靈活與有序：土木工程實驗室空間與色彩設計創新

丁愛俠

關鍵詞：靈活與有序 土木工程實驗室 空間設計 色彩設計 創新

中圖分類號：TU244.5 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2022）07-0046-03

引言

整體化、密集化已經成為現代科學研究的新趨勢，實驗空間的靈活組合與和諧有序是實驗室設計的核心問題。土木工程實驗室一般包括建筑結構實驗室、建材實驗室、土工實驗室、材料力學實驗室、流體力學實驗室等實驗分室，主要功能是讓學生了解土木工程基礎實驗知識和技能，培養學生創新能力、實踐動手能力，綜合分析解決工程實踐問題的能力以及科研探索能力。土木工程實驗室建筑空間大、設備體積大、實驗材料多，學科特色和行業特色鮮明，[1]土木工程實驗室空間區劃和色彩設計非常重要，設計合理、功能齊全、充滿美感的實驗室會讓實驗人員操作更加方便舒適，教學科研熱情更加高漲。不同實驗空間的自由組合和有序設計是現代實驗室空間和色彩設計的創新思路，力求為科研人員創造高質量的空間環境。[2]

一、僵化單調的傳統土木工程實驗室設計

土木工程實驗室是高校土木工程學科的重要支撐。近年來土木工程學科發展日新月異，一些傳統土木工程實驗室設計已經不能完全滿足新時期教學科研需求。特別是一些早期建設的實驗室功用配置設計單一，無法統籌各種材料和技術，降低了實驗室的調和能力，限制了實驗室學科特色發展主動性。[3] 主要表現在實驗室功能空間設計僵化和色彩設計單調兩個方面。

當前土木工程研究正向大型化、體系化和復雜化目標發展，大部分實驗需要使用多個不同的實驗室單元。例如結構實驗需要模擬各種各樣的復雜環境，包括地震、爆炸、風場、水災、火災等，很多傳統土木工程驗室雖然建筑空間很大，但由于傳統土木工程實驗室功能空間設計僵化，既沒有規劃出相對獨立的空間，也缺少空間靈活組合的設計手段，導致實驗空間嚴重不足，模擬環境能力非常有限。所以既無法進行大型試件實驗，只能縮小尺寸進行試驗，也無法開展環境模擬實驗，只能進行動力靜力實驗。更加困難的是很多土木工程實驗室在設計建造之初由于各種原因沒有留下足夠的改造空間，而且實驗室基本上一直在超負荷運行，很難進行升級改造，完全達不到現代實驗室安全、開放、高效、舒適的設計目標。

此外，建筑和環境是一個有機的整體，大學建筑群講究建筑與大自然的和諧統一，以及特定建筑與整個建筑群的和諧統一。國內很多傳統土木工程實驗室色彩設計理念停留在多年以前，整體建筑色彩設計風格接近于工業建筑，實驗室色彩設計僅僅包括粉刷墻壁、鋪設地板、油漆試驗臺等。色彩設計方面沒有考慮實驗室主體性、整體性、協調性、舒適性、調節性和學科個性化等需求，多以灰、白、黑色冷色調為主。因此，土木工程實驗室與大學校園內其他樓宇人文氣息濃郁的樓群格格不入，顯得異常突兀。例如，高校教學樓、圖書館、辦公樓以及其他實驗室風格和色彩都比較和諧一致，或古樸典雅，或樸實莊重，或渾然天成，或空靈現代，唯獨土木工程實驗室建筑不僅顏色灰頭灰腦，外觀方方正正，看起來就像廠房，破壞了大學校園整體建筑風格的和諧統一。而且實驗室室內壓抑、單調的色彩也容易影響到實驗人員的心情和對實驗的投入程度。

二、靈活與有序：現代土木工程工程實驗室空間設計

現代實驗室空間的設計既要保證實驗空間和資源的合理規劃，確保實驗室達到最高利用率，提供最大產出。[4] 又要最大可能地呈現實驗室的有序性、開放性、靈活性和想象力，為實驗室未來的發展留下余地，最大可能地降低實驗室改造成本。近年來，隨著高校各學科的不斷融合，土木工程實驗室的教學科研任務越來越重，實驗人員和儀器設備數量不斷增加，對于實驗空間的要求越來越高。所以，土木工程實驗室空間設計需要對有序性和靈活性進行認真、科學的權衡，針對不同的實驗空間與功能需求采取恰當的設計布局。

