【摘要】基于綠色建筑理念下科研建筑內部空間設計的優(yōu)化策略，文章探討了節(jié)能環(huán)保、舒適實用性與空間靈活性3大核心原則?；诖耍到y(tǒng)闡述了自然采光與通風利用、綠色建材選用、模塊化設計及智能化管理等具體優(yōu)化策略。結合深圳某大學科研樓項目，詳細介紹了該建筑在空間規(guī)劃、節(jié)能技術與智能化系統(tǒng)等方面的創(chuàng)新實踐。研究結果表明，通過采用模塊化試驗單元、智能遮陽系統(tǒng)、樓宇自控系統(tǒng)等設計手段，科研建筑實現了節(jié)能環(huán)保效益與空間使用效率的顯著提升。

【關鍵詞】綠色建筑；科研建筑；空間設計；節(jié)能環(huán)保；模塊化設計

【中圖分類號】TU201.5 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2025）02-0049-03

0 引言

綠色建筑著眼于建筑全生命周期的資源高效利用與環(huán)境影響最小化，其重要性在現代建筑領域日益凸顯?？蒲薪ㄖ鳛樘厥饨ㄖ愋?，肩負著推動科學研究進步的重任，其內部空間設計對科研活動的開展起著關鍵作用。當前，科研建筑內部空間存在諸多亟待解決的問題。因此，在綠色建筑理念的指引下優(yōu)化科研建筑內部空間設計迫在眉睫，對提升科研效率、降低環(huán)境負擔、促進科研建筑可持續(xù)發(fā)展意義深遠。

1 科研建筑與一般辦公建筑的特征分析

1.1 特殊性

科研建筑功能需求高度專業(yè)化，不同學科領域的試驗室對空間環(huán)境、設備配置及技術支持有獨特要求。例如，化學試驗室需要特殊的通風櫥與耐腐臺面，物理試驗室對防震、電磁屏蔽有嚴格標準，生物試驗室則強調無菌環(huán)境與溫濕度精準控制。同時，科研設備體型多樣且復雜，從大型精密儀器到小型高靈敏度設備，對空間尺度、承重能力及管線布局要求苛刻。部分設備需要獨立穩(wěn)定的空間，對建筑結構與布局的適應性提出挑戰(zhàn)，而辦公建筑設備相對簡單統(tǒng)一，空間適配性要求較低?？蒲辛鞒叹哂胁淮_定性與動態(tài)性，研究方向的轉變、試驗項目的更替頻繁，要求空間能迅速重組調整，而一般辦公建筑工作流程相對固定，空間布局變動需求少。

1.2 共性特征

兩者都注重人員的舒適性，應提供適宜的采光、通風、溫濕度環(huán)境及舒適的休息交流空間，以保障人員工作效率與身心健康。在空間利用效率上，兩者都追求最大化，通過合理規(guī)劃功能分區(qū)、交通流線及儲物設施，避免空間閑置浪費，提升整體使用效能。

2 綠色建筑理念下的科研建筑內部空間設計要求

2.1 節(jié)能環(huán)保原則

節(jié)能環(huán)保原則作為綠色建筑的基本要求，在科研建筑內部空間設計中占據核心地位。綠色建筑理念要求科研建筑在規(guī)劃設計階段就充分考慮建筑全生命周期的能源消耗，通過合理的空間布局和技術手段，最大限度地降低建筑運營過程中的能源消耗。在自然資源利用方面，科研建筑應重點關注自然采光與自然通風的優(yōu)化設計。通過精心設計建筑朝向、窗墻比例和采光構件，使試驗室、辦公區(qū)等核心功能空間獲得充足的自然光線，并設置可調節(jié)的遮陽系統(tǒng)，有效控制室內熱環(huán)境。同時，合理布置通風窗口與導風裝置，充分利用自然風壓和熱壓通風原理，形成良好的室內空氣流動，減少機械通風的使用頻率[1]。

