化學實驗室建筑空間演變分析

鄧潔瑩

（廣東省建筑設計研究院有限公司新城分公司，廣東廣州 510623）

0 引言

社會文明的發(fā)展動力來源于科學技術(shù)，實驗室建筑作為承載科學技術(shù)研究與突破的重要場所，其對空間結(jié)構(gòu)設計的要求較高。由于部分化學實驗具有一定危險性，因此，在空間規(guī)劃時應考慮不同區(qū)域需求設置相應的分區(qū)間隔，以提高實驗室的安全性。同時實驗室還應具有較強的便捷性，其空間能夠在一定程度上降低實驗難度，以提高實驗效率?，F(xiàn)代化背景下隨著對科學技術(shù)發(fā)展重視程度的不斷提升，相關設計人員應合理優(yōu)化實驗室空間，從而為實驗室工作人員提供更為良好的工作場所。

1 國內(nèi)外化學實驗室建筑空間變化脈絡

1.1 國外實驗室建筑空間變化

國外化學實驗室的概念最早出現(xiàn)在16 世紀90 年代，在帕拉塞爾蘇斯的醫(yī)療化學實驗室中受到對光和熱量需求的影響，實驗室的核心空間一般為熔爐和蒸餾裝置。即最早的實驗室是以熔爐和蒸餾裝置為主導如圖1 所示。

在過渡和發(fā)展階段中，國外的化學實驗室規(guī)模不斷增大，內(nèi)部的設備也在不斷完善，包括通風柜、長桌等實驗臺設置以及化學模型等，使該階段的實驗室更趨于現(xiàn)代化，而且空間結(jié)構(gòu)更加均衡，如代表性的伯克貝克實驗室和隔離服斯瓦爾德大學教學實驗室等[1]。

在變革和優(yōu)化階段，受到工業(yè)化和科學技術(shù)不斷發(fā)展的影響，化學實驗室中逐漸出現(xiàn)電子設備及新型實驗裝置，同時實驗室空間也在朝著集約化、靈活化和安全化方向發(fā)展，使得實驗室空間更加完善，而且能夠滿足實驗的需求，對現(xiàn)代化學的發(fā)展起到明顯的促進作用。

1.2 國內(nèi)實驗室建筑空間變化

在我國，化學實驗室概念在20 世紀初期傳入，首個化學實驗室由京師大學堂創(chuàng)建。隨著經(jīng)濟不斷發(fā)展，在1916 年成立了農(nóng)商部工商實驗所，其內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)較為簡單，而且設施和儀器設備較少[2]。隨著實驗室萌芽期向起步階段邁進，在新中國成立后，我國加大了對工業(yè)化建設的重視，由于此時國家經(jīng)濟和科技水平較低，實驗室空間設計不足，該階段直接在較大的建筑空間中安裝設備，缺乏有效的間隔設計和安全管理。國內(nèi)萌芽期實驗室如圖2 所示。

圖2 國內(nèi)萌芽期實驗室

在發(fā)展階段中，我國逐步探索符合我國需求實驗室設計方案，例如，調(diào)整實驗臺尺寸、更改窗戶布置方向以及更換儲物區(qū)位置等，但受到建筑自身功能制約，整體通風系統(tǒng)仍不夠完善。

受到我國國情的影響，化學實驗室等相關科研機構(gòu)存在停滯階段，該時期大部分實驗室被破壞，同時相關實驗室的研究與發(fā)展停滯不前。

在改革和發(fā)展階段，我國科研事業(yè)重新起步，并不斷加快研究步伐。受到“科教興國”等戰(zhàn)略的影響，國家不斷加大對實驗室建設的支持力度，這使得該階段實驗室建筑設計得到快速發(fā)展，并且使我國化學實驗室的空間格局更加的經(jīng)典，并且具有先進的電子設備和系統(tǒng)，整體空間規(guī)劃效果更為理想，同時不同空間功能和效果更為先進，為我國化學研究水平的發(fā)展提供堅實基礎。

