綠色建筑理念下科研建筑內(nèi)部空間設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

【摘要】基于綠色建筑理念下科研建筑內(nèi)部空間設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略，文章探討了節(jié)能環(huán)保、舒適實(shí)用性與空間靈活性3大核心原則。基于此，系統(tǒng)闡述了自然采光與通風(fēng)利用、綠色建材選用、模塊化設(shè)計(jì)及智能化管理等具體優(yōu)化策略。結(jié)合深圳某大學(xué)科研樓項(xiàng)目，詳細(xì)介紹了該建筑在空間規(guī)劃、節(jié)能技術(shù)與智能化系統(tǒng)等方面的創(chuàng)新實(shí)踐。研究結(jié)果表明，通過(guò)采用模塊化試驗(yàn)單元、智能遮陽(yáng)系統(tǒng)、樓宇自控系統(tǒng)等設(shè)計(jì)手段，科研建筑實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保效益與空間使用效率的顯著提升。

【關(guān)鍵詞】綠色建筑；科研建筑；空間設(shè)計(jì)；節(jié)能環(huán)保；模塊化設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】TU201.5 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2025）02-0049-03

0 引言

綠色建筑著眼于建筑全生命周期的資源高效利用與環(huán)境影響最小化，其重要性在現(xiàn)代建筑領(lǐng)域日益凸顯?？蒲薪ㄖ鳛樘厥饨ㄖ愋?，肩負(fù)著推動(dòng)科學(xué)研究進(jìn)步的重任，其內(nèi)部空間設(shè)計(jì)對(duì)科研活動(dòng)的開(kāi)展起著關(guān)鍵作用。當(dāng)前，科研建筑內(nèi)部空間存在諸多亟待解決的問(wèn)題。因此，在綠色建筑理念的指引下優(yōu)化科研建筑內(nèi)部空間設(shè)計(jì)迫在眉睫，對(duì)提升科研效率、降低環(huán)境負(fù)擔(dān)、促進(jìn)科研建筑可持續(xù)發(fā)展意義深遠(yuǎn)。

1 科研建筑與一般辦公建筑的特征分析

1.1 特殊性

科研建筑功能需求高度專業(yè)化，不同學(xué)科領(lǐng)域的試驗(yàn)室對(duì)空間環(huán)境、設(shè)備配置及技術(shù)支持有獨(dú)特要求。例如，化學(xué)試驗(yàn)室需要特殊的通風(fēng)櫥與耐腐臺(tái)面，物理試驗(yàn)室對(duì)防震、電磁屏蔽有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，生物試驗(yàn)室則強(qiáng)調(diào)無(wú)菌環(huán)境與溫濕度精準(zhǔn)控制。同時(shí)，科研設(shè)備體型多樣且復(fù)雜，從大型精密儀器到小型高靈敏度設(shè)備，對(duì)空間尺度、承重能力及管線布局要求苛刻。部分設(shè)備需要獨(dú)立穩(wěn)定的空間，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)與布局的適應(yīng)性提出挑戰(zhàn)，而辦公建筑設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單統(tǒng)一，空間適配性要求較低?？蒲辛鞒叹哂胁淮_定性與動(dòng)態(tài)性，研究方向的轉(zhuǎn)變、試驗(yàn)項(xiàng)目的更替頻繁，要求空間能迅速重組調(diào)整，而一般辦公建筑工作流程相對(duì)固定，空間布局變動(dòng)需求少。

1.2 共性特征

兩者都注重人員的舒適性，應(yīng)提供適宜的采光、通風(fēng)、溫濕度環(huán)境及舒適的休息交流空間，以保障人員工作效率與身心健康。在空間利用效率上，兩者都追求最大化，通過(guò)合理規(guī)劃功能分區(qū)、交通流線及儲(chǔ)物設(shè)施，避免空間閑置浪費(fèi)，提升整體使用效能。

