高校科研实验综合体的规划与建设初探

石弘颖， 王建浦， 潘世年

（南京工业大学a．海外人才缓冲基地；b．基本建设处，南京210009）

0 引 言

根据建设创新型国家的整体战略，中国高校以强烈的创新精神推动大学建设的各个方面和主要环节，实现这一历史任务的关键是汇聚大批高素质的创新人才和加快高水平科技创新的速度［1-2］。随着“双一流”建设的不断推进，我国高等教育事业开始由增量发展转入存量改革以及由外延扩张到内涵发展的新时期。高校以国家重大需求为导向，以培养各类创新型、应用型、复合型人才为目标，在此过程中不断提升高水平科研能力、保证基础科研质量［3-5］。

科研实验平台是高校办学的物质基础和必要条件，更是科技创新和人才培养的重要阵地，作为创新体系的基础性工程，其数量与水平已成为衡量一所大学科技创新能力的重要标志之一［1，6-7］。具有一定规模的科研实验综合体能够提供科研实践、学术交流、团队建设等条件，对促进我国高校学生的成长具有相当作用，对优化科技资源配置、开放科技成果共享、构建区域创新体系，以及建设创新型国家和社会具有重要意义，是推动“人才培养－科学研究－社会服务”链［5］的最佳着力点。

1 提升平台规划的设计理念

1.1 国内外一流科研平台现状

科研实验平台最早可以追溯为古代观象台，自工业革命孕育发展至今，已成为极具活力和特色的独立建筑体系［8-9］。20世纪90年代，美国等许多国家进行了学科整合以促进不同团队融合，普遍配置了仪器密集共享［9-10］区域（core facility）以避免重复建设，设立了充足的资金和队伍以完善基础设施和维护维修，规划了具备开放性、灵活性、安全性的各类学科实验室。海外现代化平台充分运用三维立体解决方案，在实验室上方管道架上模块化地安装水、电、气、数据、电话等管线［3，9］，不设吊顶并预留扩展接口，最大限度地满足科研条件多变的需求。实验室综合体系中设有许多公共活动区域，鼓励采用全透明材料进行隔断，让科学研究、会议研讨和非正式活动在舒适、开放的环境中进行［8-10］，使得科研人员处于知识文化的交融之中，激发视觉交流和创新潜力。

随着社会科技进步与学科交叉融合，我国高校软硬件同样不断升级扩张，科研平台规模持续增长，覆盖领域不断拓展，技术水平明显提升，综合效益日益显现［11-12］。同时，平台建设和运行机制的问题也凸显出来［6，9，11］：部分实验室缺乏学科规划，存在部门化、个人化的倾向，平台很难灵活组合以适应现代科研发展；部分仪器设备利用率和共享水平不高，存在重复建设、闲置浪费的现象，平台没有充分发挥对科技创新的服务支撑作用；部分功能设施配套不科学，存在随意改造、管理不当等问题，平台缺少支持安全持久地运行所需的维护经费。近年来，科研实验对先进设备愈发依赖、配套设施愈发复杂，企业研发的高投入产出比又倒逼高校科研工作。高校普遍通过引进高端人才团队来提升学科地位和增强核心竞争力，为满足呈现尖端化、集成化趋势的新课题和新需求，相应提供高起点高标准的科研平台。因此，多功能科研建筑综合群体日益受到科研工作者的青睐，在促进学科高速发展和培养学术型人才的渗透力具有持久的示范辐射效益［8，12］。

1.2 海外人才缓冲基地

“双一流”背景下［1，4］，研究型高校针对学科发展缺乏核心竞争力、科研工作缺乏长期目标、科技资源共享率低等问题，要打造“学科特色”战略，重视基础研究、鼓励学科交叉融合，集中有限资源在有条件的领域形成重点突破；针对科研力量分散、科研项目缺乏有效整合、科研成果转化率低等现象，制定“人才强校”政策，汇聚一批帅才将才、培养大批具有创新潜质的中青年带头人，发扬组织优势实现“大师加团队”的创新合力；针对科研平台综合性和国际化程度低、实验设施欠缺集成和交叉功能等劣势，要构建“自主创新”实体，提供资源保障配置、制定激励约束机制，使大学科研水平能够冲击世界前沿并保持强大后劲。

学校“海外人才缓冲基地”作为高端引进人才的缓冲带和孵化器，围绕“柔性电子”特色学科，架构划分有机光电、纳米光电、生物电子、先进能源等方向；以中国科学院院士黄维教授为学科带头人，以活跃于国际学术最前沿的青年学者为学术骨干，汇集了世界一流大学的百余位杰出学者；目前承担百余项省部级以上科研课题，获得10余次省部级以上科学技术奖励，拥有10余个省级以上或国际联合科研平台；近年来在基础研究的热点领域取得许多核心的原始创新成果，发表在国际顶级学术期刊，成为海内外认可度高、学术影响力大的业界品牌。“海外人才缓冲基地”是一方初显成绩的改革试验田，为进一步释放其创新活力，如何量身定做现代化科研实验综合体是一项重要课题。

