浅谈洁净实验室装修的模数化设计

　　实验室空间按照标准单元/模块设计，标准单元是基本的空间模块，可通过组合形成特定的实验室用房。 　　

　　一、模数化设计 

　　模数化的单元分隔的组织法原理非常简单直接的将建筑方式与大规模的工业生产联系了起来，开放，协调，高效和规律的方式来组织空间，最终带来了建筑的逐步的进化，发展和变革。而模数化原则在一定时间内被建筑师奉为是现代建筑必须的组织条例，视觉定理和变形法则，成为了现代建筑标志性的体现之一。而模数化设计，在数字化的今天，得到了有效的应用。 

　　比如，贝聿铭大师的中国银行总部，最基本的模数源于轴网6900毫米的尺寸，层高是1/2轴网尺寸，3450毫米。基本轴网与层高的1/6为分别立面坐标上的每一块石材的尺寸，1150X575毫米，石材长宽是2:1的比例。建筑门高2300，是石材长边的2倍，同时也是理想的门高。模数化设计带来的好处就是规整，没有半块的砖，也没有模数不合咬合不上的尺寸，大大方便了施工。 

　　然而，建筑的多样性，地域性，丰富的文化历史内涵，赋予了不同建筑单体之间不同的特质，不可能，也不现实所有的建筑都用模数化设计，那么，具有诸多优点的模数化设计，具体用在哪类项目中更合适呢？ 

　　二、实验室建筑的特点 

　　实验室建筑的核心：通用实验室，专用实验室，湿实验室，洁净室。具备一个共同的特点，就是根据不同类型的实验确定实验台的尺寸，确定一个实验单元的尺寸，进而确定实验室的尺寸。而不同的实验室，根据工艺流线，进行有机结合，最终形成独立，而又有效连接的实验室建筑。专用实验室包括最敏感的精密测量实验室和高精度实验室，消声室和高大空间实验室，生物安全实验室，这些房间是技术水平要求最高的部分。湿式实验室是生物和化学实验室，可从事湿作业，并配备通风柜及负压。因为要考虑很多服务设施以及通风柜，湿式实验室设计也较为复杂。洁净室包括隧道式洁净间和服务于洁净间的机房。洁净间的技术要求也较高。 

　　办公及会议用房为非技术性房间，实验室研究支持用房包括为专用实验室、洁净室和湿实验室提供服务的空间，一个大的综合各类服务的支持用房就是连接大部分实验室的服务走廊。其他空间还包括气体和化学用房，库房，供应用房和车间。 

　　三、实验室建筑采用模数化设计的必要性和可行性 

　　由于实验单元的存在，对实验建筑提出了一种理性组合的可能。使用实验室规划模式，能提供一种常见的实验单元以适应所有的实验室要求。这种模式可以提供可改造的能够适应各种需求的实验空间。由于它还能提供规整的，模块化的机电，结构布置方案，包括，空调，排风，试验设备和电力等。 

　　在实验室中，宽走道提供了双重可能性，一种是大设备的移动，比如震动桌，另一种是员工之间的交流。同时，这些走道还能够成为疏散通道。走道的上端同时提供了安装设备管线的空间。 

　　科研建筑实验室需要很高档的内部环境控制，比如温度，湿度和洁净度。这个概念设计包含了设备机房的布置，在夹层里或者在地板夹层里。同时还要考虑需要最大程度的降低震动，噪音，电磁干扰等，影响实验室的一些污染。 

　　通过分配面板，电力将被合适的分配到各个实验室模块，分配面板将设置在服务走道上。这种布置在修缮时将会使某一个实验室很容易的从其他实验室隔离出来，避免了不必要的对其他实验室的干扰。 

　　实验室装备将被分布到每个实验模块，这个被称作是Space Criteria Matrix（空间标准表格）。一般的实验室装备将包括：空气干燥机、实验室真空设备、液态氮、设备冷却水、工业热水，冷水、试剂用水、实验室排风。建筑物里的每个管道系统都有进水点，实验室通风设备连接通风橱，真空泵，热源和其他类似的设备，并预留煤气管道的空间。另外，真空系统和去离子水将在清洗室设置。而煤气设施如果在清洗室设置将会变的很危险。煤气室将会和化学储存室一起单独布置。实验室里面的顶部服务会将电等设备送到实验室的中央。特别是光学，震动着，实验台或者样品桌。 

