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高校生物醫(yī)學(xué)類實驗用房設(shè)計風(fēng)險研究

2015-03-27 01:50:51李少娟蓋世杰
實驗技術(shù)與管理 2015年9期
關(guān)鍵詞:實驗室建筑實驗

任 瑩, 李 一, 李少娟, 蓋世杰

(清華大學(xué) 基建規(guī)劃處, 北京 100084)

高校生物醫(yī)學(xué)類實驗用房設(shè)計風(fēng)險研究

任 瑩, 李 一, 李少娟, 蓋世杰

(清華大學(xué) 基建規(guī)劃處, 北京 100084)

以多所高校生物醫(yī)學(xué)類實驗用房設(shè)計為例,深刻剖析了在高校實驗類用房設(shè)計過程中遇到的問題以及未來可能造成的風(fēng)險,并在進(jìn)一步分析風(fēng)險產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上提出了有針對性的管控措施及建議,以期為其他高校在實驗類用房設(shè)計方面提供實踐經(jīng)驗,并藉此促進(jìn)高校建設(shè)項目設(shè)計管理整體水平的提高。

實驗類用房; 設(shè)計風(fēng)險; 管控措施

實驗用房的建設(shè)對高校發(fā)展至關(guān)重要,是增強(qiáng)高校核心競爭力的重要基礎(chǔ)保障之一。在設(shè)計及建設(shè)方面,實驗類用房與其他教學(xué)用房比較都更為復(fù)雜且綜合。尤其在設(shè)計方面,它不僅要考慮實驗室用房的合理布局以及平面設(shè)計,同時還要考慮供水、供電、通風(fēng)、溫濕度、凈化、靜音、安全、環(huán)保等一系列為滿足實驗需求的工藝要求,是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程[1]。對于高?;窘ㄔO(shè)管理而言,設(shè)計出既滿足實驗需求又能達(dá)到投資受控,并符合國家相關(guān)法律法規(guī)的實驗用房是高校面臨的重要課題。

1 實驗類用房設(shè)計風(fēng)險點剖析

實驗類用房在設(shè)計等方面具有其特殊性,設(shè)計難度遠(yuǎn)高于一般建筑,且目前我國有關(guān)實驗用房設(shè)計規(guī)范也有待健全。在這一背景下,本文從多所高校生物醫(yī)學(xué)類實驗用房設(shè)計案例中選取了3個具有代表性的建設(shè)項目(見表1),從高校建設(shè)項目投資、政府報建、施工等多個維度對常見的設(shè)計問題進(jìn)行剖析,進(jìn)一步分析其產(chǎn)生原因并提出有效的管控措施及建議。

表1 項目概況一覽表

1.1 投資類風(fēng)險

1.1.1 專用實驗室等級調(diào)整引起工藝設(shè)計要求變化

實驗用房與其他功能用房的最大區(qū)別體現(xiàn)在實驗室環(huán)境條件的特殊要求方面,如恒溫恒濕、實驗區(qū)域的凈化、隔震、電磁屏蔽、靜音等[2-3],用設(shè)計語言來說就是對實驗用房的特殊工藝設(shè)計要求。這類特殊工藝設(shè)計要求是實驗室設(shè)計的核心以及難點,決定了未來建成后實驗室的先進(jìn)性、前瞻性及實用性[2]。

例如上述某項目,在概念設(shè)計階段雖已考慮到專用實驗室區(qū)域的特殊工藝技術(shù)要求。但是在設(shè)計深化過程中,部分實驗室的等級發(fā)生了變化,進(jìn)而對實驗區(qū)域的環(huán)境要求進(jìn)一步提高。如動物房的屏障環(huán)境要求在設(shè)計之初確定為7級(即萬級),隨著設(shè)計工作的推進(jìn),該區(qū)域的屏障環(huán)境要求最終調(diào)整為:根據(jù)不同區(qū)域凈化等級要求,部分區(qū)域為7級,部分區(qū)域需達(dá)到8級(即十萬級)。這一級別定位就綜合包括了對空氣潔凈度、溫濕度、落下菌數(shù)及空氣壓力梯度等要求的變化。

