林春旺

上海建筑設(shè)計研究院有限公司 上海 200041

1 概述

加快向具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心進軍，是習近平總書記對上海城市發(fā)展的新定位、新要求。上海作為中國技術(shù)創(chuàng)新高度的代表城市，將以國際視野、全球標準深入實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，建設(shè)科學特征明顯、科技要素集聚、充滿環(huán)境人文生態(tài)和創(chuàng)新活力的世界一流科學城市，打造出一片像張江科學城這樣的世界級大科學設(shè)施群，建設(shè)綜合性國家科學中心。我院作為“上海設(shè)計”的代表，參與建設(shè)了上海光源工程、上海硬X射線項目、上海飛機設(shè)計研究院科技創(chuàng)新樓以及上海檢測中心二期項目等一系列上海重點科研領(lǐng)域的項目建設(shè)，見證了城市高度發(fā)展帶來的變革機遇，引領(lǐng)著建筑領(lǐng)域設(shè)計質(zhì)量的提升。

2 中心城市高密度環(huán)境背景

城市的不斷發(fā)展與進步，帶來城市人口的不斷增加，也導致了建筑的密集度也在不斷增加。中心城市全方位優(yōu)勢吸引著越來越多的高端科研人才聚集，以張江科學城為例，園區(qū)內(nèi)聚集了復旦大學、交通大學、浙江大學等知名高校和國際知名企業(yè)的一系列科研園區(qū)。園區(qū)內(nèi)建筑密度大，建筑空間立體化日趨明顯。如何在空間有限的場地里，建設(shè)集約化同時保證建筑使用功能及員工辦公生活環(huán)境不受影響，最大限度的提高可利用的土地資源，是業(yè)主和設(shè)計方共同解決的問題。筆者結(jié)合張江科學城內(nèi)兩個上海市重點項目:上海市檢測中心二期項目和張江復旦國際創(chuàng)新中心微納電子與量子科技融合創(chuàng)新大樓項目（下面簡稱“張江復旦項目”），闡述城市高密度環(huán)境下的科研建筑設(shè)計實踐。

3 機遇與挑戰(zhàn)

相對于大園區(qū)式的分散布局，因地制宜，集約化建設(shè)一座滿足尖端科學實驗、研究等多種功能復雜、環(huán)境優(yōu)美的現(xiàn)代化科研樓，提高土地利用率，是一種必然的選擇。但是科研建筑不同于一般的商業(yè)辦公建筑、不是簡單的功能堆砌，在設(shè)計過程中面臨著各種挑戰(zhàn)，需要解決一系列難點。

多個重要實驗室同時在一棟建筑內(nèi)，空間要求大不相同。在一棟建筑合理的放下多個不同空間要求的實驗室，并理順內(nèi)在功能關(guān)系，是項目設(shè)計的關(guān)鍵因素。以檢測中心項目為例，有超25m高的星空實驗室、35m長20m寬15m高的大型屏蔽室，和50m高水塔的水流量實驗室等一系列各種規(guī)格需求的實驗室，需要通過合理分區(qū)組合，才能達到最優(yōu)設(shè)計滿足業(yè)主需求。

各個實驗室實驗環(huán)境要求很高，存在互相干擾。一些有微振動設(shè)計要求的實驗室對實驗環(huán)境要求非常高，一些有沖擊振動的實驗室又會給整棟建筑帶來干擾，需要通過合理設(shè)計，解決互相干擾問題。

頂級科研實驗室相對普通實驗室工藝要求特別復雜，且設(shè)計無成熟案例可參考。與常規(guī)的民用建筑不同，每個建筑都面臨新的問題，需要專項研究解決。以復旦張江項目為例，以往大型微納電子凈化實驗室工藝復雜，常規(guī)都是獨立建設(shè)，較少像本項目一樣建于民用建筑內(nèi)，除了滿足工藝使用需求以外，還得同時滿足民用建筑一系列規(guī)范要求。具體來說，實驗室工藝對結(jié)構(gòu)微振動設(shè)計及均勻送風要求嚴格，首層樓板必須采用1m厚華夫板(均布等距穿孔樓板)設(shè)計，導致一層和地下一層兩個樓層貫通，設(shè)計按照3000㎡設(shè)置一個防火分區(qū)，地下一層也獨立設(shè)置直通室外地面出口，滿足消防要求。

科研設(shè)備更新速度快，設(shè)計需要解決空間定制化和彈性化需求。尖端科技變化日新月異，在整個項目建設(shè)周期中，還存在科研設(shè)備還未安裝其產(chǎn)品就已經(jīng)迭代的情況，因此，我們在設(shè)計中除了根據(jù)實驗空間進行定制化設(shè)計以外,還需要考慮空間的彈性需求，適當預留，對實驗設(shè)備定型保持跟蹤。

4 科研建筑設(shè)計理念

設(shè)計科研建筑，必須要有“全生命生長周期”的設(shè)計理念。這里面包含著合理的功能流線組織，能提供良好的環(huán)境設(shè)施，并能支持科研實驗的生長性，還能著重考慮建筑綠色設(shè)計，創(chuàng)造優(yōu)美的內(nèi)部環(huán)境，充分體現(xiàn)“以人為本”理念。為科研工作人員創(chuàng)造便捷高效舒適的工作環(huán)境，能激發(fā)其自身創(chuàng)造力，獲取優(yōu)秀的實驗成果，達到設(shè)計的本意。