（一）靈活組合的實驗室內部空間設計

實驗人員在實驗室中的活動一般可以分為教學科研、學術交流和休閑放松三種。相應地，實驗室空間一般分為教學科研、學術交流和休閑放松空間等三個相對獨立的空間。因為土木工程實驗室大型設備和大型試件比較多，危險比較大，同時土木工程實驗噪音、粉塵等污染比較嚴重。再加上土木工程實驗過程復雜，需要多個實驗單元的設備、空間與技術，空間的靈活劃分與自由組合尤為必要。現代土木工程實驗室不同功能區域分隔的方式一般有兩種，一是在實驗室中用各種材料圍合成封閉或半封閉空間。優點是距離儀器設備近，節省時間，缺點是有些實驗室噪音、粉塵、有害物質等影響較大。二是在實驗單元空間之外另辟獨立空間，土木工程實驗室層高較高，通常會設計各種隔層作為學術交流和休閑放松的空間。這種設計的優點是空間封閉性好，便于安靜思考，缺點是需要借助樓梯才能到達，不同功能區域間往返需要時間，同時樓梯的建造還會降低實驗大廳的操作空間，影響土木工程實驗室的整體美觀。實驗室內部空間界面材質、LOGO、色彩以及相關櫥柜、展板等的選擇可以根據實驗室建筑特點和實驗需求進行個性化設計和組合。需要特別指出的是現代實驗室中利用LOGO來強化實驗室空間特色以及提高空間識別度的設計越來越重要，因為LOGO中融匯了實驗室的科學精神和文化內涵，通過色彩繽紛的圖形符號向特定人群傳遞一種語言文字無法代替的視覺信息和精神享受。[5]

1.自由組合的教學科研空間設計

教學科研空間是土木工程實驗室的核心部分。實驗人員在實驗空間內進行實驗準備、查找資料、教學演示、實驗操作、數據采集整理、實驗報告和論文撰寫等活動，實驗人員精神需要高度集中，所以實驗空間需要相對封閉獨立。但是空間開放和資源共享是現代實驗室教學科研的基本要求，空間設計的突出特色就是自由組合。通過開放式的空間布局和軟硬件設備共享，有效增加教學科研人員的交流機會。[6]因此，采用模塊化設計，廣泛應用隔斷模塊、家具模塊和服務模塊（功能墻、功能柱子、功能吊架等），合理使用反力墻和片墻對特定實驗區域進行圍合。如圖1所示。不同的、連續的模塊功能空間根據教學科研需要可以進行自由組合，形成通用的實驗區域，即各個功能區域單元門直接相通，減少墻壁和材料界面，降低了建設成本，促進空間共享，還可以為實驗室空間優化提供可能。土木工程實驗室教學科研區地面通常為混凝土整澆地面或預制拼裝地面，拼裝地面的優點是方便拆移，可以滿足試驗項目和試驗設備的不斷更新，但成本相對較高。

2.簡約有序的學術交流空間設計

現代土木實驗室空間設計已經慢慢向社會化建筑空間轉移，學術交流空間越來越重要。實驗人員在教學科研活動中經常需要交流探討，實驗室還會頻繁接待來此參觀訪問的國內外高校和科研機構專家學者，這就需要學術交流空間相對獨立安靜，具備小型會議空間功能。土木工程實驗室學術交流空間形式多樣，除了小型會議空間外，還可以有個性化閱讀空間、中庭展示空間、廊道散步空間、迷你講演空間等。土木工程實驗室學術交流空間的設計講究因地制宜，見縫插針，保持簡約有序的風格。高校實驗室中庭學術交流空間往往是實驗室學術交流空間設計最具特色的部分，需要盡可能展示特定大學的學術聲譽、特定實驗室的學科特色以及特定城市的人文精神。

土木工程實驗室因為建筑空間大、建筑層高大，不同于普通住宅，空間設計中能夠發揮想象的余地比較大，所以，秉承簡約有序的設計理念尤其困難，需要在設計細節中考慮周詳，突出實驗室的科學成就與學科特色。例如在土木工程實驗室的走廊、門廳等傳統實驗室設計中容易被遺忘的空間設計花點心思，充分利用地面材料、科研產品、建筑小品、盆景綠化、個性化桌椅等根據學科和實驗室教學科研特點設計成風格不同，充滿科學精神的空間環境，既可以滿足實驗人員科研交流、短暫放松的需要，又可以吸引到此參觀訪問的專家學者在此逗留，展示高校和實驗室與眾不同的科學文化和建筑特色。例如，有的實驗室把實驗建筑的不同樓層或不同功能區域連接的廊道設計成連綿不斷的達爾文“思維路徑”，非常有特色，走在上面思維頓時活躍起來。

