高校科研實驗綜合體的規(guī)劃與建設初探

石弘穎， 王建浦， 潘世年

（南京工業(yè)大學a．海外人才緩沖基地；b．基本建設處，南京210009）

0 引 言

根據(jù)建設創(chuàng)新型國家的整體戰(zhàn)略，中國高校以強烈的創(chuàng)新精神推動大學建設的各個方面和主要環(huán)節(jié)，實現(xiàn)這一歷史任務的關鍵是匯聚大批高素質的創(chuàng)新人才和加快高水平科技創(chuàng)新的速度［1-2］。隨著“雙一流”建設的不斷推進，我國高等教育事業(yè)開始由增量發(fā)展轉入存量改革以及由外延擴張到內涵發(fā)展的新時期。高校以國家重大需求為導向，以培養(yǎng)各類創(chuàng)新型、應用型、復合型人才為目標，在此過程中不斷提升高水平科研能力、保證基礎科研質量［3-5］。

科研實驗平臺是高校辦學的物質基礎和必要條件，更是科技創(chuàng)新和人才培養(yǎng)的重要陣地，作為創(chuàng)新體系的基礎性工程，其數(shù)量與水平已成為衡量一所大學科技創(chuàng)新能力的重要標志之一［1，6-7］。具有一定規(guī)模的科研實驗綜合體能夠提供科研實踐、學術交流、團隊建設等條件，對促進我國高校學生的成長具有相當作用，對優(yōu)化科技資源配置、開放科技成果共享、構建區(qū)域創(chuàng)新體系，以及建設創(chuàng)新型國家和社會具有重要意義，是推動“人才培養(yǎng)－科學研究－社會服務”鏈［5］的最佳著力點。

1 提升平臺規(guī)劃的設計理念

1.1 國內外一流科研平臺現(xiàn)狀

科研實驗平臺最早可以追溯為古代觀象臺，自工業(yè)革命孕育發(fā)展至今，已成為極具活力和特色的獨立建筑體系［8-9］。20世紀90年代，美國等許多國家進行了學科整合以促進不同團隊融合，普遍配置了儀器密集共享［9-10］區(qū)域（core facility）以避免重復建設，設立了充足的資金和隊伍以完善基礎設施和維護維修，規(guī)劃了具備開放性、靈活性、安全性的各類學科實驗室。海外現(xiàn)代化平臺充分運用三維立體解決方案，在實驗室上方管道架上模塊化地安裝水、電、氣、數(shù)據(jù)、電話等管線［3，9］，不設吊頂并預留擴展接口，最大限度地滿足科研條件多變的需求。實驗室綜合體系中設有許多公共活動區(qū)域，鼓勵采用全透明材料進行隔斷，讓科學研究、會議研討和非正式活動在舒適、開放的環(huán)境中進行［8-10］，使得科研人員處于知識文化的交融之中，激發(fā)視覺交流和創(chuàng)新潛力。

隨著社會科技進步與學科交叉融合，我國高校軟硬件同樣不斷升級擴張，科研平臺規(guī)模持續(xù)增長，覆蓋領域不斷拓展，技術水平明顯提升，綜合效益日益顯現(xiàn)［11-12］。同時，平臺建設和運行機制的問題也凸顯出來［6，9，11］：部分實驗室缺乏學科規(guī)劃，存在部門化、個人化的傾向，平臺很難靈活組合以適應現(xiàn)代科研發(fā)展；部分儀器設備利用率和共享水平不高，存在重復建設、閑置浪費的現(xiàn)象，平臺沒有充分發(fā)揮對科技創(chuàng)新的服務支撐作用；部分功能設施配套不科學，存在隨意改造、管理不當?shù)葐栴}，平臺缺少支持安全持久地運行所需的維護經費。近年來，科研實驗對先進設備愈發(fā)依賴、配套設施愈發(fā)復雜，企業(yè)研發(fā)的高投入產出比又倒逼高校科研工作。高校普遍通過引進高端人才團隊來提升學科地位和增強核心競爭力，為滿足呈現(xiàn)尖端化、集成化趨勢的新課題和新需求，相應提供高起點高標準的科研平臺。因此，多功能科研建筑綜合群體日益受到科研工作者的青睞，在促進學科高速發(fā)展和培養(yǎng)學術型人才的滲透力具有持久的示范輻射效益［8，12］。

