实验室建筑设计综述

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随着我国各种高尖端技术实验的开展，许多高校的大型实验室已经不能满足先进科学实验的要求，大量现代化大型实验室已经开始投入建设和改造［1－3］。同时许多高校开始建设新校区，为实验室整合与发展创造了的契机，学校通过全面规划新的实验室平台建设和全面整合利用现有资源，将进一步加强实验室的规范化建设与管理［4］。因此对新建实验室建筑进行科学规划设计，将为实验室发挥其重要作用奠定基础［5］。本文结合对新建实验室建筑规划的实践，论述了新建实验室建筑设计中的相关问题。

1实验室建筑设计的前提

1．1科学规划实验室建设

作为学校学科专业发展规划的一部分，实验室是为人才培养和科学研究服务的，因此它必须附和学校的办学规模、发展方向、专业设置、学科建设、科研方向以及本学科的现状和发展方向，从经费投入、队伍建设、实验场地，以及国内外同类实验室的技术水平等方面进行综合考虑［6－8］。规划是发展的蓝图，科学的规划就是最大的节约。

1．2准确定位实验室

实验室建筑建设是以实现实验室的功能为目标，准确定位实验室是做实验室建筑规划设计前提。实验室定位要根据学科的发展、专业人才培养目标和教学、科研的需要，对各个实验室的功能、目标、空间容量进行分析和定位。要充分考虑如何将有限的资源发挥最大的作用，同时要注意行业标准和技术安全规范。

1．3认真做好前期调研工作

实验室建筑设计的最基本的条件是要满足使用单位的需求，因此要切实做好建设前期使用单位需求的调研工作。学校各级单位要认清前期调研工作的重要性。基建管理部门要在设计部门的协助下，有针对性地设计调研问卷，调研问卷要简明，同时反馈的结果又能为实验室建筑设计提供数据基础。使用单位要认真参照目前实验室情况、新建实验室情况以及未来实验室发展情况，填写调研问卷，对于不清楚的问题要及时与基建管理部门进行沟通，同时对于调研问卷中未涉及的特殊问题一定要加以说明。

1．4保证实验室建设的基本条件

建筑建设是一个系统工程，只有在保证土地、资金、管理人员等基本条件的基础上，才可以开工建设。特别是对于建设新校区的学校，如何统筹各个新建建筑之间的资金和管理人员安排至关重要。

2实验室建筑设计的基本原则

2．1高效原则

高效原则是指利用有效手段，用尽可能少的材料、资源消耗来取得尽可能大的发展效益。高效原则还体现在建筑空间组织、利用的高效化方面。这要求不仅要重视对每一平方米面积的有效利用，还要对三向度的空间做充分的发掘［9］。

2．2集约化原则

高等学校的土地资源相对较宽松，但仍要最大程度地发挥土地的合理使用。在建设实践中应注意立体地开发用地空间，发掘地上及地下空间的利用效益；在建筑空间的构筑中，应积极采用轻、薄的新型节能建筑材料，以少占建筑空间。同时设计中应结合相关技术的进步，提高能源的集约化利用程度。

2．3适宜性原则

实验室建筑设计要符合高校土地、资金等客观条件，要结合高校所在地域自然气候、地形、地貌、地质等因素，要符合高校内涵、特色、校园文化等。

2．4循环利用原则

建筑的循环利用原则包括再利用、再循环两方面内涵。再利用是指将各种建筑产品以初始形式多次加以使用，主要表现为对早期建筑的改造利用以及对结构构件、照明设施、管道设施、各类设备以及砖石构件的重复利用。再循环是指建筑产品在完成其使用功能后，经过一定加工处理使之变成可再次利用的资源。

2．5绿色环保原则

建筑设计中应注意结合废水净化、雨水收集，设置循环用水和分质用水系统，并积极采用各类节水设施、设备，有效地控制用水量。另外，要积极结合自然气候条件，充分利用太阳能、风能、地热能等资源，以减少空调、照明对不可再生能源的消耗。

3实验室建筑的基本模数

建筑模数（constructionmodule），是建筑设计中为了实现工业化大规模生产，使不同材料、不同形式和不同制造方法的建筑构配件、组合件具有一定的通用性和互换性，统一选定的协调建筑尺度的增值单位。也就是说实际建筑是各种建筑模数的倍数组合。在各个国家的经验数据基础上，结合我国实际情况，可以使用如下的建筑模数来进行实验室建筑设计。

