高校土木學(xué)科實(shí)驗(yàn)室建筑設(shè)計(jì)策略研究

蔡偉華

（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院交通與土木建筑學(xué)院 廣東·佛山 528000）

0 引言

土木工程是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的統(tǒng)稱，既指代所應(yīng)用的材料、設(shè)備和所進(jìn)行的勘探、設(shè)計(jì)、施工、保養(yǎng)、維修等技術(shù)活動(dòng)，也指代工程建設(shè)的對(duì)象。高校開(kāi)設(shè)此門學(xué)科的最終目的在于創(chuàng)造出人類生產(chǎn)生活所需的、具備良好功能以及舒適感十足的空間和通道，同時(shí)涉及物質(zhì)、精神兩個(gè)方面的需求。為了使土木學(xué)科學(xué)生在校期間能夠更好地參與實(shí)驗(yàn)研究，高校土木學(xué)科實(shí)驗(yàn)室建筑設(shè)計(jì)需進(jìn)行創(chuàng)新，幫助更多的學(xué)生良好的成長(zhǎng)。

1 高校土木學(xué)科實(shí)驗(yàn)室建筑存在的問(wèn)題簡(jiǎn)析

1.1 實(shí)驗(yàn)室建筑與教學(xué)科研建筑之間的“呼應(yīng)程度”不足

由于眾所周知的原因，我國(guó)社會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)陷入動(dòng)亂，高校科研體系受到了巨大影響。直至20世紀(jì)80年代初期，高校的“科研”職能才逐漸恢復(fù)。彼時(shí)，高?？蒲蓄I(lǐng)域處于百?gòu)U待興的狀態(tài)，為了集中有限的資源，盡快取得成果，很多高校將很多屬性相近學(xué)科的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)空間集中在同一個(gè)場(chǎng)所，多個(gè)專業(yè)共用一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)象并不罕見(jiàn)。在隨后的一段時(shí)間內(nèi)，很多大學(xué)在擴(kuò)大規(guī)模的過(guò)程中也沿用了此種模式。應(yīng)該說(shuō)，受歷史因素的影響，高校不同專業(yè)實(shí)驗(yàn)室“共用”這種組織模式在客觀關(guān)上起到了互相促進(jìn)教學(xué)、協(xié)同發(fā)展的作用。但時(shí)至今日，由于綜合國(guó)力的提升以及高校發(fā)展建設(shè)的新需要，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)建造模式已經(jīng)不再適用。以土木學(xué)科為例，實(shí)驗(yàn)室建筑與教學(xué)科研建筑之間已經(jīng)呈現(xiàn)出較為明顯的“呼應(yīng)程度不足”問(wèn)題。具體而言：第一，部分高校在擴(kuò)大規(guī)模的過(guò)程中，新舊兩個(gè)校區(qū)的選址之間相隔甚遠(yuǎn)。實(shí)際上，造成此種問(wèn)題的原因并不在于高校，更多與市政建設(shè)總體規(guī)劃有關(guān)。比如我國(guó)河南省鄭州市，新的大學(xué)城坐落于龍澤湖大學(xué)城，屬于鄭州新區(qū)，很多大學(xué)的新校區(qū)均選在此處；而老校區(qū)則分散坐落于城市的不同地區(qū)。如此一來(lái)，大學(xué)的教學(xué)科研主樓可能位于新校區(qū)，實(shí)驗(yàn)室短期內(nèi)無(wú)法全部搬到新校區(qū)，不僅不利于實(shí)驗(yàn)室教學(xué)與專業(yè)教學(xué)之間的相互促進(jìn)，不同教學(xué)專業(yè)在設(shè)備及其他教學(xué)資源共用方面均產(chǎn)生了極大的問(wèn)題。第二，一些高校在規(guī)劃新校區(qū)時(shí)，盡管將實(shí)驗(yàn)室和對(duì)應(yīng)專業(yè)的教學(xué)樓規(guī)劃在地理位置相近的區(qū)域，但并未預(yù)留足夠的空間。由此導(dǎo)致的后果是，當(dāng)該類高校的生源急劇增多時(shí)，原有的實(shí)驗(yàn)室和專業(yè)教學(xué)資源（如小體量的建筑教學(xué)空間）難以承擔(dān)繁重的教學(xué)任務(wù)，致使排課工作無(wú)法進(jìn)行，嚴(yán)重影響教學(xué)進(jìn)度。

1.2 實(shí)驗(yàn)室并未適應(yīng)土木學(xué)科發(fā)展創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)要求