1.2 海外人才緩沖基地

“雙一流”背景下［1，4］，研究型高校針對學科發(fā)展缺乏核心競爭力、科研工作缺乏長期目標、科技資源共享率低等問題，要打造“學科特色”戰(zhàn)略，重視基礎研究、鼓勵學科交叉融合，集中有限資源在有條件的領域形成重點突破；針對科研力量分散、科研項目缺乏有效整合、科研成果轉化率低等現(xiàn)象，制定“人才強校”政策，匯聚一批帥才將才、培養(yǎng)大批具有創(chuàng)新潛質的中青年帶頭人，發(fā)揚組織優(yōu)勢實現(xiàn)“大師加團隊”的創(chuàng)新合力；針對科研平臺綜合性和國際化程度低、實驗設施欠缺集成和交叉功能等劣勢，要構建“自主創(chuàng)新”實體，提供資源保障配置、制定激勵約束機制，使大學科研水平能夠沖擊世界前沿并保持強大后勁。

學校“海外人才緩沖基地”作為高端引進人才的緩沖帶和孵化器，圍繞“柔性電子”特色學科，架構劃分有機光電、納米光電、生物電子、先進能源等方向；以中國科學院院士黃維教授為學科帶頭人，以活躍于國際學術最前沿的青年學者為學術骨干，匯集了世界一流大學的百余位杰出學者；目前承擔百余項省部級以上科研課題，獲得10余次省部級以上科學技術獎勵，擁有10余個省級以上或國際聯(lián)合科研平臺；近年來在基礎研究的熱點領域取得許多核心的原始創(chuàng)新成果，發(fā)表在國際頂級學術期刊，成為海內外認可度高、學術影響力大的業(yè)界品牌。“海外人才緩沖基地”是一方初顯成績的改革試驗田，為進一步釋放其創(chuàng)新活力，如何量身定做現(xiàn)代化科研實驗綜合體是一項重要課題。

1.3 科研建筑綜合體規(guī)劃

對于高校而言，如何發(fā)揮制度優(yōu)勢、做好統(tǒng)籌規(guī)劃，建設中國特色的科研實驗綜合體值得探討。科學規(guī)劃，理念先行。理念不僅是口號，關鍵是思路引領，要立足國家和學校的發(fā)展需要、科研工作的發(fā)展規(guī)律和階段特征，充分進行頂層規(guī)劃［9，12-13］。學校組織各領域專家參與宏觀研討，安排設計小組調研國內外先進平臺建設情況，項目既要體現(xiàn)學科優(yōu)勢、鼓勵交叉融合，又要落地功能定位、兼顧投資效益。作為項目實施單位，應認真貫徹國家政策，將項目定位為開放共享、靈活高效、舒適安全的模式，積極創(chuàng)新解決方案；同時，應從項目龍頭——設計環(huán)節(jié)抓起，綜合考慮項目質量、實施秩序、費用水平和工程水準，切實做好過程管理。

該科研實驗綜合體規(guī)劃配備科研實驗、會議研討、綜合辦公及保障設施等用房，設有3臺客梯和獨立貨梯（兼消防電梯）出入口，人貨分流處理，每層獨立計量水、電、氣等能耗。其中3層樓為共享平臺，分別用于測試表征、器件制備和精密分析，提高學校大項目研究能力和設備利用率；另外4層樓為文化沙龍，分別用于科技展示、學術報告、國際合作和教工之家，增強學校實驗室文化建設和團隊凝聚力；其余科研綜合樓層，分屬各研究所實驗、辦公使用，將各課題組的需求抽象為統(tǒng)一的通用平面。項目大量使用高效空間，應用密集共享、潔凈技術、工藝柱網(wǎng)、靈活組合、立體空間、透明隔斷等設計亮點，全方位提供實驗、研討、辦公、休息等功能。各空間相對獨立又相互聯(lián)系，研發(fā)單元集中配置設施、為學科交叉和平臺重組提供彈性預留，辦公單元開放布置環(huán)境、為私人交流和文化融合靈活適應，總平面布局和空間設計有一定難度。

2 加強平臺設計的過程管理

2.1 設計管理的必要性

（1）全面清晰地權衡項目的約束條件。項目規(guī)劃用地位于市中心，周邊圍繞主干道、醫(yī)院、住宅、校園等，科研平臺對空氣環(huán)境、噪聲振動的要求和影響受到立項審批、地形環(huán)境、設計需求等因素限制［14-16］。根據(jù)經驗，隨著調研和設計的深入，科研實驗條件方案調整是普遍性現(xiàn)象，難免引起項目用地范圍、人防空間布置、環(huán)評標準規(guī)定等方案同步變化。設計管理兼顧性能實現(xiàn)和審批限制，針對科研實驗綜合體功能分區(qū)思慮周詳，盡力避免變更設計方案與政府批準出現(xiàn)矛盾。