2.2 靈活性與可變性

試驗室作為科研建筑的核心功能區(qū)域，其靈活性設計尤為關鍵。采用模塊化的試驗臺系統(tǒng)，配備帶輪移動裝置，使試驗臺能根據試驗流程需要靈活布置。設置懸掛式或活動式服務柱，便于根據儀器設備位置隨時調整服務接口。試驗室地面采用網格化布線系統(tǒng)，預埋充足的管線接口，確保設備布局調整時能快速完成管線對接。空間分隔系統(tǒng)的可變性同樣重要[2]。運用活動隔斷墻與可拆卸式隔板，根據研究團隊規(guī)模靈活劃分試驗區(qū)域，采用輕鋼龍骨吊頂，預留設備吊裝空間，便于增設通風櫥等大型試驗設備。走廊與公共區(qū)域應預留充足的設備轉運通道，確保大型儀器能夠順利進出試驗室。在建筑結構方面，采用大跨度無柱設計，減少室內承重墻體，為空間重組創(chuàng)造條件，樓板預留設備管線豎井位置，便于增設特殊試驗設備時進行管線改造。建筑外立面應考慮未來擴建可能，預留結構連接節(jié)點與設備接口。

3 科研建筑內部空間設計的優(yōu)化策略

3.1 綜合建筑設計手法優(yōu)化

建筑朝向依氣候與功能而定，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）分析日照、風向數據，精準布局功能空間獲取最佳采光通風。在太陽能資源豐富的地區(qū)，加大南側采光面，結合導光管技術將光線引入深層區(qū)域。在季風氣候區(qū)，合理設置通風口與導風構件，強化自然通風?？臻g布局依科研流程與人員互動進行規(guī)劃，試驗區(qū)按危險程度、污染類型進行分區(qū)，設獨立準備間與設備間。辦公區(qū)靠近試驗區(qū)且相對獨立，交通流線便捷，避免交叉干擾。公共區(qū)域居中，設電梯、樓梯與休息區(qū)，形成高效空間組織。

3.2 充分利用自然采光與自然通風

充分利用自然采光與自然通風是科研建筑實現節(jié)能環(huán)保目標的重要途徑。科研建筑內部空間設計應從建筑朝向、窗戶布局、遮陽系統(tǒng)等多個維度進行綜合考量，最大限度地利用自然資源，創(chuàng)造舒適宜人的室內環(huán)境。首先，建筑朝向的選擇直接影響到自然采光效果?？蒲薪ㄖ饕δ芸臻g宜采用南北向布局，試驗室與辦公區(qū)優(yōu)先安排在建筑南側，充分利用穩(wěn)定的北向光。走廊與輔助用房則設置在建筑北側。合理設計建筑體型與樓距，避免相鄰建筑遮擋，確保室內獲得充足的自然光線。其次，開窗設計是實現自然采光與通風的關鍵環(huán)節(jié)[3]。根據不同功能空間的采光需求，科學確定窗墻比例與開窗位置。采用高窗設計，增加室內采光深度，設置可開啟式天窗，利用天然光源補充照明。通過錯位布置開啟扇，形成室內空氣對流通道，加強自然通風效果。最后，遮陽系統(tǒng)的設置能有效調節(jié)室內光熱環(huán)境。外遮陽與內遮陽相結合，采用可調節(jié)百葉、格柵等構件，隨太陽高度角變化調整遮陽角度，并結合智能控制系統(tǒng)，實現遮陽設備的自動調節(jié)。特殊功能區(qū)域可采用中空遮陽，既保證采光效果，又避免陽光直射。

