“实验室”的拉丁文（laboratorium）于中世纪出现时意为“工作任务”，后用于指修道院中的“工坊”，于16世纪获得其现代语义，即“一切以工具仪器对自然现象进行探索活动的场所”。该时期丹麦天文学家第谷·布拉赫的乌拉尼堡研究中心是有详细记载的早期实验室之一（图1）。这座建筑形如城堡，分为三层：顶层空间为观象台，容纳天文观测仪器；中层空间为数学实验室，设有放置地图、进行计算的桌面；半地下的底层空间为化学实验室。该实验室的空间划分模式和描述这一空间的图像，均反映了第谷·布拉赫及其同时代的人对人与物质世界关系的基本认识，即宏观与微观世界是相互联系、彼此同构的，而人居于中心。在此关系中，作为“人”与“物”之间的媒介——实验室诞生了：人通过实验室的建筑空间和设备仪器对物质世界进行探索与发现，在其中形成对物质世界的认识，并获得改造世界的有效方法。 

         

科研实验建筑的设计和 创新是一个牵涉内容很广的话题，而人们对于“人”与“物”不断变 化发展的关系的理解和表达是其中一条关键而重要的线索。 我们可以将近年来所进行的科研实验建筑设计实践大体看作关于“人”与“物”关系的几个不同方面，即“物”与“物”、“人”与“人”、“人”与“物”的实验。 我们希望通过这样的实验，加深人们对科研实验建筑的认识和理解，并在解决设计问题的基础上，将其类型特点转化为建筑形式与空间体验上的创造力和表现力，实现科研实验建筑在建筑学意义上不可替代的价值，进而启发关于超越基本建筑类型、一般意义上的建筑设计创新和建筑学基本问题的研究与思考。  

2 “物”与“物”之间的通用空间 

从乌拉尼堡研究中心和与之同时期的“化学之家”实验室，到美国麻省理工学院20世纪40年代建设的辐射实验室，再到各种服务产业和军事等用途的大型科学装置，科研实验建筑自其诞生至今，经历了自身空间与设备因复杂性和先进性而不断迭代、升级的过程。此期间，无论是对于建筑的使用者，还是对于设计者来说，设计的核心问题及他们关心的重点始终是建筑的物理空间对于科研实验设施的有效容纳程度和匹配适应度。换言之，是“物”与“物”之间的关系问题。 

值得注意的是，麻省理工学院的辐射实验室虽为第二次世界大战的临时研究设施，却一直  被使用到20世纪90年代末，其在使用过程中形成了可动态变化、颇具活力的科研实验空间，因为其除了具有轻量的结构体系和低造价的建筑材料外，还具有通用标准、弹性灵活的空间组织形式 。 ^① 随着科学技术的飞速发展和加速迭代，科研实验活动对建筑空间的要求逐渐从专门化走向通用化。 在当前的设计实践中，建筑师往往要面对尚未确定的科研内容和功能任务，从根本上说，设计要通过为特定功能服务的空间，满足不断动态变化、着眼未来发展的功能内容的需要。 在设计过程中，一静一动、“物”与“物”的关系开始呈现出结构性的矛盾。  

针对这种矛盾，我们在设计中尝试探索能够容纳多种功能并满足其动态发展变化的空间组织 形式。 在一系列项目中，我们将3.3 m作为建筑统一的开间单元模数，并采用9.9 m的标准柱网尺寸，旨在获得对于实验台、通风橱等实验室硬件设备及实验人员活动尺寸最为适宜的容纳空间，同时使其适应办公、会议等多种功能的需求（图2）。 以此为基础，建筑的进深方向采用一种“三明治”式的双走道空间模式，平面被划分为位于中间的支持辅助空间单元和位于两侧的实验及办公空间单元，其中支持辅助空间单元还可以根据需要开设天井，以满足内部房间自然通风及采光的需要（图3）。 这种通用空间可灵活变动、划分和组合，从而能够实现科研实验建筑空间的弹性化，以使其作为基础设施，满足不同类别的实验功能需要，并适应随时间不断发展变化的科研活动要求，而由其构成的建筑标准层，也便于在竖直方向根据需要进行变换、组合。 例如： 在北京大学医学部医学科研实验楼、重庆医科大学袁家岗校区科技楼等高层实验室建筑项目中，我们采用这种空间组织形式设计标准层，在建筑底部布置公共实验平台，中部及较高楼层布置通风要求较高的药学类实验室等，以缩短竖向通风管道距离，并减少楼层占用面积，在建筑顶层布置动物实验室，以减少人员穿行，有利于通风。  

