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1、105Interdisciplinary Science and Technology Building 1 of Arizona State University亚利桑那州立大学跨学科科技馆1号楼（ISTB1） 帕金斯威尔建筑事务所 Perkins+Will作者单位：帕金斯威尔建筑事务所（美国） 收稿日期：2008-01-30项目背景在校长Michael Crow先生的带领下， 亚利桑那州立大学开始为新学术研究模式奠定基础。 这个项目由亚利桑那州立大学董事会下的一个新研究组织赞助建设， 它致力于多学科的综合，从而推动各学科的动态与协同发展， 最终达到促进亚利桑那州科学与经济发展的效果。IST
2、B1 是这一研究基础组织特别为鼓励跨学科研究的新文化发展，提升亚利桑那州立大学吸引与留住一流科研人才的能力而建的第一栋建筑。ISTB1座落在亚利桑那州立大学坦佩市主校园的核心区， 它扩充了生命科学学院和工程学院，并且将成为生物工程、生物地球化学、环境研究、流体动力学等学科的研究基地。ISTB1 的设计采用了一个模数化的、鼓励资源共享和同事间思想交流的开放式实验室设计理念，从而来保证建筑的高效性、 灵活性和可持续性， 以及可以适应不同时期多种研究项目的需要。 实验室内的家具可以移动和重组， 物流系统也有多种通用方案， 从而为实验室提供了一种灵活性大、 适应性强的环境， 保证了实验室可以在最低的成
3、本和最小的损失下来依不同的研究需求改建。 实验室的每个楼层都设有共享服务区域，如环境控制室、设备室等。核心实验室房间如动物饲养所、 核磁共振套间和研究计算中心等的设计都能够满足该建筑内所要进行的各类型研究的需要， 而且可以扩充未来的校园研究设施。建筑设计这个大学的建设目的之一即创造一个可以吸引公众的注意力的标志性建筑， 增强招募一流研究人员的潜力。为了对此作出回应， 设计团队对该建筑的外观进行了特殊设计， 使其不同于校园内的其他任何建筑物形象。这是一个借用了很多经典现代建筑的元素和特征的当代建筑。为了与这种设计风格相一致， 对建筑材料元素进行特殊设计是非常必要的。例如， 预应力钢筋混凝土结构能
4、够很好地解决研究建筑内固有的振动效应控制问题， 并且是与墙面和玻璃幕墙系统连同波形金属板和天窗相结合的一种理想的建筑材料，从而可以表现出戏剧化的建筑设计。建筑的形式和朝向以多种创新的手法与建筑选址所处的沙漠环境取得了直接的呼应。 建筑的形式和内容的设计、 实与虚的对比在很大程度上与太阳方位进行了呼应。 主入口设在一个两层高的架空空间内， 有很好的视觉和空间艺术效果， 而且是一个很好的遮蔽沙漠酷日的阴凉场所， 吸引了广大学生和学校员工。建筑的朝向和形式共同作用， 使得周围的环境更加凉爽舒适，形成了很宜人的微气候。该建筑的南北翼和东侧的办公楼共同围合成了一个前院和广场， 通过广场人们可以到达该建筑
5、的主入口。办公配楼与南北配楼之间有轻微的偏移， 从而获取微风为广场营造一个微气候， 不仅使人感觉更加舒服，更为该建筑起到了降暑的作用。人们从主入口进入后到达二层高的大厅， 首先映入眼帘的便是一个与正对面的墙体结合设计的接待服务台， 以及二层的一个行政会议室。会议室凸出于大厅上空， 站在会议室内可俯瞰整个门厅内景。两个等离子屏幕显示所有与该建筑有关的事件与活动。大厅末端转入一个东西向的走廊里， 这个走廊将实验楼的两个配楼分成两个部分， 并最终直接通向西侧的一栋未建的建筑。ISTB1的朝向与设计为东面的实验室和办公室引进了足够的光线， 南向的办公室都设计有水平向的遮阳装置， 用来控制光线的摄入量并
