装配式生物实验室建筑设计的创新要点

摘要：装配式建筑是我国建筑行业转型升级的重要方向，而生物实验室建筑作为一个特殊的建筑种类，其设计要求满足科学工艺需求，并且要应对生物实验室的快速发展。因此，如何将装配式技术应用于生物实验室建筑，是本文主要研究的内容。本文首先分析了实验室装配式建筑设计的基本原则，包括模块化设计、灵活布局以及人性化设计等；然后，以生物实验室为例，探讨了装配式建筑设计的创新要点，例如实验楼模块的组合设计及其创新、立面环保材料的选用和应用、探讨实验室模块化集成产品应用等。装配式生物实验室建筑设计能有效提高建造效率，功能灵活性更大、适用性更强。

关键词：装配式建筑；生物实验室；模块化设计；全过程信息化管理

引言

随着中国建筑行业的高速发展，绿色、高效的装配式建筑正获得广泛应用和关注。特别是在科学需求复杂、发展迅速的实验室建筑中，如何结合装配式建筑技术，对提升建筑功能布局、推进绿色化建设具有重要意义。本文结合生物实验室装配式设计中深入研究的问题，例如结合模块化设计与灵活布局，实验室模块化集成产品应用以及结合BIM设计进行全过程信息化管理等创新设计要点，以期提供全新的设计参考视角。

1、装配式建筑在生物实验室的适用性分析

1.1 装配式建筑概述及其绿色特性

装配式建筑作为一种现代化建筑施工方式，因其高效性、环保性与经济性，在全球范围内得到了广泛应用[1]。装配式建筑的特点主要体现在构件的预制化与现场的装配化。这一模式显著缩短了施工周期，并提升了施工质量的标准化程度[2]。绿色特性是装配式建筑的显著优势之一，其体现在多个方面：节约材料、降低能耗、减少施工产生的废弃物以及施工过程中对环境的扰动最小化。在绿色建筑评估体系中，装配式建筑因其出色的循环使用材料和节能设计，常被视为实现可持续发展的重要方式。

经过在实际项目中的研究与应用，对于二级生物安全实验室及加强型二级生物安全实验室，装配式建造技术同样适用。

1.2实验室建筑特殊性摘要及其对装配式建筑的要求

生物实验室需要满足相应的科学工艺需求，还应满足相应级别的安全要求。除了一般民用建筑的消防、防水、通风等要求，还建筑设计提出了更高要求，包括安全性密闭性要求、精准的温湿度控制、实验工艺设备的安装条件等要求。生物实验室建筑在我国的快速发展也势必要求实验室的灵活可变性，以利于实验设备的更新，各实验团队的共享实验平台等需求。装配式建筑在应用于实验室时，需在设计初期充分考虑这些要求。装配式建筑的模块化特性恰好符合对灵活布局的需求，结合实验室全装修的装配式集成模块设计，达到实验设备灵活布局或更换时的即插即用，且材料的选择需兼顾环保和耐用性，以确保实验室运行的安全性和效率[3]。

2、装配式生物实验室建筑设计原则

2.1 模块化、标准化的设计原则

模块化设计是装配式建筑的重要优势之一。分析总结生物实验室建筑使用功能模数，结合结构体系合理化设计，应用模块化设计及标准化构件的设计应用。这种模块化的设计不仅能够使构建精准化、批量化，还能提高施工质量，缩短施工周期，降低施工成本，减少施工时对环境的扰动。

2.2 分区布局的设计原则

结合生物实验室的科学需求，用实验核心区、普通实验区、研发交流区、公共共享仪器平台区、动力及辅助区等功能模块，结合人员、洁物、污物、废物流线，合理分区，科学管理。

2.3灵活布局的设计原则

灵活布局在新一代生物实验室设计中至关重要。生物实验室随着快速发展，不但工艺设备有较快的更新，公共实验平台的设置也会随时进入不同的科研团队，灵活的空间布局以及设备的即插即用可以很好的适应不同实验项目的变化。灵活布局使实验空间的调整更加便捷，更经济。灵活布局的设计不仅提升了实验室的使用效率，还减少了设施的闲置和浪费，能够更好地适应现代实验室对多功能性和开放性的要求，促进科研活动的协同和创新。装配式设计的灵活布局满足了生物实验室对变动性和持久性的高要求。

2.4 人性化的设计原则

在设计中体现“ 以人为本” 的设计理念，通过建筑空间的布局设计，结合交流区、展示区等功能柔性连接各功能区块，营造人性化、温馨舒适的科研环境。

3、生物实验室装配式建筑设计的创新要点

3.1实验楼模块的组合设计及其创新

生物实验室排平面布局一般以核心实验区为中心，辅以更衣、缓冲等功能，这部分可形成较为固定的模块，在其周围按实验室类型和使用需求，可灵活布置其他各不同辅助功能模块，并且可以较为集中的布置公共实验平台，公共实验平台应结合较为独立的入口和流线。在传统的装配式实验室的模块的组合布置方式基础上，可布局插入采光中庭，或布局打开模块用采光走廊连接各模块，让光线通过观察窗透入实验区，再配合室内外局部景观布置，使科研人员从压力较大的科研工作中放松心情。采光走廊可局部扩大宽度形成的交流模块或展览模块，与传统的生物实验室设计相比，这种组合方式更人性化、更注重开放共享和科研人员的交流。 

