歷史環(huán)境中的高校動物實驗中心設(shè)計
——以山東大學(xué)趵突泉校區(qū)動物實驗中心為例

姜娓娓，董華

1 用地范圍

2 保護規(guī)劃

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平尤其是生命科學(xué)的快速發(fā)展，實驗動物對我國科研工作的重要性與日俱增。實驗動物中心是為培養(yǎng)實驗動物提供符合要求的相關(guān)環(huán)境、設(shè)施及設(shè)備，滿足培育指定條件的實驗動物的場所。我國實驗動物中心大多數(shù)依托高校和科研機構(gòu)存在，其中高校的實驗動物中心是進行醫(yī)療教學(xué)、科研任務(wù)的重要組成部分，是提升教學(xué)質(zhì)量、加強科研成果的重要保證。近年來，越來越多的高校建設(shè)了獨立的實驗動物中心，研究生物醫(yī)藥與人類健康的重大問題，成為國家重大疾病的生物醫(yī)藥動物實驗研究基地。

1 項目概況

山東大學(xué)趵突泉校區(qū)動物實驗中心位于山東大學(xué)趵突泉校區(qū)，這里原為山東醫(yī)科大學(xué)，前身是齊魯大學(xué)校園，其主體為1901 年創(chuàng)辦的山東大學(xué)堂，是繼京師大學(xué)堂之后中國創(chuàng)辦的第二所國立大學(xué)。校園整體于2013 年3 月被國務(wù)院核定為第七批全國重點文物保護單位“原齊魯大學(xué)近現(xiàn)代建筑群”（圖1、2）。

項目用地位于校園東西軸線的西側(cè)，緊鄰城市環(huán)形水系廣場西溝，與城市順河高架路相距80m。用地南高北低，最大高差3.5m，并在中部形成25%左右的陡坡。用地南側(cè)是一座5 層歇山灰瓦灰磚的藥學(xué)院實驗樓，北側(cè)是一座3 層的紅色四坡頂耳鼻喉實驗樓，東側(cè)是校園現(xiàn)狀道路。

3 歷史圖片4 原狀現(xiàn)場

用地內(nèi)有兩座歷史建筑，一座是建于1924 年的磚混結(jié)構(gòu)的水塔，為原齊魯大學(xué)供水系統(tǒng)的一部分，位于校園東西向副軸線的西側(cè)盡端。校園建設(shè)之初的歷史照片可以展現(xiàn)出從名為“號院”的建筑群遠望水塔的景象，而今已經(jīng)被校園濃密的樹冠完全遮擋。水塔曾經(jīng)作為麻風(fēng)病人的隔離區(qū)，后用作解剖實驗室的庫房，被稱作“死人塔”，籠罩著詭異神秘的氣氛。另一座是紅色屋頂?shù)膬蓪拥陌雵辖ㄖ赖聵?，該建筑始建?933年，一直以來作為女生宿舍使用（圖3、4）。

2 設(shè)計任務(wù)

山東大學(xué)趵突泉校區(qū)是我國培養(yǎng)高級醫(yī)學(xué)人才的重要基地之一。校方要求建設(shè)一座校園內(nèi)集中獨立的動物實驗中心，成為學(xué)校集“實驗動物飼養(yǎng)育種、教學(xué)科研、新藥安全評價和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)科研”為一體的醫(yī)學(xué)實驗、科研、教學(xué)公共服務(wù)平臺。主要功能包括3 個部分：（1）標(biāo)準(zhǔn)化實驗動物的生產(chǎn)繁育，（2）規(guī)范化動物實驗管理與技術(shù)服務(wù)，（3）轉(zhuǎn)基因動物模型及模式動物研究。此外，本項目還包含1000m2的解剖中心，主要設(shè)有解剖實驗室和尸庫。

3 面臨的挑戰(zhàn)

設(shè)計面臨3 個方面挑戰(zhàn)：

（1）用地內(nèi)的兩座文物建筑是場地的特點也是設(shè)計的難點。建筑如何處理與場地內(nèi)兩座文物建筑的關(guān)系？如何延續(xù)原有大學(xué)校園的肌理和文脈？如何重塑城市空間，增加大學(xué)校園與城市公共空間之間的有機聯(lián)系？

