國(guó)家大科學(xué)裝置園區(qū)規(guī)劃和主裝置建筑設(shè)計(jì)研究
——以中國(guó)散裂中子源園區(qū)工程為例

曾憲川 陳朝陽(yáng) 孫禮軍 廖雄

廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院

國(guó)家大科學(xué)裝置園區(qū)作為國(guó)家大科學(xué)裝置的重要載體，其園區(qū)規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)都有著顯著的特點(diǎn)。園區(qū)建設(shè)用地屬于特殊科研用地，基于國(guó)家大科學(xué)裝置的特殊性，不僅園區(qū)規(guī)劃與一般科研園區(qū)不同，而且主裝置建筑是涉及核放射的特殊科研建筑。

1 國(guó)家大科學(xué)裝置

國(guó)家大科學(xué)裝置是由國(guó)家投入大量資金和組織大規(guī)模建設(shè)的國(guó)家大型科學(xué)技術(shù)設(shè)施，它是國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)的一個(gè)重要組成部分，其重要科學(xué)技術(shù)目標(biāo)是面向國(guó)內(nèi)外最尖端的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。同時(shí)，這些重要科學(xué)技術(shù)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，要依賴國(guó)家大科學(xué)裝置長(zhǎng)期的穩(wěn)定運(yùn)行和持續(xù)的科學(xué)技術(shù)研究。

中國(guó)散裂中子源（CSNS）是國(guó)際前沿的高科技、多學(xué)科應(yīng)用的大型研究平臺(tái)，也是國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一，與世界正在運(yùn)行的美國(guó)散裂中子源、日本散裂中子源、英國(guó)散裂中子源一起，構(gòu)成世界四大散裂中子源。

2 國(guó)家大科學(xué)裝置園區(qū)和建筑

為了實(shí)現(xiàn)國(guó)家大科學(xué)裝置的科學(xué)技術(shù)目標(biāo)，運(yùn)行世界尖端科技、多學(xué)科應(yīng)用的大型研究平臺(tái)，專門建設(shè)這個(gè)由主裝置建筑和輔助建筑、辦公及輔助生活建筑組成的大型科技建筑園區(qū)，稱為國(guó)家大科學(xué)裝置園區(qū)。其中在主裝置區(qū)內(nèi)，安裝國(guó)家大科學(xué)裝置的主裝置大型設(shè)備的建筑，即主裝置建筑。

3 園區(qū)規(guī)劃

3.1 規(guī)劃原則

國(guó)家大科學(xué)裝置園區(qū)總體規(guī)劃遵循如下原則：1）主裝置設(shè)備的工藝及流程是園區(qū)規(guī)劃最基本的依據(jù)；2）園區(qū)規(guī)劃要充分利用建設(shè)用地的地形地貌、氣候及周邊環(huán)境的自然條件；3）園區(qū)功能分區(qū)應(yīng)合理，道路流線應(yīng)清晰、便捷；4）基于原有自然景觀，景觀設(shè)計(jì)以簡(jiǎn)潔樸實(shí)為原則，營(yíng)造一種宜人的綠色生態(tài)科研環(huán)境；5）充分考慮園區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，各功能分區(qū)均應(yīng)留有發(fā)展用地。

3.2 功能分區(qū)

根據(jù)國(guó)家大科學(xué)裝置園區(qū)的不同功能，園區(qū)由主裝置區(qū)、實(shí)驗(yàn)配套區(qū)和輔助設(shè)備區(qū)三大功能區(qū)組成。安裝大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的區(qū)域是主裝置區(qū)，由一個(gè)主體建筑或一組核心建筑群組成；實(shí)驗(yàn)配套區(qū)是相關(guān)辦公及輔助生活的建筑，由綜合實(shí)驗(yàn)樓和綜合服務(wù)樓等組成；由主裝置輔助設(shè)備所組成的輔助設(shè)備區(qū)，通常包括輻射防護(hù)實(shí)驗(yàn)室、變電站、維修站及倉(cāng)庫(kù)、測(cè)試實(shí)驗(yàn)樓和冷凍站等。

