(nèi)部環(huán)境所帶來的影響危害。2.6體現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展理念建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型科研實驗建筑是規(guī)劃設(shè)計階段的主要考量因素。對此,在實際的科研實驗建筑設(shè)計工作中，從設(shè)計思想、建設(shè)選材、科學(xué)要求、設(shè)施裝備選型的角度出發(fā),遵循環(huán)境影響少、能源消耗小的原則進(jìn)行了完善實驗室的配套建設(shè)。從建筑空調(diào)選擇、材料選用、空間布局、光伏發(fā)電、雨水回用體系等系統(tǒng)的設(shè)計均可以實現(xiàn)建設(shè)綠色節(jié)能的科研實驗建