2024未来实验室报告

目录 此报告由奥雅纳创研院前瞻团队与奥雅纳科技与工业设施业务团队共同编制。 前瞻团队是奥雅纳的内部智库与咨询部门，致力于在宏观层面研究未来建设与社会发展动态。我们就影响建筑环境的诸多因素开展了大量研究，开发了“前瞻设计”概念——使用创新设计工具和技术，将新想法融入日常生活，与合作伙伴共同塑造更美好的未来。 引言 前言5主要启示9塑造科学研究未来的驱动力10 奥雅纳科技与工业设施业务团队致力于帮助全球客户打造复杂且赋有挑战性的科技与工业建筑项目。我们凭借卓越的技术能力和设计专长，以及对行业发展和客户需求的深入洞察，为科学实验室、数据中心及工厂提供灵活且全面的服务。 章节 人与协作14空间与运营26基础设施与场所40 ©Arup 2024版权所有未经许可，不得复制 出品人本报告由奥雅纳创研院制作发布arup.com 愿景 迈向新的科研生态系统53行动和建议62 参考文献64 致谢名录68 关于奥雅纳69 前言 Jennifer DiMambro奥雅纳全球科技与工业设施业务负责人 最后，非实验室类型的科研设施，亦可参考实验室的安全要求进行设计。例如提高室外空气通风率、优化气流组织模式、24/7全天候系统运行，以及在人员活动空间增加紫外线杀菌等，都可能为其他类型的空间设计创新提供借鉴。 随着新冠疫情（COVID-19）的暴发，有关传染病、疫苗研究及公共卫生领域的科学研究获得了极高的公众关注度。然而，科研机构和制药业或将面临更大的挑战。 首先，全球各地对制药和生物医学研究的需求将进一步增加，以确保为人们提供及时治疗。如此庞大规模的需求将成为一个关键挑战。 世界各地实验室所开展的各类研究关乎人类的未来。合作已成为全球研究网络的基 石，且比以往 任 何 时候 都更 加重要。科 学 界正齐心协力支 持 关 键性研究，携手推进科技进步，共谋人类福祉，这令我们倍感振奋。 其次，科 研实验室和设施在新冠疫情中也受 到了影响，科 研行业必 须 对 操作 规程 进行升级。疫情凸显出关键基础设施的作用，确保科 研工作环境的安 全 性和设施灵活性变得尤为重要。 陈伟伦 王欣奥雅纳中国区总建筑师 奥雅纳东亚区科技与工业设施业务负责人 从新冠疫情暴发到如今的后疫情时代，中国的生物科技及实验室研发诉求发生了巨大变化。全球聚焦生物及医药科技，相关 业务高速 发 展，中国企业在应 对内部 高增长需求的同时，迅 速 扩展国外 销售。中国 企 业 正面对研发 标 准、实 验 方式、生产流程等众多国际化要求。因此，其 现 有及 新 建 设 施 也 必 须 达 到 国 际 标准，并融合模块化、人性化、脱碳等转型目标。 “坚 持 面 向 世界 科 技 前 沿、面 向 经 济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，加快实现高水平科技自立自强”是中国国家科 技事业 发展的路 径 蓝图。作为开展科 研活 动的空间和场所，科 研实验建筑在新时代背景下发挥着更综合的作用，承载着更复合的功能。随着时代和科 技 的发 展，我们 在 建 筑 形式 、设 计手法、设计理念等方面不断探索突破。 近 未来，以实验室为核心功能的科 研建筑 范 式 在 广 度 和 深 度 层 面 都 将发 生 演变：其功能除包含科学实验室外，还纳入了科研办公、科研教育、科研博览、科研试验、野外观测考察等内容，“人-机”“人-人”“人-环境”“物-物”及其复合空间模式的重新定义使科研实验建筑更新迭代。 充 分展 示了“城 市实 验 室 园区”、“人 文实验室”等概念，在中国内地以至全球市场都被作为重要的参考标杆。 在中国，除了由传统医药企业自建运营的生物科 技 实验 室，近期出现了不少由政府区域开发平台公司，或私人开发商投资的出租性 质实验室大楼。这些在房地产领域 经 验丰富的开发商，在转型投资实验 室出租 业务时，必 须研究 不同潜在客户不断变化的入驻需 求，并前瞻本地客户不断提 升、对 标国际 运营 水平的变革进度。奥雅纳参与的上海顶尖科 学家生物科 技实验室是其中的经典案例。项目建 筑 层高可预留足够 空间，提 供 独 立机电夹层，确保物业团队 进行屋宇设备维保工作时，下方实验可不间断进行，成为中国国内少有的可满足此等国际顶级科学实验运营标准的民营实验室。 远 未来的实验 室，一方面将走向功 能的极度专业化，例如国家大科学装置；另一方面则走向功 能的消解，即公共通用实验 室 。