在設(shè)計過程中,為了滿足實驗室更高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境條件要求,不僅在空調(diào)及潔凈系統(tǒng)設(shè)計中需進(jìn)一步提高設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)[4],加強(qiáng)系統(tǒng)整體可靠性,而且在建筑室內(nèi)裝修設(shè)計方面也必須選擇性能更佳的裝修材料。上述情況均會造成工程造價的提高。

1.1.2 對特殊功能區(qū)域建筑層高難以把控

實驗用房的建筑層高通常要高于一般建筑。以生物醫(yī)學(xué)類實驗室為例,由于其特殊的功能要求,在設(shè)計布局時需要在實驗室內(nèi)鋪設(shè)大量的系統(tǒng)管線或增設(shè)設(shè)備夾層;此外,生物醫(yī)學(xué)類實驗儀器體積較大從建筑功能要求上也比一般建筑需要更為高大的建筑空間。然而,由于受到建筑限高以及地下埋深過深、代價太高等因素影響,在設(shè)計過程中實驗用房層高的設(shè)計經(jīng)常需要經(jīng)過反復(fù)論證和調(diào)整。

以上述某項目為例,為了提高土地及空間資源的利用效率,同時兼顧功能布局的合理性,在設(shè)計過程中將大部分專用實驗室區(qū)域設(shè)置在地下部分。在設(shè)計深化過程中,隨著建筑功能的不斷明確,設(shè)計單位對上述專用實驗室區(qū)域的建筑層高重新進(jìn)行了論證。根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范中關(guān)于實驗室凈高的有關(guān)規(guī)定,并結(jié)合對類似實驗室的現(xiàn)場考察,設(shè)計單位對設(shè)備夾層高度、實驗室凈高、結(jié)構(gòu)高度及面層厚度重新進(jìn)行計算并調(diào)整了地下各層建筑高度。調(diào)整后的地下層高平均每層比原方案增加了1~1.5 m,地下總埋深由20 m增加至25 m,這一深度相當(dāng)于又增加了一整層地下室,因而總投資也隨之上漲。

1.1.3 用電負(fù)荷需求巨大難以預(yù)估

除工藝設(shè)計外,實驗室設(shè)計的另一個難點就在于用電負(fù)荷的設(shè)計。為了確保實驗期間所有設(shè)備正常運行,避免停電、斷電情況的發(fā)生,在用電負(fù)荷設(shè)計中應(yīng)充分考慮建筑物的最大用電容量。此外,還需考慮到實驗室未來發(fā)展需求,在用電負(fù)荷上留有余量[2]。

本文所選取的3個案例在用電負(fù)荷設(shè)計中均遇到了類似的問題。在用電負(fù)荷設(shè)計過程中,隨著需求的變化以及對大樓未來使用預(yù)期的調(diào)整,項目用電負(fù)荷也隨之不斷增加。例如其中一個項目在設(shè)計初期,根據(jù)當(dāng)時建筑功能需求,經(jīng)電氣負(fù)荷計算,該建筑物總用電容量約為7 000 kW,變壓器安裝容量為4 000 kVA(2×2 000 kVA)。此后隨著設(shè)計的不斷深化,最終在施工圖設(shè)計階段用電量增長到了13 000 kW,變壓器安裝容量為8 000 kVA(4×2 000 kAV)。用電負(fù)荷需求超出原設(shè)計近一倍。其主要原因有二:一是在設(shè)計過程中,實驗室需求發(fā)生了變化,需增設(shè)大量的通風(fēng)柜設(shè)備;二是深化設(shè)計時增加了少部分耗電量較大的專用實驗室。上述原因均造成了該建筑總用電負(fù)荷出現(xiàn)較大增長,進(jìn)而導(dǎo)致總投資的增加。

