實驗室建筑設計綜述

１實驗室建筑設計的前提

 

 

１．１科學規劃實驗室建設?

作為學校學科專業發展規劃的一部分，實驗室是為人才培養和科學研究服務的，因此它必須附和學校的辦學規模、發展方向、專業設置、學科建設、科研方向以及本學科的現狀和發展方向，從經費投入、隊伍建設、實驗場地，以及國內外同類實驗室的技術水平等方面進行綜合考慮。規劃是發展的藍圖，科學的規劃就是最大的節約。

 

 

１．２準確定位實驗室?

實驗室建筑建設是以實現實驗室的功能為目標，準確定位實驗室是做實驗室建筑規劃設計前提。實驗室定位要根據學科的發展、專業人才培養目標和教學、科研的需要，對各個實驗室的功能、目標、空間容量進行分析和定位。要充分考慮如何將有限的資源發揮最大的作用，同時要注意行業標準和技術安全規范。

 

 

１．３認真做好前期調研工作

實驗室建筑設計的最基本的條件是要滿足使用單位的需求，因此要切實做好建設前期使用單位需求的調研工作。學校各級單位要認清前期調研工作的重要性。基建管理部門要在設計部門的協助下，有針對性地設計調研問卷，調研問卷要簡明，同時反饋的結果又能為實驗室建筑設計提供數據基礎。使用單位要認真參照目前實驗室情況、新建實驗室情況以及未來實驗室發展情況，填寫調研問卷，對于不清楚的問題要及時與基建管理部門進行溝通，同時對于調研問卷中未涉及的特殊問題一定要加以說明。

 

 

１．４保證實驗室建設的基本條件

建筑建設是一個系統工程，只有在保證土地、資金、管理人員等基本條件的基礎上，才可以開工建設。特別是對于建設新校區的學校，如何統籌各個新建建筑之間的資金和管理人員安排至關重要。

 

２實驗室建筑設計的基本原則

 

 

２．１高效原則

高效原則是指利用有效手段，用盡可能少的材料、資源消耗來取得盡可能大的發展效益。高效原則還體現在建筑空間組織、利用的高效化方面。這要求不僅

要重視對每一平方米面積的有效利用，還要對三向度的空間做充分的發掘［９］。

 

 

２．２集約化原則

高等學校的土地資源相對較寬松，但仍要最大程度地發揮土地的合理使用。在建設實踐中應注意立體地開發用地空間，發掘地上及地下空間的利用效益；在建筑空間的構筑中，應積極采用輕、薄的新型節能建筑材料，以少占建筑空間。同時設計中應結合相關技術的進步，提高能源的集約化利用程度。

 

 

２．３適宜性原則

實驗室建筑設計要符合高校土地、資金等客觀條件，要結合高校所在地域自然氣候、地形、地貌、地質等因素，要符合高校內涵、特色、校園文化等。

 

 

２．４循環利用原則

建筑的循環利用原則包括再利用、再循環兩方面內涵。再利用是指將各種建筑產品以初始形式多次加以使用，主要表現為對早期建筑的改造利用以及對結構構件、照明設施、管道設施、各類設備以及磚石構件的重復利用。再循環是指建筑產品在完成其使用功能后，經過一定加工處理使之變成可再次利用的資源。

 

 

２．５綠色環保原則?

建筑設計中應注意結合廢水凈化、雨水收集，設置循環用水和分質用水系統，并積極采用各類節水設施、設備，有效地控制用水量。另外，要積極結合自然氣候條件，充分利用太陽能、風能、地熱能等資源，以減少空調、照明對不可再生能源的消耗。

 

３實驗室建筑的基本模數

 

建筑模數（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅ），是建筑設計中為了實現工業化大規模生產，使不同材料、不同形式和不同制造方法的建筑構配件、組合件具有一定的通用性和互換性，統一選定的協調建筑尺度的增值單位。也就是說實際建筑是各種建筑模數的倍數組合。在各個國家的經驗數據基礎上，結合我國實際情況，可以使用如下的建筑模數來進行實驗室建筑設計。

 

 

３．１開間模數?