（2）動物實驗中心流線復(fù)雜，相關(guān)動物環(huán)境、設(shè)施及設(shè)備需要大平面、層高5.5m 以上。這樣的體量遠遠超過文物建筑的高度和尺度，很容易對文物建筑歷史環(huán)境造成破壞。建筑如何更好地解決自身復(fù)雜的功能需求和文物建筑保護之間的矛盾？這類建筑設(shè)計中，建筑師如何發(fā)揮自身作用，整合多方需求，既滿足高功能的實驗教學(xué)需求，也滿足教師和學(xué)生以及管理者的心理需求？

（3）場地地形高差較大，地下空間開發(fā)需按照《濟南市明泉保護條例》的要求，開挖深度不能超過12m。如何充分利用地形，合理確定地下開發(fā)深度？

4 分析與策略

針對上述問題，設(shè)計團隊從以下幾點展開分析研究，并提出相應(yīng)的設(shè)計原則。

4.1 延續(xù)校園文脈肌理，重塑歷史環(huán)境

建筑設(shè)計團隊與校園歷史環(huán)境保護性規(guī)劃團隊共同推進，研究校園整體規(guī)劃和建筑的歷史特征，重點分析用地內(nèi)兩座文物建筑的空間關(guān)系、色彩和材料，由此確定適合文物建筑歷史環(huán)境的新建建筑的體量和尺度。

水塔作為原齊魯大學(xué)校園東西軸線的西側(cè)盡端，是建筑群重要的軸線對景，具有校園空間標(biāo)識性的重要作用，也承載著師生的集體記憶。水塔也是城市的重要的視覺記憶的載體，它作為校園和西側(cè)城市順河高架路之間的視覺焦點，其視線通廊需要保留并保護。此外，新建建筑需要保留校園內(nèi)部與西側(cè)的廣場西溝之間的可達性，并在廣場西溝一側(cè)有步行通道保證人行道路的連貫性。

我們用谷歌地圖追溯了場地肌理的歷史演變。從2003-2013 年的歷史地圖可以看到，水塔一直被1-2 層的低矮小尺度的院落式建筑環(huán)繞，這些建筑和美德樓在肌理上連成一體，呈水平形態(tài)展開，較好地襯托出水塔的垂直形態(tài)。2013 年后水塔周邊的小建筑被拆除，只留下美德樓。因此，新建建筑需要控制尺度規(guī)模，高度應(yīng)低于24m 的水塔，以保護水塔在校園內(nèi)的標(biāo)識性與城市空間的視廊通道，并確保通往廣場西溝的可達性。

4.2 充分尊重文物建筑，甘當(dāng)配角

一般來講，建筑師都會不自覺地將所設(shè)計的建筑作為場所中的主角來對待。然而，這個項目最重要的角色是水塔和美德樓。它們不僅僅是兩座文物建筑，而且是幾代人的校園生活記憶和情感載體，是物質(zhì)上的聯(lián)絡(luò)紐帶，它們必須是整個項目的精神核心。新建建筑要以重新修補和整合場地與自然和人的關(guān)系，突出文物建筑在校園和城市層面的價值為設(shè)計出發(fā)點。

具體策略是：（1）空間尊重：塔是保護對象中的首要要素，要盡量遠離它，給它足夠空間予以尊重；（2）視線尊重：保護水塔作為校園東西方向主要軸線的西側(cè)對景，保護西側(cè)城市高架路的對水塔的視廊，形成水塔周邊的建筑高度控制范圍；（3）體量尊重：美德樓是保護對象中的次要要素，建筑以不破壞其建筑基礎(chǔ)為原則盡量靠近它，并采用不高于美德樓的體量。這也是為了爭取建筑和塔的最大空間；（4）建筑是不同建筑控制線交集的剩余部分，讓大體量的新建建筑在小體量的文物建筑面前保持謙虛姿態(tài)甚至呈現(xiàn)出“消失”感（圖5）。

5 建筑總圖

6 建筑鳥瞰

7 建筑鳥瞰

8 文物建筑元素梳理

[山東大學(xué)趵突泉校區(qū)動物實驗中心]

建設(shè)地點：山東大學(xué)趵突泉校區(qū)

建設(shè)單位：山東大學(xué)

