探索一種當(dāng)代生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室園區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)方法

張維，趙婧賢

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室建設(shè)突飛猛進(jìn)[1]。在取得斐然成就的同時，建筑師在工作中也面臨多方面的挑戰(zhàn)：（1）對國際生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室建設(shè)前沿動態(tài)、特征和趨勢方面研究不充分、不系統(tǒng)。我國發(fā)表的項(xiàng)目針對設(shè)計(jì)的研究多，針對整體特征的梳理少，直接參考指導(dǎo)設(shè)計(jì)容易缺項(xiàng)漏項(xiàng)。（2）生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室涉及醫(yī)藥工業(yè)工藝設(shè)計(jì)，有嚴(yán)格的目標(biāo)控制性指標(biāo)要求。建筑師如果僅僅按照經(jīng)驗(yàn)采用民用建筑設(shè)計(jì)流程，在指標(biāo)數(shù)據(jù)上很難得到及時的反饋并修正設(shè)計(jì)?；跀?shù)據(jù)的設(shè)計(jì)響應(yīng)與方案生成的方法，通過人機(jī)交互/人機(jī)協(xié)同推動實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的科學(xué)性研究方面尚存空白。（3）生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室由于其綜合性特征，建設(shè)單位越來越趨向采用EPC 或設(shè)計(jì)總包方式推動設(shè)計(jì)工作，建筑師作為業(yè)主的技術(shù)代理人在職業(yè)實(shí)踐領(lǐng)域迎來新的挑戰(zhàn)。在“保安全、保進(jìn)度、保質(zhì)量、控造價”的多重目標(biāo)下，很多要求超出了建筑師傳統(tǒng)執(zhí)業(yè)范圍的“舒適區(qū)”，使之在項(xiàng)目策劃、設(shè)計(jì)、督造時力不從心，尤其是在專業(yè)協(xié)同和流程再造、BIM 的設(shè)計(jì)管控方面缺乏抓手，進(jìn)而影響建設(shè)品質(zhì)。針對上述3 個方面的問題，本文建立如下研究技術(shù)路線，從整體特征分析、基于數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)響應(yīng)與方案生成、設(shè)計(jì)管理等方面進(jìn)行探討，進(jìn)而提出集“數(shù)據(jù)—設(shè)計(jì)—管控”于一體的技術(shù)方法，并結(jié)合示范項(xiàng)目做陳述（圖1）。

1 國內(nèi)外生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室園區(qū)建設(shè)綜述

1.1 國際生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室園區(qū)建設(shè)前沿

1 本文研究框架

21 世紀(jì)的許多重大科學(xué)挑戰(zhàn)需要協(xié)作和跨學(xué)科的團(tuán)隊(duì)[2]。生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)本身具有“臨床—科研—制造—臨床”的循環(huán)特征，而這一屬性又很大程度上決定了生物醫(yī)藥園區(qū)功能的復(fù)合性。生物醫(yī)藥的研究本身越來越多地引入交叉學(xué)科的技術(shù)，是一門大跨度、強(qiáng)交叉的學(xué)科。2012年，美國實(shí)驗(yàn)生物學(xué)聯(lián)合會發(fā)布了題為“投身轉(zhuǎn)化研究的基礎(chǔ)科學(xué)家：抓住機(jī)會、克服障礙”的進(jìn)展報(bào)告，探索了基礎(chǔ)科學(xué)家、臨床研究人員和醫(yī)師間合作的新模式[3]。國際頂尖生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)園區(qū)大多數(shù)都具有多功能交融和多學(xué)科綜合的特征，園區(qū)周邊產(chǎn)、學(xué)、研、企資源高度聚集，因此才形成了有效的避險機(jī)制與競爭優(yōu)勢。國際頂尖的生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)園區(qū)因建設(shè)主體的差異、發(fā)展歷史的不同等原因，形成了不同特色[4]。

斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)部由1959 年搬遷的斯坦福醫(yī)學(xué)院發(fā)展而來，當(dāng)時的斯坦福大學(xué)校長斯特林（Wallace Sterling）就提出這樣一個理念：“未來醫(yī)學(xué)發(fā)展的進(jìn)程和基礎(chǔ)物理學(xué)、生物學(xué)的發(fā)展密不可分，和社會科學(xué)的發(fā)展也密不可分?！盵5]如今的醫(yī)學(xué)部不僅包括高水平的醫(yī)院設(shè)施，也包含生物學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室、動物實(shí)驗(yàn)樓等多學(xué)科實(shí)驗(yàn)設(shè)施，與斯坦福周邊強(qiáng)大的工科發(fā)展形成互動。研究中心樓宇內(nèi)，也充分考慮不同學(xué)科的獨(dú)立使用和協(xié)同使用的可能性。