1.2 政府報批類風(fēng)險

1.2.1 功能沖突造成用地范圍變化

建筑功能與空間布局的設(shè)計是建筑設(shè)計的源頭與核心[5-9]。對于具有實驗室功能的教學(xué)科研大樓而言,不僅要考慮實驗室與辦公、教學(xué)、公共區(qū)域之間的空間布局關(guān)系,同時還要考慮合理布置問題。

以上述某項目為例,因該項目的生物醫(yī)學(xué)類專用實驗室區(qū)域內(nèi)設(shè)有大量高精度實驗設(shè)備,且這些設(shè)備對安裝環(huán)境的要求極高,地下或地上的微小震動均會影響儀器的使用效果。在項目設(shè)計之初,因地基動力、各振源參數(shù)尚無法取值等現(xiàn)實情況,設(shè)計單位難以準(zhǔn)確分析出會產(chǎn)生震動的公用設(shè)施用房對實驗設(shè)備正常使用的影響程度,且為了最大限度提高土地及空間資源的利用效率,最終將上述大部分公用設(shè)施用房布置于地下空間與專用實驗室區(qū)域鄰近。但隨著設(shè)計圖紙的不斷深化,設(shè)計單位再次就公用設(shè)施用房對實驗設(shè)備的影響問題進(jìn)行了模擬分析,得出按照現(xiàn)有設(shè)計無法通過隔振措施滿足高精度實驗設(shè)備的使用要求的結(jié)論。最終建議將地下空間內(nèi)對實驗設(shè)備影響較大公用設(shè)施用房進(jìn)行異地建設(shè)。這一結(jié)論導(dǎo)致該項目建設(shè)用地范圍發(fā)生了較大變化,與政府批準(zhǔn)的建設(shè)用地邊界及建設(shè)指標(biāo)出現(xiàn)了矛盾。重新申報用地范圍,無疑相當(dāng)于將整個項目的政府報批程序重置,使項目周期及報批風(fēng)險增加。

1.2.2 復(fù)雜的工藝要求造成人防工程報批風(fēng)險

對于建筑設(shè)計而言,人防專項設(shè)計是國家相關(guān)規(guī)范的強(qiáng)制性規(guī)定。在人防設(shè)計中,如何能夠在符合國家有關(guān)規(guī)范的前提下兼顧人防工程戰(zhàn)時要求及平時用途,高效利用地下空間是人防設(shè)計的關(guān)鍵性問題。

在上述某項目設(shè)計中,由于專用實驗室區(qū)域內(nèi)需安裝大量的專業(yè)實驗儀器設(shè)備,其體積及自重均較大且多數(shù)都有基礎(chǔ)隔震要求,因此大多數(shù)專用實驗室在設(shè)計過程中均提出了接地布置的要求,由此專用實驗用房同人防工程即需設(shè)計在同一空間內(nèi)。由于實驗用房的特殊工藝需求,在設(shè)計布局時需鋪設(shè)大量管線,但人防工程又具有全密閉要求,大量的設(shè)備管道從人防臨空墻上穿出對人防工程布置有直接影響。根據(jù)實踐經(jīng)驗,實驗類用房隨著需求及設(shè)計深化進(jìn)行方案調(diào)整是普遍性現(xiàn)象,而在同人防工程空間重疊的情況下,每一次調(diào)整都勢必導(dǎo)致人防工程設(shè)計條件及人防設(shè)備設(shè)施的變化,大大增加了人防報批的不確定性。

1.3 施工類風(fēng)險

設(shè)計圖紙是指導(dǎo)建設(shè)項目施工的最為重要的文件。設(shè)計圖紙的質(zhì)量直接影響建筑施工的進(jìn)程及建成后的效果。在施工過程中,因設(shè)計圖紙問題引發(fā)的施工階段投資、進(jìn)度、質(zhì)量失控的問題時有發(fā)生。實驗類用房設(shè)計由于包含了更多種類的專業(yè)設(shè)計內(nèi)容,相較普通建筑設(shè)計圖紙更為復(fù)雜,出現(xiàn)設(shè)計問題的可能性更高,導(dǎo)致上述風(fēng)險產(chǎn)生的幾率進(jìn)一步加大。

