淺析生命科學園區(qū)設計趨勢
——以科興系列園區(qū)為例

鄭世偉，余浩，姚麗，崔楊波，蘇曉琛

1 研究基礎

21 世紀是生命科學的世紀，分子生物學的進步使得科學家在生命科學領域取得了諸多革命性的成果。伴隨著生命科學的蓬勃發(fā)展，生命科學研究機構(gòu)和生物醫(yī)藥公司也得到進一步發(fā)展和革新。與此同時，承載生命科學研究和發(fā)展的物理空間——研發(fā)實驗室、醫(yī)藥園區(qū)也都有了長足的發(fā)展?？茖W家的工作環(huán)境得到了極大改善，研發(fā)和生產(chǎn)的空間更加安全合理。諾華、輝瑞等生物醫(yī)藥公司相繼在世界各地建立了諸多生命科學園區(qū)，逐漸形成了各自的企業(yè)形象與建筑風格，這些園區(qū)的建設經(jīng)驗為中國本土生命科學園區(qū)的設計實踐提供了重要參考：扎根在本土文化的沃土中，繼續(xù)創(chuàng)造和延續(xù)新的文化[1]，這也成為本文研究的基礎之一。另一方面，自2019 年起，受新冠疫情影響，作為抗疫至關重要的一環(huán)，中國的疫苗研發(fā)與生產(chǎn)機構(gòu)被推到時代的前端。企業(yè)迅速的發(fā)展，使其工作生活模式和研發(fā)空間相應發(fā)生了明顯變化。

我們有幸參與科興公司4 個園區(qū)的設計和建設過程。依據(jù)項目設計時序分別是：科興天富園區(qū)公共空間改造提升項目、科興凱信研發(fā)生產(chǎn)園區(qū)項目、科興社區(qū)員工公寓及公共配套設施項目、科興龍城總部研發(fā)生產(chǎn)園區(qū)項目。其中科興天富園區(qū)、科興凱信園區(qū)和科興社區(qū)位于北京市大興區(qū)，科興龍城總部園區(qū)位于北京市昌平區(qū)（圖1）。

科興公司早期的研發(fā)和生產(chǎn)園區(qū)是科興天富園區(qū)，在北京南六環(huán)外，區(qū)域的公共文化生活設施相對匱乏。然而公司的員工相對年輕化，受教育程度和收入相對較高，對公共文化生活的要求也比較高。因此，在園區(qū)內(nèi)為員工創(chuàng)造舒適的環(huán)境和豐富的公共生活成為科興公司重要關注點。同時，舊的天富園區(qū)在對外形象上略有不足，科興公司迫切希望通過一系列改造措施，提升園區(qū)面貌?？婆d天富園區(qū)公共空間改造提升項目就是在這樣一個背景下開始的（圖2）。

1 項目基地

2 科興天富園區(qū)綠廊

3 科興凱信園區(qū)夜景

4 科興社區(qū)

5 科興龍城總部園區(qū)

另一方面，隨著疫苗需求爆炸式的增長，科興公司研發(fā)和生產(chǎn)空間不足的問題日益明顯，為解決這一問題，科興公司也曾嘗試就近租用一部分廠房暫時滿足生產(chǎn)要求，但最終還是決定建造更加符合自身工藝流程要求和企業(yè)形象的園區(qū)，這是科興凱信研發(fā)生產(chǎn)園區(qū)項目的由來（圖3）。

隨著科興公司的快速發(fā)展，員工人數(shù)也在迅速增加。在北京的南六環(huán)外，幾千人的食宿和通勤問題成為科興公司必須要考慮的實際問題。在城市區(qū)位的公司，解決這個問題的常見辦法就是興建員工宿舍和食堂，配套建設一個小社區(qū)，讓員工安居樂業(yè)。在得到政府的允許和鼓勵后，科興公司決心將解決員工食宿和公共文化生活需求的科興社區(qū)項目提上議程（圖4）。

