浅析生命科学园区设计趋势——以科兴系列园区为例

郑世伟，余浩，姚丽，崔杨波，苏晓琛

1 研究基础

21 世纪是生命科学的世纪，分子生物学的进步使得科学家在生命科学领域取得了诸多革命性的成果。伴随着生命科学的蓬勃发展，生命科学研究机构和生物医药公司也得到进一步发展和革新。与此同时，承载生命科学研究和发展的物理空间——研发实验室、医药园区也都有了长足的发展。科学家的工作环境得到了极大改善，研发和生产的空间更加安全合理。诺华、辉瑞等生物医药公司相继在世界各地建立了诸多生命科学园区，逐渐形成了各自的企业形象与建筑风格，这些园区的建设经验为中国本土生命科学园区的设计实践提供了重要参考：扎根在本土文化的沃土中，继续创造和延续新的文化[1]，这也成为本文研究的基础之一。另一方面，自2019 年起，受新冠疫情影响，作为抗疫至关重要的一环，中国的疫苗研发与生产机构被推到时代的前端。企业迅速的发展，使其工作生活模式和研发空间相应发生了明显变化。

我们有幸参与科兴公司4 个园区的设计和建设过程。依据项目设计时序分别是：科兴天富园区公共空间改造提升项目、科兴凯信研发生产园区项目、科兴社区员工公寓及公共配套设施项目、科兴龙城总部研发生产园区项目。其中科兴天富园区、科兴凯信园区和科兴社区位于北京市大兴区，科兴龙城总部园区位于北京市昌平区（图1）。

科兴公司早期的研发和生产园区是科兴天富园区，在北京南六环外，区域的公共文化生活设施相对匮乏。然而公司的员工相对年轻化，受教育程度和收入相对较高，对公共文化生活的要求也比较高。因此，在园区内为员工创造舒适的环境和丰富的公共生活成为科兴公司重要关注点。同时，旧的天富园区在对外形象上略有不足，科兴公司迫切希望通过一系列改造措施，提升园区面貌。科兴天富园区公共空间改造提升项目就是在这样一个背景下开始的（图2）。

1 项目基地

2 科兴天富园区绿廊

3 科兴凯信园区夜景

4 科兴社区

5 科兴龙城总部园区

另一方面，随着疫苗需求爆炸式的增长，科兴公司研发和生产空间不足的问题日益明显，为解决这一问题，科兴公司也曾尝试就近租用一部分厂房暂时满足生产要求，但最终还是决定建造更加符合自身工艺流程要求和企业形象的园区，这是科兴凯信研发生产园区项目的由来（图3）。

随着科兴公司的快速发展，员工人数也在迅速增加。在北京的南六环外，几千人的食宿和通勤问题成为科兴公司必须要考虑的实际问题。在城市区位的公司，解决这个问题的常见办法就是兴建员工宿舍和食堂，配套建设一个小社区，让员工安居乐业。在得到政府的允许和鼓励后，科兴公司决心将解决员工食宿和公共文化生活需求的科兴社区项目提上议程（图4）。

伴随着疫情步入尾声，科兴公司也在积极筹划着未来。在抗疫过程中所做的贡献让科兴迅速从一家国内公司，成长为世界生物医药巨头，虽然这不是它最初的目的，但在客观上让它更有机会成为一家可以改善人类健康和命运的伟大公司。未来，科兴公司希望将研发变得多元化，一方面扩大自主研发的广度和深度，另一方面也利用自身的品牌效应，联合众多国内外科研机构、科学家形成具有足够丰富度和活力的生命科学研发生态群落。科兴龙城项目，就是着眼于这一长远规划进行的部署（图5）。

在参与科兴公司的这4 个园区项目的设计工作中，我们在园区规划和建筑设计方面总结了一些具体数据，获得了一些心得体会，这也构成了本文最重要的研究基础。

2 理念综述

在科兴项目设计之初，我们与业主多次思想碰撞，同时深入调研科兴人工作和生活环境，希望能够梳理清晰并妥善安排他们的生产和生活。基于本土设计的思想，在向科兴公司第一次汇报概念方案时，崔愷院士创造性地提出了“为人类健康而生产，为城市生态而营造”的目标。以这一设计目标为引领，结合各设计项目的具体要求，我们陆续开始了科兴4 个园区项目的设计工作。目前4 个项目的设计工作基本完成，其中科兴天富园区和科兴凯信园区已基本竣工。

在4 个项目的设计过程中，我们总结出5 点对于生命科学园区设计比较有效的策略：建立安全高效的规划结构，打造具有弹性的空间单元，植入丰富健康的公共生活，营造绿色生态的园区环境，创造企业独有的建筑风格。