3.輕松陽光的休閑放松空間設計

溫馨愉悅的休閑放松空間也是土木工程實驗室中非常有必要的設計。雖然大部分土木工程實驗用房都很緊張，但在實驗室中設計休閑放松空間并不是擠占教學科研空間、降低實驗效率的行為，而是通過滿足人的情感需求來激發工作熱情。輕松陽光的“主題式”休閑空間是設計首選。實驗室內一些不起眼的建筑死角，日常用來堆放一些長時間不用的雜物，稍微花點心思改造一下就可以作為休憩的空間，可以讀書、喝茶、聊天，也可以閉目養神。不同的小空間可以設計成不同的主題。個性化書桌、椅子、沙發、坐墊，不同風格的燈具，幾盆綠色植物，就可以簡單創造出溫馨舒適的休閑放松空間。光是空間與色彩設計的靈魂，光照不僅是人對于空間、色彩感知的生理需要，而且可以美化環境，營造各種各樣的空間意境和社交氛圍。實驗室休閑放松空間設計中的光環境設計一般包括自然光和人工照明。陽光在休閑空間設計中應該得到重視，因為土木工程實驗室墻體高大，巨大的玻璃外墻可以讓陽光充滿每個角落，營造出溫暖愉悅的氛圍。相對于陽光，人工照明在空間設計中應用得更加廣泛，留給設計者創造的空間也最大，不同的位置、不同角度，不同顏色、不同造型的燈具都可以創造出不同的視覺空間效應，需要根據休閑空間的環境和情感需求進行設計。

（二）整潔有序的實驗室延伸空間設計

因為土木工程實驗室各種預制件、試件、實驗廢料等體積和重量都比較大，所以土木工程實驗室外部空間通常需要一定的延伸，作為預制空間、足尺試驗空間、展示空間、物料堆放空間等。[7]土木工程實驗室延伸空間設計的重要原則是和諧有序，保持與實驗室主建筑以及大學整體建筑風格的和諧統一。土木工程實驗室延伸空間的面積和形狀與實驗室建筑外觀和教學科研任務有關，比較常見的有長方形或正方形，也有少量的圓形、多邊形和其他不規則形狀。土木工程實驗室室外空延伸間設計有露天型和半封閉型兩種，如圖2為半封閉型。為了師生安全考慮，室外空間設計一般要避開校內交通主干道、教學樓、圖書館、運動場、宿舍等人群聚集的地方，而且要盡可能減少噪音、揚塵等環境污染，還需要在周圍設計隔音、防塵設置。籬欄綠化是實驗室室外延伸空間設計中比較常見的選擇，有點是造價低廉、美觀使用、易于養護，特別是防護灰塵、降低噪音的效果比較明顯，同時還可以起到界定實驗空間的效果。籬欄綠化的植物選擇也很重要，合理選擇、搭配一些多年生、四季常綠、花期較長的攀爬植物和花卉既可以減少污染、美化環境，又可以與學校整個生態景觀形成一致。

三、安全與和諧：現代土木工程實驗室色彩設計

土木工程實驗室色彩設計是在保證實驗室教學科研功能性前提下進行的藝術創造，既可以滿足實驗人員的精神需求，也有助于實驗室功能的最大化發揮。當前，社會進入視覺時代，視覺元素中色彩尤其重要。因為色彩在客觀上是對人們的刺激和象征，在主觀上又是一種反應和行為。色彩對每個人帶來不同的心理反應，人類對色彩也表現出千差萬別的情感。[8]實驗室色彩設計應該主要考慮實驗室安全有序和學科特色，包括與校園整體建筑色彩的和諧統一，突出實驗室安全警示功能，提高實驗室的使用效率和舒適程度等。