         

         

进入19世纪后，科学研究与高等教育的联系日益紧密。随着大学从单纯的知识集散地向科学技术研究场所的转变，以及私人独立实验室体系的建立与传播，科研实验建筑类型得到了进一步的丰富、成熟和完善，学术交流功能也开始受到重视并在空间上得到体现。生理学家卡尔·路德维希建立的生理学研究所实验室（位于莱比锡）是其中的典型代表（图4）。该建筑平面呈马蹄形，其中除了设有活体解剖室、生物物理和生物化学实验室、图书室及供光谱、显微镜等操作使用的支持辅助房间外，还在实验室建筑中心设有一个可容纳约150人的报告厅——注重科学知识的交流共享，是该实验室建筑显著的新特征。 [1] 

在“人”与“物”的关系中，设计不仅关注“物”的方面，还要关注“人”的方面，认识到 交流活动对科学研究的重要促进作用，并满足人作为建筑使用主体的需要，这是科研实验建筑发展至今进步的重要体现。我们在自己的科研实验建筑设计中，也一直特别重视这两方面，并在不同项目中尝试创造更加多样化、全方位的公共交流空间。 

我们继承并发展了上述“实验室+报告厅”的空间原型，在一系列科研实验建筑设计中，均在建筑公共属性最强的首层空间的重要位置设置面积充裕、流线便捷、形态富有表现力的学术报告厅，学术报告厅作为公共功能的配套设施和公共空间的重要组成部分，可以满足学术交流研讨活动的需要（图5）。 

         

经验表明，科学家的灵感实际也经常得益于同行在实验室外、咖啡机旁的轻松闲谈。因此，  科研实验建筑不仅需要报告厅，还需要促进研究人员放松、进行非正式交流的空间。 在重庆医科大学袁家岗校区科技楼项目中，我们在经典的“三明治”式双走道空间模式的基础上，增大建筑进深，将双走道局部扩展为三走道，并插入由通透的讨论间、开敞的公共楼梯和宜人的咖啡休息区组成的交流空间模块单元（图6、图7）。 而类似地，青海大学医学院教学实验综合楼四层中一系列平面形状各异的讨论间，作为建筑的室外休息、活动平台和室内实验室之间的衔接过渡空间，既为研究人员提供了富有活力、鼓励交流的活动场所，又构成了建筑空间和立面活跃且丰富的表情（图8、图9）。  

         

         

         

8 青海大学医学院教学实验综合楼方案效果图

         

与室内交流空间相对应，营造建筑外部交流空间，保证科研人员与室外自然环境充分接触 并鼓励他们进行充足的户外健身活动，是有益其身心健康的人性化设计。 在青海大学医学院教学实验综合楼和青海大学医学院公共卫生健康研究与临床技能实训基地项目中，基于对用地环境的鲜明印象，回应青藏高原日光强烈的宏观气候特点，以及身着实验服的学生在校园内现状山丘树林间寻径穿行的独特动人画面，我们在建筑外部设计了一条盘旋而上的、由室外台阶和休息平台构成的“散步道”，其可以连接室外地坪和建筑上部各层空间，在营造外部交流空间、满足实验室遮阳需要的同时，再现和发扬校园空间及师生行为活动的美好特质（图10、图11）。 “散步道”式的公共流线作为一个开放空间系统，使科研人员能够便捷地到达室外空间进行休憩放松，同时也使在校师生及社会公众在不干扰日常科研教学的前提下，有机会亲近，甚至穿越实验室建筑，增进科研人员与大众的情感，促进人与人之间的交流。 由此，一种开放性被引入原本封闭的建筑，而科研实验建筑作为科学探索和知识生产的场所，也进一步获得了与自身类型最吻合的气质——充满活力，富于变化，鼓励创造。  