伴隨著疫情步入尾聲，科興公司也在積極籌劃著未來。在抗疫過程中所做的貢獻讓科興迅速從一家國內(nèi)公司，成長為世界生物醫(yī)藥巨頭，雖然這不是它最初的目的，但在客觀上讓它更有機會成為一家可以改善人類健康和命運的偉大公司。未來，科興公司希望將研發(fā)變得多元化，一方面擴大自主研發(fā)的廣度和深度，另一方面也利用自身的品牌效應，聯(lián)合眾多國內(nèi)外科研機構(gòu)、科學家形成具有足夠豐富度和活力的生命科學研發(fā)生態(tài)群落?？婆d龍城項目，就是著眼于這一長遠規(guī)劃進行的部署（圖5）。

在參與科興公司的這4 個園區(qū)項目的設計工作中，我們在園區(qū)規(guī)劃和建筑設計方面總結(jié)了一些具體數(shù)據(jù)，獲得了一些心得體會，這也構(gòu)成了本文最重要的研究基礎。

2 理念綜述

在科興項目設計之初，我們與業(yè)主多次思想碰撞，同時深入調(diào)研科興人工作和生活環(huán)境，希望能夠梳理清晰并妥善安排他們的生產(chǎn)和生活?；诒就猎O計的思想，在向科興公司第一次匯報概念方案時，崔愷院士創(chuàng)造性地提出了“為人類健康而生產(chǎn)，為城市生態(tài)而營造”的目標。以這一設計目標為引領，結(jié)合各設計項目的具體要求，我們陸續(xù)開始了科興4 個園區(qū)項目的設計工作。目前4 個項目的設計工作基本完成，其中科興天富園區(qū)和科興凱信園區(qū)已基本竣工。

在4 個項目的設計過程中，我們總結(jié)出5 點對于生命科學園區(qū)設計比較有效的策略：建立安全高效的規(guī)劃結(jié)構(gòu)，打造具有彈性的空間單元，植入豐富健康的公共生活，營造綠色生態(tài)的園區(qū)環(huán)境，創(chuàng)造企業(yè)獨有的建筑風格。

3 建立安全高效的規(guī)劃結(jié)構(gòu)

生命科學園區(qū)的規(guī)劃布局，首先要著眼于安全，同時要考慮到高效合理。

3.1 分區(qū)分級的安全防護體系

生物高新技術企業(yè)需要面對生物安全問題，為保證生物安全，一般將園區(qū)布置在遠離市中心的區(qū)域，保持相對獨立，同時園區(qū)內(nèi)部公共配套區(qū)域和生產(chǎn)研發(fā)區(qū)域也要相對分離。從園區(qū)大門到生產(chǎn)研發(fā)樓宇門廳，再到生產(chǎn)實驗潔凈房間，要建立一套至少包含3 個層級的安全防護體系（圖6）。

6 生命科學園區(qū)常規(guī)安全防護體系

7 輝瑞加州園區(qū)和安勁加州園區(qū)

8 科興凱信園區(qū)規(guī)劃分析

9 科興凱信園區(qū)潔凈區(qū)分析

國外眾多生命科學園區(qū)不僅有著輕松宜人的室外環(huán)境，在生物安全上也絲毫沒有放松。以輝瑞制藥生產(chǎn)園區(qū)與安勁高科技生化制藥園區(qū)為例，它們將具有混合功能的開放式城市街區(qū)整合為封閉式醫(yī)藥園區(qū)，以提升園區(qū)安全性（圖7）。

