灵活与有序：土木工程实验室空间与色彩设计创新

丁爱侠

关键词：灵活与有序 土木工程实验室 空间设计 色彩设计 创新

中图分类号：TU244.5 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2022）07-0046-03

引言

整体化、密集化已经成为现代科学研究的新趋势，实验空间的灵活组合与和谐有序是实验室设计的核心问题。土木工程实验室一般包括建筑结构实验室、建材实验室、土工实验室、材料力学实验室、流体力学实验室等实验分室，主要功能是让学生了解土木工程基础实验知识和技能，培养学生创新能力、实践动手能力，综合分析解决工程实践问题的能力以及科研探索能力。土木工程实验室建筑空间大、设备体积大、实验材料多，学科特色和行业特色鲜明，[1]土木工程实验室空间区划和色彩设计非常重要，设计合理、功能齐全、充满美感的实验室会让实验人员操作更加方便舒适，教学科研热情更加高涨。不同实验空间的自由组合和有序设计是现代实验室空间和色彩设计的创新思路，力求为科研人员创造高质量的空间环境。[2]

一、僵化单调的传统土木工程实验室设计

土木工程实验室是高校土木工程学科的重要支撑。近年来土木工程学科发展日新月异，一些传统土木工程实验室设计已经不能完全满足新时期教学科研需求。特别是一些早期建设的实验室功用配置设计单一，无法统筹各种材料和技术，降低了实验室的调和能力，限制了实验室学科特色发展主动性。[3] 主要表现在实验室功能空间设计僵化和色彩设计单调两个方面。

当前土木工程研究正向大型化、体系化和复杂化目标发展，大部分实验需要使用多个不同的实验室单元。例如结构实验需要模拟各种各样的复杂环境，包括地震、爆炸、风场、水灾、火灾等，很多传统土木工程验室虽然建筑空间很大，但由于传统土木工程实验室功能空间设计僵化，既没有规划出相对独立的空间，也缺少空间灵活组合的设计手段，导致实验空间严重不足，模拟环境能力非常有限。所以既无法进行大型试件实验，只能缩小尺寸进行试验，也无法开展环境模拟实验，只能进行动力静力实验。更加困难的是很多土木工程实验室在设计建造之初由于各种原因没有留下足够的改造空间，而且实验室基本上一直在超负荷运行，很难进行升级改造，完全達不到现代实验室安全、开放、高效、舒适的设计目标。

此外，建筑和环境是一个有机的整体，大学建筑群讲究建筑与大自然的和谐统一，以及特定建筑与整个建筑群的和谐统一。国内很多传统土木工程实验室色彩设计理念停留在多年以前，整体建筑色彩设计风格接近于工业建筑，实验室色彩设计仅仅包括粉刷墙壁、铺设地板、油漆试验台等。色彩设计方面没有考虑实验室主体性、整体性、协调性、舒适性、调节性和学科个性化等需求，多以灰、白、黑色冷色调为主。因此，土木工程实验室与大学校园内其他楼宇人文气息浓郁的楼群格格不入，显得异常突兀。例如，高校教学楼、图书馆、办公楼以及其他实验室风格和色彩都比较和谐一致，或古朴典雅，或朴实庄重，或浑然天成，或空灵现代，唯独土木工程实验室建筑不仅颜色灰头灰脑，外观方方正正，看起来就像厂房，破坏了大学校园整体建筑风格的和谐统一。而且实验室室内压抑、单调的色彩也容易影响到实验人员的心情和对实验的投入程度。

二、灵活与有序：现代土木工程工程实验室空间设计

现代实验室空间的设计既要保证实验空间和资源的合理规划，确保实验室达到最高利用率，提供最大产出。[4] 又要最大可能地呈现实验室的有序性、开放性、灵活性和想象力，为实验室未来的发展留下余地，最大可能地降低实验室改造成本。近年来，随着高校各学科的不断融合，土木工程实验室的教学科研任务越来越重，实验人员和仪器设备数量不断增加，对于实验空间的要求越来越高。所以，土木工程实验室空间设计需要对有序性和灵活性进行认真、科学的权衡，针对不同的实验空间与功能需求采取恰当的设计布局。

