摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)代科研實(shí)驗(yàn)建筑作為一種重要的建筑類型在空間形態(tài)上已經(jīng)發(fā)生了很大的變化。本文就結(jié)合相關(guān)案例，從實(shí)驗(yàn)建筑功能空間的“三段式”模式的建構(gòu)、公共空間場所的塑造和特殊空間的外部表征三方面來剖析當(dāng)代科研實(shí)驗(yàn)建筑的空間形態(tài)特征，探討科研實(shí)驗(yàn)建筑的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：科研實(shí)驗(yàn)建筑；空間模式；場所塑造；外部表征

中圖分類號：TU244.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-0422（2012）06-0050-05

1 前言

科研實(shí)驗(yàn)建筑是指功能上用于科學(xué)研究的建筑物。根據(jù)《科學(xué)實(shí)驗(yàn)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ91-93對科學(xué)實(shí)驗(yàn)建筑的定義：“科學(xué)實(shí)驗(yàn)建筑是指用于從事科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)工作的建筑，一般包括實(shí)驗(yàn)用房、輔助用房、公用設(shè)施等用房。它分為兩類：一類是通用實(shí)驗(yàn)室，是指適用于多學(xué)科的以實(shí)驗(yàn)臺規(guī)模進(jìn)行經(jīng)常性科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)工作的實(shí)驗(yàn)室；另一類是專用實(shí)驗(yàn)室，是指有特定環(huán)境要求如恒溫、恒濕、潔凈無菌、防振、防輻射、防電磁干擾等或以精密大型特殊實(shí)驗(yàn)裝置為主如電子顯微鏡、高精度天平譜儀等的實(shí)驗(yàn)室”。隨著當(dāng)今社會變革和科技進(jìn)步，科學(xué)發(fā)展產(chǎn)生整體化、密集化的趨勢，需要通過高效率、大范圍的組織協(xié)調(diào)進(jìn)行一系列科研開發(fā)項(xiàng)目，簡單的實(shí)驗(yàn)室空間早已不能滿足科技發(fā)展所帶來的需求，復(fù)雜的多功能科研建筑綜合體日益受到科研工作者的青睞，科研建筑的空間形態(tài)也隨之而改變。

由于科研實(shí)驗(yàn)建筑的涉及類型繁多，如生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、物理實(shí)驗(yàn)室、電子裝備實(shí)驗(yàn)室、海洋工程實(shí)驗(yàn)室等等，因此本文試結(jié)合實(shí)際案例探討科研實(shí)驗(yàn)建筑的共同核心問題——功能空間形態(tài)特征，力求為此類建筑設(shè)計(jì)理清思路。

2 實(shí)驗(yàn)空間的模式建構(gòu)

2.1實(shí)驗(yàn)單元空間模式——“三段式”定型設(shè)計(jì)

隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)工藝與實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新周期再縮短，而且科研向多學(xué)科多功能發(fā)展。實(shí)驗(yàn)空間對不同學(xué)科的實(shí)驗(yàn)工藝要求必須具有足夠的適應(yīng)能力，因此，發(fā)展了通用實(shí)驗(yàn)空間。目前通用空間構(gòu)成方式有兩種類型：一是統(tǒng)一柱網(wǎng)的通用空間。整棟建筑采用統(tǒng)一柱網(wǎng)，柱網(wǎng)的選擇是根據(jù)實(shí)驗(yàn)單元空間的要求并綜合考慮了其它使用功能確定的；如在高等學(xué)校里， 柱網(wǎng)選擇既應(yīng)滿足實(shí)驗(yàn)工藝要求， 也要便于布置教學(xué)用空間。二是標(biāo)準(zhǔn)單元的統(tǒng)一空間。標(biāo)準(zhǔn)單元是在統(tǒng)一柱網(wǎng)基礎(chǔ)上將不同的實(shí)驗(yàn)工藝及其它使用功能加以典型化， 并考慮交通疏散、防火、工程管網(wǎng)的技術(shù)規(guī)定等因素而確定的。在標(biāo)準(zhǔn)單元內(nèi)可有樓電梯間， 也可將樓電梯、管道豎井、衛(wèi)生間等公用設(shè)施移出， 另行組成公用單元。這兩種通用空間構(gòu)成方式有利于定型化的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