1.3 科研建筑综合体规划

对于高校而言，如何发挥制度优势、做好统筹规划，建设中国特色的科研实验综合体值得探讨。科学规划，理念先行。理念不仅是口号，关键是思路引领，要立足国家和学校的发展需要、科研工作的发展规律和阶段特征，充分进行顶层规划［9，12-13］。学校组织各领域专家参与宏观研讨，安排设计小组调研国内外先进平台建设情况，项目既要体现学科优势、鼓励交叉融合，又要落地功能定位、兼顾投资效益。作为项目实施单位，应认真贯彻国家政策，将项目定位为开放共享、灵活高效、舒适安全的模式，积极创新解决方案；同时，应从项目龙头——设计环节抓起，综合考虑项目质量、实施秩序、费用水平和工程水准，切实做好过程管理。

该科研实验综合体规划配备科研实验、会议研讨、综合办公及保障设施等用房，设有3台客梯和独立货梯（兼消防电梯）出入口，人货分流处理，每层独立计量水、电、气等能耗。其中3层楼为共享平台，分别用于测试表征、器件制备和精密分析，提高学校大项目研究能力和设备利用率；另外4层楼为文化沙龙，分别用于科技展示、学术报告、国际合作和教工之家，增强学校实验室文化建设和团队凝聚力；其余科研综合楼层，分属各研究所实验、办公使用，将各课题组的需求抽象为统一的通用平面。项目大量使用高效空间，应用密集共享、洁净技术、工艺柱网、灵活组合、立体空间、透明隔断等设计亮点，全方位提供实验、研讨、办公、休息等功能。各空间相对独立又相互联系，研发单元集中配置设施、为学科交叉和平台重组提供弹性预留，办公单元开放布置环境、为私人交流和文化融合灵活适应，总平面布局和空间设计有一定难度。

2 加强平台设计的过程管理

2.1 设计管理的必要性

（1）全面清晰地权衡项目的约束条件。项目规划用地位于市中心，周边围绕主干道、医院、住宅、校园等，科研平台对空气环境、噪声振动的要求和影响受到立项审批、地形环境、设计需求等因素限制［14-16］。根据经验，随着调研和设计的深入，科研实验条件方案调整是普遍性现象，难免引起项目用地范围、人防空间布置、环评标准规定等方案同步变化。设计管理兼顾性能实现和审批限制，针对科研实验综合体功能分区思虑周详，尽力避免变更设计方案与政府批准出现矛盾。

（2）准确完善地控制项目的投资成本。该项目核心和难点主要体现在特殊环境建设方面，包括空间造型、玻璃幕墙、景观绿化等建筑需求，温湿度、净化、隔震、电磁屏蔽等工艺需求。这类特殊设计不仅决定了项目的前瞻性、精密性和实用性，也决定了项目的大部分费用［13-17］。通过可行性研究和初步设计，科学确定总投资额度，合理分配投资比例和级别，形成建筑、结构、暖通、水电、装饰等专业的分级限额。设计条件的变更影响建筑高度、楼面承重、用电负荷等方案时，优先微调底层各项支出再修改上级设计，设计管理以此控制总投资波动。

（3）积极有效地协同项目的专业集成。该项目不仅包括工程建设的常规专项，还涉及集中供气、纯水、冷却水、热泵排废、恒温恒湿、洁净空间等专业，是一项兼顾建筑布局和工艺要求的复杂工程［18-19］。项目设计应认真梳理和高效集成各系统，疏落某些专业设计易造成漏项、冲突或总体进度滞后，综合性、多功能型科研实验综合体的集成设计难度又远高于普通建筑。故尽早组织开展专业设计，充分考虑工艺流程和空间利用，同步推进各专业；并定期集合各专业汇总图纸，重点匹配工艺布局，及时协调管线冲突等。

（4）严谨有序地保障项目的工程质量。该项目设计质量的体现［15，20］，①遵守国家和行业相关的法律法规及规范要求，②保质保量地实现用户所需的功能。科研实验综合体出现设计缺陷的风险大，在实施中一旦扩大后不可逆，给使用和管理单位造成很大困扰［14，19］。系统性项目进行设计管理，及时发现并纠正错误最方便节约，极大地提高了项目质量。统筹安排技术性较强的图纸审查工作，确保建设图纸遵守相关法律规范并满足各项规划指标，设计方案实现特殊工艺流程、方便动力设施维护，主体与细节设计、各项专业设计之间无缝衔接、界面清晰等。

