高?？蒲薪ㄖ脑O計策略及發(fā)展趨勢

高校作為學科和人才的聚集地、育人的高地和創(chuàng)新的策源地，是科技創(chuàng)新的重要載體和關鍵平臺。高?？蒲薪ㄖ鳛樾@建筑的重要組成部分，不僅要提供創(chuàng)新研發(fā)和科研探索的科研物理空間，同時也要為高校教授、學生、科研工作者提供一個能承載和孕育豐富創(chuàng)新思想、科學新發(fā)現(xiàn)的“科學策源地”，與各大科研院所和研究機構不同，高?？蒲屑纫鉀Q科技創(chuàng)新，實現(xiàn)“從 0 到 1”的突破，同時又要承擔教學、高水準育人的重要教育職能。因此在科研建筑空間的打造方面也提出了兼具科研和教學屬性的雙重要求，以激發(fā)學生教師的科研和探索熱情。

伴隨著科學發(fā)展的日新月異，高校科研建筑的塑造和設計也在不斷探索者新的方向：

（1）從強調(diào)使用效率、模塊化到對于公共交流空間的關注。

（2）從功能單一、封閉內(nèi)向的實驗空間到復合多元、開放共享的實驗空間。

（3）從水平分布的實驗室排布，到立體垂直的實驗功能疊加。

（4）從嚴謹、單調(diào)的實驗環(huán)境延伸至戶外、自然的科學花園。

（5）強化數(shù)字化和低碳綠色的科研空間。

幾個世紀來高校科研建筑的設計發(fā)生了翻天覆地的變化，高?？蒲薪ㄖ龔膫鹘y(tǒng)的內(nèi)向型研發(fā)空間向強化開放、共享、交流和注重人性的方向發(fā)展；近年來眾多國際一流科學試驗建筑，如華盛頓大學生命科學樓、丹麥哥本哈根，Maersk 實驗室大樓、紐約市立大學先進科學研究中心、以色列埃德蒙德和莉莉薩夫拉腦科學研究中心等國際眾多優(yōu)秀的高?？蒲薪ㄖ宫F(xiàn)了以上發(fā)展特征[1]，本文將對以上設計趨勢和設計策略加以簡述。

1 激發(fā)靈感的人性化科研空間

高校科研工作者和研究人員，一方面是嚴謹?shù)目茖W家、教授、老師；另一方面，也是有著交往、生活、休憩和交流的基本需求；在緊張、嚴謹?shù)目茖W實驗和研究教學的同時，科研人員承受著巨大的研究和工作壓力，精神高度集中。如何通過人性化的空間設計和塑造，激發(fā)科研工作人員的靈感和潛能，使科研空間既具有科研人才匯聚的吸引力和親和力，同時又能促進科研人員的多元交流，增加交流溝通的活力，激發(fā)創(chuàng)造思維的“想象力”。并找到科研、教學、學習、交流的平衡點，是高?？蒲薪ㄖO計的核心目標[2]。

傳統(tǒng)科研空間布局將實驗室、輔助功能、辦公室、學術活動、圖書資料用房、行政用房等，通過內(nèi)走廊將各種功能串聯(lián)起來，強調(diào)建筑的高效率和使用高效性，但同時也帶來了空間相對單一、千篇一律、空間單調(diào)呆板、公共交流空間缺失、空間較為封閉等弱點；忽視了科研人員嚴謹工作之余，對于活動、交流的基本需求。高校科研建筑近年來更加關注公共間的趣味性和人性化設計，在張江復旦國際創(chuàng)新中心項目中，設計者結合景觀視線及空間特色，在每層均設有可供科研人員溝通、交流的特色公共空間，既滿足實驗之余，休憩、交流、接待等需要，也提供了一種靈活工作、團隊開放討論、開放辦公的“第三空間”，同時也為高校研究生學習，提供了開放自習的特殊空間模式。