然而在科研實(shí)驗(yàn)建筑設(shè)計(jì)中，常常將輔助空間剝離出去形成獨(dú)立的靈活可變的空間，這一點(diǎn)在路易斯·康設(shè)計(jì)的理查德醫(yī)學(xué)研究樓和薩爾克生物研究樓均有充分體現(xiàn)，康將此提升為主輔空間理論。另外，美國建筑師霍爾（Hall）于1966年提出三種基本空間類型“固定空間、半固定空間、非正式空間”的理論體系，指出建筑師在設(shè)計(jì)中應(yīng)針對不同的行為模式確定不同的空間類型，以及采取適應(yīng)的建筑布局。如果僅考慮適宜性，就會把布局設(shè)計(jì)得太僵化，但若僅考慮靈活性的通用空間，則很難滿足分開的、多變的行為模式。因此基于以上分析，我們構(gòu)建了一種新的功能空間模式，在使用的靈活性上能得到滿足。通過對不同類型實(shí)驗(yàn)室的共性分析，將實(shí)驗(yàn)區(qū)功能空間進(jìn)行區(qū)域分割：實(shí)驗(yàn)空間（Laboratory）；輔助空間（Support）；研究空間（OfficeResearch）。由此，科研實(shí)驗(yàn)建筑的實(shí)驗(yàn)區(qū)可以構(gòu)建為“三段式”的空間模式（如圖1）：輔助空間（Support）和研究空間（OfficeResearch）在縱向剖面方向上支撐著實(shí)驗(yàn)空間（Laboratory），這使得實(shí)驗(yàn)空間具有便捷的服務(wù)和相當(dāng)?shù)撵`活性（如圖2）。

靈活性最大化是實(shí)驗(yàn)室建筑設(shè)計(jì)的重要關(guān)注點(diǎn)。靈活性有多種意義，包括了擴(kuò)建，迅速適應(yīng)重新組合和其他變化，以及允許多種用途的能力。 在“三段式”的空間布局里，實(shí)驗(yàn)空間（Laboratory）是相對獨(dú)立的空間體系，可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)成開放型或封閉型實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)空間可根據(jù)需要確定不同的柱網(wǎng)、層高、跨度、荷載形成模數(shù)化組織。實(shí)驗(yàn)空間的設(shè)備、工作臺改變可以通過不同方式重組來實(shí)現(xiàn)。另外，由于實(shí)驗(yàn)室空間進(jìn)深一般比較大，在“三段式”空間模式中處于橫向中間部位，使得實(shí)驗(yàn)設(shè)備受外界因素如溫度、濕度等影響可降低最小。

辦公或研究空間（OfficeResearch）是專為實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)研究人員配備的專用獨(dú)立空間，研究者在這種專用的空間進(jìn)行特殊的研究。研究室與實(shí)驗(yàn)室的關(guān)系一般有三種：內(nèi)含型、分離型、混合型。因此，辦公或研究空間要求空間環(huán)境品質(zhì)相對較高，一般沿外墻布置，具有較好朝向、視野、采光或自然通風(fēng)條件，甚至還可以設(shè)置供研究者休息的辦公室空中陽臺。另外，辦公或研究空間一般采用玻璃隔斷，研究者可以一邊撰寫研究報(bào)告一邊監(jiān)督他們的實(shí)驗(yàn)室空間，觀察正在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，也可欣賞室外景觀。

輔助空間（Support）是支撐實(shí)驗(yàn)室設(shè)備等需求的空間系統(tǒng)。它包括水、電、天然氣、風(fēng)等管道設(shè)備，儲物，更衣，檢修，通風(fēng)櫥等功能。它一般靠近實(shí)驗(yàn)空間，以最短路徑實(shí)現(xiàn)最高效率。

“三段式”的功能空間模式可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)功能需要確定三者功能的聯(lián)系關(guān)系，形成不同的組合模式：辦公(研究)空間——實(shí)驗(yàn)空間——輔助空間的模式，如南方科技大學(xué)生化實(shí)驗(yàn)樓南北兩實(shí)驗(yàn)單元，圖3；美國唐納德植物科學(xué)中心實(shí)驗(yàn)單元平面，圖4；或者辦公(研究)——輔助空間——實(shí)驗(yàn)空間——辦公(研究)空間，如德國德固賽化工技術(shù)中心，圖5；或者實(shí)驗(yàn)空間——輔助空間——辦公(研究)空間，如澳大利亞墨爾本大學(xué)生物實(shí)驗(yàn)室，圖6。

“三段式”模塊化的實(shí)驗(yàn)空間能實(shí)現(xiàn)較好的成本效益和工作效率。其特點(diǎn)是保持了平面中心部分恒溫恒濕的長處，并具有縮短走道的優(yōu)點(diǎn)；提供比較靈活的空間；便于組接，有利于發(fā)展。

