大学科研建筑的平台集成模式研究
跨学科交叉研究是当代科学技术发展的重要路径之一，不同学科之间跨越范式，通过相互的交叉、渗透、融合，形成新的学科和新的科研突破点。近年来，大量前沿科学成果也是基于跨学科融合交叉的研究与发现。根据中国科学报统计，自1901年到2008年间诺贝尔自然科学类奖项中，交叉研究成果达到185项，占比为52%，尤其是20世纪50年代以来，多数获奖均为学科交叉研究的成果。[1] 近年来，国内大学面对跨学科领域教学与研究的迫切需求，为促进新兴学科发展和复合型人才培养，提出了建设多学科实验平台的任务，通过打破院系壁垒，将相关学科的一些实验项目进行合理配置，优化和整合全校科研资源，实现实验空间的共享，激发学科间的交流、交往及研究的创新能力。
1 科研平台建筑设计动向
1.1 科研平台的工艺设计要求
随着当代科学技术的不断进步与发展，容纳一些实验项目的操作空间将面临日益复杂化和精密化的工艺设计需要。根据实验对象的不同，在实验室房间的模数尺寸、结构荷载、通风、洁净、照明、温度等方面，应满足相应的特殊工艺条件，这些因素将会影响建筑的空间布局、结构措施、机电设备等方面的设计。例如，PCR实验室作为研究包括新冠、HIV等各类病毒的专业实验室，根据不同的防护级别，可以划分为P1～P4等不同等级的实验室，在洁净/污染区域划分、不同人员流线、空气洁净度（百级、千级、万级）等方面，均有严格的标准要求，对于包含这一类实验室的科研建筑，满足工艺要求将成为设计成立的必要条件。
1.2 科研平台空间的标准化、灵活性
大学科研平台需要面向多样化的使用情境。首先，为了适应不同学科研究及实验工艺的要求，空间布局应体现标准化、通用化等特点，根据实验室布局模数，设计合理的柱网、层高，以及机电方案。同时，考虑到学科的发展、教学任务的调整、实验设备的更新等，空间应具有一定的适应性和灵活性，可以根据使用需求的变化进行方便的调整。以生物化学类实验平台为例，通风柜是常用的实验设备，为保障实验的准确性、安全性，避免不同实验室之间废气交叉污染而影响实验结果，每个实验室的通风柜需设置独立的送排风系统，通过竖直排风井道直通建筑屋面进行废气的排放。合理设置通风井道，既能满足工艺要求，也能适应实验室空间布局要求，实现空间布局的标准化与灵活性。
1.3 科研平台空间城市化、复合化倾向
大众教育时代的大学不仅是培养专业人员、传道授业与知识学习的教学机构，也是师生们共同生活的社区，是学生进行正常的社会交往，塑造正确的人生观、价值观的场所。因此，当代的大学校园规划与建设，基于师生活动行为的研究，更加关注面向跨学科、平台化、非正式交流等开放式教学需要，从校城融合到复合社区营造，构筑活力校园。科研平台作为大学教学研究的重要空间之一，同样需要适应这一发展趋势，通过非正式空间营造，多功能用房设置，探讨空间复合化使用，鼓励多样化的交往与学习机会，着眼于学生的全面培养，同时也提高空间资源的有效利用率。
山东农业大学是一所以农业科学见长的多科性大学，其老校区位于泰山南麓的泰安市中心。为加强农业生物学科发展，培养复合型创新人才，学校拟建科技创新大楼（科创楼），以国家重点实验室为核心，建设校级公共科研平台，并满足学校开展学术交流活动的需求（图1）。
2 服务空间与被服务空间
2.1 实验空间与用房的分类
大学实验建筑的功能主要包括教学、科研、产学研结合，以及学术交流、交往等，其组成由三种类型用房构成，即实验用房、研究用房、支持用房。实验用房为师生及科研人员进行各类实验操作的空间。研究用房为进行研讨、会议、办公、报告写作等的空间。支持用房指的是建筑运行所需的辅助用房，包括垂直交通、设备间、卫生间等，及实验保障空间，包括仪器室、气瓶间、药品室、准备室等。根据不同的使用模式需求，三类用房可以有多种组合形式（图2）。
2 实验室空间模式
佰富彩welcome服务空间与被服务空间（servant versus served）是路易斯·康的重要的设计思想之一。[2] 为了追求建筑的秩序性和纯粹性，交通、机电及次要功能等辅助空间与主体功能空间两者相对独立设置。在理查德森医学研究楼设计中，路易斯·康将设备间、垂直交通、排风井道、进风井道等支持用房作为独立于主体之外的结构系统，并以高耸的竖塔形态呈现；在竖塔之间是三个无柱的大空间，即定义为被服务空间的实验室和公共活动空间，由此在使用中获得了最大的自由度和纯粹性。同时，建筑形式上也完全体现了内部功能与空间的差异性，建筑由内而外获得了逻辑上的统一性。