         

         

18世纪法国的《百科全书，或科学、艺术和手工艺分类字典》中描绘的实验室建筑空间，为传统实验室增添了前所未见的新要素：一个巨大的通风罩位于画面一点透视的中心，统摄整个实验室，而研究者们在其下方各就其位（图12）。物的因素与人的因素，共同构成了实验室建筑的原型，同时传达出一种超越通风功能的独特空间氛围 。 ^② 两百年后，由建筑师路易·康设计的宾夕法尼亚大学理查德医学研究中心和萨尔克生物研究所两座实验室建筑，分别以巨大的通风竖井和几乎占据完整层高的设备夹层诠释了“服侍与被服侍空间”的理念，在有效优化实验室标准空间单元设备系统的同时，体现了建筑师整合建筑结构和设备管线，以及使其作为建筑艺术不可分割的一部分得到充分表现的雄心（图13、图14）。 [2] 至此，科研实验建筑见证了自身作为一种类型建筑在人性化和建筑艺术方面的回归历史。 

         

         

         

14 宾夕法尼亚大学理查德医学研究中心综合平面图

当代科研实验建筑，特别是生物医药类实验室，以数量众多的通风橱为前端，通过设备风道和土建管井进行严格而有效的通风、排风，这是实验室环境得以成立并正常运行的基本前提。以往这类风道管井经常以沉默消隐、不为人知的姿态出现，一方面导致它们在平面上占据大量的室内空间，另一方面也使实验室建筑外观缺少类型特点，与其他类型的建筑无异，丧失了建筑表现力和可识别性。为使科研实验建筑获得专属自身类型的空间模式、形式语言和建筑表达，我们在青海大学公共卫生健康研究与临床技能实训基地项目中，将通风竖井外置，使其与建筑立面有机结合，并利用通风竖井的自身体量，使其自然实现对窗洞口的外遮阳效果，在解决实验室人工通风、排风问题和实现防眩光的实验操作光环境的同时，使建筑获得了富于理性且活泼的节奏韵律感，并充分体现了实验室建筑自身的性格特点（图15～图17）。通过上述操作，实验室建筑的立面获得了类似于古典建筑“剖碎”的虚实关系，立面从一线气候边界转化为有深度的功能空间。 

         

         

         

17 青海大学医学院公共卫生健康研究与临床技能实训基地平面图局部放大图

科研实验建筑的核心特征就是一种对人工物理环境的控制、营造和表现，即一种“人工性”，这是由实验室建筑自身功能特点所决定的。这种“人工性”虽然由科研实验建筑更为集中地体现并揭示出来，但绝不仅仅局限于特定的建筑类型，还可以推广到一般意义的建筑中，因而对建筑学基本问题具有启发意义。对应前述科研实验建筑与“人”和“物”之间的关系，一般意义上的建筑也居于人与物质世界之间——人通过建筑与物质世界发生关系，而建筑作为人造物，兼具人和物的因素和属性，但又不完全属于二者任何一方，也正是这种介于“人”与“物”之间的角色和位置，建筑获得了不可替代的独立价值。一方面，建筑与“物”相区别，其不是对自然山水或生物的简单拟态模仿，或者对基本物理问题的片面解决，而是以物质形式“轻声低语”出自身的秩序结构和精神诉求；另一方面，建筑又与“人”相区别，其不是一门叙事性的语言或再现性的艺术，而是体现出自身“欲言又止”的抽象特征和直觉魅力。在这里，“人”作为主体，以自身方式对“物”进行组织和表达，具体方式包括材料、结构、比例尺度和装饰等，体现出化无序为有序的理性和视非生命如生命的人文主义。在“人工性”的理论框架下，一切建筑的本质与目的，均可以看作人对物质世界中自然环境的重塑，即人工环境化，以及由此带来的对人身心体验与精神感受的有意识影响与关怀。建筑是经人消化处理过的自然，就“人”与“物”的关系来说，它是一种“格物”。由此观之，无论是中国传统建筑曲线优美的坡屋顶举折，还是路易· 康设计的上拱下梁的窗洞口上沿，都可以被视作发乎基本物理需要，以“人工性”的表现为主旨的“格物”佳例，从而启发新的建筑学创造。 

