UAD•平衡建筑/引领明日治疗之路：美国杰克逊动物实验室考察研析与本土实践

一、背景

动物实验室作为生命科学研究的重要载体，其重要性日益增长。而作为温州生命健康产业的重要环节，温州市与北美乃至全球最重要的动物实验室——杰克逊动物实验室的项目合作始于2016年。

在此基础上，温州健康产业创意中心提出了具体的项目任务要求，设计据此完成了规划及建筑方案（如图1、2、3、4）。

图1 温州健康产业创意中心鸟瞰图

图2 温州健康产业创意中心总平面图

图3 温州杰克逊动物实验室东北侧透视图

图4 温州杰克逊动物实验室鸟瞰图

为了使建筑设计更符合使用方的专业需求，秉承“请进来，走出去”的方式，设计团队对美国杰克逊动物实验室康涅狄格州法明顿分部和缅因州巴港总部进行了考察。

考察目标除了针对已有的实验室设计内容进行优化之外，也是为以后国内类似的实验室设计提供借鉴。

二、对康州法明顿分部的考察

杰克逊动物实验室于2014年建成康涅狄格州法明顿分部，这是一家以基因科学研究为侧重的实验机构（如图5）。

图5 杰克逊动物实验室法明顿分部外景

建筑共五层，约18000平方米，一层设有大厅、办公、报告厅、变配电用房、柴发机房等附属用房；二层为数据机房及核心实验室；三、四层为主要实验室用房及行政用房；五层为设备机房。

杰克逊动物实验室基础设施主管FITZ先生陪同考察并共同研究、汇总了法明顿分部的设计特点：

1.干湿分区

实验室基于BSL-2[注1]生物安全实验室标准进行屏障系统设计，并在此基础上严格进行干湿分区。实验室的工作内容分为两大部分，一部分为需要在屏障系统中进行试剂操作的"湿作业”，另一部分为对实验数据进行计算分析的“干作业”。

基于两种工作性质的不同，而将实验室楼层空间进行区分。干实验室与走道结合在一起，与需要屏障处理的湿实验室形成嵌套关系，与支持区和灵活区共同组成了实验区模组（如图6）。

图6 平面干湿分区示意

干、湿实验室之间，通过落地玻璃进行分隔，既让室外光线渗入进深较大的干实验室，又使得两个实验室之间的互动成为可能（如图7）。

图7 全透明落地玻璃分隔干湿实验室

在走道附近设置交流协作角。值得注意的是，在与美国设计同行的交流中，他们着重强调了实验室及办公空间的设计中共享交流空间的作用：随处可书写的玻璃板、小的餐食角，都是为工作人员提供人性舒适空间的体现（如图8）。

图8 带有交流性质的角落设计

这一细节被认为是哈贝马斯所提倡的通过“交往合理性”来抵制“生活世界殖民化”的有效途径，防止人在单调科研工作中的“异化”，使得需要创意的科研工作充满灵感的火花。

2. 模数化与灵活性原则

模数化的处理对于实验室设计来说是根本原则，从结构柱网到室内装修、设备选型最后到管线接口的布置，无不基于一个固定模数：每个实验操作台为固定模组，与柱网及房间形成比例关系，又根据柱网及房间可确定吊顶板的尺寸。

每块吊顶板对齐相应的试验台桌，而所有的功能接口[注2]（如图9）都通过吊顶自上而下布置，这样吊顶板即可按照需求预设不同接口位置。

图9 吊顶板上的接口模块

将来若要根据需要改变房间的布局，由于模数的存在，方便从吊顶上灵活接入各种管线。杰克逊动物实验室设计采用的这种灵活性原则显然也是从实际需求出发所形成的应对策略。

3. “N+1"的保障体系

如医院、实验室等关乎生命财产安全的建筑一般都会在应急用电、用水、数据安全等系统上采用多套保障系统。而杰克逊实验室所谓的“N+1”原则是指除了建设通常意义上的保障系统外，额外再多做一套保障系统。

以电力保障为例，一般实验室通常做法是一路市政用电搭配一套柴油发电机、一套UPS应急电源，而杰克逊的原则是在此基础上全部再另做一套备用，那就需要两路市电、两套柴油发电机、两套应急电源。

这样一种“给备份设置备份”的原则，尽最大的可能保障了实验室的生物及数据安全。

4.对智能化系统的倚重

杰克逊动物实验室的智能化系统，可以说是整个实验空间的神经中枢。实验室内遍布的各种感应器把温度、湿度、风量等信息传入计算机，并通过控制相应阀门进行调节。

除此之外，所有实验数据也会传导入数据中心，这是实验室最重要的无形资产，现代基因实验对计算及信息安全的倚重，致使实验室数据中心的重要性大幅提高。

建立安全可靠的数据中心与采取万无一失的备份措施至关重要，在数据中心的建设上同样也采用了前述的“N+1”原则。

5.绿色设计

法明顿分部的建筑设计通过了美国LEED[注3]认证。在满足使用需求的前提下，建筑通过了如室内环境、教育意识、选址、大气环境、可持续性等各项资源环境绿色建筑认证。

在实验室能耗大户空调系统上，采用了热回收系统。这是一种将空调系统排出的废能量再次循环、加以利用的措施体系。另外一种变风量智能控制，则是通过智能系统对各功能区域不同时间不同需求的风量采用分项控制，有效避免不必要的能源投入。