2.2 实验空间布局模式
山东农业大学科创楼主要功能包括公共实验平台、国家重点实验室、植物生长室等专业实验室、研究室及学术报告厅等。标准层平面采用了“双走廊”模式，中跨为服务空间，南北两边跨为被服务空间。服务空间功能包括实验支持用房，如仪器室、准备室、纯水间等，以及垂直交通核、设备间等辅助用房，同时在中部设置两处天井，使得中跨的多数房间及两条长走廊都能够获得自然通风采光。两侧的被服务空间功能为各类实验室及研究室，中间部分进深较大的房间为实验空间，两侧为研究室、办公室、报告写作室等，实验室可以方便地获得服务空间的支持。满足实验通风要求的竖直排风井道是生物化学类实验室的必配设施，设计将管道井的位置集中在靠走廊一侧，结合柱子进行布置，保证了实验室空间的完整性，空间使用可分可合，具有一定的弹性，能够根据实验使用的需求进行房间的灵活划分。同时，完整的大空间在面对团队变化、课题更新或实验室等级变化等情况时，也可以更加灵活地进行调整，如空间的合并或分割，以满足科研实验平台使用的动态变化和不同的实验情境，实现空间使用的通用性（图3）。
3 共享空间与功能空间
3.1 多层级共享空间
大学科研平台空间和功能的复合化倾向，其核心是理念面向学生的全面发展，以及创新型人才培养的目标。[3] 校园不仅是师生学习、工作、读书的地方，也是他们生活、交际的场所，鼓励校园内拥有更多的公共空间和公共生活，形成自发性、多样性的活动，强调日常行为的不确定性和可交换性，会在任何人、任何地点、任何时间发生，营造全时段活动的学术社区。
科创楼项目用地位于校园南北轴线最北端，南侧为4号楼，北侧临城市道路文化路。用地主要规划指标为南北长70 m，东西长197 m，泰山文保区建筑限高32 m，学校需求建设约30 000 ㎡实验室。综合以上设计条件，考虑城市规划划退线、消防环路等硬性要求，强排的结果是新建建筑距离南侧4号楼仅有20 m左右，场地非常局促。因此设计在新老建筑之间的空地中置入一个共享体量，将两者整合为一体，并作为科创楼日常的入口大厅与公共中心（图4）。
佰富彩welcome更重要的是，这一设计为学校提供了一处重要的公共活动发生的场所。现场调研时发现，由于校舍是在几十年内陆续建成的，校园面临着与国内很多老校园类似的问题，部分设施建设标准不高，师生们普遍反映缺乏公共活动空间，尤其缺少举行学术交流、教学成果展览、日常交流交往等活动的室内场所。新设计的共享大厅回应了这一问题，有机整合了校园的历史与未来：校园自南向北形成了主楼广场——神农广场——共享大厅这一公共空间序列（图5），作为礼仪性活动及日常公共活动的主要发生场所。
5 科创楼位于校园主轴线北端
佰富彩welcome大厅室内沐浴在锯齿形三角天窗洒下的阳光中，通过开放空间、错层平台、大台阶、采光井、绿植、街道家具，形成连续化、复合化、城市化的空间体验，并通过西侧的下沉庭院、南侧与四号楼之间的天井等，形成室内外空间的相互渗透与对话，活化了原本可能出现的建筑外部“剩余”的消极空间。这样一个整体连续、边界模糊、层次多样的空间，为师生们在学习、研究之余，提供了一处多情境可能性的场所，可供交流讨论或休闲放松，甚至来一场偶遇的思维碰撞风暴，多样的人群和多种的活动，共同营造了一个充满活力的公共空间（图6、图7）。
佰富彩welcome在标准层实验空间部分，公共、共享、交流同样是设计的核心，每层均设有正对泰山主峰的公共会议室（图8）；在建筑两端，设有公共沙龙空间，可供休憩、茶歇、小组讨论等（图9）。
3.2 功能空间模数尺度
科创楼作为校级实验平台，需要兼顾教学与科研的使用，并充分考虑学校未来发展中，对学科规划与团队建设等方面进行调整的需求。在实验室布局上，地下一层到地上二层，设置公用实验平台，主要配置较大型实验设施；三层到八层，为国家重点实验室和各专业实验室；地下二层设有人工气候室、植物生长室等。建筑标准层平面柱网开间为8 400 mm，符合生物、化学类实验室的基本模数要求。设计适当加大了实验台佰富彩welcome间距，以满足作为大学实验室，日常教学讨论使用的空间尺度需求。实验室面宽主要有1开间、2开间两类（图10），也可以根据使用需求的变化进行调整。
实验室竖向通风井靠内走廊一侧设置，结构设计加大了柱在进深方向上的尺寸，并采用双梁布置，这样可以利用两道梁之间的空间作为通风井道使用。同时，为了最大限度地保证使用空间的灵活性，同层的管线尽量通过水平走线集中到两处设备间，再通过竖向管井或管道竖向穿越楼板，从而避免了过多的竖向管井影响空间灵活布局的问题。