2 當代化學實驗室建筑空間設計分析

2.1 實驗室項目概況

對汕頭化學與精細化工廣東省實驗室項目（一期）進行分析，受到習近平總書記科學家座談會重要講話精神以及當前我國化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形勢等因素的影響，構(gòu)建高效便捷、綜合性、全鏈條的科學研究平臺是我國當前化工行業(yè)發(fā)展的必要路徑，合理優(yōu)化實驗室建筑空間設計對推動化學化工研究發(fā)展有著重要意義。廣東省構(gòu)建科技創(chuàng)新合作區(qū)高端前沿化學實驗室。該實驗室總占地面積約62133m2，實驗室凈用地面積約48742.67m2。實驗室內(nèi)部設施較為完善，而且配置能夠達到國際水平，以充分滿足科研需求。汕頭化學與精細化工廣東省實驗室項目（一期）平面如圖3 所示。

2.2 實驗室建筑空間特點

在進行實驗室項目設計時，為達到協(xié)同創(chuàng)新效果，在空間結(jié)構(gòu)設計過程中融入化學實驗研究的實際需求，同時融合創(chuàng)新理念使整體空間設計質(zhì)量得到充分提升。實驗室建筑空間的特點主要體現(xiàn)在3 個方面。

（1）整體性。汕頭化學與精細化工廣東省實驗室在建設過程中嚴格遵循“戰(zhàn)略急需、支撐產(chǎn)業(yè)”的要求進行設計和構(gòu)建，意在借助實驗室完成科研項目，促進廣東省及全國化工產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)快速發(fā)展[3]。實驗室建筑空間設計應具有較強的整體性，通過全鏈條的研究和發(fā)展，在廣東省區(qū)域化工產(chǎn)業(yè)技術(shù)的基礎上對前沿科技進行開發(fā)和研究，加快成果的轉(zhuǎn)化和落實。因此，總結(jié)經(jīng)驗得出：實驗室空間應滿足整體要求應該具備多項功能，而且能夠允許多個化學實驗團隊進行研究，促使區(qū)域整體化學水平得到穩(wěn)定提升。例如，根據(jù)實際需求構(gòu)建多個建筑結(jié)構(gòu)以滿足不同化學實驗研究需求，這有利于實驗室研究效率的提升與發(fā)展。汕頭化學與精細化工廣東省實驗室項目（一期）空間鳥瞰圖如圖4 所示。

圖4 汕頭化學與精細化工廣東省實驗室項目（一期）空間鳥瞰圖

（2）動態(tài)性。該特點是化學實驗室項目中較為明顯的特點。在建筑空間設計過程中，借助建筑結(jié)構(gòu)空間創(chuàng)建化學化工產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，并依據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)創(chuàng)建相應的實驗空間，如設置需求分析空間、科研分析空間、技術(shù)研發(fā)空間、成果轉(zhuǎn)化空間以及企業(yè)孵化空間，促使實驗室能夠滿足化工科研需求。所有空間按照一定順序結(jié)合形成動態(tài)的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，有效支撐科研和化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展。受到產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展過程中對空間需求的影響，化學實驗室設計過程中增加更加專業(yè)且便捷的交流場所，研究人員可以與需求人員進行充分交流，借助交流空間的設備和系統(tǒng)不斷對技術(shù)研發(fā)的內(nèi)容進行細化處理，同時對科技成果的發(fā)展方向進行調(diào)整，從而有效提高化工產(chǎn)業(yè)動態(tài)發(fā)展效率。

（3）開放性。實驗室項目建筑空間設計過程中應堅持開放性原則，隨著科技發(fā)展水平不斷加快，實驗室中的相關設備和研究系統(tǒng)不斷更新，為使汕頭化學與精細化工廣東省實驗室能夠始終保持前沿水平，實驗室保持開放態(tài)度與國際實驗室進行合作交流，不斷融合國內(nèi)外資源促使化學研發(fā)技術(shù)的提升。在建筑實驗室空間設計時需要預留一定的發(fā)展空間，為后續(xù)的設備升級和研究體系優(yōu)化提供空間。

2.3 實驗室空間功能與布局

在實驗室空間功能設計時應結(jié)合化學科研需求進行合理規(guī)劃與完善，確保符合化學實驗研究需求，使整體實驗室建筑成為多元功能的有機聚合體。通過結(jié)合不同實驗室研發(fā)需求對實驗室建筑中的功能空間結(jié)構(gòu)進行合理劃分，從而使空間的功能性得到提升[4]。例如，根據(jù)化學實驗技術(shù)進行劃分時應將具有氣體排放需求的實驗室設置在建筑頂層，以減少排氣管道的敷設長度，提高安全性的同時有效控制施工成本。在大型設備或在運行中產(chǎn)生較強振動和噪聲的實驗室放在底層，以免對下層結(jié)構(gòu)中的實驗產(chǎn)生影響。