設(shè)計單位：清華大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司

項目負責(zé)人：劉玉龍，姜娓娓

建筑設(shè)計：姜娓娓，李炎，田雨

室內(nèi)設(shè)計：姜娓娓，田雨，郭學(xué)源，王茜（實習(xí)生）

景觀設(shè)計：姜娓娓，郭學(xué)源，田雨

結(jié)構(gòu)設(shè)計：祝天瑞，劉夢嬌

給排水設(shè)計：劉福利，張偉

暖通設(shè)計：于麗華，喬鈺淇

電氣設(shè)計：張松，賈啟超

建設(shè)單位：山東大學(xué)基建部

建筑面積：總建筑面積12,477m2其中地上5393m2，地下7420m2

建筑層數(shù)：地上3層，地下2層

建筑層高：地下部分5.5m，地上部分3.9m

建筑高度：20.5m

總投資約：15,888萬元

項目工期：17個月

4.3 化整為零，采用小元素的設(shè)計策略

任務(wù)書要求建筑的總建筑面積為12,500m2左右，主要功能部分層高5.5m 以上。這樣的建筑規(guī)模和只有幾百平方米的文物建筑相比過于龐大。設(shè)計將7500m2的面積置于地下，5300m2面積置于地上。地上部分的建筑體量再被分解為兩組平臺和7 個1～3 層的小房子，這些小房子離水塔越近則體量越小，匍匐在塔的周圍，修補、縫合它與場所以及人之間的關(guān)系，因其小而更加靈活實用、貼心溫和、舒適柔和（圖6、7）。

建筑細節(jié)上，我們將校園歷史建筑按照時間軸，對其建筑元素（屋頂、門窗、勒腳、線腳、材料等）進行分類、整理和分析，以此作為新建筑設(shè)計尺度的參考（圖8）。

4.4 在合理范圍內(nèi)盡量將主體建筑置于地下

通過與使用者以及工藝公司的溝通，我們將研究實驗動物中心的不同功能需求分成兩類。第一類是屏障環(huán)境SPF 級動物飼養(yǎng)、保種和培育，以及普通級大動物的飼養(yǎng)區(qū)，建筑面積約7500m2，占總面積的60%。這部分功能工藝性強、設(shè)備層占用空間高、完全依賴機械通風(fēng)和人工采光，對溫濕度、潔凈度都有相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求，因此層高要求5.5m 以上。此外需要大而完整的平面，便于以便實現(xiàn)其綜合性、開放性和靈活性的學(xué)科和實驗發(fā)展需要。

第二類是不涉及感染性的動物實驗和生物安全二級（ABSL-2）實驗室、開放實驗室、供試品分析、毒理實驗室、藥理實驗室以及輔助的辦公、會議、報告廳等用房。這部分功能層高3.9m可以滿足要求，良好的自然采光和通風(fēng)可以為使用者提供更好的使用感受并降低建設(shè)和運營成本。此外，解剖中心位于北側(cè)地下一層和地下二層，有獨立的出入口以便獨立管理。這部分面積約5000m2，占總面積的40%。

我們將第一類功能置于地下，第二類功能置于地上，并利用高差設(shè)置半地下室，大大緩解了地上建筑的容量壓力。置于地下部分的建筑開挖深度小于10m，滿足《濟南市明泉保護條例》，并在開挖范圍內(nèi)嚴格保證水塔的基礎(chǔ)不受影響。

9-12 建筑剖面

充分利用地形特點設(shè)計不同運輸通道的獨立的出入口。建筑外部交通分為實驗動物中心與解剖中心的人員流線、實驗動物中心與解剖中心的貨物流線，以及消防流線。實驗動物中心的貨物流線位于南側(cè)，解剖中心的貨物流線位于建筑北側(cè)和美德樓之間。建筑的人員流線可以分別從建筑一層?xùn)|側(cè)、地下一層庭院內(nèi)進入。內(nèi)部庭院僅設(shè)置消防車進入，平時作為師生活動休閑場所。

根據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)向解決實驗動物氣味排放的問題。項目用地偏于校園西側(cè)，便于消除實驗動物飼養(yǎng)和實驗過程中體內(nèi)排出的有害氣體和堆積糞便發(fā)酵過程中產(chǎn)生的臭味。同時利用金屬格柵屋面放置具有活性炭吸附功能的裝置處理后排放，活性炭的吸附效率達80%以上，項目動物惡臭污染物H2S 和NH3 排放能夠滿足《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554-93）二級新擴改建標(biāo)準(zhǔn)限值的要求。

