石弘穎, 王建浦, 潘世年
(南京工業(yè)大學a.海外人才緩沖基地;b.基本建設(shè)處,南京210009)
根據(jù)建設(shè)創(chuàng)新型國家的整體戰(zhàn)略,中國高校以強烈的創(chuàng)新精神推動大學建設(shè)的各個方面和主要環(huán)節(jié),實現(xiàn)這一歷史任務(wù)的關(guān)鍵是匯聚大批高素質(zhì)的創(chuàng)新人才和加快高水平科技創(chuàng)新的速度[1-2]。隨著“雙一流”建設(shè)的不斷推進,我國高等教育事業(yè)開始由增量發(fā)展轉(zhuǎn)入存量改革以及由外延擴張到內(nèi)涵發(fā)展的新時期。高校以國家重大需求為導向,以培養(yǎng)各類創(chuàng)新型、應(yīng)用型、復合型人才為目標,在此過程中不斷提升高水平科研能力、保證基礎(chǔ)科研質(zhì)量[3-5]。
科研實驗平臺是高校辦學的物質(zhì)基礎(chǔ)和必要條件,更是科技創(chuàng)新和人才培養(yǎng)的重要陣地,作為創(chuàng)新體系的基礎(chǔ)性工程,其數(shù)量與水平已成為衡量一所大學科技創(chuàng)新能力的重要標志之一[1,6-7]。具有一定規(guī)模的科研實驗綜合體能夠提供科研實踐、學術(shù)交流、團隊建設(shè)等條件,對促進我國高校學生的成長具有相當作用,對優(yōu)化科技資源配置、開放科技成果共享、構(gòu)建區(qū)域創(chuàng)新體系,以及建設(shè)創(chuàng)新型國家和社會具有重要意義,是推動“人才培養(yǎng)-科學研究-社會服務(wù)”鏈[5]的最佳著力點。
科研實驗平臺最早可以追溯為古代觀象臺,自工業(yè)革命孕育發(fā)展至今,已成為極具活力和特色的獨立建筑體系[8-9]。20世紀90年代,美國等許多國家進行了學科整合以促進不同團隊融合,普遍配置了儀器密集共享[9-10]區(qū)域(core facility)以避免重復建設(shè),設(shè)立了充足的資金和隊伍以完善基礎(chǔ)設(shè)施和維護維修,規(guī)劃了具備開放性、靈活性、安全性的各類學科實驗室。海外現(xiàn)代化平臺充分運用三維立體解決方案,在實驗室上方管道架上模塊化地安裝水、電、氣、數(shù)據(jù)、電話等管線[3,9],不設(shè)吊頂并預(yù)留擴展接口,最大限度地滿足科研條件多變的需求。實驗室綜合體系中設(shè)有許多公共活動區(qū)域,鼓勵采用全透明材料進行隔斷,讓科學研究、會議研討和非正式活動在舒適、開放的環(huán)境中進行[8-10],使得科研人員處于知識文化的交融之中,激發(fā)視覺交流和創(chuàng)新潛力。
隨著社會科技進步與學科交叉融合,我國高校軟硬件同樣不斷升級擴張,科研平臺規(guī)模持續(xù)增長,覆蓋領(lǐng)域不斷拓展,技術(shù)水平明顯提升,綜合效益日益顯現(xiàn)[11-12]。同時,平臺建設(shè)和運行機制的問題也凸顯出來[6,9,11]:部分實驗室缺乏學科規(guī)劃,存在部門化、個人化的傾向,平臺很難靈活組合以適應(yīng)現(xiàn)代科研發(fā)展;部分儀器設(shè)備利用率和共享水平不高,存在重復建設(shè)、閑置浪費的現(xiàn)象,平臺沒有充分發(fā)揮對科技創(chuàng)新的服務(wù)支撐作用;部分功能設(shè)施配套不科學,存在隨意改造、管理不當?shù)葐栴},平臺缺少支持安全持久地運行所需的維護經(jīng)費。近年來,科研實驗對先進設(shè)備愈發(fā)依賴、配套設(shè)施愈發(fā)復雜,企業(yè)研發(fā)的高投入產(chǎn)出比又倒逼高校科研工作。高校普遍通過引進高端人才團隊來提升學科地位和增強核心競爭力,為滿足呈現(xiàn)尖端化、集成化趨勢的新課題和新需求,相應(yīng)提供高起點高標準的科研平臺。因此,多功能科研建筑綜合群體日益受到科研工作者的青睞,在促進學科高速發(fā)展和培養(yǎng)學術(shù)型人才的滲透力具有持久的示范輻射效益[8,12]。