2 復合、共享的科研功能

在高校校園的眾多建筑中，科研建筑往往是帶有神秘感的科學堡壘，不僅體現(xiàn)在科研空間的較為封閉，部分實驗室及裝置空間需要暗空間或專用空間，往往有清晰的結構邊界、封閉的走廊空間；科研功能的單一性和專業(yè)性也進一步加劇了高校師生和社會對于科研建筑的距離感和神秘感[3]。

伴隨著科研創(chuàng)新的高速發(fā)展，高校科研空間，正在探索更加開放、復合的模式，更加強調(diào)將邊界打開，建立“無墻”化的實驗空間，以更加靈活的實驗分隔，取代傳統(tǒng)的小隔間實驗室，利用輕巧、透明的分割體系結合大開間實驗室，進行靈活的分隔；創(chuàng)造更加明亮、開放和靈活的科研空間，同時配有中庭、咖啡、走廊座椅和開放學習位，盡可能創(chuàng)造交流、談話、靈活教學，創(chuàng)造思想和科學觀點碰撞交流的機會；同時更多高校科研機構創(chuàng)造更多開放共享實驗室，以服務于內(nèi)部團隊的科研數(shù)據(jù)、信息、實驗設備、科研裝置共享，同時也提供對外部社會科研機構的共享實驗室，帶動周邊集城市的整體實驗室、平臺、儀器裝置共享及預約使用，提升全社會的整體科研水平。斯坦福大學克拉克中心實驗室，就是一個開放型科研中心的典范，它強調(diào)鼓勵不同學科的學生、教授、老師和科研人員學術溝通和相互交流。區(qū)別于傳統(tǒng)封閉的實驗室設施及封閉孤立的房間不同，克拉克中心更加開放、包容、靈活適變：更加適合不同領域科研團隊的交流和學習，互動與共享。

同時更加復合的科研建筑的配套功能，將有效促進科學研究的多樣性、活力氛圍。科學展廳、規(guī)模不等的會議空間、研討空間、資料閱讀室、圖書室、教室、交流空間、富于藝術感的休息空間、咖啡廳和綠色生態(tài)的室外露臺等多元復合的配套都將促進高校科研空間的活力和營造輕松地科研氛圍；分布于不同樓層的開放學習空間、自習座椅，也是高校科研建筑的教、研功能融為一體[4]。

3 專項定制和靈活適變

3.1 專項定制式實驗空間

科研建筑的設計與科研類型及實驗工藝密切相關,,伴隨著科學的高速發(fā)展,對于科研建筑和實驗空間提出了更加嚴格的專業(yè)性和定制性需求;一些具有特殊科研裝置和特殊實驗需求的實驗室，在建筑場地選擇、土建荷載、空間尺度、震動限制、溫濕度控制、輻射等以及危廢氣液的處理都提出了嚴格的專項性需求，建筑空間只有在充分滿足以上精細化要求的基礎上，才能全面的反映出科學家實驗的特殊化需求。同時也要求設計團隊要與科學家使用團隊，有深入的緊密溝通，深刻理解科研團隊的科研和生活規(guī)律，通過建筑設計全面滿足科學家的使用需求，精細化設計、預留余量，以滿足高水平定制化實驗的設計需求[5]。

3.2 靈活適變的通用實驗室

伴隨科研建筑的高速建設，在科研建筑的立項初期，雖已擬定了科研方向，但對于科研專項團隊及使用方，難以早期確定，因此往往是以“通用實驗室”的方向來設計，這就為設計團隊提出了較高的設計“適變性“要求，既要充分預測到未來實驗室的可能類型、人員規(guī)模、成長規(guī)律，從而預留好結構荷載、機電可能、空間分割的靈活性，特別是實驗室專用通道等條件的思考和預留。除此之外，要結合科研團隊的規(guī)模、發(fā)展壯大、成長規(guī)律，做好大小不同規(guī)模實驗空間靈活分隔，土建、機電劃分的可能。通過規(guī)劃靈活適變的復合型通用實驗空間，以適配不同成長階段的科研團隊，從初創(chuàng)團隊、小型團隊到中型團隊、大型團隊，均可為其提供不同規(guī)模、滿足不同使用需求的硬件條件。同時從規(guī)?？蛇m配、功能可轉換、平面模塊化、線路集成化、設備可發(fā)展、管路可調(diào)整、空間可共享等方面著手，為實現(xiàn)靈活適變的模塊空間提供技術支撐。