科興凱信園區(qū)首先沿地塊周邊以圍墻構(gòu)筑了第一層防護，并沿外圈設置了4 個出入口。其中位于東側(cè)的2 個是生產(chǎn)研發(fā)的貨運出口和入口，位于北側(cè)的2 個則是員工車行和人行出入口。每個出入口各司其職，人流貨流互不交叉，貨物進場和出場互不交叉。凱信園區(qū)的倉儲生產(chǎn)研發(fā)區(qū)位于東側(cè)，配套設施區(qū)位于西側(cè)，2 個區(qū)域相對獨立（圖8）。各生產(chǎn)研發(fā)樓首層門廳均設置本樓總的安檢空間，各個豎向交通和潔凈區(qū)之間設置一道安檢和更衣空間（圖9）。人員從園區(qū)到潔凈區(qū)域共經(jīng)歷3 次安檢和一次更衣，以確保研發(fā)生產(chǎn)區(qū)域的潔凈與生物安全。

3.2 簡潔高效的貨物流線

凱信園區(qū)的倉儲樓為原材料倉庫，是一棟既有建筑，倉儲樓南側(cè)是貨運場地，東側(cè)為貨運進口。原材料可以快捷進入場地，卸到原材料倉庫。新建的生產(chǎn)研發(fā)樓與倉庫貼鄰布置，有效縮短貨物運輸距離。倉儲樓和生產(chǎn)研發(fā)樓之間，以及5 棟生產(chǎn)研發(fā)樓之間通過位于三層的空中連廊聯(lián)系，研發(fā)和生產(chǎn)所需的原材料可快速封閉運送至各個生產(chǎn)研發(fā)樓中。

成品貨物流線則安排在了地下一層，一圈9m 寬的環(huán)形車道將各生產(chǎn)研發(fā)樓地下一層的出貨貨梯串聯(lián)起來。地下一層層高7.2m，坡道及環(huán)形車道最低處不低于4.2m，可確保3.9m 的專用冷鏈車直接停到地下一層的出貨貨梯處（圖10）。成品貨物裝車后經(jīng)坡道進入貨運出口并快速離場。主要的進出貨流分別布置在空中和地下后，地面空間可供人員活動（圖11）。

與簡潔高效的物理空間相匹配的還有高架庫智能管理和平板機器人運送系統(tǒng)。高架庫接受到需求指令后，可將指令所需原材料取下并放置在智能平板機器人上，智能機器人通過空中連廊將原材料運送到指定的樓宇，并搭乘貨梯運送至各樓層發(fā)出需求指令的房間中（圖12）。

4 打造具有彈性的空間單元

生物科技企業(yè)的研發(fā)和生產(chǎn)迭代速度快，所需要的空間規(guī)模變化較多，如何讓不變的物理空間具有更好的彈性以適應不同研發(fā)和生產(chǎn)需求，是必須考慮的問題。例如在薩爾克生物研究所中，路易·康將整個設備層做成了一個箱型梁的結(jié)構(gòu)空間，上部設備檢修和更換完全不會干擾下部的實驗空間，而下部實驗空間也獲得了一個巨大的無柱空間，可以適應不斷變化的實驗室空間需求（圖13）。

在科興凱信的設計中，我們采用了一種更為常見、經(jīng)濟的做法。在與業(yè)主充分交流工藝需求后，我們將柱網(wǎng)確定為9m×9m，將層高確定為7.2m。9m×9m 在經(jīng)濟性和生產(chǎn)研發(fā)所需要的彈性之間能夠取得較好的平衡。7.2m 的層高在減去0.8m 的結(jié)構(gòu)梁板高度后，還能得到一個3m 左右的凈使用空間和一個3m 左右的設備夾層。設備夾層由輕型鋼結(jié)構(gòu)吊頂分隔，夾層可以上人，方便對設備進行更換和檢修（圖14）。

10 科興凱信園區(qū)地下室剖面示意

11 科興凱信園區(qū)立體分層物流系統(tǒng)分析

12 科興凱信園區(qū)智慧物流系統(tǒng)