1.2.1 實(shí)驗(yàn)工藝較為單一

目前，我國(guó)高校土木學(xué)科的理論研究與有關(guān)科學(xué)技術(shù)的構(gòu)建已經(jīng)趨于完善，土木工程結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)朝著更加復(fù)雜的方向而發(fā)展。高校土木科研人員若要取得新的研究成果，僅僅靠重復(fù)傳統(tǒng)的土木工程實(shí)驗(yàn)幾乎無(wú)法獲得任何新的信息，只能依靠結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。因此，高校土木學(xué)科實(shí)驗(yàn)室在設(shè)計(jì)建造師，必須圍繞“結(jié)構(gòu)試驗(yàn)”和“計(jì)算機(jī)模擬”兩項(xiàng)重要因素進(jìn)行系統(tǒng)性的考量。前者是指對(duì)某種特定的環(huán)境進(jìn)行模擬，為科研人員營(yíng)造出較為理想的土木作業(yè)環(huán)境；后者主要通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)一種解決實(shí)際問(wèn)題的理論的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。令人遺憾的是，當(dāng)前，我國(guó)高校土木學(xué)科實(shí)驗(yàn)室在技術(shù)工藝方面較為單一，無(wú)法滿足科研人員的很多需求。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)室在試驗(yàn)強(qiáng)度方面的可提升性相對(duì)較差

土木學(xué)科注重研究建筑工程。在很多情況下，開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)時(shí)不僅需要實(shí)驗(yàn)室提供充足的空間，實(shí)驗(yàn)室的其他硬性條件也需要足以承載實(shí)驗(yàn)的強(qiáng)度。具體而言，土木學(xué)科實(shí)驗(yàn)室建筑在結(jié)構(gòu)、抗震等級(jí)等方面不能以常規(guī)建筑為標(biāo)準(zhǔn)，而是應(yīng)該以特殊類型建筑為標(biāo)準(zhǔn)。比如西南交通大學(xué)土木系下屬道路與鐵道專業(yè)的某個(gè)實(shí)驗(yàn)室，在進(jìn)行強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)室建筑本身的強(qiáng)度不足，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室地面開(kāi)裂，致使實(shí)驗(yàn)被迫中止。設(shè)計(jì)人員需要吸取教訓(xùn)，在日后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)建造時(shí)，需要在強(qiáng)度本身和強(qiáng)度可提升空間方面做文章，以應(yīng)對(duì)后續(xù)的使用要求。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)室的科研空間靈活度不足

土木工程科學(xué)的發(fā)展具備一定的不可預(yù)測(cè)性，故科研空間設(shè)置方面需留有一定的靈活性。如上文所述，實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)強(qiáng)度即為其中一項(xiàng)需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。不僅如此，在設(shè)計(jì)者可預(yù)見(jiàn)的范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)室的任何設(shè)計(jì)均應(yīng)留有一定的余地，目的在于，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室在后續(xù)使用過(guò)程中需要進(jìn)行改造時(shí)，無(wú)須“傷筋動(dòng)骨”，即可以最少的工程量完成改造建設(shè)。

1.2.4 實(shí)驗(yàn)室缺乏足夠的交流活動(dòng)空間

科研工作需要?jiǎng)?wù)實(shí)、刻苦鉆研等精神，但在大多數(shù)情況下，靈感產(chǎn)生于廣泛的交流。目前，我國(guó)搞下土木學(xué)科實(shí)驗(yàn)室并未給科研人員留下足夠的交流空間，導(dǎo)致不同科研團(tuán)隊(duì)之間互相借鑒的機(jī)會(huì)較少。

1.3 實(shí)驗(yàn)室外部空間營(yíng)造與校園整體環(huán)境之間的協(xié)調(diào)性不足

近年來(lái)，我國(guó)高校加大了對(duì)土木學(xué)科實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的資金投入力度，使得很多新型實(shí)驗(yàn)室在構(gòu)造、功能等方面能夠全面滿足科研人員的需求。但在“資金”的支持下，一個(gè)新的問(wèn)題隨之產(chǎn)生——實(shí)驗(yàn)室的外形設(shè)計(jì)與外部空間營(yíng)造與高校整體環(huán)境之間存在“匹配度”不足的問(wèn)題。此外，在一些學(xué)校中，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)完畢支護(hù)，大量工程廢料隨意丟棄在實(shí)驗(yàn)室周圍，不僅影響師生的正常通行，還嚴(yán)重破壞了校園的整體美感。

