城市高密度環境下的科研建筑設計實踐
——以張江科學城科研項目設計為例

林春旺

上海建筑設計研究院有限公司 上海 200041

1 概述

加快向具有全球影響力的科技創新中心進軍，是習近平總書記對上海城市發展的新定位、新要求。上海作為中國技術創新高度的代表城市，將以國際視野、全球標準深入實施創新驅動發展戰略，建設科學特征明顯、科技要素集聚、充滿環境人文生態和創新活力的世界一流科學城市，打造出一片像張江科學城這樣的世界級大科學設施群，建設綜合性國家科學中心。我院作為“上海設計”的代表，參與建設了上海光源工程、上海硬X射線項目、上海飛機設計研究院科技創新樓以及上海檢測中心二期項目等一系列上海重點科研領域的項目建設，見證了城市高度發展帶來的變革機遇，引領著建筑領域設計質量的提升。

2 中心城市高密度環境背景

城市的不斷發展與進步，帶來城市人口的不斷增加，也導致了建筑的密集度也在不斷增加。中心城市全方位優勢吸引著越來越多的高端科研人才聚集，以張江科學城為例，園區內聚集了復旦大學、交通大學、浙江大學等知名高校和國際知名企業的一系列科研園區。園區內建筑密度大，建筑空間立體化日趨明顯。如何在空間有限的場地里，建設集約化同時保證建筑使用功能及員工辦公生活環境不受影響，最大限度的提高可利用的土地資源，是業主和設計方共同解決的問題。筆者結合張江科學城內兩個上海市重點項目:上海市檢測中心二期項目和張江復旦國際創新中心微納電子與量子科技融合創新大樓項目（下面簡稱“張江復旦項目”），闡述城市高密度環境下的科研建筑設計實踐。

3 機遇與挑戰

相對于大園區式的分散布局，因地制宜，集約化建設一座滿足尖端科學實驗、研究等多種功能復雜、環境優美的現代化科研樓，提高土地利用率，是一種必然的選擇。但是科研建筑不同于一般的商業辦公建筑、不是簡單的功能堆砌，在設計過程中面臨著各種挑戰，需要解決一系列難點。

多個重要實驗室同時在一棟建筑內，空間要求大不相同。在一棟建筑合理的放下多個不同空間要求的實驗室，并理順內在功能關系，是項目設計的關鍵因素。以檢測中心項目為例，有超25m高的星空實驗室、35m長20m寬15m高的大型屏蔽室，和50m高水塔的水流量實驗室等一系列各種規格需求的實驗室，需要通過合理分區組合，才能達到最優設計滿足業主需求。

各個實驗室實驗環境要求很高，存在互相干擾。一些有微振動設計要求的實驗室對實驗環境要求非常高，一些有沖擊振動的實驗室又會給整棟建筑帶來干擾，需要通過合理設計，解決互相干擾問題。

頂級科研實驗室相對普通實驗室工藝要求特別復雜，且設計無成熟案例可參考。與常規的民用建筑不同，每個建筑都面臨新的問題，需要專項研究解決。以復旦張江項目為例，以往大型微納電子凈化實驗室工藝復雜，常規都是獨立建設，較少像本項目一樣建于民用建筑內，除了滿足工藝使用需求以外，還得同時滿足民用建筑一系列規范要求。具體來說，實驗室工藝對結構微振動設計及均勻送風要求嚴格，首層樓板必須采用1m厚華夫板(均布等距穿孔樓板)設計，導致一層和地下一層兩個樓層貫通，設計按照3000㎡設置一個防火分區，地下一層也獨立設置直通室外地面出口，滿足消防要求。

科研設備更新速度快，設計需要解決空間定制化和彈性化需求。尖端科技變化日新月異，在整個項目建設周期中，還存在科研設備還未安裝其產品就已經迭代的情況，因此，我們在設計中除了根據實驗空間進行定制化設計以外,還需要考慮空間的彈性需求，適當預留，對實驗設備定型保持跟蹤。

