化学实验室建筑空间演变分析

2023-11-19邓洁莹

建材与装饰 2023年34期

邓洁莹

（广东省建筑设计研究院有限公司新城分公司，广东广州 510623）

0 引言

社会文明的发展动力来源于科学技术，实验室建筑作为承载科学技术研究与突破的重要场所，其对空间结构设计的要求较高。由于部分化学实验具有一定危险性，因此，在空间规划时应考虑不同区域需求设置相应的分区间隔，以提高实验室的安全性。同时实验室还应具有较强的便捷性，其空间能够在一定程度上降低实验难度，以提高实验效率。现代化背景下随着对科学技术发展重视程度的不断提升，相关设计人员应合理优化实验室空间，从而为实验室工作人员提供更为良好的工作场所。

1 国内外化学实验室建筑空间变化脉络

1.1 国外实验室建筑空间变化

国外化学实验室的概念最早出现在16 世纪90 年代，在帕拉塞尔苏斯的医疗化学实验室中受到对光和热量需求的影响，实验室的核心空间一般为熔炉和蒸馏装置。即最早的实验室是以熔炉和蒸馏装置为主导如图1 所示。

在过渡和发展阶段中，国外的化学实验室规模不断增大，内部的设备也在不断完善，包括通风柜、长桌等实验台设置以及化学模型等，使该阶段的实验室更趋于现代化，而且空间结构更加均衡，如代表性的伯克贝克实验室和隔离服斯瓦尔德大学教学实验室等[1]。

在变革和优化阶段，受到工业化和科学技术不断发展的影响，化学实验室中逐渐出现电子设备及新型实验装置，同时实验室空间也在朝着集约化、灵活化和安全化方向发展，使得实验室空间更加完善，而且能够满足实验的需求，对现代化学的发展起到明显的促进作用。

1.2 国内实验室建筑空间变化

在我国，化学实验室概念在20 世纪初期传入，首个化学实验室由京师大学堂创建。随着经济不断发展，在1916 年成立了农商部工商实验所，其内部的空间结构较为简单，而且设施和仪器设备较少[2]。随着实验室萌芽期向起步阶段迈进，在新中国成立后，我国加大了对工业化建设的重视，由于此时国家经济和科技水平较低，实验室空间设计不足，该阶段直接在较大的建筑空间中安装设备，缺乏有效的间隔设计和安全管理。国内萌芽期实验室如图2 所示。

图2 国内萌芽期实验室

在发展阶段中，我国逐步探索符合我国需求实验室设计方案，例如，调整实验台尺寸、更改窗户布置方向以及更换储物区位置等，但受到建筑自身功能制约，整体通风系统仍不够完善。

受到我国国情的影响，化学实验室等相关科研机构存在停滞阶段，该时期大部分实验室被破坏，同时相关实验室的研究与发展停滞不前。

在改革和发展阶段，我国科研事业重新起步，并不断加快研究步伐。受到“科教兴国”等战略的影响，国家不断加大对实验室建设的支持力度，这使得该阶段实验室建筑设计得到快速发展，并且使我国化学实验室的空间格局更加的经典，并且具有先进的电子设备和系统，整体空间规划效果更为理想，同时不同空间功能和效果更为先进，为我国化学研究水平的发展提供坚实基础。

2 当代化学实验室建筑空间设计分析

2.1 实验室项目概况

对汕头化学与精细化工广东省实验室项目（一期）进行分析，受到习近平总书记科学家座谈会重要讲话精神以及当前我国化工产业发展新形势等因素的影响，构建高效便捷、综合性、全链条的科学研究平台是我国当前化工行业发展的必要路径，合理优化实验室建筑空间设计对推动化学化工研究发展有着重要意义。广东省构建科技创新合作区高端前沿化学实验室。该实验室总占地面积约62133m2，实验室净用地面积约48742.67m2。实验室内部设施较为完善，而且配置能够达到国际水平，以充分满足科研需求。汕头化学与精细化工广东省实验室项目（一期）平面如图3 所示。

2.2 实验室建筑空间特点

在进行实验室项目设计时，为达到协同创新效果，在空间结构设计过程中融入化学实验研究的实际需求，同时融合创新理念使整体空间设计质量得到充分提升。实验室建筑空间的特点主要体现在3 个方面。

（1）整体性。汕头化学与精细化工广东省实验室在建设过程中严格遵循“战略急需、支撑产业”的要求进行设计和构建，意在借助实验室完成科研项目，促进广东省及全国化工产业实现快速发展[3]。实验室建筑空间设计应具有较强的整体性，通过全链条的研究和发展，在广东省区域化工产业技术的基础上对前沿科技进行开发和研究，加快成果的转化和落实。因此，总结经验得出：实验室空间应满足整体要求应该具备多项功能，而且能够允许多个化学实验团队进行研究，促使区域整体化学水平得到稳定提升。例如，根据实际需求构建多个建筑结构以满足不同化学实验研究需求，这有利于实验室研究效率的提升与发展。汕头化学与精细化工广东省实验室项目（一期）空间鸟瞰图如图4 所示。