　　对微米，纳米级别的洁净室来说，空间的灵活性是这种空间的核心要求，在洁净室里，会有不同的科研项目，包括微米单晶硅技术，复合半导体技术，纳米材料技术和今后有可能发展的技术。 

　　四、实验室建筑采用模数化设计的实例 

　　以北京某国家级实验室建筑为例进行分析。此建筑是建国初期兴建的老院由于技术更新，功能需求增大而在北京昌平区新建的新址。由于大量超精密计量仪器的需要，地理环境要求安静，无过大的交通干扰和噪音扰动。地块东侧为一片龙形山脉，坡度15%，场地由东坡向西，现状地形为一片枝叶繁茂的林区，有两条天然形成的溪流作为场地地表排水，环境十分幽静，建筑限高9米。 

　　根据地形地貌，设计采用山地建筑设计手法，利用地形，设计退坡的二层实验楼。并分为三个区，其中一区含有的精密的器械和工艺对周围的环境的震动、噪音、电磁干扰以及无线电频率干扰都非常敏感，把精密测量和高精实验室切近山腰。这样一方面可以改善建筑的振动效果，另一方面还有助于保证园区的建筑地上高度不超过9米。还有一个好处是可以通过卸货平台进入到每个建筑不同的楼层，节省货梯。这样不仅可以节省资金还可以避免振动源放在敏感实验室边上。 

　　二区含有消声室和高大空间实验室。设置二区的工作人员和访客的入口位于场地东侧的现状道路上。 

　　三区为生物安全实验室，设置工作人员和访客入口位于西北角，在主入口对面。主要是常规的生物和化学实验室。这些实验室往往有较多的实验台用于供仪器以及供科研人员使用，所以更适合较长的，狭窄的实验室模块。 

　　下面分区介绍一下设计采用的实验室模块。 

　　1、一区实验室 

　　模块设计为3.6米×7.8米，面积为28平方米。可根据各实验项目需求灵活组合。一区实验室包括了服务通道，服务通道为设施的分布以及物资和设备的运输提供了方便，并且隔离了保障实验室运行的仪器产生的热量和噪声。这种通用模块的设计可以充分满足各类仪器的需求，大型的仪器可以占用两个或者三个模块，而且前排的人员通道和后排的仪器及公用设施的服务通道是分离的。 

　　2、二区实验室 

　　二区实验室规划是一些大空间的实验室，涵盖高度为10m能测扭矩为20kN・m的实验室、高度为8m测力为20MN的实验室、净高14m大空间实验室。 

　　便利的通道和高大空间都是为了大型仪器、重型装载和专业的防护。设计的实验室模块为9米×18米，整合小的模块可以灵活的满足更多研究空间的需求。该建筑物只有一层，所以可以实现9米的结构跨度，因为只是承受了屋顶的载荷。此建筑无需要起重机，设计辅助的结构可以负载更重的载荷。 

　　3、三区实验室 

　　三区实验室涵盖生物化学实验室、3级安全生物实验室，其模块设计采用传统有效的9.9米×3.3米的方案，所以模块面积为33平方米。实验室空间同样辅助有服务通道，为辅助设备、实验室设施以及配电提供了便利。这种窄的实验室模块很适合在试验台上进行的研究，整合两个或者三个模块可以为大型仪器提供足够的空间。3.3米的宽度可以提供两边760mm的工作台面，剩余1500mm的主通道用于保障安全。通常，这种实验室的后部为危险品区域，比如通风柜和化学处理，安全的区域位于实验室前部。 

　　图3 三区实验室模块 

　　在此项目中设计了灵活的实验室模块。为所有类型的实验室做了通用设计。这种通用的模块提供了可重构的研究空间可以满足不同的科研空间需求。同时还提供了一个有序正常的实验室模块布局，拥有各种公用基础设施，包括空调，排气，实验室设施和电源。 

　　结语：总而言之，实验室通用模块是基于研究需求而最终确定的，通用模块的重复使用必需灵活。可调节的环境条件使得建筑物非常灵活，但是在任意区域满足任何需求的过度设计是完全没有必要的。许多专用的实验室可以满足特殊仪器的科研需求。 模块化设计带来不仅仅是设计的理性和有序性，也同时带来经济性和简化施工。在实验室建筑中，十分适用，值得推广。