3.3 采用綠色建材與環(huán)保設備

綠色建材與環(huán)保設備的應用是科研建筑內部空間實現可持續(xù)發(fā)展的重要基礎。優(yōu)選具有環(huán)保認證的建筑材料，配置高效節(jié)能的試驗設備，不僅能創(chuàng)造健康舒適的研究環(huán)境，更能顯著降低建筑全生命周期對環(huán)境影響。首先，圍護結構材料選用對建筑性能影響深遠。墻體采用新型保溫隔熱材料，提升建筑外圍護結構的熱工性能。門窗系統(tǒng)選擇Low-E中空玻璃，兼具良好的采光與保溫效果。屋面結構應用反射隔熱涂料，有效降低室內溫度。這些材料均應通過環(huán)保認證，確保不含對人體有害的揮發(fā)性有機物。其次，內部裝修材料的環(huán)保性尤為重要。地面采用無甲醛釋放的環(huán)保地板，墻面使用零VOC釋放的涂料，天花選用可回收的礦棉吸聲板，試驗臺面選擇耐腐蝕、易清潔的人造石材，試驗室管線采用環(huán)保型PP-R管材，確保試驗環(huán)境的安全性與衛(wèi)生性。最后，在設備選型方面，試驗儀器應優(yōu)先考慮具有節(jié)能環(huán)保認證的產品。采用變頻節(jié)能型空調系統(tǒng)，根據室內溫度需求自動調節(jié)運行功率。照明系統(tǒng)選用高顯色性LED光源，并搭配智能照明控制裝置。通風系統(tǒng)配置智能新風機組，在保證室內空氣品質的同時降低能耗。給排水設備同樣應注重節(jié)能環(huán)保特性[4]。

3.4 模塊化與可移動設計

模塊化與可移動設計理念為科研建筑內部空間帶來極大的靈活性。通過標準化的模塊設計與靈活的移動系統(tǒng)，科研空間能夠快速適應不斷變化的試驗需求，提升空間利用效率。首先，試驗室工作臺系統(tǒng)采用標準化模塊設計，便于組合與拆分。工作臺底部安裝萬向輪裝置，配備水平調節(jié)支腳，實現靈活移動與穩(wěn)固定位。臺面采用標準尺寸，可根據試驗要求進行對接拼裝。抽屜與儲物柜采用可拆卸式設計，方便根據儲物需求調整布局。其次，服務設施的模塊化設計尤為關鍵。懸掛式服務柱采用通用標準接口，集成供水、供氣、供電等管線接口。地面設置網格化供給系統(tǒng)，預埋標準化接口面板，便于設備就近取用。天花板采用可拆卸式吊頂，預留管線接口位置，方便增設吊裝設備?？臻g分隔系統(tǒng)應具備快速重組能力。采用軌道式活動隔斷，材質選用輕質隔音板材，便于根據團隊規(guī)模劃分試驗區(qū)域。此外設置可折疊式玻璃隔墻，在保證隔離效果的同時保持視覺通透性。設備對接站采用標準化接口設計，支持不同類型試驗儀器快速連接。

3.5 智能化與自動化管理

智能化與自動化管理系統(tǒng)在科研建筑中的應用，實現了建筑設備的高效運行與精準控制。通過建立完善的樓宇自控系統(tǒng)，結合智能傳感網絡與數據分析平臺，科研建筑得以實現節(jié)能高效的運營管理模式。首先，照明控制系統(tǒng)采用智能化設計方案，可以有效降低照明能耗，提升用戶體驗。安裝光線感應器與人體感應裝置，并配置日光自動調節(jié)系統(tǒng)，根據自然采光強度調節(jié)人工照明輸出。建立照明場景控制模式，滿足不同試驗環(huán)境的照明需求。其次，空調與新風系統(tǒng)配備智能控制裝置。溫濕度傳感器實時監(jiān)測室內環(huán)境參數，自動調節(jié)空調系統(tǒng)運行狀態(tài)。CO2濃度檢測儀控制新風量調節(jié)，確保室內空氣質量。設置分區(qū)控制模式，根據不同功能區(qū)域的使用特點優(yōu)化系統(tǒng)運行策略，使試驗室設備管理系統(tǒng)實現自動化控制。通風櫥與試驗臺配備智能控制面板，自動調節(jié)排風量，特種氣體管理系統(tǒng)監(jiān)測氣體濃度，確保試驗安全，廢液收集系統(tǒng)具備自動報警功能，提示及時處理[5]。此外，利用能耗監(jiān)測系統(tǒng)構建全面的管理平臺，設置分項計量裝置，對電、水、氣等能源消耗進行獨立統(tǒng)計。建立能耗數據分析模型，生成用能趨勢報告。開發(fā)移動端管理界面，實現遠程監(jiān)控與調節(jié)。通過數據分析，發(fā)現能耗異常并及時優(yōu)化。最后，安防系統(tǒng)整合智能化管理手段。試驗室門禁系統(tǒng)采用身份識別技術，記錄人員進出信息。視頻監(jiān)控系統(tǒng)具備智能分析功能，及時發(fā)現安全隱患。消防系統(tǒng)配備智能預警裝置，提高火災防控能力。

