化學(xué)實驗室建筑空間演變分析

鄧潔瑩

（廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司新城分公司，廣東廣州 510623）

0 引言

社會文明的發(fā)展動力來源于科學(xué)技術(shù)，實驗室建筑作為承載科學(xué)技術(shù)研究與突破的重要場所，其對空間結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求較高。由于部分化學(xué)實驗具有一定危險性，因此，在空間規(guī)劃時應(yīng)考慮不同區(qū)域需求設(shè)置相應(yīng)的分區(qū)間隔，以提高實驗室的安全性。同時實驗室還應(yīng)具有較強(qiáng)的便捷性，其空間能夠在一定程度上降低實驗難度，以提高實驗效率?，F(xiàn)代化背景下隨著對科學(xué)技術(shù)發(fā)展重視程度的不斷提升，相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)合理優(yōu)化實驗室空間，從而為實驗室工作人員提供更為良好的工作場所。

1 國內(nèi)外化學(xué)實驗室建筑空間變化脈絡(luò)

1.1 國外實驗室建筑空間變化

國外化學(xué)實驗室的概念最早出現(xiàn)在16 世紀(jì)90 年代，在帕拉塞爾蘇斯的醫(yī)療化學(xué)實驗室中受到對光和熱量需求的影響，實驗室的核心空間一般為熔爐和蒸餾裝置。即最早的實驗室是以熔爐和蒸餾裝置為主導(dǎo)如圖1 所示。

在過渡和發(fā)展階段中，國外的化學(xué)實驗室規(guī)模不斷增大，內(nèi)部的設(shè)備也在不斷完善，包括通風(fēng)柜、長桌等實驗臺設(shè)置以及化學(xué)模型等，使該階段的實驗室更趨于現(xiàn)代化，而且空間結(jié)構(gòu)更加均衡，如代表性的伯克貝克實驗室和隔離服斯瓦爾德大學(xué)教學(xué)實驗室等[1]。

在變革和優(yōu)化階段，受到工業(yè)化和科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的影響，化學(xué)實驗室中逐漸出現(xiàn)電子設(shè)備及新型實驗裝置，同時實驗室空間也在朝著集約化、靈活化和安全化方向發(fā)展，使得實驗室空間更加完善，而且能夠滿足實驗的需求，對現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展起到明顯的促進(jìn)作用。

1.2 國內(nèi)實驗室建筑空間變化

在我國，化學(xué)實驗室概念在20 世紀(jì)初期傳入，首個化學(xué)實驗室由京師大學(xué)堂創(chuàng)建。隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，在1916 年成立了農(nóng)商部工商實驗所，其內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)較為簡單，而且設(shè)施和儀器設(shè)備較少[2]。隨著實驗室萌芽期向起步階段邁進(jìn)，在新中國成立后，我國加大了對工業(yè)化建設(shè)的重視，由于此時國家經(jīng)濟(jì)和科技水平較低，實驗室空間設(shè)計不足，該階段直接在較大的建筑空間中安裝設(shè)備，缺乏有效的間隔設(shè)計和安全管理。國內(nèi)萌芽期實驗室如圖2 所示。

圖2 國內(nèi)萌芽期實驗室

在發(fā)展階段中，我國逐步探索符合我國需求實驗室設(shè)計方案，例如，調(diào)整實驗臺尺寸、更改窗戶布置方向以及更換儲物區(qū)位置等，但受到建筑自身功能制約，整體通風(fēng)系統(tǒng)仍不夠完善。

受到我國國情的影響，化學(xué)實驗室等相關(guān)科研機(jī)構(gòu)存在停滯階段，該時期大部分實驗室被破壞，同時相關(guān)實驗室的研究與發(fā)展停滯不前。

在改革和發(fā)展階段，我國科研事業(yè)重新起步，并不斷加快研究步伐。受到“科教興國”等戰(zhàn)略的影響，國家不斷加大對實驗室建設(shè)的支持力度，這使得該階段實驗室建筑設(shè)計得到快速發(fā)展，并且使我國化學(xué)實驗室的空間格局更加的經(jīng)典，并且具有先進(jìn)的電子設(shè)備和系統(tǒng)，整體空間規(guī)劃效果更為理想，同時不同空間功能和效果更為先進(jìn)，為我國化學(xué)研究水平的發(fā)展提供堅實基礎(chǔ)。

2 當(dāng)代化學(xué)實驗室建筑空間設(shè)計分析

2.1 實驗室項目概況

對汕頭化學(xué)與精細(xì)化工廣東省實驗室項目（一期）進(jìn)行分析，受到習(xí)近平總書記科學(xué)家座談會重要講話精神以及當(dāng)前我國化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形勢等因素的影響，構(gòu)建高效便捷、綜合性、全鏈條的科學(xué)研究平臺是我國當(dāng)前化工行業(yè)發(fā)展的必要路徑，合理優(yōu)化實驗室建筑空間設(shè)計對推動化學(xué)化工研究發(fā)展有著重要意義。廣東省構(gòu)建科技創(chuàng)新合作區(qū)高端前沿化學(xué)實驗室。該實驗室總占地面積約62133m2，實驗室凈用地面積約48742.67m2。實驗室內(nèi)部設(shè)施較為完善，而且配置能夠達(dá)到國際水平，以充分滿足科研需求。汕頭化學(xué)與精細(xì)化工廣東省實驗室項目（一期）平面如圖3 所示。