（一）灵活组合的实验室内部空间设计

实验人员在实验室中的活动一般可以分为教学科研、学术交流和休闲放松三种。相应地，实验室空间一般分为教学科研、学术交流和休闲放松空间等三个相对独立的空间。因为土木工程实验室大型设备和大型试件比较多，危险比较大，同时土木工程实验噪音、粉尘等污染比较严重。再加上土木工程实验过程复杂，需要多个实验单元的设备、空间与技术，空间的灵活划分与自由组合尤为必要。现代土木工程实验室不同功能区域分隔的方式一般有两种，一是在实验室中用各种材料围合成封闭或半封闭空间。优点是距离仪器设备近，节省时间，缺点是有些实验室噪音、粉尘、有害物质等影响较大。二是在实验单元空间之外另辟独立空间，土木工程实验室层高较高，通常会设计各种隔层作为学术交流和休闲放松的空间。这种设计的优点是空间封闭性好，便于安静思考，缺点是需要借助楼梯才能到达，不同功能区域间往返需要时间，同时楼梯的建造还会降低实验大厅的操作空间，影响土木工程实验室的整体美观。实验室内部空间界面材质、LOGO、色彩以及相关橱柜、展板等的选择可以根据实验室建筑特点和实验需求进行个性化设计和组合。需要特别指出的是现代实验室中利用LOGO来强化实验室空间特色以及提高空间识别度的设计越来越重要，因为LOGO中融汇了实验室的科学精神和文化内涵，通过色彩缤纷的图形符号向特定人群传递一种语言文字无法代替的视觉信息和精神享受。[5]

1.自由组合的教学科研空间设计

教学科研空间是土木工程实验室的核心部分。实验人员在实验空间内进行实验准备、查找资料、教学演示、实验操作、数据采集整理、实验报告和论文撰写等活动，实验人员精神需要高度集中，所以实验空间需要相对封闭独立。但是空间开放和资源共享是现代实验室教学科研的基本要求，空间设计的突出特色就是自由组合。通过开放式的空间布局和软硬件设备共享，有效增加教学科研人员的交流机会。[6]因此，采用模块化设计，广泛应用隔断模块、家具模块和服务模块（功能墙、功能柱子、功能吊架等），合理使用反力墙和片墙对特定实验区域进行围合。如图1所示。不同的、连续的模块功能空间根据教学科研需要可以进行自由组合，形成通用的实验区域，即各个功能区域单元门直接相通，减少墙壁和材料界面，降低了建设成本，促进空间共享，还可以为实验室空间优化提供可能。土木工程实验室教学科研区地面通常为混凝土整浇地面或预制拼装地面，拼装地面的优点是方便拆移，可以满足试验项目和试验设备的不断更新，但成本相对较高。

2.简约有序的学术交流空间设计

现代土木实验室空间设计已经慢慢向社会化建筑空间转移，学术交流空间越来越重要。实验人员在教学科研活动中经常需要交流探讨，实验室还会频繁接待来此参观访问的国内外高校和科研机构专家学者，这就需要学术交流空间相对独立安静，具备小型会议空间功能。土木工程实验室学术交流空间形式多样，除了小型会议空间外，还可以有个性化阅读空间、中庭展示空间、廊道散步空间、迷你讲演空间等。土木工程实验室学术交流空间的设计讲究因地制宜，见缝插针，保持简约有序的风格。高校实验室中庭学术交流空间往往是实验室学术交流空间设计最具特色的部分，需要尽可能展示特定大学的学术声誉、特定实验室的学科特色以及特定城市的人文精神。

土木工程实验室因为建筑空间大、建筑层高大，不同于普通住宅，空间设计中能够发挥想象的余地比较大，所以，秉承简约有序的设计理念尤其困难，需要在设计细节中考虑周详，突出实验室的科学成就与学科特色。例如在土木工程实验室的走廊、门厅等传统实验室设计中容易被遗忘的空间设计花点心思，充分利用地面材料、科研产品、建筑小品、盆景绿化、个性化桌椅等根据学科和实验室教学科研特点设计成风格不同，充满科学精神的空间环境，既可以满足实验人员科研交流、短暂放松的需要，又可以吸引到此参观访问的专家学者在此逗留，展示高校和实验室与众不同的科学文化和建筑特色。例如，有的实验室把实验建筑的不同楼层或不同功能区域连接的廊道设计成连绵不断的达尔文“思维路径”，非常有特色，走在上面思维顿时活跃起来。