以管線設(shè)計為例,在一般類建筑建設(shè)過程中,因管線綜合設(shè)計考慮不全面導(dǎo)致的管線排布沖突,或施工完成后發(fā)現(xiàn)建筑凈高未達(dá)到建筑專業(yè)要求的現(xiàn)象時有發(fā)生,且上述問題一旦發(fā)生常具有不可逆特性,給使用方造成很大困擾。實驗類用房由于其需求的特殊性,管線數(shù)量常常幾倍于一般建設(shè),如不能在設(shè)計階段即對管線綜合設(shè)計考慮周全,則出現(xiàn)上述施工風(fēng)險的幾率必將成倍增加,所導(dǎo)致的后果也更加嚴(yán)重。設(shè)計圖紙的質(zhì)量、深度對實驗類用房建設(shè)的影響可見一斑。

2 實驗類用房設(shè)計風(fēng)險點產(chǎn)生原因分析

2.1 快速的學(xué)科發(fā)展造成需求的不斷變化

在科技發(fā)展日新月異的當(dāng)今時代,引進(jìn)高端科研人才及研究團(tuán)隊是高校提升自身學(xué)科地位增強(qiáng)綜合競爭力的最為普遍及有效手段之一。引進(jìn)高端科研人才及研究團(tuán)隊必然會帶來新的研究方向及實驗課題,而這些研究則需要高校提供足夠先進(jìn)的硬件設(shè)施進(jìn)行支持。此外,學(xué)科發(fā)展速度的激增促使支持學(xué)科發(fā)展的軟硬件更新周期不斷縮短,也同樣會帶來各類需求的變化。一棟科研實驗類大樓的建設(shè)周期??缭綌?shù)年。而在這一過程中,學(xué)科發(fā)展以及人才的引進(jìn)卻不能隨之放慢腳步。因此,在設(shè)計過程中,新的需求不斷涌現(xiàn),原有需求不斷變化是不可避免的正常現(xiàn)象。而這一必然現(xiàn)象又勢必會給設(shè)計工作帶來較大影響,增加了設(shè)計工作的難度和不確定性。

2.2 “大甲方”管理模式難以適應(yīng)專業(yè)化需求

在設(shè)計階段,高校的管理模式多是由基建管理部門代表學(xué)校作為牽頭方,由其全面統(tǒng)籌各相關(guān)單位并主導(dǎo)設(shè)計工作進(jìn)程的“大甲方”管理模式,高?;ü芾聿块T多數(shù)都具有豐富的設(shè)計管理經(jīng)驗,對學(xué)校的設(shè)計理念、標(biāo)準(zhǔn)、要求等有較為深刻的認(rèn)識且熟知建筑設(shè)計中的問題以及風(fēng)險。因此,對于普通建筑而言,采用“大甲方”管理模式可以充分發(fā)揮基建管理部門的經(jīng)驗及管理優(yōu)勢,提高建設(shè)效率降低建設(shè)成本(見圖1)。

圖1 “大甲方”組織管理模式示意圖

然而,實驗類用房設(shè)計具有其自身的特殊性,在設(shè)計的難度及專業(yè)性方面都有別于普通建筑,以生物醫(yī)學(xué)類實驗用房為例,整個設(shè)計過程中除涉及建筑工程學(xué)、管理學(xué)等一般建筑領(lǐng)域外還運用到了生物醫(yī)學(xué)、實驗動物學(xué)、空氣動力學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域知識,是一個復(fù)雜的系統(tǒng)性工程。而基建管理部門在建筑工程及管理學(xué)以外的其他學(xué)科領(lǐng)域的專業(yè)知識明顯欠缺,僅依靠自身力量進(jìn)行實驗類用房的專業(yè)設(shè)計管理,難以保證設(shè)計質(zhì)量及效果。