在設計實驗室內(nèi)部功能空間之外，同樣應設置研究人員交流和生活的區(qū)域，設置中心區(qū)域，并將其作為交流空間，不同實驗室功能區(qū)域均能夠通過核心交流空間完成交流與溝通，從而提高合作質(zhì)量。增加公共空間如地下車庫、停車坪、休閑娛樂空間等。完善交通區(qū)域的構(gòu)建，設置行車、行人區(qū)域，使整體交通組織更加順暢。汕頭化學與精細化工廣東省實驗室項目（一期）室外區(qū)域如圖5 所示。

在進行實驗室空間功能設計時需要加強對消防系統(tǒng)的構(gòu)建，嚴格遵循相應的建筑消防設計要求增加消防通道，并結(jié)合不同實驗室的危險等級分別設置相應的應急處理措施，保障實驗室空間安全。

3 化學實驗室建筑空間的未來發(fā)展

回顧國內(nèi)外化學實驗室建筑的設計歷史，能夠發(fā)現(xiàn)在化學實驗室建筑空間設計過程中，實驗室空間的完整性和服務空間的開放性一直以來在建筑設計中得到廣泛應用。該空間設計理念具有明顯的優(yōu)勢，其能夠進一步優(yōu)化不同空間的功能效果，同時使空間結(jié)構(gòu)更加簡潔凝練。

結(jié)合當代化學實驗室空間的設計情況，對未來的化學實驗室建筑空間設計方向進行分析，能夠發(fā)現(xiàn)其發(fā)展方向主要分為4 個方面。

（1）建筑空間的開放性設計?；瘜W實驗室建筑的空間設計越發(fā)趨于開放共享，在開放型環(huán)境中，研究人員的工作競爭性更強，有利于激發(fā)創(chuàng)新思維和研發(fā)的積極性。同時在共享空間中，研究人員之間能夠互相交流，更容易碰撞出創(chuàng)新思維火花，從而促進化學實驗研究的發(fā)展。在空間設計理念發(fā)展中應不同優(yōu)化實驗室的整體結(jié)構(gòu)，根據(jù)實驗性質(zhì)和工作需求以及化學研究危險性等影響因素進行空間劃分，充分提高實驗室的開放性[5]。

（2）功能簡潔性設計。在未來的化學實驗室建筑空間設計時，應在滿足化學實驗研究的基礎上簡化功能區(qū)域的設計，例如，針對管線布局和電氣系統(tǒng)等空間中應盡量簡化相關區(qū)域的設計，保障安全性的同時避免其對化學實驗研究帶來影響。

（3）空間結(jié)構(gòu)靈活性設計。未來的實驗室空間設計時應該增加實驗室的靈活性，由于未來相關研究技術(shù)必然不斷升級和優(yōu)化，實驗室作為前沿高科技研究結(jié)構(gòu)必然需要及時更新設備或調(diào)整空間布局，使整體實驗空間更加高效和完善。一方面，不同空間區(qū)域范圍內(nèi)均留有充足的發(fā)展空間。另一方面，應根據(jù)模塊進行空間劃分，并支持系統(tǒng)的移動調(diào)整，使整體空間功能更為靈活。

（4）智能化設計。對建筑空間進行智能化設計時，首先，借助不同空間構(gòu)建全面的監(jiān)測系統(tǒng)，便于構(gòu)建智能化體系對實驗室結(jié)構(gòu)進行合理監(jiān)管，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并上報處理。其次，將實驗室中門窗、墻壁等結(jié)構(gòu)與智能化系統(tǒng)相結(jié)合，系統(tǒng)根據(jù)需求對空間結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，從而改變建筑結(jié)構(gòu)，滿足實驗室升級優(yōu)化需求。

4 結(jié)語

綜上所述，在化學實驗室建筑空間設計過程中應充分結(jié)合化學實驗研發(fā)需求和行業(yè)發(fā)展要求進行合理構(gòu)建，堅持整體性、動態(tài)性和開放性特點，不斷完善實驗室建筑空間設計，從而進一步提升整體空間的功能性，同時為研發(fā)人員提供更加適宜的工作環(huán)境，最終促進我國化學實驗研究水平的提升。