3.轻松阳光的休闲放松空间设计

温馨愉悦的休闲放松空间也是土木工程实验室中非常有必要的设计。虽然大部分土木工程实验用房都很紧张，但在实验室中设计休闲放松空间并不是挤占教学科研空间、降低实验效率的行为，而是通过满足人的情感需求来激发工作热情。轻松阳光的“主题式”休闲空间是设计首选。实验室内一些不起眼的建筑死角，日常用来堆放一些长时间不用的杂物，稍微花点心思改造一下就可以作为休憩的空间，可以读书、喝茶、聊天，也可以闭目养神。不同的小空间可以设计成不同的主题。个性化书桌、椅子、沙发、坐垫，不同风格的灯具，几盆绿色植物，就可以简单创造出温馨舒适的休闲放松空间。光是空间与色彩设计的灵魂，光照不仅是人对于空间、色彩感知的生理需要，而且可以美化环境，营造各种各样的空间意境和社交氛围。实验室休闲放松空间设计中的光环境设计一般包括自然光和人工照明。阳光在休闲空间设计中应该得到重视，因为土木工程实验室墙体高大，巨大的玻璃外墙可以让阳光充满每个角落，营造出温暖愉悦的氛围。相对于阳光，人工照明在空间设计中应用得更加广泛，留给设计者创造的空间也最大，不同的位置、不同角度，不同颜色、不同造型的灯具都可以创造出不同的视觉空间效应，需要根据休闲空间的环境和情感需求进行设计。

（二）整洁有序的实验室延伸空间设计

因为土木工程实验室各种预制件、试件、实验废料等体积和重量都比较大，所以土木工程实验室外部空間通常需要一定的延伸，作为预制空间、足尺试验空间、展示空间、物料堆放空间等。[7]土木工程实验室延伸空间设计的重要原则是和谐有序，保持与实验室主建筑以及大学整体建筑风格的和谐统一。土木工程实验室延伸空间的面积和形状与实验室建筑外观和教学科研任务有关，比较常见的有长方形或正方形，也有少量的圆形、多边形和其他不规则形状。土木工程实验室室外空延伸间设计有露天型和半封闭型两种，如图2为半封闭型。为了师生安全考虑，室外空间设计一般要避开校内交通主干道、教学楼、图书馆、运动场、宿舍等人群聚集的地方，而且要尽可能减少噪音、扬尘等环境污染，还需要在周围设计隔音、防尘设置。篱栏绿化是实验室室外延伸空间设计中比较常见的选择，有点是造价低廉、美观使用、易于养护，特别是防护灰尘、降低噪音的效果比较明显，同时还可以起到界定实验空间的效果。篱栏绿化的植物选择也很重要，合理选择、搭配一些多年生、四季常绿、花期较长的攀爬植物和花卉既可以减少污染、美化环境，又可以与学校整个生态景观形成一致。

三、安全与和谐：现代土木工程实验室色彩设计

土木工程实验室色彩设计是在保证实验室教学科研功能性前提下进行的艺术创造，既可以满足实验人员的精神需求，也有助于实验室功能的最大化发挥。当前，社会进入视觉时代，视觉元素中色彩尤其重要。因为色彩在客观上是对人们的刺激和象征，在主观上又是一种反应和行为。色彩对每个人带来不同的心理反应，人类对色彩也表现出千差万别的情感。[8]实验室色彩设计应该主要考虑实验室安全有序和学科特色，包括与校园整体建筑色彩的和谐统一，突出实验室安全警示功能，提高实验室的使用效率和舒适程度等。