2 綠色建筑理念下的科研建筑內(nèi)部空間設(shè)計(jì)要求

2.1 節(jié)能環(huán)保原則

節(jié)能環(huán)保原則作為綠色建筑的基本要求，在科研建筑內(nèi)部空間設(shè)計(jì)中占據(jù)核心地位。綠色建筑理念要求科研建筑在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就充分考慮建筑全生命周期的能源消耗，通過(guò)合理的空間布局和技術(shù)手段，最大限度地降低建筑運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的能源消耗。在自然資源利用方面，科研建筑應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注自然采光與自然通風(fēng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)精心設(shè)計(jì)建筑朝向、窗墻比例和采光構(gòu)件，使試驗(yàn)室、辦公區(qū)等核心功能空間獲得充足的自然光線，并設(shè)置可調(diào)節(jié)的遮陽(yáng)系統(tǒng)，有效控制室內(nèi)熱環(huán)境。同時(shí)，合理布置通風(fēng)窗口與導(dǎo)風(fēng)裝置，充分利用自然風(fēng)壓和熱壓通風(fēng)原理，形成良好的室內(nèi)空氣流動(dòng)，減少機(jī)械通風(fēng)的使用頻率[1]。

2.2 靈活性與可變性

試驗(yàn)室作為科研建筑的核心功能區(qū)域，其靈活性設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。采用模塊化的試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)，配備帶輪移動(dòng)裝置，使試驗(yàn)臺(tái)能根據(jù)試驗(yàn)流程需要靈活布置。設(shè)置懸掛式或活動(dòng)式服務(wù)柱，便于根據(jù)儀器設(shè)備位置隨時(shí)調(diào)整服務(wù)接口。試驗(yàn)室地面采用網(wǎng)格化布線系統(tǒng)，預(yù)埋充足的管線接口，確保設(shè)備布局調(diào)整時(shí)能快速完成管線對(duì)接?？臻g分隔系統(tǒng)的可變性同樣重要[2]。運(yùn)用活動(dòng)隔斷墻與可拆卸式隔板，根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)規(guī)模靈活劃分試驗(yàn)區(qū)域，采用輕鋼龍骨吊頂，預(yù)留設(shè)備吊裝空間，便于增設(shè)通風(fēng)櫥等大型試驗(yàn)設(shè)備。走廊與公共區(qū)域應(yīng)預(yù)留充足的設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)通道，確保大型儀器能夠順利進(jìn)出試驗(yàn)室。在建筑結(jié)構(gòu)方面，采用大跨度無(wú)柱設(shè)計(jì)，減少室內(nèi)承重墻體，為空間重組創(chuàng)造條件，樓板預(yù)留設(shè)備管線豎井位置，便于增設(shè)特殊試驗(yàn)設(shè)備時(shí)進(jìn)行管線改造。建筑外立面應(yīng)考慮未來(lái)擴(kuò)建可能，預(yù)留結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)與設(shè)備接口。

3 科研建筑內(nèi)部空間設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略

3.1 綜合建筑設(shè)計(jì)手法優(yōu)化

建筑朝向依氣候與功能而定，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）分析日照、風(fēng)向數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)布局功能空間獲取最佳采光通風(fēng)。在太陽(yáng)能資源豐富的地區(qū)，加大南側(cè)采光面，結(jié)合導(dǎo)光管技術(shù)將光線引入深層區(qū)域。在季風(fēng)氣候區(qū)，合理設(shè)置通風(fēng)口與導(dǎo)風(fēng)構(gòu)件，強(qiáng)化自然通風(fēng)。空間布局依科研流程與人員互動(dòng)進(jìn)行規(guī)劃，試驗(yàn)區(qū)按危險(xiǎn)程度、污染類型進(jìn)行分區(qū)，設(shè)獨(dú)立準(zhǔn)備間與設(shè)備間。辦公區(qū)靠近試驗(yàn)區(qū)且相對(duì)獨(dú)立，交通流線便捷，避免交叉干擾。公共區(qū)域居中，設(shè)電梯、樓梯與休息區(qū)，形成高效空間組織。

3.2 充分利用自然采光與自然通風(fēng)