瑞士巴塞爾諾華總部園區(qū)不僅容納了各類實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)車間等科研辦公建筑，還包含了大量的公共空間、商店、咖啡館和餐館等功能，此外還設(shè)置有諾華展館。展館以及園區(qū)內(nèi)的部分公共空間以及服務(wù)功能目前都對公眾開放?？偛寐逡炼鞑瘢∕atthias Leuenberger）表示：“諾華園區(qū)的開放是邁向更加開放性、交流性和協(xié)作性的文化的重要一步。這里將成為一個創(chuàng)造知識、相遇和互動的場所。”[6]（表1）

表1 國際生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室園區(qū)建設(shè)前沿

1.2 我國生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室園區(qū)發(fā)展歷程

隨著國家對生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的重視，生物醫(yī)藥園區(qū)建設(shè)漸漸成為新的主流趨勢，具體呈現(xiàn)為兩種模式：一種是以國家投資為主導(dǎo)，創(chuàng)建大規(guī)模的科研基礎(chǔ)設(shè)施園區(qū)，如位于懷柔科學(xué)城的北京大學(xué)多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學(xué)成像設(shè)施。該園區(qū)由北京大學(xué)聯(lián)合中科院生物物理所共建，將為生物醫(yī)學(xué)研究提供革命性的新工具。園區(qū)將與周邊的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施形成集群效應(yīng)，促進(jìn)多學(xué)科交叉融合[7]。

另外一種模式則為“政商產(chǎn)學(xué)研”多位一體的生物醫(yī)藥園區(qū)模式。此模式典型代表（表2）包括：

（1）上海張江生物醫(yī)藥基地

基地位于上海張江高科技園區(qū)，重點(diǎn)集聚和發(fā)展生物技術(shù)與現(xiàn)代醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)新企業(yè)。經(jīng)過10 余年的發(fā)展，基地內(nèi)集聚了國內(nèi)外生命科學(xué)領(lǐng)域企業(yè)、科研院所及配套服務(wù)機(jī)構(gòu)400多家，形成了完善的生物醫(yī)藥創(chuàng)新體系和產(chǎn)業(yè)集群，已成為國內(nèi)生物醫(yī)藥領(lǐng)域研發(fā)機(jī)構(gòu)最集中、創(chuàng)新實(shí)力最強(qiáng)、新藥創(chuàng)制成果最突出的基地之一[8-9]。

（2）中關(guān)村生命科學(xué)園區(qū)

作為中關(guān)村科技園區(qū)的重要組成部分，中關(guān)村生命科學(xué)園區(qū)是以生命科學(xué)研究、生物技術(shù)和生物醫(yī)藥相關(guān)領(lǐng)域研發(fā)創(chuàng)新為主的高科技專業(yè)園區(qū)，是北京的“國家生物產(chǎn)業(yè)基地”。園區(qū)將建成集“生命科學(xué)研究、企業(yè)孵化、中試與生產(chǎn)、成果評價鑒定、項(xiàng)目展示發(fā)布、風(fēng)險投資、國際交流、人員培訓(xùn)”于一體的國際一流的生物技術(shù)園區(qū)。

（3）中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院

院區(qū)位于廣州科學(xué)城，由當(dāng)?shù)卣c科學(xué)院共建，填補(bǔ)了當(dāng)時華南地區(qū)生物醫(yī)藥領(lǐng)域國家科研機(jī)構(gòu)的空白。其用地旁的萊迪創(chuàng)新科技園作為一家生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的專業(yè)型孵化器，引進(jìn)了廣州健康院再生醫(yī)學(xué)與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。二者之間形成了產(chǎn)學(xué)研互動的融合模式。

表2 我國生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室園區(qū)“政商產(chǎn)學(xué)研”多位一體的新趨勢