國(guó)家大科學(xué)裝置園區(qū)以主裝置區(qū)為核心、實(shí)驗(yàn)配套區(qū)和輔助設(shè)備區(qū)為輔助，各功能區(qū)之間既相互獨(dú)立，又便于聯(lián)系，且流線清晰便捷。

3.3 總體布局

三大功能區(qū)基于中國(guó)散裂中子源主裝置設(shè)備的工藝及流程的特殊要求，結(jié)合場(chǎng)地內(nèi)多個(gè)不同標(biāo)高的臺(tái)地布局，各功能區(qū)之間流線便捷，總體布局嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)整，體現(xiàn)了科研園區(qū)的理性和秩序。

1 園區(qū)總平面圖

2 園區(qū)鳥(niǎo)瞰圖

3 綜合辦公樓及園區(qū)入口

4 園區(qū)剖面圖

5 系統(tǒng)組成比較圖

6 主裝置建筑軸測(cè)圖

7 隧道圖軸測(cè)圖

8 主裝置建筑——直線設(shè)備樓

9 主裝置建筑——RCS設(shè)備樓

10 主裝置建筑——靶站實(shí)驗(yàn)樓

11 直線遂道

總體規(guī)劃以滿足加速器主裝置的工藝要求為首要設(shè)計(jì)原則，結(jié)合場(chǎng)地現(xiàn)狀的丘陵地形條件和工藝要求，考慮主裝置的防洪、基巖埋置深度、土方平衡量等因素，同時(shí)兼顧?；⒏咚佟⒁?guī)劃市政道路與園區(qū)的關(guān)系，將園區(qū)分為5個(gè)不同高程的臺(tái)地，規(guī)劃功能布局和園區(qū)交通流線，并且配合主裝置的工藝要求，尤其是滿足主隧道對(duì)地基年沉降量的要求。

主裝置建筑是整個(gè)園區(qū)的中心建筑群，對(duì)工程地質(zhì)和臺(tái)地高程的要求很高，因此設(shè)置在地基條件優(yōu)良的園區(qū)中部、南部。建筑物主要包括直線設(shè)備樓及隧道、RCS設(shè)備樓及隧道、靶站譜儀大廳及設(shè)備樓、RTBT設(shè)備樓及隧道、LRBT設(shè)備樓及隧道、排風(fēng)中心幾部分。輔助設(shè)備區(qū)建筑布置在緊臨主裝置建筑的東側(cè)，為主裝置建筑提供冷熱水、電力、制冷、測(cè)試、維修保養(yǎng)等便捷服務(wù)。

實(shí)驗(yàn)配套區(qū)布置在園區(qū)的東北側(cè)，靠近園區(qū)主入口，功能以對(duì)外交流及員工辦公為主，包括綜合辦公樓和綜合服務(wù)樓。實(shí)驗(yàn)配套區(qū)組合樓群創(chuàng)造出了良好的人文景觀，園區(qū)工作或參觀的路線均由此展開(kāi)。

4 主裝置建筑設(shè)計(jì)

4.1 平面布局和空間形態(tài)

國(guó)家大科學(xué)裝置的主裝置建筑是一種獨(dú)特的涉核科研建筑，其平面布局和空間形態(tài)取決于國(guó)家大科學(xué)主裝置的性質(zhì)，不同使用功能的大科學(xué)裝置建筑有著不同的平面布局和空間形態(tài)。綜合分析，主裝置建筑可分為集中式和沿線分散式兩種平面布局，其空間形態(tài)分別為一棟巨型建筑或由若干建筑組成的建筑群。集中式是將實(shí)驗(yàn)主裝置安裝在一棟巨型主體建筑內(nèi)；沿線分散式是沿著實(shí)驗(yàn)主裝置工藝流線布置若干建筑，形成一組建筑群，本工程就采用這一種布局形式。