13 薩克爾生物研究所剖面示意

14 科興凱信園區(qū)生成單元剖面示意

15 科興凱信園區(qū)最小研發(fā)單元示意

16 科興凱信園區(qū)較為適合生產(chǎn)單元示意

17 高度靈活的生產(chǎn)單元

18 龍城項目總圖對不同要求的適應性示意

19 瑞士諾華制藥園區(qū)的公共配套設施

最小的研發(fā)單元標準層面積一般不小于2800m2，短邊不小于4 跨（圖15）。較為合適的生產(chǎn)單元一般不小于3500m2，短邊不小于5 跨（圖16）。每個研發(fā)和生產(chǎn)單元中，固定布置的是角部的4 個豎向交通空間和邊跨內(nèi)的暖通設備機房。這些暖通機房占比相當大，主要是為了滿足實驗室內(nèi)部嚴格的溫度、潔凈度和正負壓值的要求。除此之外，部分外邊還會布置少量供實驗人員辦公和處理數(shù)據(jù)的房間，一般安排在南向或者景觀朝向較好的一側(cè)。位于中心位置的區(qū)域就是研發(fā)和生產(chǎn)用的凈空間，可以靈活分隔，自由變換。這樣的空間單元基本可以適應90%以上的生物醫(yī)藥類的研發(fā)和生產(chǎn)的需求。

隨著新冠疫情逐漸步入尾聲，科興的空間需求也在逐步發(fā)生變化。從單一產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)逐漸轉(zhuǎn)向個性化定制方向發(fā)展，實現(xiàn)疫苗從巨大的量化生產(chǎn)到小型的個性化定制。上述的基本空間單元依舊具備足夠彈性，能容納未來多團隊、多學科、平臺化的工作場景。在科興龍城總部的設計中，基于同樣3500m2左右的單元模塊，我們探討了一種化整為零的空間切分模式（圖17）。這些大小不等的實驗室群落、共享單元體基礎設備設施，可以同時進行完全不同的研發(fā)和生產(chǎn)內(nèi)容。

這些單元模塊共享整個園區(qū)辦公、會議、餐飲和其他公共配套設施，組成一個復合的生命科學研發(fā)平臺（圖18）?？梢灶A見，有些小實驗室會失敗并逐漸消失，有的會成功并且發(fā)展壯大，甚至成為下一個時代的巨頭，而這些空間需求的潮汐變化，都可以在具有彈性的空間單元中容納下來。

5 植入豐富健康的公共生活

早期的生命科學園區(qū)往往以單一的研發(fā)生產(chǎn)功能為主，對科學家、研發(fā)生產(chǎn)人員的公共交流和休閑空間不夠重視。隨著生命科學園區(qū)的不斷完善，為園區(qū)使用者提供更加豐富、完善的公共生活空間成為一個明顯趨勢。我們可以看到，在瑞士諾華制藥園區(qū)中，在中間交通脊柱兩側(cè)，設置了大量的公共活動空間：健身中心、園區(qū)大食堂、“瑞士咖啡廳”、國際論壇、科研探究樓、培訓教育樓等，為員工提供學習、運動與交流場所（圖19）。

而科興社區(qū)項目，也是在一個較大區(qū)域內(nèi)為科興其他幾個研發(fā)生產(chǎn)性園區(qū)補充公共生活空間不足的短板。我們提出的“先生活后生產(chǎn)”理念得到了科興公司的認同。在解決員工居住問題的同時，安排了多處以交流活動為主的開放、混合、高品質(zhì)新型空間。

我們在建筑延展出來的生態(tài)球內(nèi)分別植入了4 個公共場所（圖20）：（1）與健康中心的下沉庭院相結(jié)合，形成戶外運動的自然氧吧，倡導綠色健康的生活方式；（2）與圖書活動的層疊平臺相結(jié)合，建立適配“全方位生活生態(tài)”的科興大學，豐富員工的業(yè)余生活；（3）與餐飲中心的戶外涼亭相結(jié)合，提升就餐環(huán)境，樹立主題形象，延長運營時段；（4）與幼兒園的家長接送區(qū)相結(jié)合，形成寓教于樂的植物樂園，激發(fā)兒童對自然的好奇心。

