高校科研實驗綜合體的規劃與建設初探

石弘穎， 王建浦， 潘世年

（南京工業大學a．海外人才緩沖基地；b．基本建設處，南京210009）

0 引 言

根據建設創新型國家的整體戰略，中國高校以強烈的創新精神推動大學建設的各個方面和主要環節，實現這一歷史任務的關鍵是匯聚大批高素質的創新人才和加快高水平科技創新的速度［1-2］。隨著“雙一流”建設的不斷推進，我國高等教育事業開始由增量發展轉入存量改革以及由外延擴張到內涵發展的新時期。高校以國家重大需求為導向，以培養各類創新型、應用型、復合型人才為目標，在此過程中不斷提升高水平科研能力、保證基礎科研質量［3-5］。

科研實驗平臺是高校辦學的物質基礎和必要條件，更是科技創新和人才培養的重要陣地，作為創新體系的基礎性工程，其數量與水平已成為衡量一所大學科技創新能力的重要標志之一［1，6-7］。具有一定規模的科研實驗綜合體能夠提供科研實踐、學術交流、團隊建設等條件，對促進我國高校學生的成長具有相當作用，對優化科技資源配置、開放科技成果共享、構建區域創新體系，以及建設創新型國家和社會具有重要意義，是推動“人才培養－科學研究－社會服務”鏈［5］的最佳著力點。

1 提升平臺規劃的設計理念

1.1 國內外一流科研平臺現狀

科研實驗平臺最早可以追溯為古代觀象臺，自工業革命孕育發展至今，已成為極具活力和特色的獨立建筑體系［8-9］。20世紀90年代，美國等許多國家進行了學科整合以促進不同團隊融合，普遍配置了儀器密集共享［9-10］區域（core facility）以避免重復建設，設立了充足的資金和隊伍以完善基礎設施和維護維修，規劃了具備開放性、靈活性、安全性的各類學科實驗室。海外現代化平臺充分運用三維立體解決方案，在實驗室上方管道架上模塊化地安裝水、電、氣、數據、電話等管線［3，9］，不設吊頂并預留擴展接口，最大限度地滿足科研條件多變的需求。實驗室綜合體系中設有許多公共活動區域，鼓勵采用全透明材料進行隔斷，讓科學研究、會議研討和非正式活動在舒適、開放的環境中進行［8-10］，使得科研人員處于知識文化的交融之中，激發視覺交流和創新潛力。

隨著社會科技進步與學科交叉融合，我國高校軟硬件同樣不斷升級擴張，科研平臺規模持續增長，覆蓋領域不斷拓展，技術水平明顯提升，綜合效益日益顯現［11-12］。同時，平臺建設和運行機制的問題也凸顯出來［6，9，11］：部分實驗室缺乏學科規劃，存在部門化、個人化的傾向，平臺很難靈活組合以適應現代科研發展；部分儀器設備利用率和共享水平不高，存在重復建設、閑置浪費的現象，平臺沒有充分發揮對科技創新的服務支撐作用；部分功能設施配套不科學，存在隨意改造、管理不當等問題，平臺缺少支持安全持久地運行所需的維護經費。近年來，科研實驗對先進設備愈發依賴、配套設施愈發復雜，企業研發的高投入產出比又倒逼高?？蒲泄ぷ?。高校普遍通過引進高端人才團隊來提升學科地位和增強核心競爭力，為滿足呈現尖端化、集成化趨勢的新課題和新需求，相應提供高起點高標準的科研平臺。因此，多功能科研建筑綜合群體日益受到科研工作者的青睞，在促進學科高速發展和培養學術型人才的滲透力具有持久的示范輻射效益［8，12］。

