摘要：随着人才培养的需要，高校实验室的设计越来越受到重视。由于高校实验室的需求多且难以明确的特点，导致新建实验室无法满足师生们的需要，很多实验室一建成就进行改造。如何建设满足需求的实验室成为了高校面临的重要课题。本文针对高校实验室建设过程中出现的问题，对高校实验室设计管理进行了一些思考，为设计师和建设单位提供一些建议。
关键词：实验室设计管理；通用型；区块化
引言
2016年5月，习近平总书记发表《为建设世界科技强国而奋斗》历史性重要讲话，提出了“科技是国之利器”，开启了建设世界科技强国的新征程。科技的发展离不开人才，无论是在人才培养还是人才引进中，高校都扮演着不可替代的角色。而实验室作为主要的科研空间，实验室的建设水平在一定程度上决定了高校的科研水平。高校实验室具有教学、科研及对外开放的功能，是培养学生创新和实践能力的重要基地，也是教师科研、教学的重要场所。[1]随着国家科教兴国战略的实施，一方面国家对高校的投入力度不断增加；另一方面高校为响应国务院《关于统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》和《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》的要求，加大了对仪器设备采购的经费投入。[2]新的实验仪器和实验方式对实验室的设计管理提出了新的要求。它不单纯是选购合理的仪器设备，还要综合考虑实验室的总体规划、合理布局和平面设计，以及供电、供水、供气、通风、空气净化、安全措施、环境保护等基础设施和基本条件。因此，实验室的设计是一项复杂的系统工程，如何设计优越完善的实验室，是我国高校面临的重要课题。[3]
1 实验室设计中遇到的问题
目前很多高校实验室在建成以后，学院老师做的第一件事就是要求学校对实验室进行改造，这无疑造成了高校建设资金和科研经费的浪费。
改造的原因主要有：
（1）实验室的结构设计和实验需求不匹配
实验室对楼面的载荷和使用空间的需求都较常规建筑要高很多。相较与常规楼宇相比，实验室的载荷一般要大得多，常规楼宇设计的楼面载荷一般在100kg左右，而高校实验室一般要求在200kg。特别是在物理和化学这类设备比较多的实验室中，对楼面载荷的要求会更高，比如近几年兴起的采用大型计算机对实验数据进行分析计算甚至直接进行模拟实验的分析实验室，一般楼面载荷的需求在1.5t/m2左右，这种大载荷是在常规楼宇设计中无法想象的。使用空间因不同的实验要求有极大的差别，比如心理实验室需要的是小隔间方便进行一对一的交流；生物实验室一般需要安装洁净空调，需要预留足够的辅助设备空间；物理实验室的实验仪器一般体积都比较大，一台低温反应釜的高度可能在4米左右，加上附属设备可能会达到6米左右，考虑到上层楼板梁高，这类实验室需要的层高就在7米以上。在实际设计过程中，设计师对实验室功能和仪器基本不了解，而作为使用单位，除非有实验室改造经验的老师，一般的学院老师不会太注重实验室空间和载荷的问题，特别是载荷，经常被忽略，直到建设阶段才被关注，而那时候已经来不及了。
（2）实验室的结构性能与实验室需求不匹配
对实验室有影响的结构性能主要有隔震、屏蔽、隔音、无磁、抗辐射和独立接地等。随着实验设备越来越精密，实验结果越来越精确，使用单位对实验室的建筑设计要求也越来越高。比如光学实验平台，一个微小的震动可能就会引起实验失败，虽然在实验室改造阶段可以采用隔震平台来达到需要的隔震效果，但这样做改造和维护成本非常高，若在设计初期就进行有效的隔震设计这对实验室后期改造可以达到事半功倍的效果。
（3）实验室的点位和预留与实验室需求不匹配
这类包括给排水点位、强电、弱电、空调和排风等，主要体现在数量不匹配和容量不匹配。比如数学类实验室中，计算机是经常要用到的，因此对网络端口的数量要求就非常高，而常规设计中网络端口一个实验室不超过4个，无法满足使用需求若采用分线器的形式网速又会收到影响。又比如在农学相关的实验室中，灭菌锅是一个非常常见的仪器，它的耗电量一般在3000w以上，使用单位很少会在需求对接的过程中提到这类设备，直到设备就位后才发原来设计的电路完全没法承受这么高的电量。
2 产生问题的原因分析
问题产生的主要原因是高校实验室的特殊性。
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（1）实验室的种类多，需求难以明确