2.2 设计规划实施措施

（1）平衡各项设计原则。设计原则作为纲领性文件须早明确，通盘考虑科研需求、投资效益、管理运行等因素，根据顶层规划要点［13，15，17，21］。功能实现是基本原则，分析需求进而选择针对性实现方案；安全可靠是根本原则，保证建筑环境、工艺流程、人流物流的设计质量；经济环保是核心原则，发掘高效空间，采用节能技术和材料，集约化处理“三废”；高效智能是关键原则，设计符合校园文化和现代集成理念，提升工作效率和设计内涵；维护实用是保障原则，避免重建设轻维护的设计模式，关注操作人性化和管理可行性；预留发展是条件原则，由于科研未知性和建筑不定性，系统设计为功能改造、设备更新和未来发展留有余地。

（2）建立新型管理团队。高校基建部门对学校理念、建筑标准、设计风险等问题有深刻的认识和丰富的经验，通常独立作为项目牵头代表。科研实验综合体不仅运用到建筑工程学、管理学知识，还涉及光电子学、物理化学、生物医学、空气动力学等专业领域，由基建部门单打独斗的传统模式难免影响设计效果或者不匹配学科发展［14，22］。基建部门协同使用部门、管理部门建立“联合甲方”的组织模式，吸纳具有实践经验的教师共同推进项目，既保留建设管理优势、又发挥专业技术力量。项目实施全面的设计管理制度，高校3个职能单位之间取长补短提出明确需求，密切配合完成工艺设计，互为依托提高建设方案的精准度和实用性。

（3）工艺主导分项设计。综合性设计院通常由建筑联合结构、给排水、电气、暖通等专业负责主体工程，在楼宇设计项目中独当一面。科研实验综合体关于温湿度、洁净度、振动、屏蔽等关键设计具有专业化和特殊性，仅依靠建筑设计院牵头的传统模式难免造成空间浪费或者不匹配工艺条件［15-17］。综合性设计院协同工艺设计、专业咨询公司建立“联合乙方”的组织模式，引入具有专业资质的单位或个人参与联合设计，融合新标准、新工艺、新思路。项目实施工艺主导和分项设计工作模式，针对工艺流程形成空间布置方案，再牵动其他专业进行对接，重点统筹各分项之间界面，从而保证子系统各司其职、整体系统稳定运行。

（4）阶段调研深化设计。为了引导反馈结果提供数据支撑，调研应明确目标和形式，有针对性地设计以选择题为主的简明问卷［13，17］。除了平面布置、层高承重、水电点位等一般功能调研，更应重点关注特殊实验条件：空气洁净和温湿度、楼板减震和墙体屏蔽、通风排废和防火防化防辐射等。深入可行的方案建立在全面有效的调研之上，复杂的调研过程应分阶段逐步开展，分析设计工作围绕阶段性调研结果稳步推进。可行性设计阶段调研学科发展、工艺标准等，形成建筑规划、投资估算等定位；初步设计阶段调研配套设施、工艺流程等，形成楼层布局、功能分区等蓝图；分项设计阶段调研承重、采光、通风、水电等，形成建筑施工、工艺集成等专项；内装设计阶段调研材料家具、智能弱电等，形成精装布置、终端点位等方案。

3 凝练平台建设的解决方案

3.1 洁净共享平台

构建知识创新平台，推进科技创新基地和条件平台的开放共享已经上升为国家政策［1-2，4，11］。高校基础研究力量雄厚，在区域科技创新方面有整合、带动与辐射效应。积极联合社会力量，创新科研组织模式，在新兴交叉领域重点建设一批科技服务共享平台，配套专业的设施应用团队，打造服务国家决策的新型高校智库，增强对经济社会发展的驱动力。

该科研实验综合体规划有3层“柔性电子”密集共享区域，涵盖科研基础设施、大型仪器设备、自然科技资源共享、成果转化公共服务等，科研资源统一纳入国家网络管理平台进行统筹，向全社会开放和提供服务，实现科研配套、管理服务、监督评价的全链条有机衔接，促进设施利用效率，并推动解决重复建设等问题。测试表征平台提供通用贵重仪器的测样分析服务，旨在提高有效服务机时、服务质量和成果产出；器件制备平台提供大型专用仪器的专业培训服务，鼓励以厂家配件为基础自主搭建系统、开发先进功能；精密制备分析平台提供千级嵌套百级的洁净空间，重点组织高水平设施应用、做出高质量科研贡献，考虑运维成本可切换为万级嵌套千级洁净度运行。