2 規(guī)劃設(shè)計(jì)新趨勢

2020 年底，世界衛(wèi)生組織印發(fā)了《實(shí)驗(yàn)室生物安全手冊（第四版）》[10]，該手冊被普遍視為界定和設(shè)定生物安全趨勢的實(shí)際全球標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)在所有國家促進(jìn)可實(shí)現(xiàn)和可持續(xù)的生物安全。在國際建協(xié)（UIA）發(fā)布的《聯(lián)合國 17 項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的架構(gòu)指南》中，也提到了“可持續(xù)、健康、多方協(xié)作”等原則[11]。美國國家建筑科學(xué)研究所制定的《全過程建筑設(shè)計(jì)指南》總結(jié)了新的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)趨勢[12-13]。在美國建筑師協(xié)會2016 年舉辦的設(shè)計(jì)與健康研究聯(lián)盟會議中，醫(yī)學(xué)博士泰德· 艾坦（Ted Eytan ）提到：“人們生活和工作場所的健康受到設(shè)計(jì)方式和設(shè)計(jì)人員的影響。因此，建筑師對健康和幸福有著巨大的影響?！盵14]基于這些研究，可歸納生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室園區(qū)規(guī)劃建設(shè)的5 個鮮明趨勢。

2 波特神經(jīng)科學(xué)研究中心的中庭激發(fā)科 研工作者的交流行為，來源：Bill Branson,NIH.[EB/OL].(2022-04-27) [2022-12-22]https://irp.nih.gov/ catalyst/22/3/porter-neuroscience-research-center

3 CDC 110 號大樓項(xiàng)目采用通用建筑和 設(shè)施設(shè)計(jì)，研究團(tuán)隊(duì)搬入后能夠創(chuàng) 建 60 多種不同的定制實(shí)驗(yàn)室配置，來源：Trends in Lab Design.[EB/OL]. (2016-08-29) [2022-12-22].https:// www.wbdg.org/resources/trends-lab-design

4 波特神經(jīng)科學(xué)研究中心的開放實(shí)驗(yàn)室 設(shè)計(jì)，來源：Perkins&Will.[EB/ OL].(2022-12-22) [2022-12-22]https:// perkinswill.com/project/john-edward-porter-neuroscience-research-center-phase-ii/

5 斯坦福大學(xué)克拉克中心吊頂靈活的設(shè) 備系統(tǒng)，來源：Fosters+Partners.[EB/ OL].(2022-12-22) [2022-12-22]https:// www.fosterandpartners.com/ projects/james-h-clark-center-stanford-university/#gallery

2.1 社會化：團(tuán)隊(duì)研究的“社會建筑”

生物醫(yī)藥研究實(shí)驗(yàn)室正在逐漸成為促進(jìn)互動和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的“社會建筑”，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能多地創(chuàng)造交往空間以及模塊化的空間。這些空間可以是正式的交往空間，例如展廳、中庭等，也可以是非正式的交往空間，如連廊、室外空間等。此外，在生物醫(yī)藥研究中，不同專業(yè)背景的研究者組成的科研團(tuán)隊(duì)需要完整的實(shí)驗(yàn)室及相關(guān)支持服務(wù)，實(shí)驗(yàn)室空間設(shè)計(jì)應(yīng)考慮模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的配置，彼此之間可以快速組合，適應(yīng)不同團(tuán)隊(duì)需求[15-16]（圖2、3）。

2.2 均衡性：“開放”與“封閉”實(shí)驗(yàn)室，學(xué)科交叉與獨(dú)立研發(fā)

在生物醫(yī)藥研究機(jī)構(gòu)中，“開放式”實(shí)驗(yàn)室有利于資源的共享和不同學(xué)科團(tuán)隊(duì)之間的交流，研究人員不僅共享空間本身，還共享設(shè)備和支持人員。但是，特定類型的研究或某些設(shè)備仍需要封閉的實(shí)驗(yàn)室。此外，封閉實(shí)驗(yàn)室更有利于保證成果的獨(dú)立性和私密性。因此，應(yīng)均衡考慮開放與封閉的需求。單獨(dú)的封閉實(shí)驗(yàn)室可與共享開放實(shí)驗(yàn)室組合，滿足不同使用模式。實(shí)驗(yàn)室模塊中的玻璃隔墻和觀察窗，可以讓研究人員既看到彼此，又擁有自己的空間（圖4）。

2.3 適應(yīng)性：靈活性，適應(yīng)變化

生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)需求隨學(xué)科發(fā)展時常發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)室建筑的靈活性可以體現(xiàn)為輕松擴(kuò)展的能力、輕松適應(yīng)重新配置和其他更改的能力及允許多種用途的能力。