3．1开间模数

实验室的开间模数取决于实验人员活动空间以及工程管网的合理布置所需的尺度。对实验室的开间模数，各国均有自己推荐的经验数据。德国一般采用3．0m、3．25m和3．5m三种开间模数；英国实验室的模数通常采用3．05m、10英尺的模数；日本建议实验室开间采用3．2m为模数，他们用1．6m的单位模数，如实验台宽度、实验台长度、实验台之间的走道宽度以及管道竖井的宽度等均采用1．6m；美国农业部地区研究实验室采用3．0m的开间模数；前苏联科学院国家科研建筑设计研究所建议实验室开间模数采用3．0m和3．6m，并认为3．6m为实验单元的最优宽度。在分折了国外实验室的开间模数的基础上，结合具体标准要求，认为可采用3．0m、3．3m，3．6m三种来设计实验室。

3．2进深模数

实验室进深的尺度很多，世界各国都有自己的尺度，归纳起来，采用的进深一般在6．0m至9．0m之间，其中尤以6．0m至7．0m居多。德国采用跨度为0．25m的倍数，采用6．0～8．0m之间的进深；英国近40年来，实验室的进深由4．88m增加到7．32m；日本实验室的进深采用1．6m的倍数，经常采用从6．4m到9．6m之间的进深；前苏联科学学院国家科研建筑设计研究所采用1．8m的倍数，认为7．2m为实验室最优深度。进深模数主要以建筑结构进行考虑，因此建议采用1．2m的倍数，以6．0～9．6m作为主要的实验室建筑的进深模数。

3．3层高模数

层高是指下层地板面或楼板上表面（或下表面）到相邻上层楼板上表面（或下表面）之间的竖向尺寸。净高是指下层地板面或楼板上表面到上层楼板下表面（或吊顶面）之间的距离。实验室层高模数取决于实验室的类型、实验对温度和湿度的要求、实验室洁净程度要求以及节约能源的要求等。国外依据实验室类型的不同，通常建议物理化学类实验室3．6m以上的层高，文科类实验室3m以上的层高。结合我国实际情况，建议采用0．3m的倍数，以3．0～4．2m作为主要的实验室建筑的层高模数。

3．4走廊宽度

一般实验室建筑的走廊分如下几种：单面走廊、双面走廊、安全走廊、参观走廊、设备检修和管理走廊等。决定走廊宽度的因素有很多，主要包括人流量、建筑物长度、门打开的方式等，同时设备检修和管理走廊要考虑通风管道、设备、检修器材等因素。建议采用0．3m的倍数，以1．2～2．7m作为主要的实验室建筑的走廊宽度。

4实验室建筑设计中要注意的问题

4．1基本需求必须明确

实验室建筑设计的首要目标是要满足实验用途。这需要设计单位、基建管理单位及实验室使用单位认真研究如下主要问题：

（1）实验室建筑位置的选择；

（2）实验室的工艺布局、工艺流程及工艺环境的要求；

（3）平面组台的几种可能，建造实验楼的层数；

（4）选择合适的建筑模数（包括开间、进深、层高以及走道宽度等）；

（5）实验室与办公室之间的布局形式；

（6）工程管道的布置原则，采用明管还是暗管．垂直管网系统还是水平管网系统；

（7）灵活性的要求，如灵活隔断、活络吊顶及地面的灵活措施；

（8）主要仪器设备的布置方式以及实验台、实验家具的位置；

（9）基本实验室条件要求，如电力容量、网络容量、通风采光要求、消防及监控设备等；

（10）实验室安全保障条件等。

4．2特殊需求重点了解

基建管理单位和设计单位对某些特殊实验室的建设要求可能不是很清晰。一方面设计单位要充分考虑可能会影响到建筑设计的指标和因素，另一方面实验室使用单位要尽量全面提供其所需的特殊条件。如下列举有一些特殊实验室的特殊要求：

（1）工程机械实验室大型设备对楼板承重的要求；

（2）物理、生化实验室对上下水的要求；

（3）放射性实验室的防放射性辐射相关设施的安置条件；

（4）生化类实验室对废弃物存放、处置、运输等所需的条件；

（5）对防火、防化等特殊需求，以及特殊保障、保护设备设施的安置等。

4．3合理设计统筹安排

实验室建筑设计中注意相同需求实验室的合理安排。以降低建设成本。如相同或相近层高要求实验室设计到相同楼层，对上下水有需求的实验室安排到相同的立面等。同时既要充分考虑不同类型实验室的个性需求，又要考虑满足实验室个性需求所需要的各种资源。一方面保证实验室使用时实验人员的安全、设备安全的要求一定要满足，另一方面对于不合理的需求要加以限制。

4．4充分考虑未来变化

目前各高校实验室的使用功能不是一成不变的，这就要求在设计阶段充分考虑到多种实验室的复用以及使用性质变化后改造成本的最小化。对于基本条件，如电力容量、网络容量等要相应的进行预留。