“三段式”定型設(shè)計(jì)方法有利于設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、施工制作的統(tǒng)一化與工作化，并提供了使用上的靈活性，不僅能應(yīng)用于單體建筑設(shè)計(jì)中，還可擴(kuò)大到整個建筑群體上。統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)單元，采用不同的平面布局并用輔助建筑連接，各個單元均有自己完整的獨(dú)立空間，它們之間又有方便的空間聯(lián)系，且又為未來擴(kuò)建留下發(fā)展的可能。

2.2 實(shí)驗(yàn)單元組合

以“三段式”構(gòu)建的模數(shù)制實(shí)驗(yàn)單元，作為一個共同的標(biāo)準(zhǔn)單元，進(jìn)行組合聯(lián)系，形成了以同一母題單元發(fā)展的組合模式或者以院落組合的平面布局方式，進(jìn)而構(gòu)成整體建筑的實(shí)驗(yàn)功能區(qū)。標(biāo)準(zhǔn)單元有多種形式能夠連續(xù)組成各種體型，富有變化，便于延伸擴(kuò)展。如德國普朗克化學(xué)生態(tài)研究所，以方形標(biāo)準(zhǔn)單元為母體，結(jié)合地形組合可以自由延展擴(kuò)建，圖7。

3 公共空間的場所塑造

當(dāng)代科研實(shí)驗(yàn)建筑的設(shè)計(jì)已不再僅僅限制于建造為實(shí)驗(yàn)設(shè)備提供合理的空間，而是更加關(guān)注科研工作者的環(huán)境空間品質(zhì)，如何營造健康、安全、舒適內(nèi)部環(huán)境及提供學(xué)習(xí)、研究、交流為一體的空間場所已成為科研試驗(yàn)建筑設(shè)計(jì)又一個關(guān)注的重點(diǎn)。在設(shè)計(jì)中把環(huán)境當(dāng)成一種有激勵作用的因素，形成促進(jìn)科研工作者發(fā)明創(chuàng)造的激勵性空間。

3.1多樣性交流場所的塑造

研究人員在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的工作主要有兩部分：觀察思考與分析思考，實(shí)驗(yàn)過程中所必須的數(shù)據(jù)整理、文獻(xiàn)查閱在研究室進(jìn)行。但是，研究者在除實(shí)驗(yàn)空間之外的不同空間場合交流也顯得尤為重要。在共享交流空間設(shè)計(jì)中，一是融入多種功能的活動空間，如可供小規(guī)模演講、討論甚至聚會活動的功能廳，交流討論室、大小不等可分隔的會議室、咖啡廳、活動室、開架管理的圖書資料室，而且附設(shè)復(fù)印裝置、計(jì)算機(jī)終端裝置、視聽裝置等等。在澳大利亞新南威爾士癌癥研究中心大樓中（圖8、9），每兩層設(shè)置了面積約150m2功能活動空間。活動室設(shè)有簡易吧臺可供研究人員舉行聚會活動。活動室配有投影設(shè)備，可供學(xué)術(shù)演講、或者小組討論?；顒涌臻g通過家具的組合，靈活分隔不同空間。

二是中庭空間。南方科技大學(xué)生化科研實(shí)驗(yàn)大樓分為南北兩個組團(tuán)，輔助空間包括樓梯、衛(wèi)生間及設(shè)備房等設(shè)施安排在兩個實(shí)驗(yàn)單元的兩側(cè)。圍合而形成的四層通高的中庭空間結(jié)合共享服務(wù)設(shè)施：首層450座的演講廳、屋頂平臺、樓梯、臺階形成立體的交流空間場所（圖10）。人們在此可以進(jìn)行非正式學(xué)習(xí)、交流、演講等多種活動，成為整棟實(shí)驗(yàn)建筑的核心交往空間。

三是邊庭、廊道空間。利用建筑廊道、門廳、端部形成開放性或半開放性的空間，主要為研究者提供半正式的學(xué)習(xí)交流空間，充分利用樓梯、走廊、過道這些不經(jīng)意空間進(jìn)行設(shè)計(jì)，往往可以增加人們在這些空間中交往偶發(fā)的機(jī)率，如澳大利亞國立大學(xué)約翰克汀醫(yī)學(xué)研究中心，明亮的入口大廳空間結(jié)合了互動展示區(qū)和一個200座的報(bào)告廳，空間相互貫通旨在加強(qiáng)科學(xué)研究的互動交流與研究合作（圖11）。