（2）準確完善地控制項目的投資成本。該項目核心和難點主要體現(xiàn)在特殊環(huán)境建設方面，包括空間造型、玻璃幕墻、景觀綠化等建筑需求，溫濕度、凈化、隔震、電磁屏蔽等工藝需求。這類特殊設計不僅決定了項目的前瞻性、精密性和實用性，也決定了項目的大部分費用［13-17］。通過可行性研究和初步設計，科學確定總投資額度，合理分配投資比例和級別，形成建筑、結構、暖通、水電、裝飾等專業(yè)的分級限額。設計條件的變更影響建筑高度、樓面承重、用電負荷等方案時，優(yōu)先微調底層各項支出再修改上級設計，設計管理以此控制總投資波動。

（3）積極有效地協(xié)同項目的專業(yè)集成。該項目不僅包括工程建設的常規(guī)專項，還涉及集中供氣、純水、冷卻水、熱泵排廢、恒溫恒濕、潔凈空間等專業(yè)，是一項兼顧建筑布局和工藝要求的復雜工程［18-19］。項目設計應認真梳理和高效集成各系統(tǒng)，疏落某些專業(yè)設計易造成漏項、沖突或總體進度滯后，綜合性、多功能型科研實驗綜合體的集成設計難度又遠高于普通建筑。故盡早組織開展專業(yè)設計，充分考慮工藝流程和空間利用，同步推進各專業(yè)；并定期集合各專業(yè)匯總圖紙，重點匹配工藝布局，及時協(xié)調管線沖突等。

（4）嚴謹有序地保障項目的工程質量。該項目設計質量的體現(xiàn)［15，20］，①遵守國家和行業(yè)相關的法律法規(guī)及規(guī)范要求，②保質保量地實現(xiàn)用戶所需的功能。科研實驗綜合體出現(xiàn)設計缺陷的風險大，在實施中一旦擴大后不可逆，給使用和管理單位造成很大困擾［14，19］。系統(tǒng)性項目進行設計管理，及時發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤最方便節(jié)約，極大地提高了項目質量。統(tǒng)籌安排技術性較強的圖紙審查工作，確保建設圖紙遵守相關法律規(guī)范并滿足各項規(guī)劃指標，設計方案實現(xiàn)特殊工藝流程、方便動力設施維護，主體與細節(jié)設計、各項專業(yè)設計之間無縫銜接、界面清晰等。

2.2 設計規(guī)劃實施措施

（1）平衡各項設計原則。設計原則作為綱領性文件須早明確，通盤考慮科研需求、投資效益、管理運行等因素，根據(jù)頂層規(guī)劃要點［13，15，17，21］。功能實現(xiàn)是基本原則，分析需求進而選擇針對性實現(xiàn)方案；安全可靠是根本原則，保證建筑環(huán)境、工藝流程、人流物流的設計質量；經濟環(huán)保是核心原則，發(fā)掘高效空間，采用節(jié)能技術和材料，集約化處理“三廢”；高效智能是關鍵原則，設計符合校園文化和現(xiàn)代集成理念，提升工作效率和設計內涵；維護實用是保障原則，避免重建設輕維護的設計模式，關注操作人性化和管理可行性；預留發(fā)展是條件原則，由于科研未知性和建筑不定性，系統(tǒng)設計為功能改造、設備更新和未來發(fā)展留有余地。

（2）建立新型管理團隊。高校基建部門對學校理念、建筑標準、設計風險等問題有深刻的認識和豐富的經驗，通常獨立作為項目牽頭代表。科研實驗綜合體不僅運用到建筑工程學、管理學知識，還涉及光電子學、物理化學、生物醫(yī)學、空氣動力學等專業(yè)領域，由基建部門單打獨斗的傳統(tǒng)模式難免影響設計效果或者不匹配學科發(fā)展［14，22］。基建部門協(xié)同使用部門、管理部門建立“聯(lián)合甲方”的組織模式，吸納具有實踐經驗的教師共同推進項目，既保留建設管理優(yōu)勢、又發(fā)揮專業(yè)技術力量。項目實施全面的設計管理制度，高校3個職能單位之間取長補短提出明確需求，密切配合完成工藝設計，互為依托提高建設方案的精準度和實用性。