在園區(qū)規(guī)劃尺度方面，可通過分期建設(shè)的方式，預(yù)留規(guī)劃條件和生長可能；在建筑單體尺度方面，可采用指狀平面等模式，適合單體的生長和銜接，并預(yù)留足夠的層高以及設(shè)備管井，為后續(xù)靈活使用創(chuàng)造條件。在實(shí)驗(yàn)室尺度方面，設(shè)備系統(tǒng)盡量按照實(shí)驗(yàn)室最大設(shè)備容量的需求來設(shè)置，預(yù)留25%的余量，并預(yù)留靈活的天花板或墻壁接口?？稍O(shè)置架空的設(shè)備橋架，橋架采用標(biāo)準(zhǔn)寬度，具有快速連接和斷開功能，容納電氣和通信插座、燈具、工藝管道服務(wù)裝置和排氣通氣管（圖5、6）。

2.4 可持續(xù)：降低能源和資源消耗

一個典型的生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室使用的能源和水資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于普通辦公建筑，原因包括：大量的密封和排氣裝置，實(shí)驗(yàn)設(shè)備大量發(fā)熱，實(shí)驗(yàn)環(huán)境恒溫恒濕需求，科學(xué)家不間斷的訪問需求，備份系統(tǒng)和不間斷電源（UPS）或應(yīng)急電源等[17]。此外，大部分生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室，都有密集的通風(fēng)（包括“一次通過”空氣）及實(shí)驗(yàn)室正負(fù)壓要求，并且必須滿足其他健康和安全規(guī)范，這都增加了能源使用。在達(dá)到或超過健康和安全標(biāo)準(zhǔn)的同時，實(shí)驗(yàn)室建筑尤其應(yīng)注重可持續(xù)目標(biāo)：可通過巧妙的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，節(jié)約使用能源并提升能源利用效率；減少或消除有害物質(zhì)和廢物；有效利用材料和資源；回收和增加使用含有回收成分的產(chǎn)品。諸如采用冷梁 HVAC 技術(shù)，安裝低流量管道裝置的方式，都可有效降低能源和水資源的消耗[18]（圖7、8）。

2.5 園區(qū)化：基礎(chǔ)研發(fā)和成果轉(zhuǎn)化融合一體

生物醫(yī)藥行業(yè)涉及“實(shí)驗(yàn)室研究、藥物研發(fā)、藥物中試、藥物生產(chǎn)”等多個環(huán)節(jié)，天然具有“產(chǎn)學(xué)研”融合的特征，具有基礎(chǔ)研發(fā)和成果轉(zhuǎn)化融合一體的長產(chǎn)業(yè)鏈特征。且隨著行業(yè)發(fā)展，企業(yè)力量、資本力量的參與也愈發(fā)重要。“園區(qū)化”趨勢具有以下幾個特征：靠近教育機(jī)構(gòu)或研究機(jī)構(gòu)，具備受過高等教育的勞動力的可用性，附近城市的生活質(zhì)量高，靠近機(jī)場等快速交通設(shè)施，附近研究型企業(yè)的類型和數(shù)量較多，具備未來擴(kuò)展空間。

3 設(shè)計(jì)響應(yīng)與生成式設(shè)計(jì)

生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室建筑設(shè)計(jì)的核心是要為功能服務(wù)，滿足各種顯性因素和隱性因素控制指標(biāo)要求。生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室由于方向眾多，不同學(xué)科團(tuán)隊(duì)要求可能迥異。同時，由于技術(shù)演變迭代速度加快，同一課題組團(tuán)隊(duì)的空間需求和參數(shù)需求也會發(fā)生變化。為契合時代特點(diǎn)和工藝需求，需要構(gòu)建一套基于數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)響應(yīng)和方案生成的技術(shù)路線。圍繞控制目標(biāo)，設(shè)計(jì)響應(yīng)通常包括（1）確定目標(biāo)的控制指標(biāo)、（2）明確數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)導(dǎo)則、（3）制定數(shù)據(jù)與方案，共3 個步驟，結(jié)合前沿趨勢，通過綜合判斷確定最終的設(shè)計(jì)方案[19]53。

3.1 目標(biāo)的控制指標(biāo)

生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)控制指標(biāo)，可以劃分為顯性和隱性因素。顯性因素主要聚焦于空間相關(guān)的因子，包括總圖、平面、立面、剖面等，通常表現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)支持空間、研究和辦公空間基本尺寸。根據(jù)使用功能的不同，進(jìn)而細(xì)化成不同的空間組合模式。在這一階段，需要控制單元模塊平面、空間高度、窗墻比、風(fēng)道尺寸、給水點(diǎn)位、泄爆墻等指標(biāo)。生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室隱性因素主要聚焦于性能相關(guān)的因子，包括結(jié)構(gòu)、通風(fēng)、潔凈、照明、溫度等。實(shí)驗(yàn)室的控制目標(biāo)包括潔凈度等級、氣密性、照度、實(shí)驗(yàn)動物微生物控制標(biāo)準(zhǔn)、污物處理等指標(biāo)。

