媒体聚焦丨学科交叉背景下的科研建筑创新（《当代建筑》，上海院孙大鹏、王寅、王舒曼撰文）

学科交叉研究是推动当代科学技术发展的重要路径之一。不同学科之间的跨越范式、交叉、融合，促进了科学的整合和创新，形成了新的学科及科研突破点。回顾历史可以发现，最早的科学研究是不分学科的。达·芬奇被誉为“文艺复兴时期人类智慧的象征”，他横跨地理学、植物学、天文学、飞行学、水利学、文学、建筑学、军事学、仪器制造学等多个学科，被公认为跨学科交叉学习的先驱伟人。“学科交叉”的概念早在20世纪20年代便出现于西方学者的研究文献中，哥伦比亚大学心理学家罗伯特·伍德沃斯最早将其定义为“跨学科”，此后这一概念被学界普遍接受。1953年，DNA双螺旋结构是在化学、生物学、物理学等多学科交叉合作下发现的（图1）。1901—2022年，诺贝尔自然科学奖中涉及跨学科的奖项有222项，具有学科交叉背景的获奖人数占比也从20世纪初的35%上升到2022年的88.6%。

1 学科交叉型科研建筑的设计思考 

近年来，世界著名高校、研究机构在大力鼓励学科交叉管理制度和学术体系创新的同时，高度关注通过能打造一种最易激发和孕育科研合作的建筑场所和实体空间，促进学科交叉的理念在高校和科研机构中得到孕育和广泛开展。一系列富于活力、灵活开放、强化学科交叉融合的科研建筑不断涌现，努力适应科技迭代的飞速变化。它们既是专注高效的实验场所，又是协作无界的交流平台。

1.1 学科交点，便捷可达

传统园区习惯于将各学院、学科分散独立设置于不同的单体建筑中，尤其是科研类建筑，其在规划布局上往往位于校园的非中心空间，散布在校园之中，加上底层公共空间的封闭性，天然地被孤立为“冰冷的学术堡垒”。这种分散割裂的规划布局，大大削弱了学科之间的互动性与创新性。反之，学科交叉科研建筑往往强调独特的选址与布局逻辑。

1）注重科研中心的选址。校园空间的交叉点和学科的汇聚点——学科交叉研究中心一般在校园更新过程中产生，因此会结合现状校园规划、学院布局、公共资源配置等因素综合考虑项目选址，有目的性地靠近相关学科组群，打造多学科组团，形成便捷可达、人员汇聚的“科研客厅”。

2）注重交通便捷可达。在园区交通规划层面，设计注重科研中心的便捷可达性，强化多种交通形式，注重师生慢行交通网络规划，创造不同学科的研究人员易于到达、乐于到达的建筑，营造“多方汇聚”的科研流线。[2]斯坦福大学克拉克中心和吴蔡神经科学综合体位于斯坦福大学两个主要的校园道路的交会点，这种选址便利了师生的使用，极大地激发了三大学科间的交叉互动（图3）。

3）注重多样化的连接手段。在不同科研建筑之间架设风雨连廊、地面走廊、步行天桥、空中连廊等，方便不同建筑之间科研人员联系与沟通，为他们创造高效的、风雨无阻的交流条件。例如：麻省理工学院最为著名的“无尽长廊”—— 一条全长251.46 m的室内中走廊，贯穿并连接主校区的各个学科主楼，除了具有交通功能外，还是校园中师生日常教学、研究、互动及展示科研成果的公共场所（图4）。

1.2 垂直复合，学科联动

面对教育科研用地的稀缺性，科研建筑出现了从水平延展布局逐步向垂直空间集成转变，各个学科的科研实验、教学、办公、会议等多种功能竖向汇集于一栋科研建筑内，已成为科研建筑设计的大趋势（图5）。

1）注重结合学科实验室工艺和技术需求，合理垂直分配学科。物理、化学、生物、工程、人工智能等不同实验室，对于层高、楼面荷载、实验室给排水、实验室进排风等特殊工艺都有相对独特的需求。例如：工程中心、物理实验室往往对荷载、层高的要求较高，适合设置于低区；化学实验室对排风的要求较高，往往设置在楼层高区；生物实验室对上下水、设备运输等有要求限制，往往设置于中、低楼层等。

2）注重垂直交通核心的设计。不同学科的科研团队分布于不同楼层，对于人员的垂直运输、科研设备的运输组织及不同类型实验竖向管弄的合理布局，都提出了特殊的设计要求。对于科研人员的垂直流通，设计除了配置常规的垂直公共电梯外，还针对科研人员的工作交流习惯，结合中庭增设便于上下楼的独立楼梯，增加科研人员交互的频次和偶然性，例如：哥本哈根大学的MAERSK实验楼，其15层的塔楼采用立体垂直分布的方式，贯穿楼层的螺旋楼梯巧妙地协助各楼层实现互动和空间共享，为多学科团队营造了充满阳光、富有趣味的交流空间（图6）。对于高层科研建筑而言，科研辅助支持流线，需要根据实验重型设备的运输、荷载、洁污需求，特殊设备的路由规划，相应预留出垂直货运电梯的空间，以及特殊大型设备立面吊装口和设备平台的空间，同时结合卸货平台等货运流线节点，保证货运廊道的连续性和通达性。

