国家大科学装置园区规划和主装置建筑设计研究——以中国散裂中子源园区工程为例

曾宪川 陈朝阳 孙礼军 廖雄

广东省建筑设计研究院

国家大科学装置园区作为国家大科学装置的重要载体，其园区规划和建筑设计都有着显著的特点。园区建设用地属于特殊科研用地，基于国家大科学装置的特殊性，不仅园区规划与一般科研园区不同，而且主装置建筑是涉及核放射的特殊科研建筑。

1 国家大科学装置

国家大科学装置是由国家投入大量资金和组织大规模建设的国家大型科学技术设施，它是国家科技基础条件平台的一个重要组成部分，其重要科学技术目标是面向国内外最尖端的科学技术领域。同时，这些重要科学技术目标的实现，要依赖国家大科学装置长期的稳定运行和持续的科学技术研究。

中国散裂中子源（CSNS）是国际前沿的高科技、多学科应用的大型研究平台，也是国家重大科技基础设施之一，与世界正在运行的美国散裂中子源、日本散裂中子源、英国散裂中子源一起，构成世界四大散裂中子源。

2 国家大科学装置园区和建筑

为了实现国家大科学装置的科学技术目标，运行世界尖端科技、多学科应用的大型研究平台，专门建设这个由主装置建筑和辅助建筑、办公及辅助生活建筑组成的大型科技建筑园区，称为国家大科学装置园区。其中在主装置区内，安装国家大科学装置的主装置大型设备的建筑，即主装置建筑。

3 园区规划

3.1 规划原则

国家大科学装置园区总体规划遵循如下原则：1）主装置设备的工艺及流程是园区规划最基本的依据；2）园区规划要充分利用建设用地的地形地貌、气候及周边环境的自然条件；3）园区功能分区应合理，道路流线应清晰、便捷；4）基于原有自然景观，景观设计以简洁朴实为原则，营造一种宜人的绿色生态科研环境；5）充分考虑园区的可持续发展，各功能分区均应留有发展用地。

3.2 功能分区

根据国家大科学装置园区的不同功能，园区由主装置区、实验配套区和辅助设备区三大功能区组成。安装大型科学实验装置的区域是主装置区，由一个主体建筑或一组核心建筑群组成；实验配套区是相关办公及辅助生活的建筑，由综合实验楼和综合服务楼等组成；由主装置辅助设备所组成的辅助设备区，通常包括辐射防护实验室、变电站、维修站及仓库、测试实验楼和冷冻站等。

国家大科学装置园区以主装置区为核心、实验配套区和辅助设备区为辅助，各功能区之间既相互独立，又便于联系，且流线清晰便捷。

3.3 总体布局

三大功能区基于中国散裂中子源主装置设备的工艺及流程的特殊要求，结合场地内多个不同标高的台地布局，各功能区之间流线便捷，总体布局严谨规整，体现了科研园区的理性和秩序。

1 园区总平面图

2 园区鸟瞰图

3 综合办公楼及园区入口

4 园区剖面图

5 系统组成比较图

6 主装置建筑轴测图

7 隧道图轴测图

8 主装置建筑——直线设备楼

9 主装置建筑——RCS设备楼

10 主装置建筑——靶站实验楼

11 直线遂道

总体规划以满足加速器主装置的工艺要求为首要设计原则，结合场地现状的丘陵地形条件和工艺要求，考虑主装置的防洪、基岩埋置深度、土方平衡量等因素，同时兼顾常虎高速、规划市政道路与园区的关系，将园区分为5个不同高程的台地，规划功能布局和园区交通流线，并且配合主装置的工艺要求，尤其是满足主隧道对地基年沉降量的要求。