“雙一流”背景下[1,4],研究型高校針對學科發(fā)展缺乏核心競爭力、科研工作缺乏長期目標、科技資源共享率低等問題,要打造“學科特色”戰(zhàn)略,重視基礎(chǔ)研究、鼓勵學科交叉融合,集中有限資源在有條件的領(lǐng)域形成重點突破;針對科研力量分散、科研項目缺乏有效整合、科研成果轉(zhuǎn)化率低等現(xiàn)象,制定“人才強?!闭?,匯聚一批帥才將才、培養(yǎng)大批具有創(chuàng)新潛質(zhì)的中青年帶頭人,發(fā)揚組織優(yōu)勢實現(xiàn)“大師加團隊”的創(chuàng)新合力;針對科研平臺綜合性和國際化程度低、實驗設(shè)施欠缺集成和交叉功能等劣勢,要構(gòu)建“自主創(chuàng)新”實體,提供資源保障配置、制定激勵約束機制,使大學科研水平能夠沖擊世界前沿并保持強大后勁。
學校“海外人才緩沖基地”作為高端引進人才的緩沖帶和孵化器,圍繞“柔性電子”特色學科,架構(gòu)劃分有機光電、納米光電、生物電子、先進能源等方向;以中國科學院院士黃維教授為學科帶頭人,以活躍于國際學術(shù)最前沿的青年學者為學術(shù)骨干,匯集了世界一流大學的百余位杰出學者;目前承擔百余項省部級以上科研課題,獲得10余次省部級以上科學技術(shù)獎勵,擁有10余個省級以上或國際聯(lián)合科研平臺;近年來在基礎(chǔ)研究的熱點領(lǐng)域取得許多核心的原始創(chuàng)新成果,發(fā)表在國際頂級學術(shù)期刊,成為海內(nèi)外認可度高、學術(shù)影響力大的業(yè)界品牌?!昂M馊瞬啪彌_基地”是一方初顯成績的改革試驗田,為進一步釋放其創(chuàng)新活力,如何量身定做現(xiàn)代化科研實驗綜合體是一項重要課題。
對于高校而言,如何發(fā)揮制度優(yōu)勢、做好統(tǒng)籌規(guī)劃,建設(shè)中國特色的科研實驗綜合體值得探討??茖W規(guī)劃,理念先行。理念不僅是口號,關(guān)鍵是思路引領(lǐng),要立足國家和學校的發(fā)展需要、科研工作的發(fā)展規(guī)律和階段特征,充分進行頂層規(guī)劃[9,12-13]。學校組織各領(lǐng)域?qū)<覅⑴c宏觀研討,安排設(shè)計小組調(diào)研國內(nèi)外先進平臺建設(shè)情況,項目既要體現(xiàn)學科優(yōu)勢、鼓勵交叉融合,又要落地功能定位、兼顧投資效益。作為項目實施單位,應(yīng)認真貫徹國家政策,將項目定位為開放共享、靈活高效、舒適安全的模式,積極創(chuàng)新解決方案;同時,應(yīng)從項目龍頭——設(shè)計環(huán)節(jié)抓起,綜合考慮項目質(zhì)量、實施秩序、費用水平和工程水準,切實做好過程管理。
該科研實驗綜合體規(guī)劃配備科研實驗、會議研討、綜合辦公及保障設(shè)施等用房,設(shè)有3臺客梯和獨立貨梯(兼消防電梯)出入口,人貨分流處理,每層獨立計量水、電、氣等能耗。其中3層樓為共享平臺,分別用于測試表征、器件制備和精密分析,提高學校大項目研究能力和設(shè)備利用率;另外4層樓為文化沙龍,分別用于科技展示、學術(shù)報告、國際合作和教工之家,增強學校實驗室文化建設(shè)和團隊凝聚力;其余科研綜合樓層,分屬各研究所實驗、辦公使用,將各課題組的需求抽象為統(tǒng)一的通用平面。項目大量使用高效空間,應(yīng)用密集共享、潔凈技術(shù)、工藝柱網(wǎng)、靈活組合、立體空間、透明隔斷等設(shè)計亮點,全方位提供實驗、研討、辦公、休息等功能。各空間相對獨立又相互聯(lián)系,研發(fā)單元集中配置設(shè)施、為學科交叉和平臺重組提供彈性預(yù)留,辦公單元開放布置環(huán)境、為私人交流和文化融合靈活適應(yīng),總平面布局和空間設(shè)計有一定難度。