而在数据中心散热上采用了从内往外吹的独特“封闭风廊”来进行散热，这种冷却区域相对集中的布置模式有效减少了能量损失（如图10）。

图10 玻璃柜即为“封闭风廊”

通过以上策略的分析不难发现：杰克逊动物实验室的建筑设计是基于与管理系统使用的密切配合来达成的，设计者以清晰理性的思路将运行管理的逻辑与建筑设计的逻辑完美结合。

三、对巴港杰克逊动物实验室总部的考察

巴港总部位于缅因州，这里每年生产300万只各种基因类型的小鼠，提供给各大实验室，是全球顶尖的实验小鼠供应机构。

总部园区各功能分期分块布置，参观区块为实验室办公室、样本库及检疫室。

实验室办公室为单走道、双面布局、进深较大。样本库即生物银行，是储存所有售出小鼠受精卵的遗传资源库，有严格的专人管理、完备的安防设施并对所有样本进行登记注册。

检疫室是整个动物实验室的中心，所有的动物需要先送到检疫室再分发到各个实验室，检疫室大小约为10mX10m，分设两列笼架、每列四排。人员通过二次更衣及风淋进入该区域，检疫室内为负压环境。

巴港总部的动物实验室有个简单的基本设计原则：设施设备建设上只要不影响实验质量及实验结果一切从简；相反，实验必需的设施设备则力求最好。这种设计原则在其他同行撰写的有关北美动物实验室的报告中也能看出端倪。

具体体现在：虽然巴港实验室因年代久远房屋设施无法做到跟前述康州实验室一样新，但凡只要跟动物生产有关的环节则都严格把关。例如他们的IVC笼使用率达到100%，带来的好处是提高饲养密度；解决压力梯度难题，减少实验房间本身的运行管理压力。

当然除此之外在其他建筑设计的细节上也有其独特之处：

1.室内细部

室内墙角及踢脚处，装有金属防护板，保护墙壁避免撞击；而地面采用PVC塑胶地面材料，墙体为加入玻璃纤维的石膏砂浆抹面。这种做法与国内洁净实验室普遍采用的彩钢板相比节省了不少造价。

2.专门的辅料及垫料处理

辅料及垫料生产及回收是通过杰克逊自有的专门产业化提供支撑，专人专事能够保证辅料及垫料的质量与效率，与一次性用具的使用搭配减少了污染的可能性；这种安排使得在建筑上需要考虑辅料及垫料生产回收的空间。

3.笼具与建筑尺寸的模数化处理

通过IVC独立空气笼具来确定笼架的大小，再通过笼架的大小来确定房间的大小，这依然是模数化策略的体现。另外在有净化需求的动物实验室上方建设硬吊顶，便于人员进入检修。

四、优化

我们将这种认识应用于温州健康产业创意中心杰克逊动物实验室的优化上，对平面功能进行了重新布局，充分体现干湿分区、模数化、灵活性等原则，尽量从业主的使用角度出发，重新设计了实验空间(如图11-15）。具体体现在以下方面：

1、功能区布局上，考虑到动物实验对噪声的规避，将其布置于远离城市干道的一侧，在此部分不设置普通实验室及地下室，避免噪声对实验动物的影响。

2、进行干、湿分区，通过内向的通廊串起各实验空间形成干、湿实验室的齿状咬合布局，同时将办公室布置在南侧可享受内院的景观。

3、调整柱网尺寸，以满足实验室模数要求。

图11 一层平面图

图12 二层平面图

图13 四层平面图

图14 剖面图

图15 干湿分区布置图

五、小结

在杰克逊动物实验室的大楼前的公司标牌上写着一行铭文：“Leading the Search for Tomorrow's Cures"，意为“引领明日治疗之路”，这是杰克逊动物实验室本身的建设、研究宗旨，也是温州健康产业创意中心杰克逊动物实验室设计努力企及的高度。

国内的生物实验室产业处于一个发展期，随着产业的升级与发展，也将提出更高的要求。设计力图从实际出发、与国际上已经经受了数十年使用考验的先进技术与模式接轨，将规划、建筑设计与行业设施设备需求及管理体系尽可能完美结合，营造出合理、实用、经济、高效的实验室空间。

[注1]：

BSL-2——Bio Safety Level-2的缩写,实验室生物安全等级为二级。生物安全是人类生物危害的定义为生物性的传染媒介通过直接感染或间接破坏环境而导致对人类、动物或者植物的真实或者潜在的危险。

“实验室生物安全”一词用来描述那些用以防止发生病原体或毒素无意中暴露及意外释放的防护原则、技术以及实践。

[注2]：

这些端口包括但不限于：电力接口、网络接口、实验用气体接口、感应接口。

[注3]：

LEED——Leadership in Energy and Environmental Design的缩写，由美国绿色建筑协会建立并推行的《绿色建筑评估体系》（Leadership in Energy & Environmental Design Building Rating System），国际上简称LEEDTM，是目前在世界各国的各类建筑环保评估、绿色建筑评估以及建筑可持续性评估标准中被认为是最完善、最有影响力的评估标准。

插图：作者自绘、自摄。

参考文献：[略]。