高校土木学科实验室建筑设计策略研究

蔡伟华

（佛山科学技术学院交通与土木建筑学院 广东·佛山 528000）

0 引言

土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称，既指代所应用的材料、设备和所进行的勘探、设计、施工、保养、维修等技术活动，也指代工程建设的对象。高校开设此门学科的最终目的在于创造出人类生产生活所需的、具备良好功能以及舒适感十足的空间和通道，同时涉及物质、精神两个方面的需求。为了使土木学科学生在校期间能够更好地参与实验研究，高校土木学科实验室建筑设计需进行创新，帮助更多的学生良好的成长。

1 高校土木学科实验室建筑存在的问题简析

1.1 实验室建筑与教学科研建筑之间的“呼应程度”不足

由于众所周知的原因，我国社会在一段时间内陷入动乱，高校科研体系受到了巨大影响。直至20世纪80年代初期，高校的“科研”职能才逐渐恢复。彼时，高校科研领域处于百废待兴的状态，为了集中有限的资源，尽快取得成果，很多高校将很多属性相近学科的教学与实验空间集中在同一个场所，多个专业共用一个实验室的现象并不罕见。在随后的一段时间内，很多大学在扩大规模的过程中也沿用了此种模式。应该说，受历史因素的影响，高校不同专业实验室“共用”这种组织模式在客观关上起到了互相促进教学、协同发展的作用。但时至今日，由于综合国力的提升以及高校发展建设的新需要，传统的实验室设计建造模式已经不再适用。以土木学科为例，实验室建筑与教学科研建筑之间已经呈现出较为明显的“呼应程度不足”问题。具体而言：第一，部分高校在扩大规模的过程中，新旧两个校区的选址之间相隔甚远。实际上，造成此种问题的原因并不在于高校，更多与市政建设总体规划有关。比如我国河南省郑州市，新的大学城坐落于龙泽湖大学城，属于郑州新区，很多大学的新校区均选在此处；而老校区则分散坐落于城市的不同地区。如此一来，大学的教学科研主楼可能位于新校区，实验室短期内无法全部搬到新校区，不仅不利于实验室教学与专业教学之间的相互促进，不同教学专业在设备及其他教学资源共用方面均产生了极大的问题。第二，一些高校在规划新校区时，尽管将实验室和对应专业的教学楼规划在地理位置相近的区域，但并未预留足够的空间。由此导致的后果是，当该类高校的生源急剧增多时，原有的实验室和专业教学资源（如小体量的建筑教学空间）难以承担繁重的教学任务，致使排课工作无法进行，严重影响教学进度。

1.2 实验室并未适应土木学科发展创新的实验要求

1.2.1 实验工艺较为单一

目前，我国高校土木学科的理论研究与有关科学技术的构建已经趋于完善，土木工程结构体系已经朝着更加复杂的方向而发展。高校土木科研人员若要取得新的研究成果，仅仅靠重复传统的土木工程实验几乎无法获得任何新的信息，只能依靠结构试验和计算机软件进行模拟实验。因此，高校土木学科实验室在设计建造师，必须围绕“结构试验”和“计算机模拟”两项重要因素进行系统性的考量。前者是指对某种特定的环境进行模拟，为科研人员营造出较为理想的土木作业环境；后者主要通过仿真实验，对一种解决实际问题的理论的可行性进行验证。令人遗憾的是，当前，我国高校土木学科实验室在技术工艺方面较为单一，无法满足科研人员的很多需求。

1.2.2 实验室在试验强度方面的可提升性相对较差

土木学科注重研究建筑工程。在很多情况下，开展相关试验时不仅需要实验室提供充足的空间，实验室的其他硬性条件也需要足以承载实验的强度。具体而言，土木学科实验室建筑在结构、抗震等级等方面不能以常规建筑为标准，而是应该以特殊类型建筑为标准。比如西南交通大学土木系下属道路与铁道专业的某个实验室，在进行强度实验时，由于实验室建筑本身的强度不足，导致实验室地面开裂，致使实验被迫中止。设计人员需要吸取教训，在日后进行实验室设计建造时，需要在强度本身和强度可提升空间方面做文章，以应对后续的使用要求。

1.2.3 实验室的科研空间灵活度不足

土木工程科学的发展具备一定的不可预测性，故科研空间设置方面需留有一定的灵活性。如上文所述，实验室结构强度即为其中一项需要重点考虑的内容。不仅如此，在设计者可预见的范围内，实验室的任何设计均应留有一定的余地，目的在于，当实验室在后续使用过程中需要进行改造时，无须“伤筋动骨”，即可以最少的工程量完成改造建设。