(1)全面清晰地權(quán)衡項目的約束條件。項目規(guī)劃用地位于市中心,周邊圍繞主干道、醫(yī)院、住宅、校園等,科研平臺對空氣環(huán)境、噪聲振動的要求和影響受到立項審批、地形環(huán)境、設(shè)計需求等因素限制[14-16]。根據(jù)經(jīng)驗,隨著調(diào)研和設(shè)計的深入,科研實驗條件方案調(diào)整是普遍性現(xiàn)象,難免引起項目用地范圍、人防空間布置、環(huán)評標準規(guī)定等方案同步變化。設(shè)計管理兼顧性能實現(xiàn)和審批限制,針對科研實驗綜合體功能分區(qū)思慮周詳,盡力避免變更設(shè)計方案與政府批準出現(xiàn)矛盾。
(2)準確完善地控制項目的投資成本。該項目核心和難點主要體現(xiàn)在特殊環(huán)境建設(shè)方面,包括空間造型、玻璃幕墻、景觀綠化等建筑需求,溫濕度、凈化、隔震、電磁屏蔽等工藝需求。這類特殊設(shè)計不僅決定了項目的前瞻性、精密性和實用性,也決定了項目的大部分費用[13-17]。通過可行性研究和初步設(shè)計,科學確定總投資額度,合理分配投資比例和級別,形成建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、水電、裝飾等專業(yè)的分級限額。設(shè)計條件的變更影響建筑高度、樓面承重、用電負荷等方案時,優(yōu)先微調(diào)底層各項支出再修改上級設(shè)計,設(shè)計管理以此控制總投資波動。
(3)積極有效地協(xié)同項目的專業(yè)集成。該項目不僅包括工程建設(shè)的常規(guī)專項,還涉及集中供氣、純水、冷卻水、熱泵排廢、恒溫恒濕、潔凈空間等專業(yè),是一項兼顧建筑布局和工藝要求的復雜工程[18-19]。項目設(shè)計應(yīng)認真梳理和高效集成各系統(tǒng),疏落某些專業(yè)設(shè)計易造成漏項、沖突或總體進度滯后,綜合性、多功能型科研實驗綜合體的集成設(shè)計難度又遠高于普通建筑。故盡早組織開展專業(yè)設(shè)計,充分考慮工藝流程和空間利用,同步推進各專業(yè);并定期集合各專業(yè)匯總圖紙,重點匹配工藝布局,及時協(xié)調(diào)管線沖突等。
(4)嚴謹有序地保障項目的工程質(zhì)量。該項目設(shè)計質(zhì)量的體現(xiàn)[15,20],①遵守國家和行業(yè)相關(guān)的法律法規(guī)及規(guī)范要求,②保質(zhì)保量地實現(xiàn)用戶所需的功能??蒲袑嶒灳C合體出現(xiàn)設(shè)計缺陷的風險大,在實施中一旦擴大后不可逆,給使用和管理單位造成很大困擾[14,19]。系統(tǒng)性項目進行設(shè)計管理,及時發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤最方便節(jié)約,極大地提高了項目質(zhì)量。統(tǒng)籌安排技術(shù)性較強的圖紙審查工作,確保建設(shè)圖紙遵守相關(guān)法律規(guī)范并滿足各項規(guī)劃指標,設(shè)計方案實現(xiàn)特殊工藝流程、方便動力設(shè)施維護,主體與細節(jié)設(shè)計、各項專業(yè)設(shè)計之間無縫銜接、界面清晰等。