一般情況下，主裝置工藝流線具有某一幾何圖形的規(guī)律時(shí)，建筑可采用集中式的平面布局和空間形態(tài)，而主裝置工藝流線呈現(xiàn)分散和不規(guī)律時(shí)，建筑的平面布局和空間形態(tài)則應(yīng)采用沿線分散式。

主裝置建筑外部空間形態(tài)的設(shè)計(jì)應(yīng)能充分體現(xiàn)國(guó)家大科學(xué)裝置園區(qū)建筑的特征，建筑造型應(yīng)整體協(xié)調(diào)、色彩淡雅，細(xì)部構(gòu)造應(yīng)簡(jiǎn)潔精練，空間形態(tài)要特別關(guān)注周邊環(huán)境，使建筑順應(yīng)自然、綠色環(huán)保。

4.2 建筑設(shè)計(jì)

根據(jù)主裝置設(shè)備的工藝及流程的分散和不規(guī)律特征，中國(guó)散裂中子源主裝置建筑的平面布局和空間形態(tài)采用了沿線分散式的空間布局。

三大主裝置建筑——直線設(shè)備樓、RCS設(shè)備樓、靶站譜儀大廳實(shí)驗(yàn)樓及其他設(shè)備樓等，組成了中國(guó)散裂中子源主裝置建筑群，各個(gè)建筑沿主裝置設(shè)備的工藝流線分散布置，由地下的主裝置隧道聯(lián)系起來(lái)，形成了一個(gè)有機(jī)統(tǒng)一的整體，充分滿足了主裝置設(shè)備的功能需求，使主裝置設(shè)備的工藝、流程與建筑平面布局、空間形態(tài)達(dá)到高度統(tǒng)一。

外部造型以圓形RCS設(shè)備樓為基礎(chǔ)，采用一致的構(gòu)成手法，使各建筑由于主裝置設(shè)備的工藝流程造成的扭轉(zhuǎn)雜亂形象得到糾正，達(dá)到整體的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。在構(gòu)造細(xì)部處理上，著重表現(xiàn)建筑精準(zhǔn)的工藝和細(xì)膩的材料搭配，展現(xiàn)出中國(guó)技術(shù)和建筑材料的國(guó)際化水準(zhǔn)。

4.3 主裝置建筑的特殊空間

（1）主裝置隧道

主裝置隧道是整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的核心部分，主要布置通用設(shè)備、前端、DTL、射頻、注入引出系統(tǒng)、環(huán)高頻系統(tǒng)、磁鐵、電源、束測(cè)、真空、控制、準(zhǔn)直、機(jī)械、防護(hù)等相關(guān)設(shè)備。隧道主要由直線加速器主隧道、直線副隧道、LRBT隧道、RCS環(huán)形隧道、反角中子及RTBT隧道組成，整個(gè)隧道連通且地面標(biāo)高一致，總長(zhǎng)度600多米。

（2）熱室和熱室操作間

熱室是涉核空間，人員不得進(jìn)入。熱室長(zhǎng)18m、寬5m、凈高8m，緊鄰靶站，地面鋪設(shè)軌道，熱室拖車運(yùn)行于軌道上，用于靶體的正常工作和維護(hù)。熱室操作間在熱室一側(cè)，設(shè)有遙控動(dòng)力機(jī)械手等設(shè)備。

（3）廢束站空間

在各種粒子加速器裝置的中段或末端，通常都設(shè)置有廢束站，用以在調(diào)試束線階段與加速器使用階段回收不需要使用的粒子束線。廢束站是涉核的特殊封閉空間，主要放置回收粒子束線的設(shè)備。

5 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)散裂中子源園區(qū)工程根據(jù)其工藝流程進(jìn)行園區(qū)布局，同時(shí)融入地域特色。主裝置建筑是一種涉及核放射的獨(dú)特科研建筑類型，無(wú)論集中式還是沿線分散式布局，在主裝置建筑中都有許多特殊的建筑空間，需要采用大量的建筑技術(shù)予以應(yīng)對(duì)。