2.2 實驗室建筑空間特點

在進(jìn)行實驗室項目設(shè)計時，為達(dá)到協(xié)同創(chuàng)新效果，在空間結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中融入化學(xué)實驗研究的實際需求，同時融合創(chuàng)新理念使整體空間設(shè)計質(zhì)量得到充分提升。實驗室建筑空間的特點主要體現(xiàn)在3 個方面。

（1）整體性。汕頭化學(xué)與精細(xì)化工廣東省實驗室在建設(shè)過程中嚴(yán)格遵循“戰(zhàn)略急需、支撐產(chǎn)業(yè)”的要求進(jìn)行設(shè)計和構(gòu)建，意在借助實驗室完成科研項目，促進(jìn)廣東省及全國化工產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)快速發(fā)展[3]。實驗室建筑空間設(shè)計應(yīng)具有較強(qiáng)的整體性，通過全鏈條的研究和發(fā)展，在廣東省區(qū)域化工產(chǎn)業(yè)技術(shù)的基礎(chǔ)上對前沿科技進(jìn)行開發(fā)和研究，加快成果的轉(zhuǎn)化和落實。因此，總結(jié)經(jīng)驗得出：實驗室空間應(yīng)滿足整體要求應(yīng)該具備多項功能，而且能夠允許多個化學(xué)實驗團(tuán)隊進(jìn)行研究，促使區(qū)域整體化學(xué)水平得到穩(wěn)定提升。例如，根據(jù)實際需求構(gòu)建多個建筑結(jié)構(gòu)以滿足不同化學(xué)實驗研究需求，這有利于實驗室研究效率的提升與發(fā)展。汕頭化學(xué)與精細(xì)化工廣東省實驗室項目（一期）空間鳥瞰圖如圖4 所示。

圖4 汕頭化學(xué)與精細(xì)化工廣東省實驗室項目（一期）空間鳥瞰圖

（2）動態(tài)性。該特點是化學(xué)實驗室項目中較為明顯的特點。在建筑空間設(shè)計過程中，借助建筑結(jié)構(gòu)空間創(chuàng)建化學(xué)化工產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，并依據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)創(chuàng)建相應(yīng)的實驗空間，如設(shè)置需求分析空間、科研分析空間、技術(shù)研發(fā)空間、成果轉(zhuǎn)化空間以及企業(yè)孵化空間，促使實驗室能夠滿足化工科研需求。所有空間按照一定順序結(jié)合形成動態(tài)的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，有效支撐科研和化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展。受到產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展過程中對空間需求的影響，化學(xué)實驗室設(shè)計過程中增加更加專業(yè)且便捷的交流場所，研究人員可以與需求人員進(jìn)行充分交流，借助交流空間的設(shè)備和系統(tǒng)不斷對技術(shù)研發(fā)的內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化處理，同時對科技成果的發(fā)展方向進(jìn)行調(diào)整，從而有效提高化工產(chǎn)業(yè)動態(tài)發(fā)展效率。

（3）開放性。實驗室項目建筑空間設(shè)計過程中應(yīng)堅持開放性原則，隨著科技發(fā)展水平不斷加快，實驗室中的相關(guān)設(shè)備和研究系統(tǒng)不斷更新，為使汕頭化學(xué)與精細(xì)化工廣東省實驗室能夠始終保持前沿水平，實驗室保持開放態(tài)度與國際實驗室進(jìn)行合作交流，不斷融合國內(nèi)外資源促使化學(xué)研發(fā)技術(shù)的提升。在建筑實驗室空間設(shè)計時需要預(yù)留一定的發(fā)展空間，為后續(xù)的設(shè)備升級和研究體系優(yōu)化提供空間。

2.3 實驗室空間功能與布局

在實驗室空間功能設(shè)計時應(yīng)結(jié)合化學(xué)科研需求進(jìn)行合理規(guī)劃與完善，確保符合化學(xué)實驗研究需求，使整體實驗室建筑成為多元功能的有機(jī)聚合體。通過結(jié)合不同實驗室研發(fā)需求對實驗室建筑中的功能空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理劃分，從而使空間的功能性得到提升[4]。例如，根據(jù)化學(xué)實驗技術(shù)進(jìn)行劃分時應(yīng)將具有氣體排放需求的實驗室設(shè)置在建筑頂層，以減少排氣管道的敷設(shè)長度，提高安全性的同時有效控制施工成本。在大型設(shè)備或在運行中產(chǎn)生較強(qiáng)振動和噪聲的實驗室放在底層，以免對下層結(jié)構(gòu)中的實驗產(chǎn)生影響。