图4 汕头化学与精细化工广东省实验室项目（一期）空间鸟瞰图

（2）动态性。该特点是化学实验室项目中较为明显的特点。在建筑空间设计过程中，借助建筑结构空间创建化学化工产业链结构，并依据产业链结构创建相应的实验空间，如设置需求分析空间、科研分析空间、技术研发空间、成果转化空间以及企业孵化空间，促使实验室能够满足化工科研需求。所有空间按照一定顺序结合形成动态的产业链结构，有效支撑科研和化工产业发展。受到产业链发展过程中对空间需求的影响，化学实验室设计过程中增加更加专业且便捷的交流场所，研究人员可以与需求人员进行充分交流，借助交流空间的设备和系统不断对技术研发的内容进行细化处理，同时对科技成果的发展方向进行调整，从而有效提高化工产业动态发展效率。

（3）开放性。实验室项目建筑空间设计过程中应坚持开放性原则，随着科技发展水平不断加快，实验室中的相关设备和研究系统不断更新，为使汕头化学与精细化工广东省实验室能够始终保持前沿水平，实验室保持开放态度与国际实验室进行合作交流，不断融合国内外资源促使化学研发技术的提升。在建筑实验室空间设计时需要预留一定的发展空间，为后续的设备升级和研究体系优化提供空间。

2.3 实验室空间功能与布局

在实验室空间功能设计时应结合化学科研需求进行合理规划与完善，确保符合化学实验研究需求，使整体实验室建筑成为多元功能的有机聚合体。通过结合不同实验室研发需求对实验室建筑中的功能空间结构进行合理划分，从而使空间的功能性得到提升[4]。例如，根据化学实验技术进行划分时应将具有气体排放需求的实验室设置在建筑顶层，以减少排气管道的敷设长度，提高安全性的同时有效控制施工成本。在大型设备或在运行中产生较强振动和噪声的实验室放在底层，以免对下层结构中的实验产生影响。

在设计实验室内部功能空间之外，同样应设置研究人员交流和生活的区域，设置中心区域，并将其作为交流空间，不同实验室功能区域均能够通过核心交流空间完成交流与沟通，从而提高合作质量。增加公共空间如地下车库、停车坪、休闲娱乐空间等。完善交通区域的构建，设置行车、行人区域，使整体交通组织更加顺畅。汕头化学与精细化工广东省实验室项目（一期）室外区域如图5 所示。

在进行实验室空间功能设计时需要加强对消防系统的构建，严格遵循相应的建筑消防设计要求增加消防通道，并结合不同实验室的危险等级分别设置相应的应急处理措施，保障实验室空间安全。

3 化学实验室建筑空间的未来发展

回顾国内外化学实验室建筑的设计历史，能够发现在化学实验室建筑空间设计过程中，实验室空间的完整性和服务空间的开放性一直以来在建筑设计中得到广泛应用。该空间设计理念具有明显的优势，其能够进一步优化不同空间的功能效果，同时使空间结构更加简洁凝练。

结合当代化学实验室空间的设计情况，对未来的化学实验室建筑空间设计方向进行分析，能够发现其发展方向主要分为4 个方面。

（1）建筑空间的开放性设计。化学实验室建筑的空间设计越发趋于开放共享，在开放型环境中，研究人员的工作竞争性更强，有利于激发创新思维和研发的积极性。同时在共享空间中，研究人员之间能够互相交流，更容易碰撞出创新思维火花，从而促进化学实验研究的发展。在空间设计理念发展中应不同优化实验室的整体结构，根据实验性质和工作需求以及化学研究危险性等影响因素进行空间划分，充分提高实验室的开放性[5]。

（2）功能简洁性设计。在未来的化学实验室建筑空间设计时，应在满足化学实验研究的基础上简化功能区域的设计，例如，针对管线布局和电气系统等空间中应尽量简化相关区域的设计，保障安全性的同时避免其对化学实验研究带来影响。

（3）空间结构灵活性设计。未来的实验室空间设计时应该增加实验室的灵活性，由于未来相关研究技术必然不断升级和优化，实验室作为前沿高科技研究结构必然需要及时更新设备或调整空间布局，使整体实验空间更加高效和完善。一方面，不同空间区域范围内均留有充足的发展空间。另一方面，应根据模块进行空间划分，并支持系统的移动调整，使整体空间功能更为灵活。

（4）智能化设计。对建筑空间进行智能化设计时，首先，借助不同空间构建全面的监测系统，便于构建智能化体系对实验室结构进行合理监管，及时发现异常情况并上报处理。其次，将实验室中门窗、墙壁等结构与智能化系统相结合，系统根据需求对空间结构进行调整，从而改变建筑结构，满足实验室升级优化需求。