(1)平衡各項設(shè)計原則。設(shè)計原則作為綱領(lǐng)性文件須早明確,通盤考慮科研需求、投資效益、管理運行等因素,根據(jù)頂層規(guī)劃要點[13,15,17,21]。功能實現(xiàn)是基本原則,分析需求進而選擇針對性實現(xiàn)方案;安全可靠是根本原則,保證建筑環(huán)境、工藝流程、人流物流的設(shè)計質(zhì)量;經(jīng)濟環(huán)保是核心原則,發(fā)掘高效空間,采用節(jié)能技術(shù)和材料,集約化處理“三廢”;高效智能是關(guān)鍵原則,設(shè)計符合校園文化和現(xiàn)代集成理念,提升工作效率和設(shè)計內(nèi)涵;維護實用是保障原則,避免重建設(shè)輕維護的設(shè)計模式,關(guān)注操作人性化和管理可行性;預(yù)留發(fā)展是條件原則,由于科研未知性和建筑不定性,系統(tǒng)設(shè)計為功能改造、設(shè)備更新和未來發(fā)展留有余地。
(2)建立新型管理團隊。高?;ú块T對學校理念、建筑標準、設(shè)計風險等問題有深刻的認識和豐富的經(jīng)驗,通常獨立作為項目牽頭代表。科研實驗綜合體不僅運用到建筑工程學、管理學知識,還涉及光電子學、物理化學、生物醫(yī)學、空氣動力學等專業(yè)領(lǐng)域,由基建部門單打獨斗的傳統(tǒng)模式難免影響設(shè)計效果或者不匹配學科發(fā)展[14,22]?;ú块T協(xié)同使用部門、管理部門建立“聯(lián)合甲方”的組織模式,吸納具有實踐經(jīng)驗的教師共同推進項目,既保留建設(shè)管理優(yōu)勢、又發(fā)揮專業(yè)技術(shù)力量。項目實施全面的設(shè)計管理制度,高校3個職能單位之間取長補短提出明確需求,密切配合完成工藝設(shè)計,互為依托提高建設(shè)方案的精準度和實用性。
(3)工藝主導分項設(shè)計。綜合性設(shè)計院通常由建筑聯(lián)合結(jié)構(gòu)、給排水、電氣、暖通等專業(yè)負責主體工程,在樓宇設(shè)計項目中獨當一面。科研實驗綜合體關(guān)于溫濕度、潔凈度、振動、屏蔽等關(guān)鍵設(shè)計具有專業(yè)化和特殊性,僅依靠建筑設(shè)計院牽頭的傳統(tǒng)模式難免造成空間浪費或者不匹配工藝條件[15-17]。綜合性設(shè)計院協(xié)同工藝設(shè)計、專業(yè)咨詢公司建立“聯(lián)合乙方”的組織模式,引入具有專業(yè)資質(zhì)的單位或個人參與聯(lián)合設(shè)計,融合新標準、新工藝、新思路。項目實施工藝主導和分項設(shè)計工作模式,針對工藝流程形成空間布置方案,再牽動其他專業(yè)進行對接,重點統(tǒng)籌各分項之間界面,從而保證子系統(tǒng)各司其職、整體系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
(4)階段調(diào)研深化設(shè)計。為了引導反饋結(jié)果提供數(shù)據(jù)支撐,調(diào)研應(yīng)明確目標和形式,有針對性地設(shè)計以選擇題為主的簡明問卷[13,17]。除了平面布置、層高承重、水電點位等一般功能調(diào)研,更應(yīng)重點關(guān)注特殊實驗條件:空氣潔凈和溫濕度、樓板減震和墻體屏蔽、通風排廢和防火防化防輻射等。深入可行的方案建立在全面有效的調(diào)研之上,復雜的調(diào)研過程應(yīng)分階段逐步開展,分析設(shè)計工作圍繞階段性調(diào)研結(jié)果穩(wěn)步推進??尚行栽O(shè)計階段調(diào)研學科發(fā)展、工藝標準等,形成建筑規(guī)劃、投資估算等定位;初步設(shè)計階段調(diào)研配套設(shè)施、工藝流程等,形成樓層布局、功能分區(qū)等藍圖;分項設(shè)計階段調(diào)研承重、采光、通風、水電等,形成建筑施工、工藝集成等專項;內(nèi)裝設(shè)計階段調(diào)研材料家具、智能弱電等,形成精裝布置、終端點位等方案。