3 建立安全高效的规划结构

生命科学园区的规划布局，首先要着眼于安全，同时要考虑到高效合理。

3.1 分区分级的安全防护体系

生物高新技术企业需要面对生物安全问题，为保证生物安全，一般将园区布置在远离市中心的区域，保持相对独立，同时园区内部公共配套区域和生产研发区域也要相对分离。从园区大门到生产研发楼宇门厅，再到生产实验洁净房间，要建立一套至少包含3 个层级的安全防护体系（图6）。

6 生命科学园区常规安全防护体系

7 辉瑞加州园区和安劲加州园区

8 科兴凯信园区规划分析

9 科兴凯信园区洁净区分析

国外众多生命科学园区不仅有着轻松宜人的室外环境，在生物安全上也丝毫没有放松。以辉瑞制药生产园区与安劲高科技生化制药园区为例，它们将具有混合功能的开放式城市街区整合为封闭式医药园区，以提升园区安全性（图7）。

科兴凯信园区首先沿地块周边以围墙构筑了第一层防护，并沿外圈设置了4 个出入口。其中位于东侧的2 个是生产研发的货运出口和入口，位于北侧的2 个则是员工车行和人行出入口。每个出入口各司其职，人流货流互不交叉，货物进场和出场互不交叉。凯信园区的仓储生产研发区位于东侧，配套设施区位于西侧，2 个区域相对独立（图8）。各生产研发楼首层门厅均设置本楼总的安检空间，各个竖向交通和洁净区之间设置一道安检和更衣空间（图9）。人员从园区到洁净区域共经历3 次安检和一次更衣，以确保研发生产区域的洁净与生物安全。

3.2 简洁高效的货物流线

凯信园区的仓储楼为原材料仓库，是一栋既有建筑，仓储楼南侧是货运场地，东侧为货运进口。原材料可以快捷进入场地，卸到原材料仓库。新建的生产研发楼与仓库贴邻布置，有效缩短货物运输距离。仓储楼和生产研发楼之间，以及5 栋生产研发楼之间通过位于三层的空中连廊联系，研发和生产所需的原材料可快速封闭运送至各个生产研发楼中。

成品货物流线则安排在了地下一层，一圈9m 宽的环形车道将各生产研发楼地下一层的出货货梯串联起来。地下一层层高7.2m，坡道及环形车道最低处不低于4.2m，可确保3.9m 的专用冷链车直接停到地下一层的出货货梯处（图10）。成品货物装车后经坡道进入货运出口并快速离场。主要的进出货流分别布置在空中和地下后，地面空间可供人员活动（图11）。

与简洁高效的物理空间相匹配的还有高架库智能管理和平板机器人运送系统。高架库接受到需求指令后，可将指令所需原材料取下并放置在智能平板机器人上，智能机器人通过空中连廊将原材料运送到指定的楼宇，并搭乘货梯运送至各楼层发出需求指令的房间中（图12）。

4 打造具有弹性的空间单元

生物科技企业的研发和生产迭代速度快，所需要的空间规模变化较多，如何让不变的物理空间具有更好的弹性以适应不同研发和生产需求，是必须考虑的问题。例如在萨尔克生物研究所中，路易·康将整个设备层做成了一个箱型梁的结构空间，上部设备检修和更换完全不会干扰下部的实验空间，而下部实验空间也获得了一个巨大的无柱空间，可以适应不断变化的实验室空间需求（图13）。

在科兴凯信的设计中，我们采用了一种更为常见、经济的做法。在与业主充分交流工艺需求后，我们将柱网确定为9m×9m，将层高确定为7.2m。9m×9m 在经济性和生产研发所需要的弹性之间能够取得较好的平衡。7.2m 的层高在减去0.8m 的结构梁板高度后，还能得到一个3m 左右的净使用空间和一个3m 左右的设备夹层。设备夹层由轻型钢结构吊顶分隔，夹层可以上人，方便对设备进行更换和检修（图14）。

10 科兴凯信园区地下室剖面示意

11 科兴凯信园区立体分层物流系统分析

12 科兴凯信园区智慧物流系统

13 萨克尔生物研究所剖面示意

14 科兴凯信园区生成单元剖面示意

15 科兴凯信园区最小研发单元示意

16 科兴凯信园区较为适合生产单元示意

17 高度灵活的生产单元

18 龙城项目总图对不同要求的适应性示意

19 瑞士诺华制药园区的公共配套设施

最小的研发单元标准层面积一般不小于2800m2，短边不小于4 跨（图15）。较为合适的生产单元一般不小于3500m2，短边不小于5 跨（图16）。每个研发和生产单元中，固定布置的是角部的4 个竖向交通空间和边跨内的暖通设备机房。这些暖通机房占比相当大，主要是为了满足实验室内部严格的温度、洁净度和正负压值的要求。除此之外，部分外边还会布置少量供实验人员办公和处理数据的房间，一般安排在南向或者景观朝向较好的一侧。位于中心位置的区域就是研发和生产用的净空间，可以灵活分隔，自由变换。这样的空间单元基本可以适应90%以上的生物医药类的研发和生产的需求。