1.2 海外人才緩沖基地

“雙一流”背景下［1，4］，研究型高校針對學科發展缺乏核心競爭力、科研工作缺乏長期目標、科技資源共享率低等問題，要打造“學科特色”戰略，重視基礎研究、鼓勵學科交叉融合，集中有限資源在有條件的領域形成重點突破；針對科研力量分散、科研項目缺乏有效整合、科研成果轉化率低等現象，制定“人才強?！闭?，匯聚一批帥才將才、培養大批具有創新潛質的中青年帶頭人，發揚組織優勢實現“大師加團隊”的創新合力；針對科研平臺綜合性和國際化程度低、實驗設施欠缺集成和交叉功能等劣勢，要構建“自主創新”實體，提供資源保障配置、制定激勵約束機制，使大學科研水平能夠沖擊世界前沿并保持強大后勁。

學?！昂Ｍ馊瞬啪彌_基地”作為高端引進人才的緩沖帶和孵化器，圍繞“柔性電子”特色學科，架構劃分有機光電、納米光電、生物電子、先進能源等方向；以中國科學院院士黃維教授為學科帶頭人，以活躍于國際學術最前沿的青年學者為學術骨干，匯集了世界一流大學的百余位杰出學者；目前承擔百余項省部級以上科研課題，獲得10余次省部級以上科學技術獎勵，擁有10余個省級以上或國際聯合科研平臺；近年來在基礎研究的熱點領域取得許多核心的原始創新成果，發表在國際頂級學術期刊，成為海內外認可度高、學術影響力大的業界品牌?！昂Ｍ馊瞬啪彌_基地”是一方初顯成績的改革試驗田，為進一步釋放其創新活力，如何量身定做現代化科研實驗綜合體是一項重要課題。

1.3 科研建筑綜合體規劃

對于高校而言，如何發揮制度優勢、做好統籌規劃，建設中國特色的科研實驗綜合體值得探討?？茖W規劃，理念先行。理念不僅是口號，關鍵是思路引領，要立足國家和學校的發展需要、科研工作的發展規律和階段特征，充分進行頂層規劃［9，12-13］。學校組織各領域專家參與宏觀研討，安排設計小組調研國內外先進平臺建設情況，項目既要體現學科優勢、鼓勵交叉融合，又要落地功能定位、兼顧投資效益。作為項目實施單位，應認真貫徹國家政策，將項目定位為開放共享、靈活高效、舒適安全的模式，積極創新解決方案；同時，應從項目龍頭——設計環節抓起，綜合考慮項目質量、實施秩序、費用水平和工程水準，切實做好過程管理。

該科研實驗綜合體規劃配備科研實驗、會議研討、綜合辦公及保障設施等用房，設有3臺客梯和獨立貨梯（兼消防電梯）出入口，人貨分流處理，每層獨立計量水、電、氣等能耗。其中3層樓為共享平臺，分別用于測試表征、器件制備和精密分析，提高學校大項目研究能力和設備利用率；另外4層樓為文化沙龍，分別用于科技展示、學術報告、國際合作和教工之家，增強學校實驗室文化建設和團隊凝聚力；其余科研綜合樓層，分屬各研究所實驗、辦公使用，將各課題組的需求抽象為統一的通用平面。項目大量使用高效空間，應用密集共享、潔凈技術、工藝柱網、靈活組合、立體空間、透明隔斷等設計亮點，全方位提供實驗、研討、辦公、休息等功能。各空間相對獨立又相互聯系，研發單元集中配置設施、為學科交叉和平臺重組提供彈性預留，辦公單元開放布置環境、為私人交流和文化融合靈活適應，總平面布局和空間設計有一定難度。

2 加強平臺設計的過程管理

2.1 設計管理的必要性

（1）全面清晰地權衡項目的約束條件。項目規劃用地位于市中心，周邊圍繞主干道、醫院、住宅、校園等，科研平臺對空氣環境、噪聲振動的要求和影響受到立項審批、地形環境、設計需求等因素限制［14-16］。根據經驗，隨著調研和設計的深入，科研實驗條件方案調整是普遍性現象，難免引起項目用地范圍、人防空間布置、環評標準規定等方案同步變化。設計管理兼顧性能實現和審批限制，針對科研實驗綜合體功能分區思慮周詳，盡力避免變更設計方案與政府批準出現矛盾。