1.2.4 实验室缺乏足够的交流活动空间

科研工作需要务实、刻苦钻研等精神，但在大多数情况下，灵感产生于广泛的交流。目前，我国搞下土木学科实验室并未给科研人员留下足够的交流空间，导致不同科研团队之间互相借鉴的机会较少。

1.3 实验室外部空间营造与校园整体环境之间的协调性不足

近年来，我国高校加大了对土木学科实验室建设的资金投入力度，使得很多新型实验室在构造、功能等方面能够全面满足科研人员的需求。但在“资金”的支持下，一个新的问题随之产生——实验室的外形设计与外部空间营造与高校整体环境之间存在“匹配度”不足的问题。此外，在一些学校中，实验室建设完毕支护，大量工程废料随意丢弃在实验室周围，不仅影响师生的正常通行，还严重破坏了校园的整体美感。

2 高校土木学科实验室建筑设计具体策略分析

2.1 基于角色定位的土木学科实验室建筑设计总体布局

若要提高高校土木学科实验室建筑设计质量，设计人员需从整体角度出发，围绕土木学科的常规教学需要与实验室的功能性需求进行布局，避免出现资源分配有失公允等问题。具体而言，设计人员需明确高校土木学科教学模块组成方式，以此为基础对教学楼和实验室进行设计。以我国南方某知名高校土木学科为例，该校土木系本科生实验教学模块构成如下：第一，工程专题实验，分为课内和课外两个部分，前者包含市政工程、管理实验、施工实训、结构试验四个部分；护着包含实际参与土木工程科研项目一个环节。第二，工程基础实验，同样分为课内课外两个部分，前者分为结构原理试验、土力学实验、水力学实验、工程材料实验四个部分，后者包含结构创新实验一个部分。第三，基础力学实验分为工程土力学实验以及各类结构竞赛共两大组成部分。当设计人员明确高校土木学科实验教学模块构成方式之后，为了尽量满足不同年级、同一学院（系）下不同专业的教学需求与实验目的（如本科生尚未进入“科研”阶段，只是通过模拟已经经过反复验证的实验增加自身的经验；而硕士、博士研究生除了基础学习之外，还需根据导师给出的要求，进行探索性实验，目的在于验证一种新的理论假说是否具备可行性等），设计人员需要对实验室进行“区别处理”，使不同需求者均能可通过实验室学习过程获得收益。

2.2 基于实验工艺的单体建筑设计

2.2.1 工艺需求

高校土木学科的日常研究主要围绕科学研究性实验而展开，如上文所述，硕士、博士研究生的日常工作即为在实验室内验证多种架设是否正确。为了防止实验室建筑本身的原因导致实验结果出现偏差，土木学科的实验室建设需要参照特殊工艺。首先，土木学科实验室的设备体积很大、荷载较重，进出实验室的过程完全无法依靠人力搬运，需借助起吊设备。因此，实验室的空间必须得到保证，实验室结构的整体承载力必须足够。其次，在最大化利用有限资金的情况下，土木实验室大厅必须同时具备跨度大、净空高等特点。总之，宽敞、交通方便、承载力强是土木专业实验室的基本设计工艺。

2.2.2 平面空间组合与试验大厅

土木学科实验室除了需要满足实验教学、科研方面的需求之外，还需在平面空间最优组合与试验大厅两个方面加以重视。平面空间组合。一栋完整的土木学科实验室建筑的平面空间功能分布图应该满足如下标准：首先，实验楼一侧的核心区域用于实验教学和科研，四周应环绕实验教学楼入口、报告厅、管理中心、资料档案库、行政后勤管理部门、会议厅等；其次，实验楼另一侧应包含主次实验大厅，主要用于开展结构试验、环境模拟、试件处理等实验活动，周围应环绕数据采集中心、辅助设备室、试件储存材料预制中心和废渣废气废物临时存放区。最后，实验楼内还应按照相应的安全标准，设置灭火系统、逃生通道等，以便在意外情况发生时，现场人员能够迅速且安全撤离。

2.3 实验室内外空间环境营造思路

重庆大学建筑学硕士研究员廖浩翔认为，构成土木学科“完整实验室”的要素除了实验楼本身之外，还应包含建筑外部的临近空间。尽管该空间并未处于试验活动的第一线，但教学功能却在一定程度上得到了外延，故该空间可被视为试验教学的“第二空间”。综合而言，实验室内外空间环境的营造思路应集中在：视野开阔、光照充足、交通便捷。在此基础上，还应考虑天气变化可能对试验造成的影响。有效的解决方式为，在该段空间搭建顶棚，构成半封闭空间，可有效缓解全开放形式下的问题。

3 结语

综合而言，高校土木学科实验室的设计建设既是一个建筑问题，又是一个文化问题，设计人员需要考虑土木学科常规教学与科研教学的实际需求，围绕多个环节详细考量，从而设计出满足多方需求的优质实验室。