4 從水平到垂直的立體科研,從地上向地下延伸的嘗試與探索

伴隨著城市建設的高速發(fā)展，土地資源的價值不斷提升，綜合集約的高效利用校園土地資源，也提出嚴格的要求；科研建筑的規(guī)劃布局也逐漸從早期的水平式展開，低多層建設，向立體垂直和高層化分布不斷嘗試，更多的科研、配套、教學功能在不同高度的樓層分布，出現(xiàn)了明顯的立體化科研的特征；將科研、會議、辦公、展示、教學、研討等功能匯集于一座建筑不同樓層中，實現(xiàn)科研功能的立體復合、實驗空間的垂直生長。在上海前灘紐約大學項目中，由于項目位于寸土寸金的城市中心，土地資源稀缺，因此將更多的功能布置在高層建筑中，采用垂直疊加的方式，也是科研建筑的一種立體化嘗試；上海前灘紐約大學、紐約、張江復旦國際創(chuàng)新中心，均位于城市發(fā)展的核心，呈現(xiàn)出鮮明的立體化科研建筑特征；此外各等學校也在努力嘗試向地下發(fā)展科研空間的可能，一方面解決一些特殊大型科研裝置重量較大,空間需求較大等原因,一方面也適應了部分特殊試驗空間對于封閉環(huán)境、震動要求、地面連接緊密等特殊要求。

5 科研空間從室內(nèi)延伸至戶外

科研工作人員長期處于高強度、高集中度的科學實驗和研究中，精力高度集中，在工作或休息之余，對于戶外環(huán)境、大自然有著天然的熱愛，良好的景觀環(huán)境、室外露臺、屋頂花園、綠化陽臺將為科研人員提供優(yōu)質(zhì)的放松空間，將緩解他們的精神疲勞；在高?？蒲薪ㄖO計中，結合建筑的造型，有意識的預留出合理的半室外空間、室外空間等自然花園休閑空間，既美化科研環(huán)境，也將原有的科研空間延伸至戶外，進一步激發(fā)科研工作人員的科研靈感。

6 科研建筑的數(shù)字化和智慧化

近年來，我國高校的科研建筑和實驗室建設，已基本實現(xiàn)了日?？蒲泄ぷ鞴芾淼男畔⒒?，但仍存在業(yè)務系統(tǒng)之間彼此孤立，信息管理碎片化、設備管理靜態(tài)化、環(huán)境管理非低碳化等問題。數(shù)字實驗室以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等新興信息技術為基礎，全面感知實驗室物理環(huán)境，智能識別師生工作學習情景、設備使用狀態(tài)，實現(xiàn)智慧化的教學科研活動，并能為實驗室管理、實驗教學、儀器設備管理、實驗室安全等提供大數(shù)據(jù)決策與科學分析，實現(xiàn)實驗室智能、安全、開放和高效運行。高校科研建筑的數(shù)字化已成為科學研究和科研教學的重要支撐和關鍵變量，正得到越來越的關注和重視，也是高校科研建筑設計的重點策略。