（3）工藝主導分項設計。綜合性設計院通常由建筑聯(lián)合結構、給排水、電氣、暖通等專業(yè)負責主體工程，在樓宇設計項目中獨當一面。科研實驗綜合體關于溫濕度、潔凈度、振動、屏蔽等關鍵設計具有專業(yè)化和特殊性，僅依靠建筑設計院牽頭的傳統(tǒng)模式難免造成空間浪費或者不匹配工藝條件［15-17］。綜合性設計院協(xié)同工藝設計、專業(yè)咨詢公司建立“聯(lián)合乙方”的組織模式，引入具有專業(yè)資質的單位或個人參與聯(lián)合設計，融合新標準、新工藝、新思路。項目實施工藝主導和分項設計工作模式，針對工藝流程形成空間布置方案，再牽動其他專業(yè)進行對接，重點統(tǒng)籌各分項之間界面，從而保證子系統(tǒng)各司其職、整體系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

（4）階段調研深化設計。為了引導反饋結果提供數(shù)據(jù)支撐，調研應明確目標和形式，有針對性地設計以選擇題為主的簡明問卷［13，17］。除了平面布置、層高承重、水電點位等一般功能調研，更應重點關注特殊實驗條件：空氣潔凈和溫濕度、樓板減震和墻體屏蔽、通風排廢和防火防化防輻射等。深入可行的方案建立在全面有效的調研之上，復雜的調研過程應分階段逐步開展，分析設計工作圍繞階段性調研結果穩(wěn)步推進。可行性設計階段調研學科發(fā)展、工藝標準等，形成建筑規(guī)劃、投資估算等定位；初步設計階段調研配套設施、工藝流程等，形成樓層布局、功能分區(qū)等藍圖；分項設計階段調研承重、采光、通風、水電等，形成建筑施工、工藝集成等專項；內裝設計階段調研材料家具、智能弱電等，形成精裝布置、終端點位等方案。

3 凝練平臺建設的解決方案

3.1 潔凈共享平臺

構建知識創(chuàng)新平臺，推進科技創(chuàng)新基地和條件平臺的開放共享已經上升為國家政策［1-2，4，11］。高校基礎研究力量雄厚，在區(qū)域科技創(chuàng)新方面有整合、帶動與輻射效應。積極聯(lián)合社會力量，創(chuàng)新科研組織模式，在新興交叉領域重點建設一批科技服務共享平臺，配套專業(yè)的設施應用團隊，打造服務國家決策的新型高校智庫，增強對經濟社會發(fā)展的驅動力。

該科研實驗綜合體規(guī)劃有3層“柔性電子”密集共享區(qū)域，涵蓋科研基礎設施、大型儀器設備、自然科技資源共享、成果轉化公共服務等，科研資源統(tǒng)一納入國家網(wǎng)絡管理平臺進行統(tǒng)籌，向全社會開放和提供服務，實現(xiàn)科研配套、管理服務、監(jiān)督評價的全鏈條有機銜接，促進設施利用效率，并推動解決重復建設等問題。測試表征平臺提供通用貴重儀器的測樣分析服務，旨在提高有效服務機時、服務質量和成果產出；器件制備平臺提供大型專用儀器的專業(yè)培訓服務，鼓勵以廠家配件為基礎自主搭建系統(tǒng)、開發(fā)先進功能；精密制備分析平臺提供千級嵌套百級的潔凈空間，重點組織高水平設施應用、做出高質量科研貢獻，考慮運維成本可切換為萬級嵌套千級潔凈度運行。

潔凈室的實現(xiàn)［22-25］作為項目的重難點，要求各種技術設施的綜合協(xié)調效果，必須對其解決方案實施嚴格的過程管理。“聯(lián)合甲方”共同對空氣質量、空間布置、工藝條件等評價指標進行調研分析，綜合施工、調試和維護的必要條件確定設計指標；“聯(lián)合乙方”著重解決組合式凈化空調的功能段、各級空氣凈化裝置、潔凈分區(qū)與技術夾層的圍護結構、工藝柱網(wǎng)與動力泵室的管線布置等設計，確保方案合理、審批合格。

3.2 工藝集成設計

高校作為國家知識創(chuàng)新的主力軍，應整合科研力量、規(guī)劃長期目標，建設有力支持交叉、新興學科發(fā)展的平臺，致力于在基礎研究領域形成原創(chuàng)性、影響長遠的成果，增強我國科技的核心競爭力［1，3，8］。據(jù)統(tǒng)計［9］，每年全球有超過1／3的現(xiàn)代化實驗室重組，相對穩(wěn)定的平臺設施能否快速適應持續(xù)發(fā)展的學科要求，取決于建設效果是否融合共享、靈活通用。