充分利用自然采光與自然通風(fēng)是科研建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的重要途徑?？蒲薪ㄖ?nèi)部空間設(shè)計(jì)應(yīng)從建筑朝向、窗戶布局、遮陽(yáng)系統(tǒng)等多個(gè)維度進(jìn)行綜合考量，最大限度地利用自然資源，創(chuàng)造舒適宜人的室內(nèi)環(huán)境。首先，建筑朝向的選擇直接影響到自然采光效果?？蒲薪ㄖ饕δ芸臻g宜采用南北向布局，試驗(yàn)室與辦公區(qū)優(yōu)先安排在建筑南側(cè)，充分利用穩(wěn)定的北向光。走廊與輔助用房則設(shè)置在建筑北側(cè)。合理設(shè)計(jì)建筑體型與樓距，避免相鄰建筑遮擋，確保室內(nèi)獲得充足的自然光線。其次，開(kāi)窗設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)自然采光與通風(fēng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[3]。根據(jù)不同功能空間的采光需求，科學(xué)確定窗墻比例與開(kāi)窗位置。采用高窗設(shè)計(jì)，增加室內(nèi)采光深度，設(shè)置可開(kāi)啟式天窗，利用天然光源補(bǔ)充照明。通過(guò)錯(cuò)位布置開(kāi)啟扇，形成室內(nèi)空氣對(duì)流通道，加強(qiáng)自然通風(fēng)效果。最后，遮陽(yáng)系統(tǒng)的設(shè)置能有效調(diào)節(jié)室內(nèi)光熱環(huán)境。外遮陽(yáng)與內(nèi)遮陽(yáng)相結(jié)合，采用可調(diào)節(jié)百葉、格柵等構(gòu)件，隨太陽(yáng)高度角變化調(diào)整遮陽(yáng)角度，并結(jié)合智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遮陽(yáng)設(shè)備的自動(dòng)調(diào)節(jié)。特殊功能區(qū)域可采用中空遮陽(yáng)，既保證采光效果，又避免陽(yáng)光直射。

3.3 采用綠色建材與環(huán)保設(shè)備

綠色建材與環(huán)保設(shè)備的應(yīng)用是科研建筑內(nèi)部空間實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。優(yōu)選具有環(huán)保認(rèn)證的建筑材料，配置高效節(jié)能的試驗(yàn)設(shè)備，不僅能創(chuàng)造健康舒適的研究環(huán)境，更能顯著降低建筑全生命周期對(duì)環(huán)境影響。首先，圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料選用對(duì)建筑性能影響深遠(yuǎn)。墻體采用新型保溫隔熱材料，提升建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能。門(mén)窗系統(tǒng)選擇Low-E中空玻璃，兼具良好的采光與保溫效果。屋面結(jié)構(gòu)應(yīng)用反射隔熱涂料，有效降低室內(nèi)溫度。這些材料均應(yīng)通過(guò)環(huán)保認(rèn)證，確保不含對(duì)人體有害的揮發(fā)性有機(jī)物。其次，內(nèi)部裝修材料的環(huán)保性尤為重要。地面采用無(wú)甲醛釋放的環(huán)保地板，墻面使用零VOC釋放的涂料，天花選用可回收的礦棉吸聲板，試驗(yàn)臺(tái)面選擇耐腐蝕、易清潔的人造石材，試驗(yàn)室管線采用環(huán)保型PP-R管材，確保試驗(yàn)環(huán)境的安全性與衛(wèi)生性。最后，在設(shè)備選型方面，試驗(yàn)儀器應(yīng)優(yōu)先考慮具有節(jié)能環(huán)保認(rèn)證的產(chǎn)品。采用變頻節(jié)能型空調(diào)系統(tǒng)，根據(jù)室內(nèi)溫度需求自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行功率。照明系統(tǒng)選用高顯色性LED光源，并搭配智能照明控制裝置。通風(fēng)系統(tǒng)配置智能新風(fēng)機(jī)組，在保證室內(nèi)空氣品質(zhì)的同時(shí)降低能耗。給排水設(shè)備同樣應(yīng)注重節(jié)能環(huán)保特性[4]。

3.4 模塊化與可移動(dòng)設(shè)計(jì)