空間因素是影響信息交換的壁障之一，這種與他人聚會的場合和偶發(fā)的時機(jī)，創(chuàng)造了相互交流的難得機(jī)會，無拘無束地交談有助于科研者思想火花的迸發(fā)，并因此找到解決問題的途徑，發(fā)現(xiàn)研究方向。

3.2自然元素的引入

中庭空間、院落空間、空中庭院、走廊的拐角處特別是不規(guī)則的轉(zhuǎn)角處，既是人流匯集的地方又是空間趣味所在，可引入自然元素：水、光、植物?？蒲袑?shí)驗(yàn)建筑應(yīng)十分注重庭院設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)科研工作者在相對封閉的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中能夠享有較好的自然環(huán)境景觀，如斯坦福大學(xué)理查盧卡斯研究中心，綠化滲透至不同共享庭院空間中，圖12。

3.3重視空間環(huán)境色彩的作用

實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備和家具在實(shí)驗(yàn)空間中占有很大的比重，這些設(shè)施的色彩直接影響著室內(nèi)環(huán)境的整體效果。若處理得當(dāng)，對于人們的生理和心理都會產(chǎn)生積極的影響。在這方面處理的手法不盡相同。有的著意于寧睜，采用淡雅的色彩，而另有一些則在設(shè)備上大膽地采用三原色，給人以強(qiáng)烈的感染力。無論出于怎樣的構(gòu)思都提示我們，實(shí)驗(yàn)設(shè)施的色彩是科學(xué)實(shí)驗(yàn)建筑室內(nèi)環(huán)境處理中不容忽視的重要因素。在澳大利亞新南威爾士癌癥研究中心公共空間裝修風(fēng)格簡潔現(xiàn)代、色彩鮮艷明快。采用綠色調(diào)的裝飾墻面，冷暖色調(diào)搭配，局部以鮮亮顏色的家具點(diǎn)綴，形成了輕松活潑的空間氛圍，打破實(shí)驗(yàn)室沉悶的空間感，如圖13。

4 特殊空間的外部表征

科學(xué)實(shí)驗(yàn)室建筑的外部形態(tài)特征是內(nèi)部功能空間的邏輯反映，在建筑性格上體現(xiàn)出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、理性的科研精神。它的形態(tài)特征主要表現(xiàn)如下：

4.1實(shí)驗(yàn)單元模塊化

實(shí)驗(yàn)室基于研究單元或?qū)嶒?yàn)單元形成模塊化組團(tuán)，如路易斯康的薩爾克生物研究中心，中央庭院的兩側(cè)被研究人員的單獨(dú)的房間所包圍，這些房間被稱作“思考隔間”，采用混凝土和木格柵形成了獨(dú)有的韻律感。

4.2設(shè)備墻

設(shè)備墻是用來隱藏實(shí)驗(yàn)室機(jī)械、設(shè)備系統(tǒng)的遮擋墻；它設(shè)在建筑屋頂或在建筑外墻，與建筑的外維護(hù)結(jié)構(gòu)分離。設(shè)備墻根據(jù)美學(xué)的需要在高度和設(shè)計(jì)上各有不同。設(shè)備墻也可以采用不同肌理建筑表皮，或結(jié)合環(huán)保技術(shù)形成生態(tài)表皮，起到建筑雙層皮的節(jié)能作用。南方科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)檢測中心由于屋頂設(shè)置不同大型設(shè)備，因此設(shè)置了屋頂層遮擋墻及屋頂構(gòu)架，方便設(shè)備檢修維護(hù)，而在建筑形態(tài)上能夠保證建筑的完整性和純粹性，如圖14。

4.3排氣煙囪

排氣煙囪的設(shè)計(jì)同樣幫助塑造一座實(shí)驗(yàn)建筑的獨(dú)特形象。煙囪的頂端應(yīng)當(dāng)保證足夠的高度，以使得廢氣被排得足夠高并且離建筑和建筑附近的進(jìn)氣口有足夠的距離。排氣煙囪可以表達(dá)為獨(dú)立煙囪或者束狀煙囪。煙囪為人們創(chuàng)造了獨(dú)一無二的特征和標(biāo)志，它經(jīng)常被作為一個設(shè)計(jì)機(jī)會來表現(xiàn)體量并在視覺上加強(qiáng)的天際線。如圖14深圳大學(xué)西麗校區(qū)化學(xué)樓。