（一）安全沉穩的內部色彩設計

首先，土木工程實驗室內部色彩設計需要滿足實驗室安全管理要求。一些安全操作安全系數要求高的大型設備及其安裝、操作空間的色彩設計需要重點突出設備色彩，但也不能與其他設備有太大的色差。如吊車選用黃色的警示色，建筑鋼構架就可以利用黑色、紅色、紫色等暖色來緩解實驗人員因為色差帶來的視覺沖擊。實驗室地面色彩設計除了美化實驗室空間環境之外，更重要的功能是劃分空間和安全警示作用，根據不同實驗單元特點選擇褐色、黃色、紅色等顏色。其次，土木工程學科厚重沉穩，土木工程實驗室設計需要體現大氣、安全、厚重、嚴謹的學科特色，實驗室室內墻壁和頂棚的顏色選擇灰白、青灰色、淺黃色、淺藍色都比較適合，但顏色種類最好不要超過三種。 [9]最后，土木工程實驗室內部色彩設計還需要突出不同實驗單元特點。實驗室室內墻面顏色選擇應該根據不同功能區域進行適當區別，既能起到引導指示的效果，也能在色彩碰撞中產生獨特的美感。例如，教學科研空間內墻面如果選擇淺灰色，學術交流空間就可以選擇橘黃色，休閑放松空間則可以選擇乳白色或淡粉色。

（二）和諧有序的外墻色彩設計

色彩在建筑外墻設計中是一種非常重要的裝飾方法，色彩在環境中所起的作用，基本上是通過建筑物的外墻色彩設計來呈現的。合理、靈動的外墻色彩搭配可以突出建筑物在環境中的地位，甚至還可成為特定建筑物的標志。實驗室建筑外墻色彩是校園環境的主要色彩元素，建筑色彩的用色和搭配是否完善，關系到大學校園生態的可持續性生活環境以及對師生、社會審美價值觀的影響。[10] 綜合性大學的建筑色彩一般莊重、素凈、色彩純度不高、色相單一程度明顯。[11]土木工程實驗室不同于一般的教學科研建筑，專業性強，面積大，建筑外墻面色彩會對校園建筑文化和整體色彩產生比較大的影響。需要在土木工程實驗室設計中降低體量，保持與大學校園整體氣氛協調一致，和諧有序、莊重素凈的外墻色彩設計起到關鍵作用。[12]首先，作為大學大體量建筑物的代表性建筑，土木工程實驗室外墻色彩設計需要運用不同色調從而讓體量在人們視覺中適當消減。因為亮色通常會吸引人們的視線轉移，可以自然壓縮實驗室建筑的體量感。其次，土木實驗室外墻面色彩設計也要突出土木學科濃厚的科學積淀和學術氛圍，土黃、淺黃、淺灰、奶白、淺藍等顏色是首選，兩種顏色的精妙搭配比較常見，往往能夠達到“和而不同”的設計效果，如圖3所示。再次，還可以在外墻面設計一些簡潔明了的圖案，如簡單的幾何圖案和結構簡圖，或者反映土木學科發展歷史的圖案等都是不錯的選擇。最后，土木工程實驗室外墻墻面綠化也是一種重要的色彩設計手法，優點是能夠幫助建筑物快速融入校園環境，有效吸收粉塵，降低噪聲，減少能耗。墻面綠化選用植物多種多樣，攀爬類植物和懸垂類植物是首選，可以根據實驗室墻體的建筑材料、顏色、高度和朝向等自由選擇。粗糙墻面有利于攀爬植物生長覆蓋，東南朝向的墻面一般選用喜陽的綠色植物，陽光較少覆蓋的墻面一般選擇喜陰的植物，枝長葉密的植物夏天可以遮陽，冬天可以保溫。粗糙的墻面適合葉形比較大的植物，而枝葉細小的植物更適合墻面相對平滑的墻面。土木工程實驗室墻體比較高大，承受的風力很大，特別是像寧波這樣的南方城市雨季較長，臺風頻繁，風雨對墻體和植物影響都比較大，所以，那些抗風能力強、不易倒伏、生長迅速、四季常綠、成本較低的植物是最好的選擇。

結語

土木工程實驗室因其學科具有實踐性強、綜合性大、設計知識面廣的特點，土木工程實驗室空間和色彩設計不同于其他學科實驗室，建筑體量大、空間結構復雜、設備體積大，擁有巨大的創造性的設計空間。安全、高效、特色鮮明是土木工程實驗室空間和色彩設計的目標，靈活有序、安全和諧的實驗室空間和色彩設計理念是對傳統土木工程實驗室設計弊端的一次創新性變革，在一定范圍內滿足了當前土木工程教學科研任務的需要，而且可以自由組合的教學科研實驗空間的設計可以有效應對土木學科快速發展帶來的新任務和新挑戰。