7 科研建筑的低碳與健康

經(jīng)統(tǒng)計，科研建筑及實驗室所消耗的能源是普通辦公樓的 5～10 倍，并且會產(chǎn)生數(shù)量驚人的塑料垃圾和危險的化學物質(zhì)。因此實驗空間綠色設計和低碳健康也得到了越來越多的關注；即將“碳中和”理念融入高校科研建筑及校園的設計、建設、管理各個階段之中，促進科研教學的綠色化發(fā)展、能源低碳化轉型、設施集聚化共享、資源循環(huán)化利用，實現(xiàn)生產(chǎn)、生活、生態(tài)相融合的新型低碳校園[6]。

（1）提倡綠色建筑、超低能耗建筑?？蒲薪ㄖ远羌壘G色建筑以上標準建設，推進超低能耗建筑試點建筑示范，實現(xiàn)校園建筑的能耗較國家標準降低 20%～50%，減少建筑運營過程中的碳排放。

（2）關注綠色建造。采用綠色建材、耐久性好、長壽命的產(chǎn)品；就地取材；施工過程減少廢棄鋼筋、混凝土的產(chǎn)生，同時對廢棄材料進行回收再利用，減少建筑建造過程中的碳排放。

（3）低碳路網(wǎng)。利用數(shù)字孿生建立校園交通模型，在虛擬空間中對路網(wǎng)數(shù)據(jù)進行映射、仿真，實現(xiàn)智慧交通管理，交通流量的動態(tài)調(diào)控，提升路網(wǎng)通行效率，降低園區(qū)通勤的間接碳排放。

（4）海綿城市。打造富有“彈性”的海綿園區(qū)，利用低影響開發(fā)技術實現(xiàn)園區(qū)生態(tài)的修復，在降低內(nèi)澇災害風險的同時儲存和凈化雨水并在園區(qū)內(nèi)循環(huán)使用，最終降低園區(qū)整體水耗。

（5）零廢棄物。園區(qū)內(nèi)建立垃圾收集、流轉、處置系統(tǒng)，通過垃圾物流信息監(jiān)控平臺提高垃圾回收處置效率，通過衛(wèi)生填埋、焚燒、堆肥等方式對垃圾進行無害化處理，以及垃圾資源化利用。

（6）以光伏發(fā)電為主要能源的微電網(wǎng)。采用光伏發(fā)電，整合校園內(nèi)科研建筑屋面資源，構建校園微電網(wǎng)。微電網(wǎng)建設采用動態(tài)智能化系統(tǒng)促進清潔能源消納、增強能源梯級利用，實現(xiàn)園區(qū)內(nèi)能源的綜合利用和分配。

（7）智慧科研。結合大數(shù)據(jù)、AI、人工智能、知識圖譜等新一代信息技術，打造覆蓋數(shù)據(jù)采集、轉換、清洗直至數(shù)據(jù)建模等全過程的“雙碳”操作系統(tǒng)，構建形成區(qū)域“碳家底”資源池和“雙碳”智慧大腦模型庫，為“雙碳”應用場景提供豐富的模型工具。

（8）綠色碳匯。園區(qū)內(nèi)由綠地、屋頂綠化組成的綠色生態(tài)系統(tǒng)，同時是植物碳匯系統(tǒng)。結合可漫游綠地長廊，利用復層綠化創(chuàng)建共享景觀平臺，集室外活動交流空間和生態(tài)碳匯于一體。

8 結 語

當今世界正經(jīng)歷這歷史性的變革與更新，科技創(chuàng)新是其中一個關鍵變量。高校作為學科和人才聚集地、育人高地、創(chuàng)新策源地，正在面對跨學科領域教學與研究的迫切需求，通過打破院系壁壘，建設多學科實驗平臺，將相關學科的實驗項目進行優(yōu)化配置，實現(xiàn)高校實驗空間的共享，激發(fā)學生、教師科研學者及各學科間的交流、交往及研究的創(chuàng)新能力。高校科研建筑作為科學家研究重要載體，將不斷追求與新的科研思想、協(xié)作模式、創(chuàng)新創(chuàng)意結合，打造更適于高校研究模式的科研空間。