（一）安全沉稳的内部色彩设计

首先，土木工程实验室内部色彩设计需要满足实验室安全管理要求。一些安全操作安全系数要求高的大型设备及其安装、操作空间的色彩设计需要重点突出设备色彩，但也不能与其他设备有太大的色差。如吊车选用黄色的警示色，建筑钢构架就可以利用黑色、红色、紫色等暖色来缓解实验人员因为色差带来的视觉冲击。实验室地面色彩设计除了美化实验室空间环境之外，更重要的功能是划分空间和安全警示作用，根据不同实验单元特点选择褐色、黄色、红色等颜色。其次，土木工程学科厚重沉稳，土木工程实验室设计需要体现大气、安全、厚重、严谨的学科特色，实验室室内墙壁和顶棚的颜色选择灰白、青灰色、浅黄色、浅蓝色都比较适合，但颜色种类最好不要超过三种。 [9]最后，土木工程实验室内部色彩设计还需要突出不同实验单元特点。实验室室内墙面颜色选择应该根据不同功能区域进行适当区别，既能起到引导指示的效果，也能在色彩碰撞中产生独特的美感。例如，教学科研空间内墙面如果选择浅灰色，学术交流空间就可以选择橘黄色，休闲放松空间则可以选择乳白色或淡粉色。

（二）和谐有序的外墙色彩设计

色彩在建筑外墙设计中是一种非常重要的装饰方法，色彩在环境中所起的作用，基本上是通过建筑物的外墙色彩设计来呈现的。合理、灵动的外墙色彩搭配可以突出建筑物在环境中的地位，甚至还可成为特定建筑物的标志。实验室建筑外墙色彩是校园环境的主要色彩元素，建筑色彩的用色和搭配是否完善，关系到大学校园生态的可持续性生活环境以及对师生、社会审美价值观的影响。[10] 综合性大学的建筑色彩一般庄重、素净、色彩纯度不高、色相单一程度明显。[11]土木工程实验室不同于一般的教学科研建筑，专业性强，面积大，建筑外墙面色彩会对校园建筑文化和整体色彩产生比较大的影响。需要在土木工程实验室设计中降低体量，保持与大学校园整体气氛协调一致，和谐有序、庄重素净的外墙色彩设计起到关键作用。[12]首先，作为大学大体量建筑物的代表性建筑，土木工程实验室外墙色彩设计需要运用不同色调从而让体量在人们视觉中适当消减。因为亮色通常会吸引人们的视线转移，可以自然压缩实验室建筑的体量感。其次，土木实验室外墙面色彩设计也要突出土木学科浓厚的科学积淀和学术氛围，土黄、浅黄、浅灰、奶白、浅蓝等颜色是首选，两种颜色的精妙搭配比较常见，往往能够达到“和而不同”的设计效果，如图3所示。再次，还可以在外墙面设计一些简洁明了的图案，如简单的几何图案和结构简图，或者反映土木学科发展历史的图案等都是不错的选择。最后，土木工程实验室外墙墙面绿化也是一种重要的色彩设计手法，优点是能够帮助建筑物快速融入校园环境，有效吸收粉尘，降低噪声，减少能耗。墙面绿化选用植物多种多样，攀爬类植物和悬垂类植物是首选，可以根据实验室墙体的建筑材料、颜色、高度和朝向等自由选择。粗糙墙面有利于攀爬植物生长覆盖，东南朝向的墙面一般选用喜阳的绿色植物，阳光较少覆盖的墙面一般选择喜阴的植物，枝长叶密的植物夏天可以遮阳，冬天可以保温。粗糙的墙面适合叶形比较大的植物，而枝叶细小的植物更适合墙面相对平滑的墙面。土木工程实验室墙体比较高大，承受的风力很大，特别是像宁波这样的南方城市雨季较长，台风频繁，风雨对墙体和植物影响都比较大，所以，那些抗风能力强、不易倒伏、生长迅速、四季常绿、成本较低的植物是最好的选择。

结语

土木工程实验室因其学科具有实践性强、综合性大、设计知识面广的特点，土木工程实验室空间和色彩设计不同于其他学科实验室，建筑体量大、空间结构复杂、设备体积大，拥有巨大的创造性的设计空间。安全、高效、特色鲜明是土木工程实验室空间和色彩设计的目标，灵活有序、安全和谐的实验室空间和色彩设计理念是对传统土木工程实验室设计弊端的一次创新性变革，在一定范围内满足了当前土木工程教学科研任务的需要，而且可以自由组合的教学科研实验空间的设计可以有效应对土木学科快速发展带来的新任务和新挑战。