高校特别是一些综合性大学，院系数量多，不同专业之间的需求有着天壤之别，即使在同一专业中，不同的课题组的实验室功能需求也有非常大的差异，这导致设计师很难充分了解各个实验室的需求，只能根据使用单位的要求进行设计。而使用单位由于缺少对建筑设计的理解和对设备使用条件的理解，导致很难提出准确的需求。比如接地的需求，随着实验仪器精度的提高，很多设备对接地要求也越来越高，不仅要求电阻小还要求抗干扰能力强稳定性好。一般的实验室设计中，设计师会在每一个实验室中预留一个等电位盒作为设备接地使用，等电位盒与建筑桩基通过结构钢架相连接，这样做的好处是将整个建筑做为一个接地体使用接地效果好（一般都可以低于4Ω）、接地容量大，而缺点就是不同设备之间会相互干扰。这类接地方式能满足大部分设备的需要，对于一些特殊设备来说却无法使用，但这类设备接地需求一般只会标注接地电阻阻值而不会说明接地做法。直到设备安装使用以后才发现问题，这时再进行改造代价就非常高了。
（2）实验室功能变化较多
高校实验室的分配是以学院为主体，各个专业为分配单元的。学校先按照一系列分配方案，划定学院的实验室总面积，学院根据各个专业的科研能力、人员数量和实验特点等将实验室分配至各个专业，再由各专业负责人将实验室落实到各个课题组。这样在设计过程中，可以根据各专业甚至各课题组的需求进行有针对性的设计。但由于实验楼从设计到交付一般经历4年左右，相较于企业实验室功能和实验内容相对稳定，高校实验室的变化就比较频繁了，在这个实际段里，课题组的组成人员、实验所需的仪器设备、实验方式以及实验室布置理念都会发现变化，若在这个过程中有新的教授加入成立全新的课题组，这就导致在设计阶段的实验室需求和交付阶段的需求产生比较大的差距，甚至实验室属性都需要重新调整。
3 对高校实验室设计管理的思考
（1）加强沟通，深入了解需求
在设计需求确认阶段，设计师和建设单位应尽量实地走访相关的实验室，深入得与实验室管理人员进行沟通，了解实验室的实际需求。如果实验室内有特殊的设备，应通过厂家了解设备的实际需要，有正对性的进行设计，防止闭门造车的情况发生。
（2）以通用性为主，预留改造的可能性
考虑到在实验室建设的过程中，实验室的需求或多或少的会发生改变，改造是不可避免的。为了使后期改造成本最小化，在设计过程中应根据专业特点，设计通用型实验室，除了特殊实验室外不应该进行个性设计，以防止实验室分配调整导致实验室布局大调整。在通用设计的同时，根据专业特点，对给排水点位、实验室总电量、排风井道这类进行预留，以便实验室需求变化时只需要在实验室内部进行小范围改造就可以满足要求而不需要对整个实验楼进行改造。
（3）以功能实现为目标，区块化设计
高校不同专业的实验室虽然实验内容和实验方法各不相同，但是可能会用到很多类似实验设备和实验室需求也会相类似，特别是在同一个学院的不同专业之间，这就为区块化设计提供了可能性。对于设计师而言，在一大块区域内实现某一功能的要比在很多小区块内实现同一个功能方便很多，不但能减少建造成本提高空间利用率，而且在后期也方便维护和管理。在实际设计中，可以参考实验平台的设计方式，将学院中一些要求特别高的设备和实验室布置在同一个区域中进行集中处理。比如将各个专业的机房设备集中布置在楼面载荷大易于布设精密空调的位子、将大载荷的设备布置在一楼加强楼板区域、将通风柜和使用剧毒试剂的实验室集中布置在顶层不但便于吸收和处理废气还能减少风道占用其他实验室空间。
高校的实验室设计是在通用性设计和个性设计之间寻找平衡点，不同于有明确目标，个性鲜明的企业实验室设计，也不同于完全无功能差别的写字办公楼设计。高校实验室既不能粗放的不顾实验室特点大空间预留，也不能过于精细化的个性设计，前者会使得改造工程浩大并可能破坏原有建筑结构，实验室功能实现的代价高昂；而后者会造成实验室只能满足原实验团队的需要如果需求变化就需要进行二次装修改造，导致高校资金的浪费。
参考文献：
[1]巩宪伟 陈亚敏 巩天骄 基于培养创新型人才的开放实验室管理与建设[J]实验技术与管理 2016.11：271-273
[2]白雪飞 谢 力 孙胜祥 林名驰 高校仪器设备招标采购中的典型问题分析与对策[J]实验技术与管理 2017.03：265-267
[3]秦 美 关于高校实验室设计的几点思考[J]建筑设计研究 2012.01：41-42
论文作者:韩寅聪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/7
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