主装置建筑是整个园区的中心建筑群，对工程地质和台地高程的要求很高，因此设置在地基条件优良的园区中部、南部。建筑物主要包括直线设备楼及隧道、RCS设备楼及隧道、靶站谱仪大厅及设备楼、RTBT设备楼及隧道、LRBT设备楼及隧道、排风中心几部分。辅助设备区建筑布置在紧临主装置建筑的东侧，为主装置建筑提供冷热水、电力、制冷、测试、维修保养等便捷服务。

实验配套区布置在园区的东北侧，靠近园区主入口，功能以对外交流及员工办公为主，包括综合办公楼和综合服务楼。实验配套区组合楼群创造出了良好的人文景观，园区工作或参观的路线均由此展开。

4 主装置建筑设计

4.1 平面布局和空间形态

国家大科学装置的主装置建筑是一种独特的涉核科研建筑，其平面布局和空间形态取决于国家大科学主装置的性质，不同使用功能的大科学装置建筑有着不同的平面布局和空间形态。综合分析，主装置建筑可分为集中式和沿线分散式两种平面布局，其空间形态分别为一栋巨型建筑或由若干建筑组成的建筑群。集中式是将实验主装置安装在一栋巨型主体建筑内；沿线分散式是沿着实验主装置工艺流线布置若干建筑，形成一组建筑群，本工程就采用这一种布局形式。

一般情况下，主装置工艺流线具有某一几何图形的规律时，建筑可采用集中式的平面布局和空间形态，而主装置工艺流线呈现分散和不规律时，建筑的平面布局和空间形态则应采用沿线分散式。

主装置建筑外部空间形态的设计应能充分体现国家大科学装置园区建筑的特征，建筑造型应整体协调、色彩淡雅，细部构造应简洁精练，空间形态要特别关注周边环境，使建筑顺应自然、绿色环保。

4.2 建筑设计

根据主装置设备的工艺及流程的分散和不规律特征，中国散裂中子源主装置建筑的平面布局和空间形态采用了沿线分散式的空间布局。

三大主装置建筑——直线设备楼、RCS设备楼、靶站谱仪大厅实验楼及其他设备楼等，组成了中国散裂中子源主装置建筑群，各个建筑沿主装置设备的工艺流线分散布置，由地下的主装置隧道联系起来，形成了一个有机统一的整体，充分满足了主装置设备的功能需求，使主装置设备的工艺、流程与建筑平面布局、空间形态达到高度统一。

外部造型以圆形RCS设备楼为基础，采用一致的构成手法，使各建筑由于主装置设备的工艺流程造成的扭转杂乱形象得到纠正，达到整体的协调统一。在构造细部处理上，着重表现建筑精准的工艺和细腻的材料搭配，展现出中国技术和建筑材料的国际化水准。

4.3 主装置建筑的特殊空间

（1）主装置隧道

主装置隧道是整个实验装置的核心部分，主要布置通用设备、前端、DTL、射频、注入引出系统、环高频系统、磁铁、电源、束测、真空、控制、准直、机械、防护等相关设备。隧道主要由直线加速器主隧道、直线副隧道、LRBT隧道、RCS环形隧道、反角中子及RTBT隧道组成，整个隧道连通且地面标高一致，总长度600多米。

（2）热室和热室操作间

热室是涉核空间，人员不得进入。热室长18m、宽5m、净高8m，紧邻靶站，地面铺设轨道，热室拖车运行于轨道上，用于靶体的正常工作和维护。热室操作间在热室一侧，设有遥控动力机械手等设备。

（3）废束站空间

在各种粒子加速器装置的中段或末端，通常都设置有废束站，用以在调试束线阶段与加速器使用阶段回收不需要使用的粒子束线。废束站是涉核的特殊封闭空间，主要放置回收粒子束线的设备。

5 结语

中国散裂中子源园区工程根据其工艺流程进行园区布局，同时融入地域特色。主装置建筑是一种涉及核放射的独特科研建筑类型，无论集中式还是沿线分散式布局，在主装置建筑中都有许多特殊的建筑空间，需要采用大量的建筑技术予以应对。