在設(shè)計實驗室內(nèi)部功能空間之外，同樣應(yīng)設(shè)置研究人員交流和生活的區(qū)域，設(shè)置中心區(qū)域，并將其作為交流空間，不同實驗室功能區(qū)域均能夠通過核心交流空間完成交流與溝通，從而提高合作質(zhì)量。增加公共空間如地下車庫、停車坪、休閑娛樂空間等。完善交通區(qū)域的構(gòu)建，設(shè)置行車、行人區(qū)域，使整體交通組織更加順暢。汕頭化學(xué)與精細(xì)化工廣東省實驗室項目（一期）室外區(qū)域如圖5 所示。

在進(jìn)行實驗室空間功能設(shè)計時需要加強(qiáng)對消防系統(tǒng)的構(gòu)建，嚴(yán)格遵循相應(yīng)的建筑消防設(shè)計要求增加消防通道，并結(jié)合不同實驗室的危險等級分別設(shè)置相應(yīng)的應(yīng)急處理措施，保障實驗室空間安全。

3 化學(xué)實驗室建筑空間的未來發(fā)展

回顧國內(nèi)外化學(xué)實驗室建筑的設(shè)計歷史，能夠發(fā)現(xiàn)在化學(xué)實驗室建筑空間設(shè)計過程中，實驗室空間的完整性和服務(wù)空間的開放性一直以來在建筑設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用。該空間設(shè)計理念具有明顯的優(yōu)勢，其能夠進(jìn)一步優(yōu)化不同空間的功能效果，同時使空間結(jié)構(gòu)更加簡潔凝練。

結(jié)合當(dāng)代化學(xué)實驗室空間的設(shè)計情況，對未來的化學(xué)實驗室建筑空間設(shè)計方向進(jìn)行分析，能夠發(fā)現(xiàn)其發(fā)展方向主要分為4 個方面。

（1）建筑空間的開放性設(shè)計?；瘜W(xué)實驗室建筑的空間設(shè)計越發(fā)趨于開放共享，在開放型環(huán)境中，研究人員的工作競爭性更強(qiáng)，有利于激發(fā)創(chuàng)新思維和研發(fā)的積極性。同時在共享空間中，研究人員之間能夠互相交流，更容易碰撞出創(chuàng)新思維火花，從而促進(jìn)化學(xué)實驗研究的發(fā)展。在空間設(shè)計理念發(fā)展中應(yīng)不同優(yōu)化實驗室的整體結(jié)構(gòu)，根據(jù)實驗性質(zhì)和工作需求以及化學(xué)研究危險性等影響因素進(jìn)行空間劃分，充分提高實驗室的開放性[5]。

（2）功能簡潔性設(shè)計。在未來的化學(xué)實驗室建筑空間設(shè)計時，應(yīng)在滿足化學(xué)實驗研究的基礎(chǔ)上簡化功能區(qū)域的設(shè)計，例如，針對管線布局和電氣系統(tǒng)等空間中應(yīng)盡量簡化相關(guān)區(qū)域的設(shè)計，保障安全性的同時避免其對化學(xué)實驗研究帶來影響。

（3）空間結(jié)構(gòu)靈活性設(shè)計。未來的實驗室空間設(shè)計時應(yīng)該增加實驗室的靈活性，由于未來相關(guān)研究技術(shù)必然不斷升級和優(yōu)化，實驗室作為前沿高科技研究結(jié)構(gòu)必然需要及時更新設(shè)備或調(diào)整空間布局，使整體實驗空間更加高效和完善。一方面，不同空間區(qū)域范圍內(nèi)均留有充足的發(fā)展空間。另一方面，應(yīng)根據(jù)模塊進(jìn)行空間劃分，并支持系統(tǒng)的移動調(diào)整，使整體空間功能更為靈活。

（4）智能化設(shè)計。對建筑空間進(jìn)行智能化設(shè)計時，首先，借助不同空間構(gòu)建全面的監(jiān)測系統(tǒng)，便于構(gòu)建智能化體系對實驗室結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理監(jiān)管，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并上報處理。其次，將實驗室中門窗、墻壁等結(jié)構(gòu)與智能化系統(tǒng)相結(jié)合，系統(tǒng)根據(jù)需求對空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而改變建筑結(jié)構(gòu)，滿足實驗室升級優(yōu)化需求。

4 結(jié)語

綜上所述，在化學(xué)實驗室建筑空間設(shè)計過程中應(yīng)充分結(jié)合化學(xué)實驗研發(fā)需求和行業(yè)發(fā)展要求進(jìn)行合理構(gòu)建，堅持整體性、動態(tài)性和開放性特點，不斷完善實驗室建筑空間設(shè)計，從而進(jìn)一步提升整體空間的功能性，同時為研發(fā)人員提供更加適宜的工作環(huán)境，最終促進(jìn)我國化學(xué)實驗研究水平的提升。