可持续发展的未来实验室设计

■ 文/孙 芊

未来实验室是尊重环境的，是以人为本的。

提到创新的源头，可能大多数人首先想到的是高校和科研机构的实验室。2018年5月，美国嘉科集团在波士顿举办的实验室行业标准会议上提出了“未来实验室”的概念，并对其进行了定义：架构扁平化、各学科整合、聚焦科学研究、鼓励创新的科学发现中心。简言之，未来实验室是尊重环境的，是以人为本的。

近年来，实验室的可持续发展一直是热门话题，通常一提起来大家就直接联想到节能。事实上，可持续的真正涵义远远不止这一点。建筑、资源和人类健康之间的联系是可持续设计的三大重点，这和大多数实验室用户的科学任务和企业目标是契合的，也是实验室未来的发展趋势。

嘉科集团旗下的嘉科全球建筑在过去20多年的实验室建筑设计中，一直在研究如何使实验室建筑更具可持续性，以及实验室环境如何影响使用者。实验室建筑的能耗比办公楼高5～10倍，即使是少量的优化也意味着节省了大量的能源。科学家创造的价值是无法估量的，即使是工作效率的稍稍提高也意味着创造了更多的社会价值。

可持续发展的实验室也被称为“高性能实验室”，以强调其目标是使实验室建筑更高效地发挥作用，这意味着设计思路从单纯的节约到更注重优化。节约意味着减少我们需要的，是对使用者行为的改变，如通过夏天调高空调设定温度和冬天调低空调设定温度；优化意味着找到更有效的设计方法，使建筑冬暖夏凉。真正的高效建筑应该同时使用节约和优化两种手段，对于实验室建筑而言，确保这些设计方法不会损害到实验环境和科研人员工作效率至关重要。

要使实验室建筑更高效地发挥作用，需要考虑建造、使用和未来可能的改造过程中诸多因素，总结下来主要是3个方面：场地影响、资源利用和使用者因素。

●场地影响

场地影响的因素十分广泛，包括选址、园区设计、与废弃物运输和处理相关的交通以及基础设施等。项目选址确定后，好的园区设计会显著减少项目对周边环境的影响。例如：如何减少废水废物排放到现有地下水源和污水系统，以减少对周边自然水文的影响；如何减少园区不透水铺地的面积，以减少雨水径流；如何最大化在园区内处理废水以及雨水径流，以减少对周边环境的压力。实验室产生的废水废物远多于其他建筑类型，因此废弃物管理至关重要，应对废水废气积累进行建模和监控，尽量减少对周边人群的影响。

●资源利用

资源主要包括水、能源和材料。对资源的管理有很多不同的策略，但都归结为3个主要概念：减少资源需求、更高效利用资源以及使用替代资源。

实验室在工艺生产和维持洁净空间过程中需要使用大量的水。我们在设计中采取的节水措施主要有两个：一是尽可能使用节水设施和废水处理系统；二是尽可能使用灰水。此外，高效玻璃器皿清洗系统、循环冷冻水系统等都会减少实验室用水需求。

为减少实验室建筑能源使用，我们通常从3个方面进行设计。首先是正确计算负荷，如室内温度、湿度、光照水平、每个空间所需的换气量等。其次是系统设计，通常设定的负荷越低，系统选择自由度越高。最后是提高能源效率，计算出负荷并选择最优系统后，应在场地内尽量使用可再生能源。

基础医学公司实验室项目▲美国基础医学公司在基因组技术和癌症生物学领域处于创新领袖地位，提供癌症治疗优化分析。实验室设计使用开放工作环境，在保证安全性、功能性和灵活性的同时强调建筑美感。玻璃隔断和多种会议空间供参观和访问交流。

阿斯利康公司在美国波士顿的研发实验室▲实验室充分运用自然光并引入室外景观，增加科研人员的愉悦感，同时全玻璃走廊可以时刻观察实验过程。实验室顶部的综合吊架和功能柱加强了实验室的灵活性和高效性。

从环境角度讲，最理想的材料其原材料无毒、储量丰富、可更新，制作、运输和安装过程中消耗能源少，使用寿命长且易于维护，废弃材料可重新回收利用。

●使用者因素

除了场地和资源外，实验室的可持续设计更需要关注建筑环境对科研人员的影响。影响建筑环境的因素很多，其中空气质量、舒适度和视野尤为重要。对大部分科研企业来说，员工薪资和福利支出占到了企业成本近85%，员工健康和工作效率很小的提升会为企业带来巨大的经济效益。

科学家在努力探索世界运行的原理，以期得到更多在生物、物理、化学、环境等方面造福人类的信息。实验室的可持续设计则重点研究实验环境需要什么以及这种需求对周围环境意味着什么，并使这二者达到平衡。我们认为，未来实验室将做到：强调灵活性，满足不同时期不同科研组群的使用要求；强调科学与艺术的结合，把实验室建筑变成科学研究的展厅。我们希望在中国也能够打造这样标准的实验室，让中国的科研人员享受世界领先的科研环境。