（2）準確完善地控制項目的投資成本。該項目核心和難點主要體現在特殊環境建設方面，包括空間造型、玻璃幕墻、景觀綠化等建筑需求，溫濕度、凈化、隔震、電磁屏蔽等工藝需求。這類特殊設計不僅決定了項目的前瞻性、精密性和實用性，也決定了項目的大部分費用［13-17］。通過可行性研究和初步設計，科學確定總投資額度，合理分配投資比例和級別，形成建筑、結構、暖通、水電、裝飾等專業的分級限額。設計條件的變更影響建筑高度、樓面承重、用電負荷等方案時，優先微調底層各項支出再修改上級設計，設計管理以此控制總投資波動。

（3）積極有效地協同項目的專業集成。該項目不僅包括工程建設的常規專項，還涉及集中供氣、純水、冷卻水、熱泵排廢、恒溫恒濕、潔凈空間等專業，是一項兼顧建筑布局和工藝要求的復雜工程［18-19］。項目設計應認真梳理和高效集成各系統，疏落某些專業設計易造成漏項、沖突或總體進度滯后，綜合性、多功能型科研實驗綜合體的集成設計難度又遠高于普通建筑。故盡早組織開展專業設計，充分考慮工藝流程和空間利用，同步推進各專業；并定期集合各專業匯總圖紙，重點匹配工藝布局，及時協調管線沖突等。

（4）嚴謹有序地保障項目的工程質量。該項目設計質量的體現［15，20］，①遵守國家和行業相關的法律法規及規范要求，②保質保量地實現用戶所需的功能。科研實驗綜合體出現設計缺陷的風險大，在實施中一旦擴大后不可逆，給使用和管理單位造成很大困擾［14，19］。系統性項目進行設計管理，及時發現并糾正錯誤最方便節約，極大地提高了項目質量。統籌安排技術性較強的圖紙審查工作，確保建設圖紙遵守相關法律規范并滿足各項規劃指標，設計方案實現特殊工藝流程、方便動力設施維護，主體與細節設計、各項專業設計之間無縫銜接、界面清晰等。

2.2 設計規劃實施措施

（1）平衡各項設計原則。設計原則作為綱領性文件須早明確，通盤考慮科研需求、投資效益、管理運行等因素，根據頂層規劃要點［13，15，17，21］。功能實現是基本原則，分析需求進而選擇針對性實現方案；安全可靠是根本原則，保證建筑環境、工藝流程、人流物流的設計質量；經濟環保是核心原則，發掘高效空間，采用節能技術和材料，集約化處理“三廢”；高效智能是關鍵原則，設計符合校園文化和現代集成理念，提升工作效率和設計內涵；維護實用是保障原則，避免重建設輕維護的設計模式，關注操作人性化和管理可行性；預留發展是條件原則，由于科研未知性和建筑不定性，系統設計為功能改造、設備更新和未來發展留有余地。

（2）建立新型管理團隊。高?；ú块T對學校理念、建筑標準、設計風險等問題有深刻的認識和豐富的經驗，通常獨立作為項目牽頭代表?？蒲袑嶒灳C合體不僅運用到建筑工程學、管理學知識，還涉及光電子學、物理化學、生物醫學、空氣動力學等專業領域，由基建部門單打獨斗的傳統模式難免影響設計效果或者不匹配學科發展［14，22］。基建部門協同使用部門、管理部門建立“聯合甲方”的組織模式，吸納具有實踐經驗的教師共同推進項目，既保留建設管理優勢、又發揮專業技術力量。項目實施全面的設計管理制度，高校3個職能單位之間取長補短提出明確需求，密切配合完成工藝設計，互為依托提高建設方案的精準度和實用性。