2.3 設(shè)計領(lǐng)域的專業(yè)化水平有待提高

目前,我國對于設(shè)計單位的資質(zhì)是綜合考量企業(yè)資本、人員、業(yè)績等方面僅分為甲、乙、丙3個等級,而未進(jìn)行序列劃分。這一劃分方式也導(dǎo)致了我國設(shè)計單位普遍追求大而全的綜合型發(fā)展方向,在專業(yè)化水平方面相對欠缺[10]。實力雄厚的甲級大醫(yī)院雖然可以輕而易舉地設(shè)計出一棟高樓大廈,但是在面對實驗用房設(shè)計,特別是針對某一學(xué)科的專用實驗室設(shè)計時,常顯得力不從心,更無法做到從專業(yè)角度和學(xué)科領(lǐng)域未來發(fā)展視角,為使用單位提供高水平的咨詢服務(wù)。

3 降低設(shè)計風(fēng)險的有效管控措施及建議

3.1 “大甲方”管理模式向“聯(lián)合甲方”管理模式轉(zhuǎn)變

實驗用房設(shè)計是一個復(fù)雜的系統(tǒng)性工程,在整個設(shè)計過程中涉及到了多個學(xué)科領(lǐng)域。僅以高校基建管理部門一家作為主導(dǎo)的“大甲方”設(shè)計管理模式難以保障其設(shè)計質(zhì)量及效果。在上述案例中,生物醫(yī)學(xué)大樓項目的基建管理部門在項目規(guī)劃時即敏銳地發(fā)現(xiàn)了這一問題,并通過建立一套特有的組織管理模式,既充分體現(xiàn)了自身固有的建設(shè)管理優(yōu)勢,又充分發(fā)揮了使用單位的學(xué)科優(yōu)勢及專業(yè)技術(shù)力量,順利完成了設(shè)計工作,為后期建設(shè)打下了良好基礎(chǔ)。具體管理模式為引入使用方參與項目設(shè)計管理,2個單位之間取長補(bǔ)短共同協(xié)作,以“聯(lián)合甲方”的形式共同推進(jìn)設(shè)計管理工作(見圖2)。在這一過程中,使用單位應(yīng)組建自己的項目管理團(tuán)隊,與基建管理部門的設(shè)計管理團(tuán)隊直接對接,依靠其專業(yè)背景,明確提出使用及管理的專業(yè)性需求,并在工藝設(shè)計過程中直接指導(dǎo)設(shè)計單位進(jìn)行實驗室工藝設(shè)計,從而大大提高了實驗室設(shè)計的實用性。上述組織管理模式在實踐中取得了較好效果。

圖2 “聯(lián)合甲方”組織管理模式示意圖

此外,根據(jù)已有經(jīng)驗,如能在聯(lián)合甲方管理模式的基礎(chǔ)上引入專業(yè)咨詢單位作為專家團(tuán)隊,就當(dāng)今世界實驗室設(shè)計方面的新標(biāo)準(zhǔn)、新工藝、新設(shè)備等問題提出具有前瞻性的專業(yè)指導(dǎo)意見,將有利于增強(qiáng)實驗室設(shè)計的先進(jìn)性,更好地適應(yīng)未來學(xué)科發(fā)展。

3.2 以工藝主導(dǎo)替代以建筑主導(dǎo)的設(shè)計模式

在一般類建筑設(shè)計中,設(shè)計單位工作模式通常以建筑專業(yè)作為結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣等專業(yè)設(shè)計的牽頭方,根據(jù)建筑專業(yè)給其他各專業(yè)提出設(shè)計條件聯(lián)合完成整體設(shè)計工作。