5 合理的功能流線設(shè)計

科研建筑按照使用功能劃分，主要有實驗室區(qū)域以及配套用房、辦公、會議、展廳以及休息交流區(qū)等空間。為適應各類不同實驗功能的特殊需求，我們需要在空間組織、流線設(shè)計、光線運用、空間高度預留、結(jié)構(gòu)荷載、機電設(shè)計等方面，進行合理而具有前瞻性的考慮和設(shè)計，滿足特殊研究需求。

5.1 建筑復雜空間功能組織

根據(jù)實驗室不同的需求合理安排各項功能設(shè)施。設(shè)置標準大柱網(wǎng)，空間可靈活分隔，具備功能調(diào)整可能；按照不同實驗屬性分區(qū)設(shè)置，減少互相干擾；每個實驗單元配置獨立調(diào)控的機電系統(tǒng)；在交通、衛(wèi)生間等方面展開標準化設(shè)計，展現(xiàn)建筑整體性。

5.2 結(jié)構(gòu)注重減、隔振設(shè)計

對環(huán)境微振動的要求高的實驗室，采用以隔振為主、減振為輔的設(shè)計思路。實驗室結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)脫開，成為獨立單體。單獨設(shè)計樁基與底板、圍護等，隔離振動傳播路徑作用，地下室底板、頂板及連續(xù)墻均加厚設(shè)計。對微振動要求較高的設(shè)備采用減振與消振基礎(chǔ)的精細化設(shè)計（含基礎(chǔ)質(zhì)量體系設(shè)計、減隔振支座形式的確定、減隔振參數(shù)的設(shè)計、土建施工圖深化、二次裝修減隔振設(shè)計等）。

對會產(chǎn)生明顯的沖擊振動或持續(xù)性周期振動的實驗室設(shè)備，對其進行專門的減隔振設(shè)計。該區(qū)域的底板加厚，動力設(shè)備下基礎(chǔ)加樁，增加樁長或樁數(shù)量，增大底板整體剛度和振動參與質(zhì)量；對上述設(shè)備的基礎(chǔ)進行專門的減振深化設(shè)計（含減隔振支座設(shè)計、基礎(chǔ)與底板的連接構(gòu)造深化設(shè)計等），減小實驗室產(chǎn)生的振動對周邊環(huán)境的影響。

5.3 復雜機電流線設(shè)計

機電設(shè)計是科研建筑實驗室配套保障的核心。重點實驗室需保證設(shè)備不斷電，保障恒溫恒濕實驗環(huán)境，極其嚴格。因此，在上海市檢測中心項目上，我們設(shè)置獨立能源中心，為實驗室提供專門保障，在管線通路上設(shè)置共同管溝連至科研建筑內(nèi)，隨時檢修（共同管溝剖面示意圖見圖1）。在某些重點區(qū)域內(nèi)，設(shè)置自動滅火系統(tǒng)射水器保護復雜電磁環(huán)境下產(chǎn)品檢測實驗室。大空間自動滅火裝置中的電磁閥需具有由紅外線探測組件自動控制，消防控制室手動強制控制并設(shè)有防誤操作設(shè)施及現(xiàn)場人工控制，防止勿噴，各種控制方式應能相互進行轉(zhuǎn)換。

圖1 共同管溝剖面示意圖

6 注重交流空間的設(shè)計

在保證科研辦公主要使用功能用房的同時，我們需要為科研人員設(shè)計多樣化的休憩場所，如多功能廳、咖啡廳、茶水間、研討室等，有利于不同部門、不同學科領(lǐng)域的研究人員進行碰撞和交流，從而誕生出更多更好的想法。落位到細節(jié)，可通過設(shè)置相對混合空間（如擴大茶水間，設(shè)置討論區(qū)甚至是健身區(qū)），成為一個相互交流、鍛煉身體和休息的場所。

7 整體高效的立面設(shè)計

在立面設(shè)計上要注重科研建筑本身的語言表達，通過建筑體量的穿插錯動、虛實對比、近地空間的細節(jié)控制，實現(xiàn)科學樓的靈動并富于韻律，表現(xiàn)科研建筑所具有的健康視覺需求。通過變截面豎向桿件設(shè)計形成疏密變化、高低錯落的立面肌理，有效的起到了遮陽作用，實現(xiàn)了自然光影所具有的獨特效果，豐富了科研建筑的立面形象。

8 結(jié)束語

總之，我國社會和經(jīng)濟發(fā)展的指導性思想就是要建設(shè)成為資源節(jié)約型社會，我們通過合理的設(shè)計，提高了土地利用效率，提升了科研建筑的使用效果和質(zhì)量，為具有人文情懷和創(chuàng)意特征的科學工作者提供舒適、優(yōu)美的工作環(huán)境，是我們設(shè)計工作者的責任和義務，希望通過我們的努力，能為我國科研戰(zhàn)略和發(fā)展添磚加瓦，做出貢獻。