（3）工藝主導分項設計。綜合性設計院通常由建筑聯合結構、給排水、電氣、暖通等專業負責主體工程，在樓宇設計項目中獨當一面?？蒲袑嶒灳C合體關于溫濕度、潔凈度、振動、屏蔽等關鍵設計具有專業化和特殊性，僅依靠建筑設計院牽頭的傳統模式難免造成空間浪費或者不匹配工藝條件［15-17］。綜合性設計院協同工藝設計、專業咨詢公司建立“聯合乙方”的組織模式，引入具有專業資質的單位或個人參與聯合設計，融合新標準、新工藝、新思路。項目實施工藝主導和分項設計工作模式，針對工藝流程形成空間布置方案，再牽動其他專業進行對接，重點統籌各分項之間界面，從而保證子系統各司其職、整體系統穩定運行。

（4）階段調研深化設計。為了引導反饋結果提供數據支撐，調研應明確目標和形式，有針對性地設計以選擇題為主的簡明問卷［13，17］。除了平面布置、層高承重、水電點位等一般功能調研，更應重點關注特殊實驗條件：空氣潔凈和溫濕度、樓板減震和墻體屏蔽、通風排廢和防火防化防輻射等。深入可行的方案建立在全面有效的調研之上，復雜的調研過程應分階段逐步開展，分析設計工作圍繞階段性調研結果穩步推進。可行性設計階段調研學科發展、工藝標準等，形成建筑規劃、投資估算等定位；初步設計階段調研配套設施、工藝流程等，形成樓層布局、功能分區等藍圖；分項設計階段調研承重、采光、通風、水電等，形成建筑施工、工藝集成等專項；內裝設計階段調研材料家具、智能弱電等，形成精裝布置、終端點位等方案。

3 凝練平臺建設的解決方案

3.1 潔凈共享平臺

構建知識創新平臺，推進科技創新基地和條件平臺的開放共享已經上升為國家政策［1-2，4，11］。高?；A研究力量雄厚，在區域科技創新方面有整合、帶動與輻射效應。積極聯合社會力量，創新科研組織模式，在新興交叉領域重點建設一批科技服務共享平臺，配套專業的設施應用團隊，打造服務國家決策的新型高校智庫，增強對經濟社會發展的驅動力。

該科研實驗綜合體規劃有3層“柔性電子”密集共享區域，涵蓋科研基礎設施、大型儀器設備、自然科技資源共享、成果轉化公共服務等，科研資源統一納入國家網絡管理平臺進行統籌，向全社會開放和提供服務，實現科研配套、管理服務、監督評價的全鏈條有機銜接，促進設施利用效率，并推動解決重復建設等問題。測試表征平臺提供通用貴重儀器的測樣分析服務，旨在提高有效服務機時、服務質量和成果產出；器件制備平臺提供大型專用儀器的專業培訓服務，鼓勵以廠家配件為基礎自主搭建系統、開發先進功能；精密制備分析平臺提供千級嵌套百級的潔凈空間，重點組織高水平設施應用、做出高質量科研貢獻，考慮運維成本可切換為萬級嵌套千級潔凈度運行。

潔凈室的實現［22-25］作為項目的重難點，要求各種技術設施的綜合協調效果，必須對其解決方案實施嚴格的過程管理。“聯合甲方”共同對空氣質量、空間布置、工藝條件等評價指標進行調研分析，綜合施工、調試和維護的必要條件確定設計指標；“聯合乙方”著重解決組合式凈化空調的功能段、各級空氣凈化裝置、潔凈分區與技術夾層的圍護結構、工藝柱網與動力泵室的管線布置等設計，確保方案合理、審批合格。

3.2 工藝集成設計

高校作為國家知識創新的主力軍，應整合科研力量、規劃長期目標，建設有力支持交叉、新興學科發展的平臺，致力于在基礎研究領域形成原創性、影響長遠的成果，增強我國科技的核心競爭力［1，3，8］。據統計［9］，每年全球有超過1／3的現代化實驗室重組，相對穩定的平臺設施能否快速適應持續發展的學科要求，取決于建設效果是否融合共享、靈活通用。