7 俄克拉荷馬醫(yī)學(xué)研究機(jī)構(gòu)中，天花 板上的方形面板是冷梁，冷梁使用了 新技術(shù)降低換氣率，但不危及安全，來源：Sustainable Laboratory Design. [EB/OL].(2016-08-19) [2022-12-22]. https://www.wbdg.org/resources/ sustainable-laboratory-design

8 俄克拉荷馬醫(yī)學(xué)研究機(jī)構(gòu)中，采用 多類型的照明方式，以節(jié)約能源，來源：Sustainable Laboratory Design.[EB/OL].(2016-08-19) [2022-12-22]. https://www.wbdg.org/resources/ sustainable-laboratory-design

9 建筑設(shè)計(jì)響應(yīng)與方案生成路線[19]53

在建設(shè)過程中，工藝設(shè)計(jì)介入往往滯后于主體建筑且存在不斷調(diào)整的可能。建筑師需要的不僅僅是傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)建筑空間設(shè)計(jì)圖集，還應(yīng)是一套帶有參數(shù)的BIM 模型模塊。在方案初期，將含參數(shù)的實(shí)驗(yàn)室模塊嵌入到空間設(shè)計(jì)中，既滿足顯性因素的要求，又要模擬各種設(shè)計(jì)隱性因素的性能參數(shù)，以確保工藝方案的安全性和合理性，同時還要和主體建筑的結(jié)構(gòu)、設(shè)備條件等匹配并控制造價（圖9）。

3.2 數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)導(dǎo)則

對于重要部位的實(shí)驗(yàn)室，宜有基于前期策劃的設(shè)計(jì)導(dǎo)則。以某實(shí)驗(yàn)室為例，在一個標(biāo)準(zhǔn)研究單位內(nèi)，完成一個具備各類參數(shù)的需求表單，同時注明重點(diǎn)的設(shè)計(jì)規(guī)范條文，以及使用單位特殊需求。如果使用單位缺席，可以用此類需求表發(fā)建設(shè)單位確認(rèn)后實(shí)施，避免后期反復(fù)拆改（表3）。

表3 動物實(shí)驗(yàn)用房需求表單實(shí)例

3.3 參數(shù)化與生成式設(shè)計(jì)

美國建筑師學(xué)會（AIA）設(shè)計(jì)與健康聯(lián)盟將“為熟悉當(dāng)前研究的實(shí)踐人員開發(fā)基于證據(jù)的工具”作為最重要的三大任務(wù)之一，但我國在這方面的工具開發(fā)非常薄弱[20]。在方案階段，可以應(yīng)用數(shù)據(jù)和參數(shù)化模型輔助設(shè)計(jì)。一些相對成熟的通用實(shí)驗(yàn)室單元的BIM 模型可以通過選型嵌入到建筑模型中。此階段，不僅可以檢驗(yàn)方案模型，也可以對性能模型進(jìn)行模擬測算。建筑師應(yīng)用BIM 模型進(jìn)行設(shè)計(jì)過程，同時也是性能目標(biāo)即時調(diào)整的過程，此過程中可以即時得到目標(biāo)參數(shù)的反饋進(jìn)而修正設(shè)計(jì)。

圍繞最初確定的目標(biāo)控制指標(biāo)，通過設(shè)計(jì)過程中的形式與性能評價，綜合實(shí)現(xiàn)生成式設(shè)計(jì)，再通過綜合評價選出方案最優(yōu)解。生成式設(shè)計(jì)在平面布局、建筑形式、實(shí)驗(yàn)室空間設(shè)計(jì)等方面提供了更多可能性。同時，機(jī)器學(xué)習(xí)大大提升性能優(yōu)化過程中的計(jì)算和結(jié)果呈現(xiàn)速度，從而提高設(shè)計(jì)工作的效率[19]54。值得注意的是，這種設(shè)計(jì)方法雖然強(qiáng)調(diào)目標(biāo)的控制指標(biāo)，但并非單純以性能為導(dǎo)向，而是在這個基礎(chǔ)上結(jié)合建設(shè)方、建筑師的主觀偏好（如形式、材料等）實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同。同時，還應(yīng)關(guān)注通過類似案例的使用后評估，結(jié)合使用者的行為特征和需求，與實(shí)測數(shù)據(jù)結(jié)合作為設(shè)計(jì)參數(shù)輸入，修正部分項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行過程中性能模擬值和實(shí)測值偏差較大的問題。通過類似項(xiàng)目建筑全生命周期調(diào)研數(shù)據(jù)的反饋，可以在較大程度上使生成式設(shè)計(jì)更加合理，提升決策的科學(xué)性。在此過程中，前沿設(shè)計(jì)趨勢將為設(shè)計(jì)整體把控方向。