設(shè)計下沉庭院解決局部采光通風(fēng)要求，降低成本。充分利用場所內(nèi)3m 的高差，將建筑設(shè)計為雙首層入口形式。此外，由于建筑的一多半的體量位于地下，在建筑北側(cè)設(shè)計了寬5m、長30m 的庭院，這個窄長的庭院解決了地下一層的物流、疏散、采光、通風(fēng)等一系列問題，此外，還給犬類提供了戶外活動空間（圖9-14）。

4.5 建筑平面綜合、開放、靈活，以適應(yīng)不斷發(fā)展的學(xué)科需求

4.5.1 實驗動物環(huán)境

根據(jù)設(shè)計任務(wù)書提出的實驗動物的功能需求和《實驗動物 環(huán)境及設(shè)施》（GB14925-2010）要求，本項目的實驗動物環(huán)境分為普通環(huán)境、屏障環(huán)境和隔離環(huán)境3 類。其中普通環(huán)境適用于飼育基礎(chǔ)級實驗動物，符合動物居住的基本要求，控制人員和物品、動物出入；屏障環(huán)境適用于飼育清潔實驗動物及無特定病原體實驗動物，符合動物居住要求，嚴格控制人流、物品和空氣的進出；隔離環(huán)境采用無菌隔離裝置以保持裝置內(nèi)無菌狀態(tài)或無外來污染物，適用于飼育無特定病原體、悉生及無菌實驗動物。

4.5.2 工藝流線

3 類實驗動物環(huán)境均有4 種獨立流線，并遵循單向原則。4 種流線分別是：

（1）人員流線：實驗人員經(jīng)更衣風(fēng)淋后由清潔走廊進入各用房。實驗飼喂完畢后，經(jīng)清潔走廊、次清走廊、緩沖間離開，通過公共走廊回到更衣及其他房間。進入大小鼠觀察室的人員則經(jīng)緩沖間離開。

（2）動物（貨物）流線：動物經(jīng)貨梯送達后，由公共走廊送至清洗消毒間，經(jīng)紫外線傳遞窗對外包裝照射消毒后進入觀察室及實驗室。大小動物需要分流。

（3）潔凈物流：通過潔梯到達后，飼料、墊料、籠具等經(jīng)高壓滅菌器消毒滅菌送入潔存間，整理后送入各用房。不耐高溫高壓物品經(jīng)傳遞窗消毒后進入潔存間、各實驗室及觀察室。

（4）污物流線：大小鼠觀察室污物，包括物料、墊料、籠具、動物尸體等，分類打包后經(jīng)緩沖間送出，手術(shù)室及大動物污物分類打包后，經(jīng)次清走廊、緩沖間送出。動物尸體及污物由實驗室統(tǒng)一作為醫(yī)療垃圾處理。

上述4 種獨立的流線使人、動物和物品的流動路線合理，作業(yè)方便，避免交叉污染，嚴格區(qū)分清潔區(qū)域和污染區(qū)域，以保證人和動物的健康，確保實驗的準(zhǔn)確性。此外，本項目設(shè)置了5 部電梯，其中4 部分別滿足人員、動物、清潔物流、污物流線獨立使用，還有1 部供解剖中心使用。

13 建筑東側(cè)全景

14 建筑主要入口

15 實驗室模式

16 地下二層平面

17 地下一層平面

18 首層平面

19 二-三層平面

20 屋頂平面

21 建筑材料和細節(jié)

4.5.3 平面模式

針對高校的實驗類建筑，我們總結(jié)了8 種實驗建筑的平面模式（圖15）。本項目主要采用了模式3 和模式4。建筑地上部分的具體功能為不涉及感染性的動物實驗和生物安全二級（ABSL-2）實驗室及輔助的辦公、會議等功能，采用了模式3（雙走廊模式），中間是共享實驗器材，局部封閉采用模式4（單走廊模式）。

建筑地下二層（圖16）是SPF 級大小鼠動物實驗區(qū)，采用模式3（雙走廊模式）。屏障環(huán)境SPF 級大小鼠飼養(yǎng)區(qū)，由于采用了自帶主機的IVC 籠架，采用模式4（單走廊模式），以便提高使用效率。屏障環(huán)境SPF 級大小鼠保種和培育，重要等級高，依然采用了模式3（雙走廊模式）。地下一層（圖17）為普通級大動物飼養(yǎng)區(qū)，采用雙層不銹鋼動物籠架，實驗區(qū)位置相對獨立，沒有其他實驗室封閉。