6、且减少反光。北侧窗成本相对来说高一些， 沿北立面的光线不强，所以没有设外部遮阳设施。为了减少西晒效应， 建筑西立面实体性较强。 沿建筑西侧布置的功能空间主要是一些实验室辅助空间和一些不常用的建筑空间。 设计师结合当地干旱的沙漠气候条件， 将一些疏散楼梯设计在室外， 为建筑形象增添了活力。 通往邻近主入口的办公室翼楼的疏散楼梯设计尤其让人印象深刻。 这些设计元素与支撑办公楼屋顶的4层高的斜面混凝土柱共同作用，更加突出了广场和建筑入口。其他选址考虑因素ISTB1座落在亚利桑那州立大学坦佩市主校园的核心区， 建筑基址以前是学校的 26 号停车场， 与东侧的 Schwada 教学办公楼、北侧的工程研究
7、中心、 西侧的工程综合楼相接邻。ISTB1南临一条东西向的主车道和人行道， 东临一条南北向的人行道，如此既不会对进入周围建筑的服务造成限制， 也不会干扰行人。设计团队花了相当多的精力来对该地区的交通流动模式进行观察，结果发现，除了定期服务于周围建筑定期常用的一些小型运输卡车之外， 用地西北角的工程研究中心每周还有一辆液氮油罐卡车要到达。行人通常沿从东侧的 Schwada 教学楼到Orange 大街的对角线穿越该用地到达亚利桑那州立大学学生中心，这条对角路线最为直接。在对周围建筑进行最佳服务与消防车辆交通设计时， 设计团队得出结论， 即需要保持用地周边的车辆流通量。 设计团队也进一步考虑到了大型
8、卡车的转弯半径设计。 假设用地北侧与西侧建筑的服务区域面对用地， 那么就有必要将该建筑的物品装载区域、 卸载区域与次入口分别设置在用地的北侧和西侧。 通过保留自然的对角线人行道交通模式和倒置主入口， 就可以达到上述设计目标。设计包括实验楼前的一个人行广场、 加宽的块石路面、轻便的护柱和与建筑前广场的混凝土墙浇筑在一起的座椅。实验室设计ISTB1的设计目的是为跨学科研究创造一个协作环境， 利用“最高公分母”的方法对实验室原型进行设计。 设计团队从建筑使用者的需要中提取了一些共有元素， 并且在设计过程中将其进行广泛推广。 原型开放实验室设计理念为实验室满足宽领域的研究需要服务提供了一个绝佳的机会，
9、 既能够满足不同科室的研究组的研究需要， 又能够满足于某些特殊需要和未来发展需求。ISTB1 采用了开放的实验室设计理念，利用凹室作为较危险工作之用。开放实验室沿外墙布置，从而保证室内能够得到充足的自然光线。 辅助凹室为有毒实验、 热加工 （heat producing） 或者受控环境实验 （controlled-environment experiments） 增强了安全保障。 分布在开放实验室内的大量紧急洗眼淋浴装置和灭火器为开放实验室增强了整体安全设计作品 WORKS OF DESIGN106保障。 实验室的辅助凹室内设计有垂直可调节座椅、置物架和抽屉模块， 并且通过使用包括带有可移除橱
10、柜的通风橱在内的特殊设备获得无障碍环境。实验室设计的最具创新性的一个特征是基于高可适性实验室设备统的执行， 包括长椅、置物架与橱柜， 都是可移动且可以重组的。实验室工作台的实用服务通过集成于标准天花板格栅吊顶上的水平架空配电板实现。 服务管线是预先安装在设备系统的水平与垂直方向的构件上的， 设备系统配置有医疗级别的快速断开服务装置， 为特殊设施增强了灵活性和安全性。 在实验室内没有固定的垂直服务设备或悬挂式水平运输器， 所以实验室空间没有什么障碍物， 可以进行自由分隔和空间重组。设备系统同时也包含有可移动式橱柜，在有需求时，这些橱柜也可以作为附加的座椅空间来进行使用。“可增加抽屉式”（add-
11、a-drawer） 橱柜增加了垂直向空间的可调节性， 也为不同高度的研究人员和有特殊可达性要求的研究人员提供了灵活性。可持续性设计团队在设计过程中贯彻了可持续设计的原则， 如节约资源、 环境人类工程学以及注重物质生命周期成本而不是简单地只看初始资本的理念。 综合的计算机建模技术和仿真技术用来全面评估各种设计可能性。大量的可能性协同作用作， 从而达到资源利用率最大化的目的。节省能源方面的特征体现在很多细节上， 包括东立面的双层阳光屏墙体、 遮阳设施、 高效玻璃窗、高效照明设备、 占用传感器 （occupancy sensors） 、日光收集器 （daylight harvesting） 、 下班