4.4設(shè)備帶

設(shè)備帶是指為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部功能需要而設(shè)置的工程設(shè)備管線的線性帶狀空間，它形成了實(shí)驗(yàn)建筑凸于外墻立面的橫向的構(gòu)成要素。設(shè)備帶又在外立面可結(jié)合遮陽構(gòu)件，形成了外立面的遮陽系統(tǒng)。南方科技大學(xué)生化實(shí)驗(yàn)室充分考慮遮陽構(gòu)件與設(shè)備帶的關(guān)系，形成有效的遮陽系統(tǒng)和獨(dú)特的建筑立面，如圖15。

5 結(jié)語

在當(dāng)前新技術(shù)革命、信息革命形勢下， 科學(xué)研究工作發(fā)生了許多新變化?？茖W(xué)研究工作在推動科學(xué)技術(shù)發(fā)展的同時，獲得新技術(shù)的反饋，如實(shí)驗(yàn)工藝不斷更新，新型實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備不斷涌現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備利用周期日益縮短，精密實(shí)驗(yàn)設(shè)備的廣泛采用，對實(shí)驗(yàn)環(huán)境也提出了更加嚴(yán)格的要求?？茖W(xué)研究工作出現(xiàn)的上述種種新特點(diǎn)，向科學(xué)實(shí)驗(yàn)建筑提出了新的要求，推動著科學(xué)實(shí)驗(yàn)建筑的發(fā)展和變化?？茖W(xué)發(fā)展的新趨向，沖擊著科學(xué)實(shí)驗(yàn)建筑的空間組合方式，出現(xiàn)了由單一的專用空間向多部門、多學(xué)科兼容并蓄的綜合性、整體性科學(xué)實(shí)驗(yàn)空間發(fā)展趨向，導(dǎo)致現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)建筑的規(guī)模日益擴(kuò)大。這一趨向在大學(xué)建設(shè)中，尤為明顯。

而且，科研實(shí)驗(yàn)建筑的空間形態(tài)已擺脫曾經(jīng)的零散布局走向集約化整合，呈現(xiàn)一種空間的集約——地下空中空間資源的充分利用；一種類型的集約——學(xué)習(xí)科研生活的一體化；一種能源的集約——經(jīng)濟(jì)物質(zhì)資源的合理共享；一種場所的開放—空間上和時間上呈現(xiàn)開放狀態(tài)?？蒲袑?shí)驗(yàn)建筑表現(xiàn)在內(nèi)部空間形態(tài)上除了注重合理靈活地組織科研活動空間外，還要創(chuàng)造體貼人親近人的場所，注意“ 高科技” 和“ 高情感” 的均衡；表現(xiàn)在外部形態(tài)上通過內(nèi)部空間凸顯其自身的建筑性格，突出科研實(shí)驗(yàn)建筑不同于其他建筑類型的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).科學(xué)實(shí)驗(yàn)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范JGJ-91-93.

[2] [美] 丹尼爾·D·沃奇/帕金斯與威爾公司.研究實(shí)驗(yàn)室建筑[M].徐雄，馮鐵宏，祝東海譯.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004-07:9-12，111-121.

[3] 薛求理.科研實(shí)驗(yàn)建筑平面組合與環(huán)境處理趨勢[J].新建筑，1987(04):61-67.

[4] 孫曦.實(shí)驗(yàn)空間單元的靈活組合——淺談科研實(shí)驗(yàn)建筑設(shè)計(jì)[J].江蘇建筑，2003(01):14-17.

[5] 孫曦，胡云.科研實(shí)驗(yàn)空間的人本理念_剖析科研實(shí)驗(yàn)建筑的場所塑造[J].華中建筑，2004(04):55-58.

[6] 孫曦.作為適應(yīng)時代載體的科研實(shí)驗(yàn)建筑[J].南方建筑，2004(05):53-56.

[7] 孫萃蕓.國外科學(xué)實(shí)驗(yàn)建筑新特點(diǎn)[J].建筑學(xué)報(bào)，1990(12):57-58.

圖片來源

圖1：作者自繪.

圖2，3，10，14，15：引自深圳大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院.南方科技大學(xué)建筑單體設(shè)計(jì)實(shí)施方案.設(shè)計(jì)者:吳家驊，蔡瑞定，朱宏宇，劉超，馮冀.2011.

圖4，5，6，7：引自Mark Kelly-Woods Bagot.Bench-mark Study，2006-06.

圖8：引自http://www.archgo.com/index.php?option=com-contentview=articleid=958:lowy-cancer-research-centre-lahznimmo-architectscatid=78:universityItemid=151

圖9，11，13：作者自攝.

圖12：引自http://www.perkinswill.com/work/stan-ford-university，-rmlc.html