模塊化與可移動(dòng)設(shè)計(jì)理念為科研建筑內(nèi)部空間帶來(lái)極大的靈活性。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的模塊設(shè)計(jì)與靈活的移動(dòng)系統(tǒng)，科研空間能夠快速適應(yīng)不斷變化的試驗(yàn)需求，提升空間利用效率。首先，試驗(yàn)室工作臺(tái)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計(jì)，便于組合與拆分。工作臺(tái)底部安裝萬(wàn)向輪裝置，配備水平調(diào)節(jié)支腳，實(shí)現(xiàn)靈活移動(dòng)與穩(wěn)固定位。臺(tái)面采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，可根據(jù)試驗(yàn)要求進(jìn)行對(duì)接拼裝。抽屜與儲(chǔ)物柜采用可拆卸式設(shè)計(jì)，方便根據(jù)儲(chǔ)物需求調(diào)整布局。其次，服務(wù)設(shè)施的模塊化設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。懸掛式服務(wù)柱采用通用標(biāo)準(zhǔn)接口，集成供水、供氣、供電等管線接口。地面設(shè)置網(wǎng)格化供給系統(tǒng)，預(yù)埋標(biāo)準(zhǔn)化接口面板，便于設(shè)備就近取用。天花板采用可拆卸式吊頂，預(yù)留管線接口位置，方便增設(shè)吊裝設(shè)備?？臻g分隔系統(tǒng)應(yīng)具備快速重組能力。采用軌道式活動(dòng)隔斷，材質(zhì)選用輕質(zhì)隔音板材，便于根據(jù)團(tuán)隊(duì)規(guī)模劃分試驗(yàn)區(qū)域。此外設(shè)置可折疊式玻璃隔墻，在保證隔離效果的同時(shí)保持視覺(jué)通透性。設(shè)備對(duì)接站采用標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)計(jì)，支持不同類型試驗(yàn)儀器快速連接。

3.5 智能化與自動(dòng)化管理

智能化與自動(dòng)化管理系統(tǒng)在科研建筑中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了建筑設(shè)備的高效運(yùn)行與精準(zhǔn)控制。通過(guò)建立完善的樓宇自控系統(tǒng)，結(jié)合智能傳感網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，科研建筑得以實(shí)現(xiàn)節(jié)能高效的運(yùn)營(yíng)管理模式。首先，照明控制系統(tǒng)采用智能化設(shè)計(jì)方案，可以有效降低照明能耗，提升用戶體驗(yàn)。安裝光線感應(yīng)器與人體感應(yīng)裝置，并配置日光自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)自然采光強(qiáng)度調(diào)節(jié)人工照明輸出。建立照明場(chǎng)景控制模式，滿足不同試驗(yàn)環(huán)境的照明需求。其次，空調(diào)與新風(fēng)系統(tǒng)配備智能控制裝置。溫濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。CO2濃度檢測(cè)儀控制新風(fēng)量調(diào)節(jié)，確保室內(nèi)空氣質(zhì)量。設(shè)置分區(qū)控制模式，根據(jù)不同功能區(qū)域的使用特點(diǎn)優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行策略，使試驗(yàn)室設(shè)備管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。通風(fēng)櫥與試驗(yàn)臺(tái)配備智能控制面板，自動(dòng)調(diào)節(jié)排風(fēng)量，特種氣體管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)氣體濃度，確保試驗(yàn)安全，廢液收集系統(tǒng)具備自動(dòng)報(bào)警功能，提示及時(shí)處理[5]。此外，利用能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建全面的管理平臺(tái)，設(shè)置分項(xiàng)計(jì)量裝置，對(duì)電、水、氣等能源消耗進(jìn)行獨(dú)立統(tǒng)計(jì)。建立能耗數(shù)據(jù)分析模型，生成用能趨勢(shì)報(bào)告。開(kāi)發(fā)移動(dòng)端管理界面，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與調(diào)節(jié)。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)能耗異常并及時(shí)優(yōu)化。最后，安防系統(tǒng)整合智能化管理手段。試驗(yàn)室門(mén)禁系統(tǒng)采用身份識(shí)別技術(shù)，記錄人員進(jìn)出信息。視頻監(jiān)控系統(tǒng)具備智能分析功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患。消防系統(tǒng)配備智能預(yù)警裝置，提高火災(zāi)防控能力。