建筑平面及流線是設(shè)計團隊與校使用方、工藝公司、動物中心檢測與評定機構(gòu)以及?；ú康? 方共同合作完成。在這個過程中，設(shè)計團隊面對復(fù)雜的功能要求，著眼于實驗動物中心的學(xué)科特征和未來發(fā)展空間，設(shè)計具有綜合性、開放性、靈活性的彈性發(fā)展建筑空間，以適應(yīng)不斷發(fā)展的學(xué)科需求。為此，設(shè)計團隊在多方共同合作的過程中應(yīng)充分深入了解使用方的需求、工藝特點對建筑的需求、并滿足國家相關(guān)檢測規(guī)定，在合理的造價范圍內(nèi)整合多方訴求，提出一個科學(xué)合理靈活的建筑平面布局模式（圖18-24）。

4.6 關(guān)愛科研工作者，尊重實驗動物，塑造有情感的建筑環(huán)境

22 新舊建筑對比

23 建筑材料和細節(jié)

24 建筑材料和細節(jié)

25 室內(nèi)大廳

26 室內(nèi)樓梯和天窗

27 室內(nèi)

28 環(huán)繞塔的庭院

29 環(huán)繞塔的庭院

為了緩解科研工作者的工作壓力、促進交流，我們在建筑東西兩端設(shè)計了共享大廳、休息廳等開放空間，并在北側(cè)靠近水塔的部分設(shè)計了通透的大片玻璃，使用者可以一邊喝咖啡一邊觀塔和美德樓。建筑東側(cè)3 層高的共享大廳是串聯(lián)建筑各層的垂直空間，延續(xù)室外的木紋材料，在室內(nèi)形成一個溫暖的木質(zhì)核心，在灰磚、灰涂料的素凈之中加入一些生命力和希望。這個木質(zhì)核心連接各層雙走廊中部的共享實驗器材區(qū)域以及休息區(qū)、咖啡區(qū)等公共區(qū)域，有效避免了工作人員在雙走廊內(nèi)部迷路的情況，也能使科研人員能在緊張的工作中得到放松（圖25-27）。

在這個建筑實踐中，我們進一步思考關(guān)于生與死的問題。實驗動物用自己的生命換來了人類在生命科學(xué)的探索和進步。法國思想家阿爾貝特·施韋澤（Albert Schweitzer）在《敬畏生命》中指出，敬畏生命的人，只是出于不可避免的必然性才傷害和毀滅生命，但從來不會由于疏忽而傷害和毀滅生命。動物福利強調(diào)在實驗過程中積極遵守《動物倫理學(xué)》“3R 原則”，即“Replacement”（代替）、“Reduce”（減少）、“Refinement”（優(yōu)化）。我們希望通過設(shè)計，激發(fā)實驗動物工作者內(nèi)心懷揣對生命和醫(yī)學(xué)的敬畏之心。以庭院的草木、苔痕、石階、慰靈碑塑有造禪意、給人慰籍的場所，讓人尊重和感謝在實驗中奉獻生命的動物（圖28、29）。

6 結(jié)語

本項目從面臨的問題和挑戰(zhàn)出發(fā)，將項目所處的大學(xué)校園的歷史環(huán)境和文物建筑與動物實驗中心的功能要求和工藝特點等多方面進行整體思考，以甘當(dāng)配角的精神、采用化整為零的手法，實現(xiàn)對文物建筑的尊重和校園歷史環(huán)境的修補，以及在城市環(huán)境層面保護水塔的城市視廊。

同時，作為一座功能復(fù)雜的高校動物實驗中心，在多團隊共同協(xié)作的基礎(chǔ)上，采用合理的平面模式滿足實驗動物環(huán)境所需的工藝和流線。在此基礎(chǔ)上設(shè)計綜合、開放、靈活的建筑空間，以適應(yīng)不斷發(fā)展的學(xué)科需求。

我們希望塑造有情感的建筑環(huán)境，使科研人員潛心研究，培養(yǎng)人才，并懷著對生命的敬畏之心引領(lǐng)學(xué)術(shù)的發(fā)展?！?/p>