4 全過程多專業(yè)協(xié)同的設(shè)計(jì)管控模式

基于生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室建筑使用需求變化多、工藝設(shè)計(jì)專項(xiàng)多等特點(diǎn)，全過程的參數(shù)化管控設(shè)計(jì)模式以及多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)流程十分必要。

4.1 全過程參數(shù)化整合設(shè)計(jì)模式

生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室園區(qū)是一個從規(guī)劃到建筑、從建筑到內(nèi)部房間的全尺度設(shè)計(jì)對象，具有功能復(fù)雜度高、機(jī)電設(shè)備種類多、安全及性能要求高等特點(diǎn)。采用參數(shù)化模型對不同尺度、不同階段的設(shè)計(jì)對象進(jìn)行整合，將使得建筑師以更直觀的方式控制項(xiàng)目整體，形成高品質(zhì)、高性能的建筑。

在園區(qū)建設(shè)尺度上，不僅涉及到各科研建筑單體，也涉及到園區(qū)范圍內(nèi)的地下管路、人流物流組織以及如廢品庫、燃?xì)庹局惖妮o助設(shè)施（表4）。在建筑單體尺度上，生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室類型較多，如動物實(shí)驗(yàn)用房、病毒間、細(xì)胞間、中試車間等。這些實(shí)驗(yàn)室按照其實(shí)驗(yàn)對象、安全等級的不同，又有著各不相同的工藝需求。各類實(shí)驗(yàn)室組合在一起，對于設(shè)備管井、屋面空間、外立面開洞的需求綜合疊加，對建筑外觀造成較大影響[21]（表5）。在實(shí)驗(yàn)室尺度上，這些工藝需求突出體現(xiàn)為設(shè)備管線繁多，尤其是暖通專業(yè)相關(guān)管線。純水系統(tǒng)、真空管路系統(tǒng)等多系統(tǒng)疊加，也使得實(shí)驗(yàn)室建筑的設(shè)備管路更為復(fù)雜（表6）。此外，當(dāng)代生物醫(yī)藥園區(qū)在向更加開放、透明、宜人的方向發(fā)展，園區(qū)的室內(nèi)室外環(huán)境品質(zhì)要求較高，也有對外開放需求，因此園區(qū)設(shè)計(jì)也涉及到諸多專項(xiàng)設(shè)計(jì)。這些專項(xiàng)互相疊加，與科研建筑設(shè)計(jì)本身共同作用（表7）。

4.2 多專業(yè)協(xié)同、“前策劃—后評估”全咨管控設(shè)計(jì)流程

生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)過程涉及到的專項(xiàng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)種類繁多，建筑空間不僅僅是傳統(tǒng)意義上人的行為的容器，更是多樣實(shí)驗(yàn)設(shè)備的容器。因此，在整個設(shè)計(jì)過程中，全專業(yè)協(xié)同模式極為重要。值得注意的是，建筑師仍應(yīng)發(fā)揮設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)、協(xié)調(diào)作用，作為業(yè)主的全過程代理人，對各專業(yè)、各分項(xiàng)設(shè)計(jì)進(jìn)行整體控制（圖10）。

表4 園區(qū)參數(shù)化模型整合要素

表5 建筑參數(shù)化模型整合要素

表6 實(shí)驗(yàn)室參數(shù)化模型整合要素

表7 特殊專項(xiàng)參數(shù)化模型整合要素

10 全咨管控設(shè)計(jì)流程與前沿趨勢應(yīng)用矩陣[22]