4 科研建筑設計理念

設計科研建筑，必須要有“全生命生長周期”的設計理念。這里面包含著合理的功能流線組織，能提供良好的環境設施，并能支持科研實驗的生長性，還能著重考慮建筑綠色設計，創造優美的內部環境，充分體現“以人為本”理念。為科研工作人員創造便捷高效舒適的工作環境，能激發其自身創造力，獲取優秀的實驗成果，達到設計的本意。

5 合理的功能流線設計

科研建筑按照使用功能劃分，主要有實驗室區域以及配套用房、辦公、會議、展廳以及休息交流區等空間。為適應各類不同實驗功能的特殊需求，我們需要在空間組織、流線設計、光線運用、空間高度預留、結構荷載、機電設計等方面，進行合理而具有前瞻性的考慮和設計，滿足特殊研究需求。

5.1 建筑復雜空間功能組織

根據實驗室不同的需求合理安排各項功能設施。設置標準大柱網，空間可靈活分隔，具備功能調整可能；按照不同實驗屬性分區設置，減少互相干擾；每個實驗單元配置獨立調控的機電系統；在交通、衛生間等方面展開標準化設計，展現建筑整體性。

5.2 結構注重減、隔振設計

對環境微振動的要求高的實驗室，采用以隔振為主、減振為輔的設計思路。實驗室結構與主體結構脫開，成為獨立單體。單獨設計樁基與底板、圍護等，隔離振動傳播路徑作用，地下室底板、頂板及連續墻均加厚設計。對微振動要求較高的設備采用減振與消振基礎的精細化設計（含基礎質量體系設計、減隔振支座形式的確定、減隔振參數的設計、土建施工圖深化、二次裝修減隔振設計等）。

對會產生明顯的沖擊振動或持續性周期振動的實驗室設備，對其進行專門的減隔振設計。該區域的底板加厚，動力設備下基礎加樁，增加樁長或樁數量，增大底板整體剛度和振動參與質量；對上述設備的基礎進行專門的減振深化設計（含減隔振支座設計、基礎與底板的連接構造深化設計等），減小實驗室產生的振動對周邊環境的影響。

5.3 復雜機電流線設計

機電設計是科研建筑實驗室配套保障的核心。重點實驗室需保證設備不斷電，保障恒溫恒濕實驗環境，極其嚴格。因此，在上海市檢測中心項目上，我們設置獨立能源中心，為實驗室提供專門保障，在管線通路上設置共同管溝連至科研建筑內，隨時檢修（共同管溝剖面示意圖見圖1）。在某些重點區域內，設置自動滅火系統射水器保護復雜電磁環境下產品檢測實驗室。大空間自動滅火裝置中的電磁閥需具有由紅外線探測組件自動控制，消防控制室手動強制控制并設有防誤操作設施及現場人工控制，防止勿噴，各種控制方式應能相互進行轉換。

圖1 共同管溝剖面示意圖

6 注重交流空間的設計

在保證科研辦公主要使用功能用房的同時，我們需要為科研人員設計多樣化的休憩場所，如多功能廳、咖啡廳、茶水間、研討室等，有利于不同部門、不同學科領域的研究人員進行碰撞和交流，從而誕生出更多更好的想法。落位到細節，可通過設置相對混合空間（如擴大茶水間，設置討論區甚至是健身區），成為一個相互交流、鍛煉身體和休息的場所。

7 整體高效的立面設計

在立面設計上要注重科研建筑本身的語言表達，通過建筑體量的穿插錯動、虛實對比、近地空間的細節控制，實現科學樓的靈動并富于韻律，表現科研建筑所具有的健康視覺需求。通過變截面豎向桿件設計形成疏密變化、高低錯落的立面肌理，有效的起到了遮陽作用，實現了自然光影所具有的獨特效果，豐富了科研建筑的立面形象。

8 結束語

總之，我國社會和經濟發展的指導性思想就是要建設成為資源節約型社會，我們通過合理的設計，提高了土地利用效率，提升了科研建筑的使用效果和質量，為具有人文情懷和創意特征的科學工作者提供舒適、優美的工作環境，是我們設計工作者的責任和義務，希望通過我們的努力，能為我國科研戰略和發展添磚加瓦，做出貢獻。