实验室应结合科研建筑中不同学科的实验室需求，预留好充足的管弄余量；为保障实验的准确性、安全性，避免不同实验室之间废气交叉污染而影响实验结果，前期预留好通风柜设置及相应垂直排风竖井的布局，确保实验室可设置独立的实验送排风系统。[3]

1.3 交叉协作，共享开放

研究表明，在交叉型科研建筑的功能分配中，交流空间的面积在全部功能面积中的占比大幅提升，从早期的10%提升至20%，个别项目中的公共空间比例甚至超过了20%，其中正式集会空间占比达到10%～12%，非正式集会空间占比达到6%～8%，深受科研工作人员的喜爱和认可（图7）。

与以往以学科为单位的分布方式不同，学科交叉的科研活动往往以科研课题为单位，组合多个学科的研究人员介入。因此，动态交流、多学科间的交叉协作是科研建筑日常频率最高的互动模式，研究人员的工作方式已不局限于传统的实验室、办公室，而是在创造出的多种形式的正式和非正式协作空间中相互交流，以促进研究活动的发展。通过分类整理，我们将活动归纳为正式交流与非正式交流两类，也是设计划分不同交流空间的依据。正式集会空间相对传统，包括报告厅、固定展厅、会议研讨室、阅读等公共空间，其布局相对集中在建筑的底层，便于大量人流的聚集与疏散。非正式集会空间种类相对多样，包括咖啡厅、开放休息区、开放展廊、路演空间等灵活的聚集场所，空间布局相对分散，既可以布置在建筑的门厅、走廊、中庭平台，还可以布置在室外露台、屋顶花园等位置。

这些融合且共享的空间不仅可以提升使用效率和空间感受，还适应了新的以课题为核心的科研模式。为教师、科研人员、学生之间的非正式交流提供更多机会和可能。

上海临港世界顶尖科学家社区超算人工智能实验室项目，实验室聚向中心，围绕中庭展开。进出错落的体量形成室内或半室内的公共空间，组合成一个活跃的科研生态聚落。公共连桥及露台也为科研工作者提供了丰富的交流协作场所（图8）。

1.4 实验空间模块化，灵活适变

科研课题初期，使用者难以明确未来的使用团队和科研需求，但随着研究工作的展开，人员及设备空间在不断扩充、迭代更新，建筑空间也应兼顾不同科研团队的空间需求。因此，实验室设计应提倡：实验规模的可适配性、功能的可转换性、平面的模块化、线路的集成化、设备的可发展性、管路的可调整性、空间的可共享及垂直可生长性。

1）注重满足不同规模的科研团队需求和成长需求。根据课题组的规模及人数、研究设备占用空间的需求，规划灵活适变的科研空间，通过可拆卸墙体的灵活分隔满足不同团队的使用需求，以及团队可生长的实验室发展模式（图9）。[4]

2）注重实验空间的模块化布局。通过仪器平台的模块化、通用实验桌的模块化、办公研讨空间的模块化及储存空间的模块化，结合柱网尺寸、层高，荷载及工艺需求，实现实验布局的模块化发展。

3）注重实验空间实验室机电线路的集成化设置。机电点位结合悬挂式的集成化线路模块设置，工作台的水电接口配置为可插拔模块接口，使管道之间可即插即用、快速重组，并具备快速断开、可移动、重新组装、额外新增等功能，确保整个实验室可以根据不同学科需求进行调整。

4）注重远期设备空间、机电容量的预留。每层预留一定比例的半室外设备平台、可直通屋顶的通风管井、通风管井的路由及容量，为日后的设备可持续发展留有建设空间和余量。

1.5 打破封闭，无界科学

实验空间是科研建筑的核心功能，它由实验室、科研办公和公共空间三者组成，与传统实验各空间相对封闭和独立的走道串联成的单一界面形成反差。实验空间正向着界面通透、边界模糊、注重视线沟通的方向发展。

1）注重实验空间的合理分区和紧密衔接。实验室内部弱化实验区、实验辅助区、实验办公区三分区之间边界，通过通透性和开放性的灵活组织，打破三个功能区之间的界线，强调更多的交互融合和空间边界模糊，创造更利于科研交流的、无缝衔接的实验场所。通过玻璃隔断或玻璃墙体，取代原有实验空间与公共交通的封闭隔墙和厚重的封闭金属门，在实验室各空间设置可移动隔断，增加实验空间的通透度，建立紧密的视线联系，促进实验团队之间的无界交流。

2）注重根据实验工艺需要，平衡实验室的封闭和开放。除特定需要封闭的专项研究实验室外，根据实验室运行的独立性、私密性、开放性，合理平衡划分实验室的边界。常规实验区尽可能采用开放式设计手法，弱化、模糊固有的实验空间、科研办公、公共空间之间的界限，便于资源共享和不同学科团队之间的交流，促进实验设备和支持人员的共享及多学科协作。[5]例如：伦敦的弗朗西斯克里克研究中心将实验、办公和公共空间的界限进行模糊化处理，使科研工作者之间的空间更具互动性、通透性和开放性，打破了传统封闭的科研实验空间，创造了开放无界的科研空间（图10）。