在策劃過程中，具有多學(xué)科視野的建筑策劃團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)及時介入，將科研需求準(zhǔn)確翻譯為空間需求，收集各實(shí)驗(yàn)室的荷載、機(jī)電等相關(guān)要求，制定合理的任務(wù)書。在方案設(shè)計(jì)階段，主要是針對顯性因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，如園區(qū)整體的規(guī)劃布局、單體建筑的平面布局、立剖面設(shè)計(jì)等。在這一階段，總圖、建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、概算等專業(yè)密切配合，打造實(shí)驗(yàn)室建筑空間基底。在設(shè)計(jì)深化階段，各專項(xiàng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，尤其是實(shí)驗(yàn)室工藝相關(guān)團(tuán)隊(duì)開始介入。這一階段，針對實(shí)驗(yàn)室性能等隱性因素的提升逐漸成為設(shè)計(jì)主要關(guān)注對象。建筑師扮演陪伴式的“業(yè)主代理人”角色，起到設(shè)計(jì)管理的作用，并負(fù)責(zé)督促各工藝團(tuán)隊(duì)，預(yù)判各類專項(xiàng)評審及各種專項(xiàng)規(guī)范對設(shè)計(jì)過程可能帶來的影響。實(shí)驗(yàn)室建筑項(xiàng)目建設(shè)周期長，科研需求變化快，在施工過程中的變更需求較一般建筑類型更多。在施工過程中，建筑師應(yīng)延伸“陪伴式”服務(wù)，把控建筑設(shè)計(jì)變更，避免大拆大改。

5 案例研究

南湖實(shí)驗(yàn)室是嘉興市人民政府創(chuàng)辦的新型科研機(jī)構(gòu)（圖11-14），是市政府探索“世界級科創(chuàng)湖區(qū)”發(fā)展之路的關(guān)鍵一環(huán)，也是嘉興市融入“G60 科創(chuàng)走廊”的重要支撐。實(shí)驗(yàn)室引入國內(nèi)6 位知名院士領(lǐng)銜入駐，聚焦前沿科技領(lǐng)域，打造創(chuàng)新策源地和科技創(chuàng)新平臺。項(xiàng)目一期位于湘家蕩湖畔，地上建筑面積約為45,000m2，地下建筑面積約為31,000m2，總計(jì)約76,000m2。地上3層，地下部分整體連通。項(xiàng)目設(shè)計(jì)理念順應(yīng)當(dāng)前生物醫(yī)藥園區(qū)設(shè)計(jì)新趨勢（表8）。

5.1 設(shè)計(jì)響應(yīng)與生成式設(shè)計(jì)工作流

在南湖實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)基于“設(shè)計(jì)響應(yīng)—生成設(shè)計(jì)”的工作模式，對各個單體實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了參數(shù)化與生成式設(shè)計(jì)。

（1）提取控制指標(biāo)，生成設(shè)計(jì)導(dǎo)則

目標(biāo)控制指標(biāo)提取可分為顯性因素與隱性因素兩方面，經(jīng)與科研團(tuán)隊(duì)及工藝設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)溝通，將控制指標(biāo)細(xì)化為需求參數(shù)，綜合各類控制指標(biāo)，生成設(shè)計(jì)導(dǎo)則。以南湖實(shí)驗(yàn)室某科研中心的細(xì)胞間和病毒間為例，按照此方法，建立參數(shù)化復(fù)合模型，形成實(shí)驗(yàn)室生成式設(shè)計(jì)的基本模塊（圖15）。

（2）參數(shù)化設(shè)計(jì)生成與反饋

圍繞上述控制指標(biāo)和設(shè)計(jì)導(dǎo)則，通過過程中對形式、性能的綜合評價實(shí)現(xiàn)生成式設(shè)計(jì)，再通過綜合評價選出方案最優(yōu)解。以動物實(shí)驗(yàn)用房為例，在設(shè)計(jì)中，“平面布局和流線”這一顯性因素以及“通風(fēng)設(shè)計(jì)”這一隱性參數(shù)互相作用，最終形成了最優(yōu)方案（圖16）。

在平面布局中，需考慮實(shí)驗(yàn)室、前室、緩沖間、暫存間以及走廊等不同區(qū)域之間的平面關(guān)系與流線。顯性因素控制目標(biāo)為：流線最短，容納可用空間最多，潔物流與污物流不交叉。在通風(fēng)設(shè)計(jì)中，需考慮不同污染程度的區(qū)域的壓差。隱性因素控制目標(biāo)為：兩個相鄰空間中，相對污染較大的區(qū)域氣壓更低。通過應(yīng)用BIM 模型和CFD 方法進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)[23]，結(jié)合目標(biāo)進(jìn)行即時調(diào)整，并結(jié)合建設(shè)方、建筑師、使用團(tuán)隊(duì)等的主觀偏好（如形式、材料、使用習(xí)慣等）實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同，得出最終可實(shí)現(xiàn)的方案。