4 典型項目分析

深圳某大學科研樓的建設充分展現了綠色建筑理念與科研空間的完美融合。該項目總建筑面積達38 000 m2，于2019年竣工并投入使用，憑借卓越的設計與顯著的節(jié)能環(huán)保效果獲得了中國綠色建筑三星級認證，樹立了華南地區(qū)高?？蒲薪ㄖ男聵藯U。

在建筑空間規(guī)劃方面，項目采用了南北向主體布局，主要試驗區(qū)域設置于建筑南側，通過科學的采光系統(tǒng)設計，實現了76%的室內空間可充分利用自然光線。建筑中庭位置設置了特殊設計的采光井系統(tǒng)，將自然光線有效引入建筑內部深層區(qū)域，使照明能耗較傳統(tǒng)建筑降低35%。建筑外立面裝配了智能可調節(jié)遮陽百葉系統(tǒng)，根據太陽光照角度自動調節(jié)，有效調控室內熱環(huán)境，在夏季可使室內溫度較普通建筑降低3～4 ℃ 。試驗室空間設計采用了高度模塊化的創(chuàng)新方案，標準試驗單元面積設定為120 m2，配置了移動式試驗臺系統(tǒng)與懸掛式服務柱，為不同類型的科研試驗提供靈活多變的空間解決方案。地面設計采用500 mm網格化供給系統(tǒng)，預埋了超過300個標準化接口，可滿足各類試驗設備的布置需求。創(chuàng)新性活動隔斷系統(tǒng)設計使空間重組時間縮短至30 min內，極大提升了空間使用效率。

在智能化系統(tǒng)應用方面，該項目達到了領先水平。①樓宇自控系統(tǒng)通過2 800個監(jiān)測點進行實時數據采集與分析，實現了28%的年節(jié)能率；②智能照明系統(tǒng)與自然采光有機結合，年節(jié)省電量達15萬 kW .h；③中水回用系統(tǒng)年處理污水6 000 t，產生了顯著的經濟效益與環(huán)境效益。項目投入運營3年來取得了顯著的節(jié)能減排成果，年均能耗較傳統(tǒng)科研建筑降低32%，用水量減少25%，每年節(jié)省運維成本約180萬元。優(yōu)秀的建筑性能不僅為科研人員提供了舒適的工作環(huán)境，更展示了綠色建筑設計在高?？蒲薪ㄖ械膭?chuàng)新應用價值。該項目在空間規(guī)劃、節(jié)能技術、智能化系統(tǒng)等方面創(chuàng)新應用，為未來科研建筑的綠色設計提供了重要的經驗借鑒，對推動高校科研建筑的可持續(xù)發(fā)展具有重要示范意義。

5 結語

綠色建筑理念下的科研建筑內部空間設計應以節(jié)能環(huán)保為核心原則，通過自然資源利用、綠色建材選用、模塊化設計和智能化管理等策略實現空間優(yōu)化。研究表明合理的設計策略能顯著提升建筑使用效率，創(chuàng)造舒適的研究環(huán)境，實現顯著的節(jié)能減排效果。深圳某大學科研樓的實踐經驗證實，綠色建筑理念能有效指導科研建筑設計，保障建筑使用功能的同時，實現經濟效益與環(huán)境效益的雙贏。

參考文獻

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[2] 馮巖，季磊.解析建筑設計中綠色建筑技術優(yōu)化結合[J].科研，2022（1）：18-20.

[3] 姚欣，楊雷，吳銀光.綠色建造設計分享：以中南科研設計中心為例[J].建筑發(fā)展，2022，6（6）：10-13.

[4] 劉海.綠色建筑設計理念在建筑設計中的整合與應用分析[J].建筑與裝飾，2022（1）：25-27.

[5] 方雨航，王鷺箐，羅曉予.基于健康和低碳雙目標的辦公建筑設計實踐[J].中外建筑，2022（6）：107-114.

[作者簡介]李娜（1981—），女，河南輝縣人，本科，高級工程師，研究方向：科研建筑和科技園區(qū)設計。