科研實驗綜合體運用開放的平面結構設計、模塊化工藝條件配套，每個標準單元兼具規模性和可變性，既能獨立運行又可形成關聯；地下室和屋頂面等功能區域集中布置技術設備，為實驗單元提供動力服務。各標準單元預設工藝管網，輔助實驗區被安排在一側而非中心位置；未來深化可采用柜體與擋板等柔性隔斷，將相近單元進行組合或分離，可適應多種布局的靈活重組，從而增加空間使用效益、減少改造投資。根據各組調研反饋的工藝流程，解決方案中充分提取其普遍性，考慮科研彈性空間的同時，又兼顧施工難度和風險，將平面布局統一為“微納加工”和“理化分析”兩類。實驗區為8．4 m開放式柱網單元，西北角單獨隔斷一間以滿足溫濕度、照明等特殊需求，南北兩側設泵室、氣柜等動力保障灰區。

工藝集成的柱網作為建設核心，涉及空調動力、供電插座、給排水點、集中供氣、熱泵排氣、網絡監測等專業管線，全面落實過程管理以避免交叉碰撞和安全隱患。柱網單元不設吊頂，采用綜合支吊架、頂面涂灰等裝配方式，防止故障隱患在密閉空間積存；盡量統一各樓層對應的模塊化機電點位，終端采用快插接口預留在功能柱、實驗臺或支吊架上；利用三維系統布線，選擇優質管線材質，配備應急檢修管道，保證機電系統的工整可靠、實用方便。

3.3 高效空間配合

營造濃厚的學術氛圍、國際化科研環境和寬松的創新文化，吸引國內外最具才華的科研人員，大力激發他們的想象力和創新力，助推中國高等教育的國際話語權，樹立一流大學的品牌形象［4，9］。科技創新平臺的物質環境是團隊文化的外在標志，管理準則和價值觀的有效載體，促進人際關系的基石，要呈現強大的公共、開放和完整性，突出融合且獨立的科研文化［10，26］。

科研實驗綜合體設計大量開放式互動空間，為科學家、研究生以及技術人員提供隨時進行研討或非正式交流的場所，有利于迸發新的靈感和研究思路，擴大科研工作效益，拉近團隊成員關系?，F代化科研實驗活動需要多功能空間的配合，包括辦公室、學術報告廳、自由討論區、綜合會議室、科技展廳、公共活動區、圖書文獻室、休閑茶吧等，一系列文化沙龍的設立擴大了空間影響力，構成了科研文化的重要組成部分。①

科技創新平臺普遍設計可移動家具，滿足研討、展示等靈活多變的需求；②公共活動場所可以布置得具有溫馨的大家庭氣氛，由照片、獎勵、紀念品等實物勾勒出一幅創新團隊的精神面貌。

空間的深度發掘作為設計亮點，通過有效過程管理體現在解決方案的諸多方面。從上而下布設工藝管道、檢修區間、存儲柜和移動式科研桌臺，靈活利用立體空間，創造高效舒適的科研環境；采用移動幕墻疊落多功能房間，便于隨時調整布局使之適應項目討論、學生自習及小型講座等應用；選擇透明玻璃與活絡板材的半開放隔斷，提供充沛的陽光照射和更多的視覺交流，實現豐富的科技展示和交互的工作體驗。

4 結 語

可持續發展的綜合性、通用型、專業化科研平臺，是高校集中資源、提高科研水平的強大保障。針對“雙一流”建設和大學軟硬件設施現狀，明確開放共享、靈活高效、舒適安全等設計理念；發揮統籌的制度優勢，采取有力的集成模式，建設投資受控、合法合標的現代化科研實驗綜合體，關鍵在于循序漸進地做好過程管理。結合具體案例的實現，落實設計理念、加強過程管理，創新高校科研實驗綜合體的解決方案。其平臺規劃和建設全過程值得借鑒，平臺運行機制和建設成效還將隨著管理實踐的不斷深入而豐富發展。