4 典型項(xiàng)目分析

深圳某大學(xué)科研樓的建設(shè)充分展現(xiàn)了綠色建筑理念與科研空間的完美融合。該項(xiàng)目總建筑面積達(dá)38 000 m2，于2019年竣工并投入使用，憑借卓越的設(shè)計(jì)與顯著的節(jié)能環(huán)保效果獲得了中國(guó)綠色建筑三星級(jí)認(rèn)證，樹(shù)立了華南地區(qū)高?？蒲薪ㄖ男聵?biāo)桿。

在建筑空間規(guī)劃方面，項(xiàng)目采用了南北向主體布局，主要試驗(yàn)區(qū)域設(shè)置于建筑南側(cè)，通過(guò)科學(xué)的采光系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了76%的室內(nèi)空間可充分利用自然光線。建筑中庭位置設(shè)置了特殊設(shè)計(jì)的采光井系統(tǒng)，將自然光線有效引入建筑內(nèi)部深層區(qū)域，使照明能耗較傳統(tǒng)建筑降低35%。建筑外立面裝配了智能可調(diào)節(jié)遮陽(yáng)百葉系統(tǒng)，根據(jù)太陽(yáng)光照角度自動(dòng)調(diào)節(jié)，有效調(diào)控室內(nèi)熱環(huán)境，在夏季可使室內(nèi)溫度較普通建筑降低3～4 ℃ 。試驗(yàn)室空間設(shè)計(jì)采用了高度模塊化的創(chuàng)新方案，標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)單元面積設(shè)定為120 m2，配置了移動(dòng)式試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)與懸掛式服務(wù)柱，為不同類型的科研試驗(yàn)提供靈活多變的空間解決方案。地面設(shè)計(jì)采用500 mm網(wǎng)格化供給系統(tǒng)，預(yù)埋了超過(guò)300個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化接口，可滿足各類試驗(yàn)設(shè)備的布置需求。創(chuàng)新性活動(dòng)隔斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)使空間重組時(shí)間縮短至30 min內(nèi)，極大提升了空間使用效率。

在智能化系統(tǒng)應(yīng)用方面，該項(xiàng)目達(dá)到了領(lǐng)先水平。①樓宇自控系統(tǒng)通過(guò)2 800個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與分析，實(shí)現(xiàn)了28%的年節(jié)能率；②智能照明系統(tǒng)與自然采光有機(jī)結(jié)合，年節(jié)省電量達(dá)15萬(wàn) kW .h；③中水回用系統(tǒng)年處理污水6 000 t，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。項(xiàng)目投入運(yùn)營(yíng)3年來(lái)取得了顯著的節(jié)能減排成果，年均能耗較傳統(tǒng)科研建筑降低32%，用水量減少25%，每年節(jié)省運(yùn)維成本約180萬(wàn)元。優(yōu)秀的建筑性能不僅為科研人員提供了舒適的工作環(huán)境，更展示了綠色建筑設(shè)計(jì)在高?？蒲薪ㄖ械膭?chuàng)新應(yīng)用價(jià)值。該項(xiàng)目在空間規(guī)劃、節(jié)能技術(shù)、智能化系統(tǒng)等方面創(chuàng)新應(yīng)用，為未來(lái)科研建筑的綠色設(shè)計(jì)提供了重要的經(jīng)驗(yàn)借鑒，對(duì)推動(dòng)高?？蒲薪ㄖ目沙掷m(xù)發(fā)展具有重要示范意義。

5 結(jié)語(yǔ)

綠色建筑理念下的科研建筑內(nèi)部空間設(shè)計(jì)應(yīng)以節(jié)能環(huán)保為核心原則，通過(guò)自然資源利用、綠色建材選用、模塊化設(shè)計(jì)和智能化管理等策略實(shí)現(xiàn)空間優(yōu)化。研究表明合理的設(shè)計(jì)策略能顯著提升建筑使用效率，創(chuàng)造舒適的研究環(huán)境，實(shí)現(xiàn)顯著的節(jié)能減排效果。深圳某大學(xué)科研樓的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，綠色建筑理念能有效指導(dǎo)科研建筑設(shè)計(jì)，保障建筑使用功能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的雙贏。

參考文獻(xiàn)

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[作者簡(jiǎn)介]李娜（1981—），女，河南輝縣人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：科研建筑和科技園區(qū)設(shè)計(jì)。