4 行为与体验
4.1 空间与行为
佰富彩welcome诺伯格·舒尔茨说过，“我们很少只谈及空间”。通过人与环境的互动，某些空间将能够区别于周围的环境，以具有特定的情境和价值。GANS用潜在环境与生成环境的概念来解释空间与行为活动的关系。其中，潜在环境提供各种活动发生的可能性，生成环境是由人们在其中的活动所创造的，也就是说，设计只是建造了潜在环境，空间的使用者才是真实环境的创造者。[4]
扬·盖尔在《交往与空间》一书中，将公共空间中的行为活动分为三类：必要性活动、自发性活动、社会性活动。[5] 其中，必要性活动指的是教学、工作、居住、就餐、购物等必须进行的活动；自发性活动指的是娱乐、闲逛、看风景等发生在条件允许、环境适宜的情况下的自主活动；社会性活动指的是交往、偶遇、聊天等依赖于人际交往的活动。因为必要性活动具有一定的目的性，所以受空间环境影响较小；后两类活动则具有偶发性，受环境因素影响较大。在实际生活情境中，三类活动往往是同时或融合发生的。面向学科交叉的实验平台建筑，其目的就在于提供一个平台和机会，促进不同学科师生之间的交流互动、协同合作，以推动学科的创新发展。因此，不仅需要提供满足实验研究等确定性活动发生的空间，也需要关注适宜交往、交流等的不确定性活动发生的空间。多样性活动的发生，将不仅会激发空间的活力，在这个过程中也会激发参与者的思维火花，甚至产生创新成果的萌芽。
佰富彩welcome科创楼的公共大厅，正是通过在室内营造出一种多层次的空间，并引入广场、台地、街道等城市性的空间要素，营造出能够激发自发性与社会性活动的空间环境，强调各种必要性、自发性、社会性活动的融合交织，形成复合而连续的体验。设计师围绕大厅组织了报告厅、会议室、咖啡厅、展厅等各类功能空间，并可以通过玻璃连廊通向位于4号楼的校史馆。大厅则成为学术交流、公共活动发生的场所，从而将日常生活引入到空间中，通过多样的、相关的各种活动的共同作用，营造一处有活力的校园公共空间，也成为校级交流活动的重要公共平台（图11、图12）。
4.2 集体记忆的场所
场所具有多重性、动态性和开放性。场所中的人、行为及预计发生的事件是复杂的，通过特定的空间形态进行表达，赋予空间特殊意义，唤起集体记忆，建立对整体环境的归属感和认同感。山东农业大学校园自南向北通过“校门—1号楼—4号楼”建立空间骨架，所形成的空间体验和建筑形象，已经成为全体山农人的集体记忆。科创楼位于南北主轴的北端，以公共大厅整合新老校园空间，完善了校园南北轴线的空间序列，也连接了城市环境与校园环境（图13）。公共大厅的入口门廊在细部处理上，借鉴了1号楼所具有的民族特色装饰风格，以此来传承了校园文脉和场所的记忆（图14）。同时，设计师利用建筑与泰山的对景关系，在北向立面处理上，以大片玻璃面向山体，引山景入室内，使建筑与城市、自然相融合（图15）。
5 小结
佰富彩welcome以山东农业大学科技创新楼设计为例，本文探讨了大学科研建筑平台设计的要点，面对当代科技发展趋势及人才培养模式的变革，需要通过理性的功能规划，多层次的公共空间布局，文脉传承的场所营造，实现高科技与高情感的结合，营造适应交叉学科发展、复合人才培养的大学科研用房和校园活动场所。■
参考文献
[1] 胡珉琦．120岁的诺奖越来越青睐“跨界”[N]．中国科学报，2021-10-08（001）．
[2] 钟曼琳，李兴钢．结构与形式的融合——路易斯·康的服务与被服务空间演变[J]．建筑技艺，2013（3）：24-27．
[3] 王彦．日常生活维度：英国1960年代“新大学”校园规划研究[D]．北京：清华大学建筑学院，2018．
[4] MATTHEW C，等．公共场所——城市空间：城市设计的维度[M]．冯江，等，译．南京：江苏科学技术出版社，2005．
佰富彩welcome[5] 盖尔．交往与空间[M]．何人可，译．北京：中国建筑工业出版社，2002．
图片来源
图1、图4、图6、图7、图9、图11～图15：存在建筑拍摄
图2、图10：池思雨绘制
图3、图5：作者绘制
图8：唐忠华拍摄
作者简介
刘玉龙 清华大学建筑设计研究院有限公司副院长、副总建筑师
王 彦 清华大学建筑设计研究院有限公司第三分院建筑一所副所长
原文刊载于《当代建筑》2022年第1期