相比于“人工性”的表现，科研实验建筑具有一种固有的，以及与对未知世界的好奇和探知 紧密联系的精神性，而这种精神性需要通过设计得到强调和表现，从而塑造科研实验建筑特有的气质与氛围，为内部科研人员及外部参访者带来强烈而独特的空间体验和精神感受。如果能够做到这一点，一座科研实验建筑就超越了科研实验功能本身，获得了属于建筑学本体的质量与价值，从而成为一件真正的建筑艺术作品（图18）。这是一个很高的目标，想要达到绝非易事，但其是我们在现在和未来的设计中想要努力达到的。

         

18 某科研实验建筑项目三个概念方案渲染图

这种与对未知世界的好奇和探知紧密联系的精神性，虽然在现有的科研实验建筑实例中初露端倪，但已通过人类的科幻作品传达出来了（图19、图20）。 几何与完形的出现或许原本是表现“人工性”的一种答案，但其作为人类理性和智识的光辉成果，也为建筑带来了意想不到的“精神性”。 人类对遥远的未来世界或先进的地外文明的想象，往往被物化为一种尺度巨大且形状极度简单、抽象的几何原型，其中那种自中世纪之后因文艺复兴和启蒙运动而引发的逐渐祛魅和由此丧失的对神秘未知世界近乎宗教性的谦卑、虔诚和神往，至今仍然具有强大的感染力，这可以从古埃及金字塔带给现代人的震撼和18世纪艾蒂安-路易·布雷为纪念科学巨匠牛顿所设计的巨型穹窿中得到验证。 而这种被人们长期忽视、遗忘的物质空间的精神性和感染力，对科学研究等极端理性的人类活动的作用，或许并不意味着完全消极，而恰恰具有非常积极的一面，因此其具有人们进行深入探索、实验与发掘的价值。  

         

         

20 埃及吉萨哈夫拉金字塔

非常粗略地说，这是人文对理性的补足，是建筑学对科学的补足，是“人”对“物”的补足，因为完全脱离于“人”的，独立、客观而自在的“物”，或许才是一个由曾经的“科学”营造的并不“科学”的幻象。或者说，“人”与“物”合为一体、不可分割，也是科学思维中曾经固有的、逐渐失去的、需要重新找回的一部分。上述来自科研实验建筑的启示是超越建筑类型的，直指建筑学的基本问题，对一般意义上的建筑及其设计都具有重要的意义。 

18世纪初，伯纳德·拉米在其书中对诺亚方舟的复原描绘与后世所谓“现代主义”的建筑形式 惊人地相似，诺亚方舟极端简洁规整和标准化的体形，似乎完全出自其内部人与动物动态共居的“任务书”，并同时传达出一种扑面而来的精神性（图21）。这幅版画被用在同时期出版的、开本巨大的《圣经》（羊皮封面）中——纯功能的变成了纯精神的。而反思这座“方舟”，其也是一座承载某种伟大实验的“实验室”。■

         

21 伯纳德 · 拉米对诺亚方舟的复原描绘