科研實驗綜合體運用開放的平面結構設計、模塊化工藝條件配套，每個標準單元兼具規(guī)模性和可變性，既能獨立運行又可形成關聯(lián)；地下室和屋頂面等功能區(qū)域集中布置技術設備，為實驗單元提供動力服務。各標準單元預設工藝管網(wǎng)，輔助實驗區(qū)被安排在一側而非中心位置；未來深化可采用柜體與擋板等柔性隔斷，將相近單元進行組合或分離，可適應多種布局的靈活重組，從而增加空間使用效益、減少改造投資。根據(jù)各組調研反饋的工藝流程，解決方案中充分提取其普遍性，考慮科研彈性空間的同時，又兼顧施工難度和風險，將平面布局統(tǒng)一為“微納加工”和“理化分析”兩類。實驗區(qū)為8．4 m開放式柱網(wǎng)單元，西北角單獨隔斷一間以滿足溫濕度、照明等特殊需求，南北兩側設泵室、氣柜等動力保障灰區(qū)。

工藝集成的柱網(wǎng)作為建設核心，涉及空調動力、供電插座、給排水點、集中供氣、熱泵排氣、網(wǎng)絡監(jiān)測等專業(yè)管線，全面落實過程管理以避免交叉碰撞和安全隱患。柱網(wǎng)單元不設吊頂，采用綜合支吊架、頂面涂灰等裝配方式，防止故障隱患在密閉空間積存；盡量統(tǒng)一各樓層對應的模塊化機電點位，終端采用快插接口預留在功能柱、實驗臺或支吊架上；利用三維系統(tǒng)布線，選擇優(yōu)質管線材質，配備應急檢修管道，保證機電系統(tǒng)的工整可靠、實用方便。

3.3 高效空間配合

營造濃厚的學術氛圍、國際化科研環(huán)境和寬松的創(chuàng)新文化，吸引國內外最具才華的科研人員，大力激發(fā)他們的想象力和創(chuàng)新力，助推中國高等教育的國際話語權，樹立一流大學的品牌形象［4，9］。科技創(chuàng)新平臺的物質環(huán)境是團隊文化的外在標志，管理準則和價值觀的有效載體，促進人際關系的基石，要呈現(xiàn)強大的公共、開放和完整性，突出融合且獨立的科研文化［10，26］。

科研實驗綜合體設計大量開放式互動空間，為科學家、研究生以及技術人員提供隨時進行研討或非正式交流的場所，有利于迸發(fā)新的靈感和研究思路，擴大科研工作效益，拉近團隊成員關系。現(xiàn)代化科研實驗活動需要多功能空間的配合，包括辦公室、學術報告廳、自由討論區(qū)、綜合會議室、科技展廳、公共活動區(qū)、圖書文獻室、休閑茶吧等，一系列文化沙龍的設立擴大了空間影響力，構成了科研文化的重要組成部分。①

科技創(chuàng)新平臺普遍設計可移動家具，滿足研討、展示等靈活多變的需求；②公共活動場所可以布置得具有溫馨的大家庭氣氛，由照片、獎勵、紀念品等實物勾勒出一幅創(chuàng)新團隊的精神面貌。

空間的深度發(fā)掘作為設計亮點，通過有效過程管理體現(xiàn)在解決方案的諸多方面。從上而下布設工藝管道、檢修區(qū)間、存儲柜和移動式科研桌臺，靈活利用立體空間，創(chuàng)造高效舒適的科研環(huán)境；采用移動幕墻疊落多功能房間，便于隨時調整布局使之適應項目討論、學生自習及小型講座等應用；選擇透明玻璃與活絡板材的半開放隔斷，提供充沛的陽光照射和更多的視覺交流，實現(xiàn)豐富的科技展示和交互的工作體驗。

4 結 語

可持續(xù)發(fā)展的綜合性、通用型、專業(yè)化科研平臺，是高校集中資源、提高科研水平的強大保障。針對“雙一流”建設和大學軟硬件設施現(xiàn)狀，明確開放共享、靈活高效、舒適安全等設計理念；發(fā)揮統(tǒng)籌的制度優(yōu)勢，采取有力的集成模式，建設投資受控、合法合標的現(xiàn)代化科研實驗綜合體，關鍵在于循序漸進地做好過程管理。結合具體案例的實現(xiàn)，落實設計理念、加強過程管理，創(chuàng)新高校科研實驗綜合體的解決方案。其平臺規(guī)劃和建設全過程值得借鑒，平臺運行機制和建設成效還將隨著管理實踐的不斷深入而豐富發(fā)展。