構(gòu)建知識創(chuàng)新平臺,推進科技創(chuàng)新基地和條件平臺的開放共享已經(jīng)上升為國家政策[1-2,4,11]。高校基礎(chǔ)研究力量雄厚,在區(qū)域科技創(chuàng)新方面有整合、帶動與輻射效應(yīng)。積極聯(lián)合社會力量,創(chuàng)新科研組織模式,在新興交叉領(lǐng)域重點建設(shè)一批科技服務(wù)共享平臺,配套專業(yè)的設(shè)施應(yīng)用團隊,打造服務(wù)國家決策的新型高校智庫,增強對經(jīng)濟社會發(fā)展的驅(qū)動力。
該科研實驗綜合體規(guī)劃有3層“柔性電子”密集共享區(qū)域,涵蓋科研基礎(chǔ)設(shè)施、大型儀器設(shè)備、自然科技資源共享、成果轉(zhuǎn)化公共服務(wù)等,科研資源統(tǒng)一納入國家網(wǎng)絡(luò)管理平臺進行統(tǒng)籌,向全社會開放和提供服務(wù),實現(xiàn)科研配套、管理服務(wù)、監(jiān)督評價的全鏈條有機銜接,促進設(shè)施利用效率,并推動解決重復建設(shè)等問題。測試表征平臺提供通用貴重儀器的測樣分析服務(wù),旨在提高有效服務(wù)機時、服務(wù)質(zhì)量和成果產(chǎn)出;器件制備平臺提供大型專用儀器的專業(yè)培訓服務(wù),鼓勵以廠家配件為基礎(chǔ)自主搭建系統(tǒng)、開發(fā)先進功能;精密制備分析平臺提供千級嵌套百級的潔凈空間,重點組織高水平設(shè)施應(yīng)用、做出高質(zhì)量科研貢獻,考慮運維成本可切換為萬級嵌套千級潔凈度運行。
潔凈室的實現(xiàn)[22-25]作為項目的重難點,要求各種技術(shù)設(shè)施的綜合協(xié)調(diào)效果,必須對其解決方案實施嚴格的過程管理?!奥?lián)合甲方”共同對空氣質(zhì)量、空間布置、工藝條件等評價指標進行調(diào)研分析,綜合施工、調(diào)試和維護的必要條件確定設(shè)計指標;“聯(lián)合乙方”著重解決組合式凈化空調(diào)的功能段、各級空氣凈化裝置、潔凈分區(qū)與技術(shù)夾層的圍護結(jié)構(gòu)、工藝柱網(wǎng)與動力泵室的管線布置等設(shè)計,確保方案合理、審批合格。
高校作為國家知識創(chuàng)新的主力軍,應(yīng)整合科研力量、規(guī)劃長期目標,建設(shè)有力支持交叉、新興學科發(fā)展的平臺,致力于在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域形成原創(chuàng)性、影響長遠的成果,增強我國科技的核心競爭力[1,3,8]。據(jù)統(tǒng)計[9],每年全球有超過1/3的現(xiàn)代化實驗室重組,相對穩(wěn)定的平臺設(shè)施能否快速適應(yīng)持續(xù)發(fā)展的學科要求,取決于建設(shè)效果是否融合共享、靈活通用。
科研實驗綜合體運用開放的平面結(jié)構(gòu)設(shè)計、模塊化工藝條件配套,每個標準單元兼具規(guī)模性和可變性,既能獨立運行又可形成關(guān)聯(lián);地下室和屋頂面等功能區(qū)域集中布置技術(shù)設(shè)備,為實驗單元提供動力服務(wù)。各標準單元預(yù)設(shè)工藝管網(wǎng),輔助實驗區(qū)被安排在一側(cè)而非中心位置;未來深化可采用柜體與擋板等柔性隔斷,將相近單元進行組合或分離,可適應(yīng)多種布局的靈活重組,從而增加空間使用效益、減少改造投資。根據(jù)各組調(diào)研反饋的工藝流程,解決方案中充分提取其普遍性,考慮科研彈性空間的同時,又兼顧施工難度和風險,將平面布局統(tǒng)一為“微納加工”和“理化分析”兩類。實驗區(qū)為8.4 m開放式柱網(wǎng)單元,西北角單獨隔斷一間以滿足溫濕度、照明等特殊需求,南北兩側(cè)設(shè)泵室、氣柜等動力保障灰區(qū)。