延展出的公共場所其空間結(jié)構(gòu)有單體和聯(lián)通兩種球體。球體獨立自承重，其結(jié)構(gòu)體系由三角形結(jié)構(gòu)框架、ETFE 氣枕、六邊形金屬固定框三者共同組成，其中結(jié)構(gòu)框架以不銹鋼節(jié)點焊接竹鋼插板構(gòu)成，ETFE 氣枕和金屬固定框則采取一室多囊的方式，通過不同模塊的組合，可以對冬夏冷熱環(huán)境進行一定程度的溫度調(diào)節(jié)與控制（圖21）。

6 營造綠色生態(tài)的園區(qū)環(huán)境

優(yōu)秀的生物醫(yī)藥園往往坐落在風景秀美的郊外，為辦公科研人員提供一個良好的戶外休閑空間?？婆d的天富園區(qū)和凱信園區(qū)受上位規(guī)劃的限制，周邊環(huán)境普通，園區(qū)用地相對狹促。即便如此，在這幾個園區(qū)的設計中，我們依然倡導綠色健康的行為模式與空間使用方式，強化以“人”為核心的設計法則[2]。設計通過合理的規(guī)劃布局，最大化地空出相對完整的室外綠地，精心設計成人們工作之余的休憩場所。

20 科興社區(qū)綠色空間植入

21 科興社區(qū)氣枕單元

22 科興凱信園區(qū)中心花園實景

23 科興凱信園區(qū)下沉庭院

24 科興凱信園區(qū)景觀游廊

在科興凱信園區(qū)的規(guī)劃中，5 個生產(chǎn)車間呈U 型布局，圍合形成中心花園。花園長約95m，寬約64m。開闊的中心花園配以蜿蜒的水磨石道路，為園區(qū)使用者提供了一處休閑場所，員工在緊張的工作之余可隨時得到與自然親近和放松的機會（圖22）。

中心花園設置了連接入口大門和各樓宇門廳的曲形游廊，游廊和步道將中心花園自然地分成幾個小庭園。庭院里配置不同景致，可使員工和來訪者先經(jīng)過一座避免風吹日曬的室外“藝術館”再到達各個門廳。在中心花園中央結(jié)合下沉庭院設置露天小劇場，可用于小型音樂會，也作為地下車庫和中央花園之間的一個連接口。下沉庭院也將自然采光和通風引入地下空間，提升了地下空間的品質(zhì)（圖23）。

中心花園的游廊面積共4300m2，游廊上表皮為8mm 厚的碳釬維材料曲面，下表皮為白色復合鋁板，自重極輕。游廊頂棚由柱距20m 左右，直徑250mm 的單排鋼柱支撐，形成了一個輕盈、流動、開放、自由的廊下空間，這也是常用于建筑加固的碳纖維材料的一次創(chuàng)造性應用（圖24、25）。

在科興天富園區(qū)改造設計中，崔愷院士帶領的本土設計研究中心團隊采用“微介入”的改造方式，在食堂、辦公樓、車間之間的下沉庭院處，營造一個半室外活動空間——綠廊。其中布置綠色植物，調(diào)節(jié)局部微氣候，綠色舒適的空間環(huán)境使之成為了園區(qū)活力共享中心（圖26）。

綠廊頂棚由最簡單的球面三角形單元拼接而成，使用鋼索膜結(jié)構(gòu)，追求最少的桿件類型、膜類型、節(jié)點類型，以利于標準化加工（圖27）。大量工廠預加工與少量現(xiàn)場裝配作業(yè)的結(jié)合，極大提高了施工效率，從設計到建成用時僅100 多天。

25 科興凱信園區(qū)景觀游廊形態(tài)生成示意

26 天富園區(qū)綠廊建成效果

27 天富園區(qū)綠廊鳥瞰示意

28 天富園區(qū)綠廊三角形單元生成過程

29 建設中的科興凱信園區(qū)

30 建成后的科興凱信園區(qū)建筑立面

31 科興凱信園區(qū)結(jié)合功能的立面單元模塊

32 建成后的科興凱信園區(qū)