12、后通风量减弱 （after hours ventilation rate setbacks） ， 全方位变频气流 （variable volume airflow for all areas） 、 全电子线性文丘里通风橱 （full electronic linear venturi fume hood） 和实验室气流控制阀 （airflow control valves）等等。实验室实现全方位数字控制， 在任何时候都能够保证实验室内的科研工作有条不紊地进行。这个实验楼最终超过了美国采暖、 制冷与空调工程师学会 90.1 能源规定要求的 31% 的强制执行标准。虽然该基地的南北朝向和建筑并不符
13、合最佳光线照射方位， 但是其建筑设计却能够使实验楼尽可能达到最大程度上的高效能与对周围环境起到积极作用。 该建筑的形式和形体组合是对周围许多外部环境因素的呼应。 这个工程实际上可以看作是对原有停车场进行的城市空间填补与置换。 在环境设计过程中， 设计团队将沿临近的南北向步行道轴线方向的一小部分绿化空间保留了下来。在该实验楼的前院开辟了一块大片绿地， 且对其进行了景观设计。 从前的停车场雨水过滤系统现在被重新使用，就地从井中抽水用来灌溉绿地。在对校园总平面的未来发展进行研究和对现有人行交通模式进行监视之后， 设计人员对该建筑与建筑用地进行设计时力图强化现有步行交通模式，同时设计有自行车和手推车停
14、车场地， 用来为各建筑的资源运输提供方便。LEED 认证亚利桑那州立大学委托设计人员按照美国绿色建筑协会的 LEED 银质认证标准对该建筑进行设计， 与周围环境有意识地进行协调。在该建筑的设计过程中设计团队做出了很大的努力， 每一个细节都贯彻执行了可持续设计和建筑实践。正是在坚持可持续设计的原则下， 该建筑最终得到了 LEED 金质认证。对于实验室这种需要大量资源和能源的建筑来说，能得到 LEED 金质认证应该说是一个很大的成就， 相对于亚利桑那州的非比寻常的酷热和干旱的沙漠气候来说， 该建筑的设计更是少有的且值得称道的。安全保障因为该建筑坐落于大学教学与研究校园内， 需要在日间向学生开放并
15、24 小时向特定工作人员开放。全部门和电梯都需持卡通过。建筑的更多的安全区域另外设置有安全保卫措施， 包括多种类型的生物特征测定通过控制技术。 为了更好地加强这些设施系统的安全性， 在该建筑主入口处专门设置有一个全天候人工值守保安站， 将该建筑内的所有视频摄像头集中管理，对整栋楼内的情况进行监视。出于对实验室工作人员安全的考虑， 实验室所有区域的空气调节系统 100% 利用室外空气，且无再利用。 对实验室空气调节系统的正常运行所进行的不间断监测能够对系统中任一环节所出现的问题进行及时的识别和反应。通风橱依照 ASHRAE110标准设计，从而确保安全的气流设计和流动速率。实验室排气系统设计有数量
16、充裕的风扇， 从而保证在实验失败的情况下能够达到安全的气流速率。 从通风橱和实验室排出的气体掺杂在一起， 使得排出气体得以稀释。 设计人员还对排气地点和室外空气的有效传播进行了评估和最优化设计。在核磁共振这类有可能会有氧气泄漏的房间内设置有氧含量监测与报警设备。通常， 核磁共振房间内采用高效的能量供应和循环空气调节系统。 然而， 设计人员没有为核磁共振房间设计专门的房间排气系统， 而是利用建筑主空气调节系统来对其空气进行调节。 如果该空间内氧气含量降到非健康水平的话， 主要空气调节器能够高效地进行空气调节，吸入 100% 的室外空气，同时 100% 地将室内废气顺利排出。机电系统设计在这栋建筑的机械系统设计、 管线设计与电工系统设计方面能够体现出很多有创意的、 高效节能的特点。 在整栋建筑内布置有可变的空气调节系统，和带有限制开启窗扇的低流量通风橱。 感应式高效节能灯和日光收集设备减少了日间的电力消耗。动物饲养所内设计有一个多重任务空气调节系统，用以满足 AAALAC 的要求，包括恒定的温度、湿度和气流。 动物养护中心内通常专门设计有一个备用的空气调节器， 只有在主调节器出现问