11 圍繞人工湖布置連廊亭榭，串聯(lián)各單 體建筑，形成大量室外交流空間

12 功能分區(qū)和分期建設(shè)示意

13 不同單體共享生態(tài)基底和地下連通空間

14 自南向北俯瞰南湖實(shí)驗(yàn)室

表8 南湖實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)理念

15 南湖實(shí)驗(yàn)室某科研中心的細(xì)胞間和病毒間復(fù)合參數(shù)化模型

16 南湖實(shí)驗(yàn)室動物實(shí)驗(yàn)用房流線與壓差相互作用的生成過程

5.2 基于參數(shù)化模型的全過程多專業(yè)協(xié)同管控模式

在南湖實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與建設(shè)單位、使用單位、主體施工單位、工藝設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、工藝施工團(tuán)隊(duì)密切配合，在策劃、設(shè)計(jì)、施工、使用、后評估等多階段深度介入。結(jié)合科研需求和項(xiàng)目需要，在園區(qū)尺度、建筑尺度、實(shí)驗(yàn)室尺度構(gòu)建全過程參數(shù)化模型，將各個專項(xiàng)設(shè)計(jì)融入設(shè)計(jì)全過程，與各專項(xiàng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和施工團(tuán)隊(duì)密切配合（圖17、18）。在施工階段，由于科研需求變化等原因，導(dǎo)致走廊上的工藝管道增高，入口處公共空間吊頂高度降低，建筑設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和使用單位一起與工藝施工團(tuán)隊(duì)及主體施工團(tuán)隊(duì)配合，通過BIM 模型，對原有走廊機(jī)電管線進(jìn)行調(diào)整，利用房間內(nèi)空間走管，從而在保證走廊工藝管線所需空間前提下實(shí)現(xiàn)室內(nèi)凈高的提升。再如，在實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)入駐后，將原有設(shè)備房間改造為適合使用單位需求的實(shí)驗(yàn)室空間，將新增實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管線接入房間預(yù)留管線，實(shí)現(xiàn)功能靈活性改造。

在設(shè)計(jì)全過程中，建筑師及全專業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，除了針對建筑本體的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行把控外，更多地扮演了一個協(xié)同的角色，無論是面對外部審查單位，還是在團(tuán)隊(duì)內(nèi)部面對不同專項(xiàng)的施工團(tuán)隊(duì)、合作設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以及不同的科研團(tuán)隊(duì)，全過程的陪伴式管理模式對于整個項(xiàng)目的順利進(jìn)行都至關(guān)重要（圖19、20）。

6 結(jié)語

在我國生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室園區(qū)快速發(fā)展的過程中，其規(guī)劃建設(shè)的新趨勢為建筑師的傳統(tǒng)工作方法帶來了挑戰(zhàn)。本研究從設(shè)計(jì)響應(yīng)以及全咨管控兩方面，提出集“數(shù)據(jù)—設(shè)計(jì)—管控”于一體的技術(shù)方法，并在南湖實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目進(jìn)行應(yīng)用。目前，針對生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室園區(qū)的研究仍有較大空白，亟待在未來研究中，建立多類型的實(shí)驗(yàn)室參數(shù)化模型，集合顯性因素與隱性因素，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室模塊數(shù)據(jù)庫，在建筑設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)“即插即用”和實(shí)時反饋。同時，在設(shè)計(jì)響應(yīng)的技術(shù)方法體系中，針對生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室的性能評價模式亟待完善，需構(gòu)建建筑師、設(shè)備工程師、科研工作者、實(shí)驗(yàn)室管理團(tuán)隊(duì)共同參與的溝通平臺，從不同角度完善評價指標(biāo)和設(shè)計(jì)導(dǎo)則，構(gòu)建完備的模擬運(yùn)行體系，在設(shè)計(jì)前期將實(shí)驗(yàn)室的性能提升納入核心目標(biāo)。此外，在生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)中全咨管控的模式亟需更多針對性的探索，如何在設(shè)計(jì)初始階段構(gòu)建完整的團(tuán)隊(duì)架構(gòu)，整合不同專項(xiàng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，預(yù)判全項(xiàng)目周期的審查流程、認(rèn)證過程，并將多種因素納入設(shè)計(jì)考慮，需要全行業(yè)多專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)的共同參與?！?/p>

17 園區(qū)尺度參數(shù)化管控模型

18 建筑尺度參數(shù)化管控模型

19 會議展示中心水面倒影

20 科研中心水面倒影