随着新冠疫情逐渐步入尾声，科兴的空间需求也在逐步发生变化。从单一产品大规模生产逐渐转向个性化定制方向发展，实现疫苗从巨大的量化生产到小型的个性化定制。上述的基本空间单元依旧具备足够弹性，能容纳未来多团队、多学科、平台化的工作场景。在科兴龙城总部的设计中，基于同样3500m2左右的单元模块，我们探讨了一种化整为零的空间切分模式（图17）。这些大小不等的实验室群落、共享单元体基础设备设施，可以同时进行完全不同的研发和生产内容。

这些单元模块共享整个园区办公、会议、餐饮和其他公共配套设施，组成一个复合的生命科学研发平台（图18）。可以预见，有些小实验室会失败并逐渐消失，有的会成功并且发展壮大，甚至成为下一个时代的巨头，而这些空间需求的潮汐变化，都可以在具有弹性的空间单元中容纳下来。

5 植入丰富健康的公共生活

早期的生命科学园区往往以单一的研发生产功能为主，对科学家、研发生产人员的公共交流和休闲空间不够重视。随着生命科学园区的不断完善，为园区使用者提供更加丰富、完善的公共生活空间成为一个明显趋势。我们可以看到，在瑞士诺华制药园区中，在中间交通脊柱两侧，设置了大量的公共活动空间：健身中心、园区大食堂、“瑞士咖啡厅”、国际论坛、科研探究楼、培训教育楼等，为员工提供学习、运动与交流场所（图19）。

而科兴社区项目，也是在一个较大区域内为科兴其他几个研发生产性园区补充公共生活空间不足的短板。我们提出的“先生活后生产”理念得到了科兴公司的认同。在解决员工居住问题的同时，安排了多处以交流活动为主的开放、混合、高品质新型空间。

我们在建筑延展出来的生态球内分别植入了4 个公共场所（图20）：（1）与健康中心的下沉庭院相结合，形成户外运动的自然氧吧，倡导绿色健康的生活方式；（2）与图书活动的层叠平台相结合，建立适配“全方位生活生态”的科兴大学，丰富员工的业余生活；（3）与餐饮中心的户外凉亭相结合，提升就餐环境，树立主题形象，延长运营时段；（4）与幼儿园的家长接送区相结合，形成寓教于乐的植物乐园，激发儿童对自然的好奇心。

延展出的公共场所其空间结构有单体和联通两种球体。球体独立自承重，其结构体系由三角形结构框架、ETFE 气枕、六边形金属固定框三者共同组成，其中结构框架以不锈钢节点焊接竹钢插板构成，ETFE 气枕和金属固定框则采取一室多囊的方式，通过不同模块的组合，可以对冬夏冷热环境进行一定程度的温度调节与控制（图21）。

6 营造绿色生态的园区环境

优秀的生物医药园往往坐落在风景秀美的郊外，为办公科研人员提供一个良好的户外休闲空间。科兴的天富园区和凯信园区受上位规划的限制，周边环境普通，园区用地相对狭促。即便如此，在这几个园区的设计中，我们依然倡导绿色健康的行为模式与空间使用方式，强化以“人”为核心的设计法则[2]。设计通过合理的规划布局，最大化地空出相对完整的室外绿地，精心设计成人们工作之余的休憩场所。

20 科兴社区绿色空间植入

21 科兴社区气枕单元

22 科兴凯信园区中心花园实景

23 科兴凯信园区下沉庭院

24 科兴凯信园区景观游廊

在科兴凯信园区的规划中，5 个生产车间呈U 型布局，围合形成中心花园。花园长约95m，宽约64m。开阔的中心花园配以蜿蜒的水磨石道路，为园区使用者提供了一处休闲场所，员工在紧张的工作之余可随时得到与自然亲近和放松的机会（图22）。

中心花园设置了连接入口大门和各楼宇门厅的曲形游廊，游廊和步道将中心花园自然地分成几个小庭园。庭院里配置不同景致，可使员工和来访者先经过一座避免风吹日晒的室外“艺术馆”再到达各个门厅。在中心花园中央结合下沉庭院设置露天小剧场，可用于小型音乐会，也作为地下车库和中央花园之间的一个连接口。下沉庭院也将自然采光和通风引入地下空间，提升了地下空间的品质（图23）。