實驗室的開間模數取決于實驗人員活動空間以及工程管網的合理布置所需的尺度。對實驗室的開間模數，各國均有自己推薦的經驗數據。德國一般采用３．０ｍ、３．２５ｍ和３．５ｍ三種開間模數；英國實驗室的模數通常采用３．０５ｍ、１０英尺的模數；日本建議實驗室開間采用３．２ｍ為模數，他們用１．６ｍ的單位模數，如實驗臺寬度、實驗臺長度、實驗臺之間的走道寬度以及管道豎井的寬度等均采用１．６ｍ；美國農業部地區研究實驗室采用３．０ｍ的開間模數；前蘇聯科學院國家科研建筑設計研究所建議實驗室開間模數采用３．０ｍ和３．６ｍ，并認為３．６ｍ為實驗單元的最優寬度。在分折了國外實驗室的開間模數的基礎上，結合具體標準要求，認為可采用３．６ｍ三種來設計實驗室。

 

 

３．２進深模數

實驗室進深的尺度很多，世界各國都有自己的尺度，歸納起來，采用的進深一般在６．０ｍ至９．０ｍ之間，其中尤以６．０ｍ至７．０ｍ居多。德國采用跨度為０．２５ｍ的倍數，采用６．０～８．０ｍ之間的進深；英國近４０年來，實驗室的進深由４．８８ｍ增加到７．３２ｍ；日本實驗室的進深采用１．６ｍ的倍數，經常采用從６．４ｍ到９．６ｍ之間的進深；前蘇聯科學學院國家科研建筑設計研究所采用１．８ｍ的倍數，認為７．２ｍ為實驗室最優深度。進深模數主要以建筑結構進行考慮，因此建議采用7.0m～９．６ｍ作為主要的實驗室建筑的進深模數。

 

 

３．３層高模數?

層高是指下層地板面或樓板上表面（或下表面）到相鄰上層樓板上表面（或下表面）之間的豎向尺寸。凈高是指下層地板面或樓板上表面到上層樓板下表面（或吊頂面）之間的距離。實驗室層高模數取決于實驗室的類型、實驗對溫度和濕度的要求、實驗室潔凈程度要求以及節約能源的要求等。國外依據實驗室類型的不同，通常建議物理化學類實驗室３．６ｍ以上的層高，文科類實驗室３ｍ以上的層高。結合我國實際情況，建議采用３．7～４．２ｍ作為主要的實驗室建筑的層高模數。

 

 

３．４走廊寬度

一般實驗室建筑的走廊分如下幾種：單面走廊、雙面走廊、安全走廊、參觀走廊、設備檢修和管理走廊等。決定走廊寬度的因素有很多，主要包括人流量、建筑物長度、門打開的方式等，同時設備檢修和管理走廊要考慮通風管道、設備、檢修器材等因素。建議采用０．３ｍ的倍數，以１．65～２．00ｍ作為主要的實驗室建筑的走廊寬度。

 

４實驗室建筑設計中要注意的問題

 

 

４．１基本需求必須明確?

實驗室建筑設計的首要目標是要滿足實驗用途。這需要設計單位、基建管理單位及實驗室使用單位認真研究如下主要問題：

（１）實驗室建筑位置的選擇；

（２）實驗室的工藝布局、工藝流程及工藝環境的要求；

（３）平面組臺的幾種可能，建造實驗樓的層數；

（４）選擇合適的建筑模數（包括開間、進深、層高以及走道寬度等）； ? ? ? ? （５）實驗室與辦公室之間的布局形式；

（６）工程管道的布置原則，采用明管還是暗管．垂直管網系統還是水平管網系統；

（７）靈活性的要求，如靈活隔斷、活絡吊頂及地面的靈活措施；

（８）主要儀器設備的布置方式以及實驗臺、實驗家具的位置；

（９）基本實驗室條件要求，如電力容量、網絡容量、通風采光要求、消防及監控設備等；

（１０）實驗室安全保障條件等。

 

 

４．２特殊需求重點了解?

基建管理單位和設計單位對某些特殊實驗室的建設要求可能不是很清晰。一方面設計單位要充分考慮可能會影響到建筑設計的指標和因素，另一方面實驗室使用單位要盡量全面提供其所需的特殊條件。如下列舉有一些特殊實驗室的特殊要求：

（１）工程機械實驗室大型設備對樓板承重的要求；

（２）物理、生化實驗室對上下水的要求；

（３）放射性實驗室的防放射性輻射相關設施的安置條件；

（４）生化類實驗室對廢棄物存放、處置、運輸等所需的條件；

（５）對防火、防化等特殊需求，以及特殊保障、保護設備設施的安置等。

 

 

４．３合理設計統籌安排

實驗室建筑設計中注意相同需求實驗室的合理安排。以降低建設成本。如相同或相近層高要求實驗室設計到相同樓層，對上下水有需求的實驗室安排到相同的立面等。同時既要充分考慮不同類型實驗室的個性需求，又要考慮滿足實驗室個性需求所需要的各種資源。一方面保證實驗室使用時實驗人員的安全、設備安全的要求一定要滿足，另一方面對于不合理的需求要加以限制。

 

 

４．４充分考慮未來變化?

目前各高校實驗室的使用功能不是一成不變的，這就要求在設計階段充分考慮到多種實驗室的復用以及使用性質變化后改造成本的最小化。對于基本條件，如電力容量、網絡容量等要相應的進行預留。