可持續(xù)發(fā)展的未來實驗室設(shè)計

■ 文/孫 芊

未來實驗室是尊重環(huán)境的，是以人為本的。

提到創(chuàng)新的源頭，可能大多數(shù)人首先想到的是高校和科研機構(gòu)的實驗室。2018年5月，美國嘉科集團在波士頓舉辦的實驗室行業(yè)標準會議上提出了“未來實驗室”的概念，并對其進行了定義：架構(gòu)扁平化、各學科整合、聚焦科學研究、鼓勵創(chuàng)新的科學發(fā)現(xiàn)中心。簡言之，未來實驗室是尊重環(huán)境的，是以人為本的。

近年來，實驗室的可持續(xù)發(fā)展一直是熱門話題，通常一提起來大家就直接聯(lián)想到節(jié)能。事實上，可持續(xù)的真正涵義遠遠不止這一點。建筑、資源和人類健康之間的聯(lián)系是可持續(xù)設(shè)計的三大重點，這和大多數(shù)實驗室用戶的科學任務(wù)和企業(yè)目標是契合的，也是實驗室未來的發(fā)展趨勢。

嘉科集團旗下的嘉科全球建筑在過去20多年的實驗室建筑設(shè)計中，一直在研究如何使實驗室建筑更具可持續(xù)性，以及實驗室環(huán)境如何影響使用者。實驗室建筑的能耗比辦公樓高5～10倍，即使是少量的優(yōu)化也意味著節(jié)省了大量的能源?？茖W家創(chuàng)造的價值是無法估量的，即使是工作效率的稍稍提高也意味著創(chuàng)造了更多的社會價值。

可持續(xù)發(fā)展的實驗室也被稱為“高性能實驗室”，以強調(diào)其目標是使實驗室建筑更高效地發(fā)揮作用，這意味著設(shè)計思路從單純的節(jié)約到更注重優(yōu)化。節(jié)約意味著減少我們需要的，是對使用者行為的改變，如通過夏天調(diào)高空調(diào)設(shè)定溫度和冬天調(diào)低空調(diào)設(shè)定溫度；優(yōu)化意味著找到更有效的設(shè)計方法，使建筑冬暖夏涼。真正的高效建筑應(yīng)該同時使用節(jié)約和優(yōu)化兩種手段，對于實驗室建筑而言，確保這些設(shè)計方法不會損害到實驗環(huán)境和科研人員工作效率至關(guān)重要。

要使實驗室建筑更高效地發(fā)揮作用，需要考慮建造、使用和未來可能的改造過程中諸多因素，總結(jié)下來主要是3個方面：場地影響、資源利用和使用者因素。

●場地影響

場地影響的因素十分廣泛，包括選址、園區(qū)設(shè)計、與廢棄物運輸和處理相關(guān)的交通以及基礎(chǔ)設(shè)施等。項目選址確定后，好的園區(qū)設(shè)計會顯著減少項目對周邊環(huán)境的影響。例如：如何減少廢水廢物排放到現(xiàn)有地下水源和污水系統(tǒng)，以減少對周邊自然水文的影響；如何減少園區(qū)不透水鋪地的面積，以減少雨水徑流；如何最大化在園區(qū)內(nèi)處理廢水以及雨水徑流，以減少對周邊環(huán)境的壓力。實驗室產(chǎn)生的廢水廢物遠多于其他建筑類型，因此廢棄物管理至關(guān)重要，應(yīng)對廢水廢氣積累進行建模和監(jiān)控，盡量減少對周邊人群的影響。

●資源利用

資源主要包括水、能源和材料。對資源的管理有很多不同的策略，但都歸結(jié)為3個主要概念：減少資源需求、更高效利用資源以及使用替代資源。

實驗室在工藝生產(chǎn)和維持潔凈空間過程中需要使用大量的水。我們在設(shè)計中采取的節(jié)水措施主要有兩個：一是盡可能使用節(jié)水設(shè)施和廢水處理系統(tǒng)；二是盡可能使用灰水。此外，高效玻璃器皿清洗系統(tǒng)、循環(huán)冷凍水系統(tǒng)等都會減少實驗室用水需求。

為減少實驗室建筑能源使用，我們通常從3個方面進行設(shè)計。首先是正確計算負荷，如室內(nèi)溫度、濕度、光照水平、每個空間所需的換氣量等。其次是系統(tǒng)設(shè)計，通常設(shè)定的負荷越低，系統(tǒng)選擇自由度越高。最后是提高能源效率，計算出負荷并選擇最優(yōu)系統(tǒng)后，應(yīng)在場地內(nèi)盡量使用可再生能源。

基礎(chǔ)醫(yī)學公司實驗室項目▲美國基礎(chǔ)醫(yī)學公司在基因組技術(shù)和癌癥生物學領(lǐng)域處于創(chuàng)新領(lǐng)袖地位，提供癌癥治療優(yōu)化分析。實驗室設(shè)計使用開放工作環(huán)境，在保證安全性、功能性和靈活性的同時強調(diào)建筑美感。玻璃隔斷和多種會議空間供參觀和訪問交流。

阿斯利康公司在美國波士頓的研發(fā)實驗室▲實驗室充分運用自然光并引入室外景觀，增加科研人員的愉悅感，同時全玻璃走廊可以時刻觀察實驗過程。實驗室頂部的綜合吊架和功能柱加強了實驗室的靈活性和高效性。

從環(huán)境角度講，最理想的材料其原材料無毒、儲量豐富、可更新，制作、運輸和安裝過程中消耗能源少，使用壽命長且易于維護，廢棄材料可重新回收利用。

●使用者因素

除了場地和資源外，實驗室的可持續(xù)設(shè)計更需要關(guān)注建筑環(huán)境對科研人員的影響。影響建筑環(huán)境的因素很多，其中空氣質(zhì)量、舒適度和視野尤為重要。對大部分科研企業(yè)來說，員工薪資和福利支出占到了企業(yè)成本近85%，員工健康和工作效率很小的提升會為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。

科學家在努力探索世界運行的原理，以期得到更多在生物、物理、化學、環(huán)境等方面造福人類的信息。實驗室的可持續(xù)設(shè)計則重點研究實驗環(huán)境需要什么以及這種需求對周圍環(huán)境意味著什么，并使這二者達到平衡。我們認為，未來實驗室將做到：強調(diào)靈活性，滿足不同時期不同科研組群的使用要求；強調(diào)科學與藝術(shù)的結(jié)合，把實驗室建筑變成科學研究的展廳。我們希望在中國也能夠打造這樣標準的實驗室，讓中國的科研人員享受世界領(lǐng)先的科研環(huán)境。