中心花园的游廊面积共4300m2，游廊上表皮为8mm 厚的碳钎维材料曲面，下表皮为白色复合铝板，自重极轻。游廊顶棚由柱距20m 左右，直径250mm 的单排钢柱支撑，形成了一个轻盈、流动、开放、自由的廊下空间，这也是常用于建筑加固的碳纤维材料的一次创造性应用（图24、25）。

在科兴天富园区改造设计中，崔愷院士带领的本土设计研究中心团队采用“微介入”的改造方式，在食堂、办公楼、车间之间的下沉庭院处，营造一个半室外活动空间——绿廊。其中布置绿色植物，调节局部微气候，绿色舒适的空间环境使之成为了园区活力共享中心（图26）。

绿廊顶棚由最简单的球面三角形单元拼接而成，使用钢索膜结构，追求最少的杆件类型、膜类型、节点类型，以利于标准化加工（图27）。大量工厂预加工与少量现场装配作业的结合，极大提高了施工效率，从设计到建成用时仅100 多天。

25 科兴凯信园区景观游廊形态生成示意

26 天富园区绿廊建成效果

27 天富园区绿廊鸟瞰示意

28 天富园区绿廊三角形单元生成过程

29 建设中的科兴凯信园区

30 建成后的科兴凯信园区建筑立面

31 科兴凯信园区结合功能的立面单元模块

32 建成后的科兴凯信园区

7 创造企业独有的建筑风格

传统的工业建筑往往更加注重工艺需求，对于建筑与城市形象、周边环境的关系缺乏深入思考与研究。作为企业对外展示先进理念和文化软实力的舞台，生命科技园区传统的工业建筑形象正在逐步改变。创造企业专属的设计风格，是每个生物医药企业扩大品牌影响力的必然需求。

在科兴天富园区的改造中，业主的一个重要诉求就是打造科兴专属风格，提升园区的企业形象。崔愷院士带领的本土设计研究中心团队设计的天富园区室外绿廊，采用与生物细胞、苯环相关联的六边形的白色金属框架，内嵌ETFE膜，整体显得轻盈而纯净（图28）。解决员工室外公共活动空间需求的同时，传达了科兴生物医药的行业特征和求新、进取的企业精神。

科兴凯信园区的设计采用了白色基调，墙面地面及一系列建筑构件都采用了白色哑光的金属板材。建筑体量不做过多变化，保持极少主义的纯粹感，仅在中心花园的景观设计中融入了优雅自然的曲线元素。建筑表皮设计从生物医药产业的标志性符号DNA 中汲取灵感，从细胞聚集的形态中抽象出微妙变化的六边形，基于室内功能需求，运用参数化设计对5 种六边形单元进行排列，形成凯信园区独特而富有变化的表皮纹理（图29、30）。

立面模块各自集成了内外饰面、夹心保温、通风百叶、采光窗、通风器、泛光灯等组件（图31）。“六边形平板、六边形凹版、六边形百叶、六边形玻璃、六边形玻璃+通风器”等5 种单元模块看似随机的排列，实则是很好地匹配了建筑内部的功能需求——为满足设备需求在机房区域、车间吊顶内设置六边形百叶；为满足消防及使用需求在楼梯间和卫生间设置六边形玻璃+通风器；为满足自然采光要求在电梯厅设置六边形玻璃。每个单元模块都在工厂里加工好，运送到现场后直接安装到龙骨上即可。这样既可以满足装配率的要求，也提高了施工速度，还可以满足使用过程中因内部功能调整而需要便捷更换立面单元模块的要求。

建成后的凯信园区白色、纯净，体现出未来感，具有生命科学企业的特点，彰显着科兴公司的企业精神和文化追求，也提升了整个片区的城市风貌（图32）。

8 结语

经过科兴公司的系列项目实践，我们对于生命科学园区的设计有了一些体会：一个优秀的生命科学园区，规划一定是安全和高效的，这是它赖以运转的基本条件；它的空间应该具备足够的弹性，以适应不断变化的研发和生产需求；它应该设置足够丰富的公共空间，以满足科学家和研发人员的公共生活和精神需求，使人和自然生物之间保持宽松的距离和友善的关系，而不是一味地占有和侵扰[3]；它的室外环境应该尽量绿色生态，使人们可以在一个优美的环境中工作；它的建筑形式最好能够体现出生命科学的特征，彰显出企业的精神，同时使我们的城市面貌得以提升。□