實驗類用房的設(shè)計與其他普通建筑相比較具有專業(yè)化要求更高、需求的特殊性更強(qiáng)等特點,其設(shè)計工作的核心及難點主要體現(xiàn)在實驗用房的特殊工藝設(shè)計方面。因此,在進(jìn)行實驗室設(shè)計時設(shè)計單位在工作模式中應(yīng)更突出工藝設(shè)計團(tuán)隊的核心地位,以工藝設(shè)計為龍頭,與建筑專業(yè)配合,牽動結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣等各專業(yè)。作為建設(shè)管理單位及使用單位也應(yīng)更加重視工藝專業(yè)設(shè)計,力爭在設(shè)計階段即對工藝流程和布置思慮周詳,實現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計,避免建筑空間等方面的浪費。如不重視工藝流程,僅由建筑專業(yè)牽頭進(jìn)行實驗類用房設(shè)計,則有很大幾率產(chǎn)生空間的浪費或局促,給排水、電氣、暖通等因設(shè)計之初未能全樓統(tǒng)籌考慮,匹配度較差。工藝主導(dǎo)設(shè)計模式見圖3。

圖3 以工藝主導(dǎo)的設(shè)計工作模式圖

3.3 注重考察設(shè)計單位專業(yè)化能力

面對當(dāng)前國家實驗室設(shè)計規(guī)范不完善以及設(shè)計行業(yè)的專業(yè)化水平有待提高的情況,應(yīng)盡可能采取一些有效的防控措施來降低上述問題帶來的設(shè)計風(fēng)險。

首先,從理念上要認(rèn)識到對于設(shè)計單位的選擇不應(yīng)僅僅看重資質(zhì)、等級或名氣,而應(yīng)更加重視考察設(shè)計單位的專業(yè)化水平、實驗室設(shè)計的相關(guān)業(yè)績、設(shè)計團(tuán)隊中是否有了解相關(guān)學(xué)科的專業(yè)設(shè)計人員等。設(shè)計單位的工作不應(yīng)僅僅是按照建設(shè)方的意愿完成設(shè)計圖紙,而應(yīng)為建設(shè)方提供更加專業(yè)的咨詢服務(wù),應(yīng)根據(jù)相關(guān)學(xué)科在世界上的發(fā)展進(jìn)程,提出更加符合新世紀(jì)實驗室要求的智能化設(shè)計理念[11];其次,設(shè)計單位還應(yīng)通過自身豐富的實踐經(jīng)驗及相關(guān)業(yè)績在實踐中彌補(bǔ)國家設(shè)計規(guī)范不完善的缺陷,對于設(shè)計規(guī)范中相關(guān)條款不清晰或規(guī)定未提及的內(nèi)容,則需要發(fā)揮設(shè)計單位的專業(yè)能力,做出更加具有靈活性、人性化、綠色環(huán)保且能滿足未來學(xué)科發(fā)展方向的設(shè)計方案[12]。

4 結(jié)束語

實驗室設(shè)計因其復(fù)雜性及專業(yè)性的特點與其他普通建筑相比較,在設(shè)計過程中更容易產(chǎn)生諸多設(shè)計風(fēng)險。本文通過案例分析歸納總結(jié)了風(fēng)險發(fā)生的根源,提出了通過建立聯(lián)合甲方的組織管理模式,以工藝為主導(dǎo)的設(shè)計工作方式等有效、可行的設(shè)計管理風(fēng)險防控措施。

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Research on risk of biological medical experimental class housing design in colleges and universities

Ren Ying, Li Yi, Li Shaojuan, Gai Shijie

(Infrastructure Planning Department, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

Taking the biological medical experimental housing design of many colleges and universities as an example, this paper deeply analyzes the various problems of the experimental class housing design in colleges and universities as well as design caused by all kinds of risk,further analyses risk causes, and puts forward the targeted control measures and suggestions. This study hopes to provide practical experience for other universities in the experimental class housing design and can promote the overall level of the design management in the process of construction in colleges and universities.

experimental class room; design risk; prevention and control measures

2015- 05- 29

清華大學(xué)“985工程”三期大學(xué)校園規(guī)劃與建設(shè)管理課題項目(416100300)

任瑩(1981—),女,北京,中級職稱,研究方向為建設(shè)項目前期策劃及設(shè)計管理.

E-mail:ry08@mails.tsinghua.edu.cn

G482

A

1002-4956(2015)9- 0243- 04

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