7 創(chuàng)造企業(yè)獨有的建筑風格

傳統(tǒng)的工業(yè)建筑往往更加注重工藝需求，對于建筑與城市形象、周邊環(huán)境的關系缺乏深入思考與研究。作為企業(yè)對外展示先進理念和文化軟實力的舞臺，生命科技園區(qū)傳統(tǒng)的工業(yè)建筑形象正在逐步改變。創(chuàng)造企業(yè)專屬的設計風格，是每個生物醫(yī)藥企業(yè)擴大品牌影響力的必然需求。

在科興天富園區(qū)的改造中，業(yè)主的一個重要訴求就是打造科興專屬風格，提升園區(qū)的企業(yè)形象。崔愷院士帶領的本土設計研究中心團隊設計的天富園區(qū)室外綠廊，采用與生物細胞、苯環(huán)相關聯(lián)的六邊形的白色金屬框架，內(nèi)嵌ETFE膜，整體顯得輕盈而純凈（圖28）。解決員工室外公共活動空間需求的同時，傳達了科興生物醫(yī)藥的行業(yè)特征和求新、進取的企業(yè)精神。

科興凱信園區(qū)的設計采用了白色基調(diào)，墻面地面及一系列建筑構(gòu)件都采用了白色啞光的金屬板材。建筑體量不做過多變化，保持極少主義的純粹感，僅在中心花園的景觀設計中融入了優(yōu)雅自然的曲線元素。建筑表皮設計從生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的標志性符號DNA 中汲取靈感，從細胞聚集的形態(tài)中抽象出微妙變化的六邊形，基于室內(nèi)功能需求，運用參數(shù)化設計對5 種六邊形單元進行排列，形成凱信園區(qū)獨特而富有變化的表皮紋理（圖29、30）。

立面模塊各自集成了內(nèi)外飾面、夾心保溫、通風百葉、采光窗、通風器、泛光燈等組件（圖31）?！傲呅纹桨濉⒘呅伟及?、六邊形百葉、六邊形玻璃、六邊形玻璃+通風器”等5 種單元模塊看似隨機的排列，實則是很好地匹配了建筑內(nèi)部的功能需求——為滿足設備需求在機房區(qū)域、車間吊頂內(nèi)設置六邊形百葉；為滿足消防及使用需求在樓梯間和衛(wèi)生間設置六邊形玻璃+通風器；為滿足自然采光要求在電梯廳設置六邊形玻璃。每個單元模塊都在工廠里加工好，運送到現(xiàn)場后直接安裝到龍骨上即可。這樣既可以滿足裝配率的要求，也提高了施工速度，還可以滿足使用過程中因內(nèi)部功能調(diào)整而需要便捷更換立面單元模塊的要求。

建成后的凱信園區(qū)白色、純凈，體現(xiàn)出未來感，具有生命科學企業(yè)的特點，彰顯著科興公司的企業(yè)精神和文化追求，也提升了整個片區(qū)的城市風貌（圖32）。

8 結(jié)語

經(jīng)過科興公司的系列項目實踐，我們對于生命科學園區(qū)的設計有了一些體會：一個優(yōu)秀的生命科學園區(qū)，規(guī)劃一定是安全和高效的，這是它賴以運轉(zhuǎn)的基本條件；它的空間應該具備足夠的彈性，以適應不斷變化的研發(fā)和生產(chǎn)需求；它應該設置足夠豐富的公共空間，以滿足科學家和研發(fā)人員的公共生活和精神需求，使人和自然生物之間保持寬松的距離和友善的關系，而不是一味地占有和侵擾[3]；它的室外環(huán)境應該盡量綠色生態(tài)，使人們可以在一個優(yōu)美的環(huán)境中工作；它的建筑形式最好能夠體現(xiàn)出生命科學的特征，彰顯出企業(yè)的精神，同時使我們的城市面貌得以提升。□