这种创新的模块的组合设计使实验室能够适应快速发展科研需求变化，成为理想的研究环境。

3.2 立面环保材料的选用和应用的创新性探讨

在装配式生物实验室建筑设计中，立面材料的选择和应用是关键创新要素，例如采用聚合物复合材料，纤维增强复合材料等。采用装配式复合材料及可再生材料有助于降低建筑碳排放，并具备轻质、高强度、良好的耐腐蚀和耐候性等特点，还符合实验室环境对洁净度和耐用性的高标准要求。装配式复合材料的应用，在制造过程中可以模块化和工厂化生产，并将保温及立面装修一次性生产完毕，使施工现场易于组装、大大的减少施工时间和人力成本，标准的工厂生产也可以提高施工精度。

装配式立面中还可以选择一些先进的立面设计技术，如使用双层幕墙系统，能有效提高建筑的隔热性能，降低能耗。使用智能玻璃技术，可以根据阳光强度调整透光率，不仅优化室内照明条件，还能减少对空调系统的依赖。

这样的材料和技术应用在绿色建筑标准的引导下，共同促进实验室建设的可持续发展。

3.3实验室模块化集成产品应用

生物实验室装配式建筑设计的创新要点之一在于实验室模块化标准产品的应用。这些标准产品基于科学研究和实验流程的需求，经过精心设计并严格测试，确保其功能性、安全性、耐腐蚀和防火等要求。装配式设计中加入即插即用模块不仅简化了实验室的布局调整过程，还使得实验室能够快速适应不同的科研项目需求。此外，实验室模块化集成产品应用也促进了实验室设备的集成化和智能化，提高了实验效率和数据准确性。

例如装配式排风柜的应用和装配式功能墙体的应用。在实验室中，因为实验所产生的大量气体、烟雾及粉尘等有害物质，对实验人员的健康带来危害。对实验室工作人员而言，排风柜是减少有害物质毒害的第一道防线，是保护工作人员不吸入有害挥发气体最主要的途径，因此排风柜作为通风系统中最关键的设备之一。装配式排风柜采用模块化结构，增加辅助气流系统及智慧型控制系统，包含智能灭火、泄漏检测、干扰气流监测等。使排风柜更加智能，并可以在一个人机交互界面进行整体操控，增加整体系统的交互体验，使生物实验室更安全、更可控、更灵活。

装配式功能墙体是结合实验室隔墙，复合各实验功能的可移动墙体。装配式墙体上可根据需要安装吊柜，试剂架和试验边台等，面板上可以根据需要安装龙头、插座、网络接口等，为实验室提供自由组合的水电功能供给。因采用模块化的装配式设计方式，提高了实验室墙体的可更换性、延展性和可移动性，改造时也无需重新施工，很好的适用于实验室多变的环境。 

通过模块化标准产品的组合应用，生物实验室装配式建筑得以在保障科研质量的同时，实现资源的最优化配置。

3.4 BIM技术全过程信息化管理

生物实验室对空间的净化等级、压力梯度、通风系统等要求严格，模块化设计需要先依据工艺需求并结合BIM设计等方式提高设计精度，并且能够更好的控制现场施工精度。首先在设计阶段，施工图结合BIM设计，优化设备管线的排布，精细化模块设计，设计预制构件连接节点的精准尺寸等。在生产阶段，应用 BIM 传递设计阶段的信息，进行预制构件、装配式模板深化设计和生产管理，提升预制构件和装配式模板生产质量和效率[4]。在施工阶段，BIM模型可以进行土建结构、机电设备管线等的深化设计，对各复杂部位进行施工BIM放样分析。藉由BIM 模型技术对复杂施工程序进行仿真推演分析，更直观的将传统复杂建造流程参数数据化、智能化，提前模拟项目的施工计划、工序、安全隐患等。在建筑交付使用后，BIM模型仍可结合智能实验室管理系统，与现场监控系统相结合，实时监测实验室的温度、湿度、有害气体浓度等参数，进行可视化管理，确保实验室环境的稳定和安全。

BIM技术全过程信息化管理可以很好的辅助装配式实验室的设计和建造，使装配式技术更精确、更智能、更易施工管理。

结束语

本文对装配式建筑在生物实验室中的应用进行了深入探究，提出了模块化设计、灵活布局及模块化集成产品应用等创新设计原则，成功构建了满足高标准需求、多发展更新的装配式生物实验室建筑。研究证实了装配式生物实验室建筑设计在提高建筑效率、降低环境影响及提升实验室功能性方面的显著优势。尽管如此，本研究仍存在局限性，如未深入探讨装配式建筑在不同环境和地理位置的应用效果，以及立面环保材料的长期效益等。未来研究可进一步探索装配式建筑在绿色低碳、其他类型实验室等领域的应用，为装配式建筑的全尺度应用提供更多理论支持和实践经验。

参考文献

[1]黄萍潘韵雯.装配式建筑设计要点[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术,2023,(05):0152-0155.

[2]何海文,郑思霖,张浩楠,魏育辉,孙圣华,乔小兵.浅谈装配式洁净生物实验室施工工艺[J].住宅与房地产,2021,No.614(17).

 [3]杨翔鹏.谈装配式建筑与绿色建筑设计[J].中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术,2022,(08):0031-0033.

[4] 王子佳.装配式钢结构建造技术在实验室建筑中的应用[J].施工技术（中英文）,2023,22-0072-05.