洁净室的实现［22-25］作为项目的重难点，要求各种技术设施的综合协调效果，必须对其解决方案实施严格的过程管理。“联合甲方”共同对空气质量、空间布置、工艺条件等评价指标进行调研分析，综合施工、调试和维护的必要条件确定设计指标；“联合乙方”着重解决组合式净化空调的功能段、各级空气净化装置、洁净分区与技术夹层的围护结构、工艺柱网与动力泵室的管线布置等设计，确保方案合理、审批合格。

3.2 工艺集成设计

高校作为国家知识创新的主力军，应整合科研力量、规划长期目标，建设有力支持交叉、新兴学科发展的平台，致力于在基础研究领域形成原创性、影响长远的成果，增强我国科技的核心竞争力［1，3，8］。据统计［9］，每年全球有超过1／3的现代化实验室重组，相对稳定的平台设施能否快速适应持续发展的学科要求，取决于建设效果是否融合共享、灵活通用。

科研实验综合体运用开放的平面结构设计、模块化工艺条件配套，每个标准单元兼具规模性和可变性，既能独立运行又可形成关联；地下室和屋顶面等功能区域集中布置技术设备，为实验单元提供动力服务。各标准单元预设工艺管网，辅助实验区被安排在一侧而非中心位置；未来深化可采用柜体与挡板等柔性隔断，将相近单元进行组合或分离，可适应多种布局的灵活重组，从而增加空间使用效益、减少改造投资。根据各组调研反馈的工艺流程，解决方案中充分提取其普遍性，考虑科研弹性空间的同时，又兼顾施工难度和风险，将平面布局统一为“微纳加工”和“理化分析”两类。实验区为8．4 m开放式柱网单元，西北角单独隔断一间以满足温湿度、照明等特殊需求，南北两侧设泵室、气柜等动力保障灰区。

工艺集成的柱网作为建设核心，涉及空调动力、供电插座、给排水点、集中供气、热泵排气、网络监测等专业管线，全面落实过程管理以避免交叉碰撞和安全隐患。柱网单元不设吊顶，采用综合支吊架、顶面涂灰等装配方式，防止故障隐患在密闭空间积存；尽量统一各楼层对应的模块化机电点位，终端采用快插接口预留在功能柱、实验台或支吊架上；利用三维系统布线，选择优质管线材质，配备应急检修管道，保证机电系统的工整可靠、实用方便。

3.3 高效空间配合

营造浓厚的学术氛围、国际化科研环境和宽松的创新文化，吸引国内外最具才华的科研人员，大力激发他们的想象力和创新力，助推中国高等教育的国际话语权，树立一流大学的品牌形象［4，9］。科技创新平台的物质环境是团队文化的外在标志，管理准则和价值观的有效载体，促进人际关系的基石，要呈现强大的公共、开放和完整性，突出融合且独立的科研文化［10，26］。

科研实验综合体设计大量开放式互动空间，为科学家、研究生以及技术人员提供随时进行研讨或非正式交流的场所，有利于迸发新的灵感和研究思路，扩大科研工作效益，拉近团队成员关系。现代化科研实验活动需要多功能空间的配合，包括办公室、学术报告厅、自由讨论区、综合会议室、科技展厅、公共活动区、图书文献室、休闲茶吧等，一系列文化沙龙的设立扩大了空间影响力，构成了科研文化的重要组成部分。①

科技创新平台普遍设计可移动家具，满足研讨、展示等灵活多变的需求；②公共活动场所可以布置得具有温馨的大家庭气氛，由照片、奖励、纪念品等实物勾勒出一幅创新团队的精神面貌。

空间的深度发掘作为设计亮点，通过有效过程管理体现在解决方案的诸多方面。从上而下布设工艺管道、检修区间、存储柜和移动式科研桌台，灵活利用立体空间，创造高效舒适的科研环境；采用移动幕墙叠落多功能房间，便于随时调整布局使之适应项目讨论、学生自习及小型讲座等应用；选择透明玻璃与活络板材的半开放隔断，提供充沛的阳光照射和更多的视觉交流，实现丰富的科技展示和交互的工作体验。

4 结 语

可持续发展的综合性、通用型、专业化科研平台，是高校集中资源、提高科研水平的强大保障。针对“双一流”建设和大学软硬件设施现状，明确开放共享、灵活高效、舒适安全等设计理念；发挥统筹的制度优势，采取有力的集成模式，建设投资受控、合法合标的现代化科研实验综合体，关键在于循序渐进地做好过程管理。结合具体案例的实现，落实设计理念、加强过程管理，创新高校科研实验综合体的解决方案。其平台规划和建设全过程值得借鉴，平台运行机制和建设成效还将随着管理实践的不断深入而丰富发展。