工藝集成的柱網(wǎng)作為建設(shè)核心,涉及空調(diào)動力、供電插座、給排水點、集中供氣、熱泵排氣、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測等專業(yè)管線,全面落實過程管理以避免交叉碰撞和安全隱患。柱網(wǎng)單元不設(shè)吊頂,采用綜合支吊架、頂面涂灰等裝配方式,防止故障隱患在密閉空間積存;盡量統(tǒng)一各樓層對應(yīng)的模塊化機電點位,終端采用快插接口預(yù)留在功能柱、實驗臺或支吊架上;利用三維系統(tǒng)布線,選擇優(yōu)質(zhì)管線材質(zhì),配備應(yīng)急檢修管道,保證機電系統(tǒng)的工整可靠、實用方便。
營造濃厚的學術(shù)氛圍、國際化科研環(huán)境和寬松的創(chuàng)新文化,吸引國內(nèi)外最具才華的科研人員,大力激發(fā)他們的想象力和創(chuàng)新力,助推中國高等教育的國際話語權(quán),樹立一流大學的品牌形象[4,9]。科技創(chuàng)新平臺的物質(zhì)環(huán)境是團隊文化的外在標志,管理準則和價值觀的有效載體,促進人際關(guān)系的基石,要呈現(xiàn)強大的公共、開放和完整性,突出融合且獨立的科研文化[10,26]。
科研實驗綜合體設(shè)計大量開放式互動空間,為科學家、研究生以及技術(shù)人員提供隨時進行研討或非正式交流的場所,有利于迸發(fā)新的靈感和研究思路,擴大科研工作效益,拉近團隊成員關(guān)系?,F(xiàn)代化科研實驗活動需要多功能空間的配合,包括辦公室、學術(shù)報告廳、自由討論區(qū)、綜合會議室、科技展廳、公共活動區(qū)、圖書文獻室、休閑茶吧等,一系列文化沙龍的設(shè)立擴大了空間影響力,構(gòu)成了科研文化的重要組成部分。①
科技創(chuàng)新平臺普遍設(shè)計可移動家具,滿足研討、展示等靈活多變的需求;②公共活動場所可以布置得具有溫馨的大家庭氣氛,由照片、獎勵、紀念品等實物勾勒出一幅創(chuàng)新團隊的精神面貌。
空間的深度發(fā)掘作為設(shè)計亮點,通過有效過程管理體現(xiàn)在解決方案的諸多方面。從上而下布設(shè)工藝管道、檢修區(qū)間、存儲柜和移動式科研桌臺,靈活利用立體空間,創(chuàng)造高效舒適的科研環(huán)境;采用移動幕墻疊落多功能房間,便于隨時調(diào)整布局使之適應(yīng)項目討論、學生自習及小型講座等應(yīng)用;選擇透明玻璃與活絡(luò)板材的半開放隔斷,提供充沛的陽光照射和更多的視覺交流,實現(xiàn)豐富的科技展示和交互的工作體驗。
可持續(xù)發(fā)展的綜合性、通用型、專業(yè)化科研平臺,是高校集中資源、提高科研水平的強大保障。針對“雙一流”建設(shè)和大學軟硬件設(shè)施現(xiàn)狀,明確開放共享、靈活高效、舒適安全等設(shè)計理念;發(fā)揮統(tǒng)籌的制度優(yōu)勢,采取有力的集成模式,建設(shè)投資受控、合法合標的現(xiàn)代化科研實驗綜合體,關(guān)鍵在于循序漸進地做好過程管理。結(jié)合具體案例的實現(xiàn),落實設(shè)計理念、加強過程管理,創(chuàng)新高??蒲袑嶒灳C合體的解決方案。其平臺規(guī)劃和建設(shè)全過程值得借鑒,平臺運行機制和建設(shè)成效還將隨著管理實踐的不斷深入而豐富發(fā)展。