2 高校土木學(xué)科實(shí)驗(yàn)室建筑設(shè)計(jì)具體策略分析

2.1 基于角色定位的土木學(xué)科實(shí)驗(yàn)室建筑設(shè)計(jì)總體布局

若要提高高校土木學(xué)科實(shí)驗(yàn)室建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員需從整體角度出發(fā)，圍繞土木學(xué)科的常規(guī)教學(xué)需要與實(shí)驗(yàn)室的功能性需求進(jìn)行布局，避免出現(xiàn)資源分配有失公允等問(wèn)題。具體而言，設(shè)計(jì)人員需明確高校土木學(xué)科教學(xué)模塊組成方式，以此為基礎(chǔ)對(duì)教學(xué)樓和實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行設(shè)計(jì)。以我國(guó)南方某知名高校土木學(xué)科為例，該校土木系本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊構(gòu)成如下：第一，工程專題實(shí)驗(yàn)，分為課內(nèi)和課外兩個(gè)部分，前者包含市政工程、管理實(shí)驗(yàn)、施工實(shí)訓(xùn)、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)四個(gè)部分；護(hù)著包含實(shí)際參與土木工程科研項(xiàng)目一個(gè)環(huán)節(jié)。第二，工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，同樣分為課內(nèi)課外兩個(gè)部分，前者分為結(jié)構(gòu)原理試驗(yàn)、土力學(xué)實(shí)驗(yàn)、水力學(xué)實(shí)驗(yàn)、工程材料實(shí)驗(yàn)四個(gè)部分，后者包含結(jié)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)一個(gè)部分。第三，基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)分為工程土力學(xué)實(shí)驗(yàn)以及各類結(jié)構(gòu)競(jìng)賽共兩大組成部分。當(dāng)設(shè)計(jì)人員明確高校土木學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊構(gòu)成方式之后，為了盡量滿足不同年級(jí)、同一學(xué)院（系）下不同專業(yè)的教學(xué)需求與實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ㄈ绫究粕形催M(jìn)入“科研”階段，只是通過(guò)模擬已經(jīng)經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)增加自身的經(jīng)驗(yàn)；而碩士、博士研究生除了基礎(chǔ)學(xué)習(xí)之外，還需根據(jù)導(dǎo)師給出的要求，進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn)，目的在于驗(yàn)證一種新的理論假說(shuō)是否具備可行性等），設(shè)計(jì)人員需要對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行“區(qū)別處理”，使不同需求者均能可通過(guò)實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)過(guò)程獲得收益。

2.2 基于實(shí)驗(yàn)工藝的單體建筑設(shè)計(jì)

2.2.1 工藝需求

高校土木學(xué)科的日常研究主要圍繞科學(xué)研究性實(shí)驗(yàn)而展開(kāi)，如上文所述，碩士、博士研究生的日常工作即為在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)驗(yàn)證多種架設(shè)是否正確。為了防止實(shí)驗(yàn)室建筑本身的原因?qū)е聦?shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)偏差，土木學(xué)科的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)需要參照特殊工藝。首先，土木學(xué)科實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備體積很大、荷載較重，進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室的過(guò)程完全無(wú)法依靠人力搬運(yùn)，需借助起吊設(shè)備。因此，實(shí)驗(yàn)室的空間必須得到保證，實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)的整體承載力必須足夠。其次，在最大化利用有限資金的情況下，土木實(shí)驗(yàn)室大廳必須同時(shí)具備跨度大、凈空高等特點(diǎn)?？傊?，寬敞、交通方便、承載力強(qiáng)是土木專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的基本設(shè)計(jì)工藝。

2.2.2 平面空間組合與試驗(yàn)大廳

土木學(xué)科實(shí)驗(yàn)室除了需要滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研方面的需求之外，還需在平面空間最優(yōu)組合與試驗(yàn)大廳兩個(gè)方面加以重視。平面空間組合。一棟完整的土木學(xué)科實(shí)驗(yàn)室建筑的平面空間功能分布圖應(yīng)該滿足如下標(biāo)準(zhǔn)：首先，實(shí)驗(yàn)樓一側(cè)的核心區(qū)域用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研，四周應(yīng)環(huán)繞實(shí)驗(yàn)教學(xué)樓入口、報(bào)告廳、管理中心、資料檔案庫(kù)、行政后勤管理部門、會(huì)議廳等；其次，實(shí)驗(yàn)樓另一側(cè)應(yīng)包含主次實(shí)驗(yàn)大廳，主要用于開(kāi)展結(jié)構(gòu)試驗(yàn)、環(huán)境模擬、試件處理等實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，周圍應(yīng)環(huán)繞數(shù)據(jù)采集中心、輔助設(shè)備室、試件儲(chǔ)存材料預(yù)制中心和廢渣廢氣廢物臨時(shí)存放區(qū)。最后，實(shí)驗(yàn)樓內(nèi)還應(yīng)按照相應(yīng)的安全標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置滅火系統(tǒng)、逃生通道等，以便在意外情況發(fā)生時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員能夠迅速且安全撤離。

2.3 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外空間環(huán)境營(yíng)造思路

重慶大學(xué)建筑學(xué)碩士研究員廖浩翔認(rèn)為，構(gòu)成土木學(xué)科“完整實(shí)驗(yàn)室”的要素除了實(shí)驗(yàn)樓本身之外，還應(yīng)包含建筑外部的臨近空間。盡管該空間并未處于試驗(yàn)活動(dòng)的第一線，但教學(xué)功能卻在一定程度上得到了外延，故該空間可被視為試驗(yàn)教學(xué)的“第二空間”。綜合而言，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外空間環(huán)境的營(yíng)造思路應(yīng)集中在：視野開(kāi)闊、光照充足、交通便捷。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮天氣變化可能對(duì)試驗(yàn)造成的影響。有效的解決方式為，在該段空間搭建頂棚，構(gòu)成半封閉空間，可有效緩解全開(kāi)放形式下的問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

綜合而言，高校土木學(xué)科實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)建設(shè)既是一個(gè)建筑問(wèn)題，又是一個(gè)文化問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員需要考慮土木學(xué)科常規(guī)教學(xué)與科研教學(xué)的實(shí)際需求，圍繞多個(gè)環(huán)節(jié)詳細(xì)考量，從而設(shè)計(jì)出滿足多方需求的優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)室。