2 设计实践 

2019 年，复旦大学张江复旦国际创新中心率先提出打造前沿学科交叉融合——“科学策源地”的建设目标。上海建筑设计研究院有限公司原创中标复且大学张江校区科研楼项目。项目位于复旦大学张江校区核心三地块，总建筑面积为204 000 ㎡，建筑高度为70 m，集中前沿学科和高水平科研工作者，汇集微纳电子与量子科技融合创新研究（1号楼）、生命科学和脑与类脑研究（2号楼）、新药研发和生物医药融合（3号楼）等多个前沿学科及国际交流与合作平台。设计以高起点的建设思路为主要策略，促进高水平的交叉融合创新，使该项目成为复旦大学面向世界、融合交叉的“科研客厅”（图11～图13）。

2.1 科研门户

项目选址于南北向校区的主轴线以西，面对校区核心广场，双塔分立张衡路两侧，形成独特的门户形象，其紧邻校区入口，是校园的重要节点。项目通过开敞、不设围墙的全新大学校区管理，集中汇聚的学科优势，以及2号、3号科研楼开放、宜人的空间，吸引了来自世界各地的顶尖科学工作者，共同打造世界顶尖的交叉融合科研中心（图14）。

2.2 链接校园

校园规划引入二层空中步道和地下科学大道，既缝合了因城市道路而被割裂的南北向校区，又将整个校园中既有的多栋科研楼、教学楼、学生宿舍串联起来，形成完整的二层步行体系、地面校园慢行系统和地下空间科研脉络，并延伸至校园内已建成的其他科研楼宇，搭建起各学科之间的多层次链接，创造师生、科研人员之间多频次交互、偶遇和交流的机会，为跨学科之间的交叉融合，打造丰富的基础设施（图15）。

2.3 科研平台的集聚与共享

为适应张江校区的扩容提升计划，项目在功能组合上采用了立体垂直叠加的方式，将国际会议中心、交流中心、展示中心、接待中心、休息室、咖啡厅等科研辅助功能空间布置在低区，将研究空间布置在高区，营造垂直、复合的科研综合体（图16）。研究空间低区，配置中小型初创型科研团队，打造充满活力、探索创新、鼓励跨学科交流的学术环境；研究空间高区，配置大中型科研团队，结合楼层间的中庭、绿化边庭，跃层空间，为科研工作者创造宜人的工作环境，同时创造了更多学科交叉、交互和研究沟通的可能（图17）。

2.4 开放空间的多样化

项目在不同楼层间创造形式多样的共享开放空间，如跃层的空中边庭、景观露台、休息交流区、开放式研讨区等交流空间，通过半室外楼梯、回廊等互相连接，营造出亲切宜人、灵活有趣、方便高效的交流空间，以打造适宜科研工作人员休憩、交流、研讨和激发灵感的共享空间，促进垂直空间和水平空间的紧密衔接，鼓励不同科研团队间的协作和融合（图18、图19）。

2.5 实验室的开放与封闭

模糊实验室与交通空间、开放空间的边界，使空间更具开放性、通透性和流动性。通过玻璃隔断、落地窗等轻隔断方式，在满足空间分隔的需求下，创造连贯、开放的空间体验，有效降低研究人员在高强度工作下的心理压力，提升使用者的感受。在垂直方向上，立体的中庭、连接上下层的楼梯，促进了科研工作者在科研、实验之余的互动行为，半室外的公共绿化平台和露台、绿化景观空间的植入，模糊了楼层之间的界限，串联了实验室和科研研究中心，形成了多学科的非正式交流空间（图20）。

2.6 空间的灵活适变

为适应不同团队规模，实现空间的灵活划分。实验空间采用可移动隔墙进行划分，单元平面采用多种规模分割的组合方式，满足科研团队不同模式划分的需求和成长需要。在机电线路及机电设备的选择上，设计可采用集成化、可生长的策略，通过充分预留机电管井及实验室通排风容量，满足实验室在不断更新背景下对设备灵活组合的需求。同时，在每栋楼宇的每一楼层中预留四个方向的设备平台，满足特殊实验室对放置室外设备及通风散热的需求，为科研实验提供灵活使用的条件（图21、图22）。

3 结语 

纵观人类科学研究的发展历程，学科交叉型科研建筑的创新与尝试，一直致力于通过整合建筑布局，推动科研人员沟通模式的转变；通过开放共享科研空间，打破原有学科间封闭孤立的局限；通过模糊学科间的边界，拉近科学家之间的距离；通过灵活适变的弹性设计，为科研发展预留空间，不断开辟科研建筑设计的新路径。

学科交叉下科研建筑设计的意义：不仅在空间层面上拓展了学科交叉的多样性，更突破了传统科研建筑中学科之间的边界，促进了跨学科的融合发展，为国家在国际科学前沿领域的创新提供了坚实的物理空间基础，并具备顺应科学飞速发展的适变条件。