作为被 支 撑体系灵活 划 分、万能通用的均质空间，公共通用实验 室是 未来发 展的潜在 趋势之一。一些为适应全新的科 研活 动、面向未来的新概 念 实验室，如智慧实验室、移动实验室等，已经开始出现在人们的 视 野中，并逐 渐发 展成熟。 如今的科研实验场所已与传统概念中封闭的学术象牙塔相去甚远。科 研实验建筑 不 仅 要 为 科 研 工作 者 提 供 完 备 的 实验 条件和独 立 思考的空间，也要营造多层次的交流 空间，帮助最大限度激 发科研灵感与潜能。纵 观科 研建筑的发展进程，今 天高 效合 理的实验 室设计方 法有赖于建筑师们集体智慧的积累和经验的总结，而新的科 学发现与研究需 求也将继续拓展科研实验建筑的内涵。 本报告将从“人与协作”、“空间与运营”、“基 础 设 施 与场所”等 方面 探 索 未 来实验室的发展方向。 “人与 协 作 ”是 当今 中国 创 新 科 技 行业高 度 关 注 的 议 题 。通 过 产 业 数 字自 动化，可使 基层 重复劳 动工种大 大减少，从 而 促 进 企 业 员 工 架 构 由 传 统 偏 重基层劳 动力，转型 至高知识 水平 研发 人才，甚 至 顶 尖 科 学 家 。人 员 架 构 的 变化使企业更加关注顶尖人才的工作环境、ESG体 验、健 康 生活 配套 、社 交诉求，以 及 低 碳 生 活 等 追 求 ，以 吸 引 高 端 专才 加 入 企 业 。奥 雅 纳 参 与 的 上 海 信 达生 物 制 药 研 发 中 心 、G S K上 海 总 部 、英 国 伦 敦 克 里 克 研 究 所 等 经 典 案 例 顶级配置的实验室是全球人类健康福祉及科 学发展的重要载体。奥雅纳结合众多成熟的全球经验及对未来市场的前瞻研究，期望与科 学领域各利益相关方精诚合作，创造更美好、更人文、更智慧、更绿色的未来实验室。 结合奥雅纳建筑设计多专业的科 研实验建 筑 实践，本报告希望可以面向科 技 前沿，回应时代需求，展示可落地、创新的新时代未来实验室建筑趋势。 学 科交 叉 融 合、产学 研 一 体化 、低碳 绿色 发展理念等新的要求，使科 研实验无论在空间形态、设备技术，亦或所承载的人 文精神上，都呈现出更 立体多元的样貌。单一的科 研功能或实验室类别往往难以准确概括一个完整的科研实验建筑项目。 主要启示 Yannick Lenormand奥雅纳东亚区前瞻团队负责人 过去三年，气候和公共卫生危机、生成式人工智能横空出世等一系列驱动因素正推动着变革、创新的脚步，同时也让我们对现实世界的复杂挑战有了更为清醒的认识。如今，我们站上新的起点，面朝下一个十年，致力于应对气候变化、实现全民 健 康，并积极 推动 地 方、区域 及 全 球合作。 展 望未来，研发中心与科 学实验 室的规划 设 计 将 更 多 地 考 虑 到 客 户与 用 户 的多元 化 需 求 ，如灵 活 性、适 应 性、安 全性 、生 产 力 和 福 祉 等 。这 些 需 求 将 推动 创 新 发 展 ，并 通 过 物 理 和 数 字 空 间赋能，激发新的创造力。 传统科研设施建设的首要目的是利用建筑物提供服务，以满足科学研究所需的功能。尽管这一点依然重要，但使用者的需求将受到更多关注，场所和选址、用户体验和福祉等逐渐成为重要考虑因素。 科学场所塑造 适应性空间 随着科 学的专业化和多样化 发展，科 研设 施 空间设计在满足高度专业化的需求时，也变得更加通用。这些具有更强适应性的空间将注重容纳不同类型的技 术和工具，而不仅是为某一科学分支量身定制。 随着大 型语言模 型（LLM）应用的蓬 勃发展，生成式人工智能将颠覆知识生产和科 学实验的模式。这个 领域将在未来几年的实验室规 划、设计和运营中发 挥关 键作用。当实验可以在更多的非传 统实验 室环境中进行，新型协 作和网络 化研究设 施将会应运而生，为各 类机构实验室提供多元替代方案。 如今，优化设 计的科 学 实验 室与研 究机构 能 以 最 快 的 速 度 回 应 挑 战 。这 意 味着效率最大化成为了设计的重中之重。与此同时，工作场所也在 过去的三 到四年 间 经 历了 前 所 未 有 的 变 革 ，从 企 业到个人，都 在积极 探索并适应 新的办 公方式。 随着城市化 发展和连 通性日益加强，实验室不再是一个单一的建筑体，而可演变为一个由相关组织和空间组成的科研集群。在传统科研机构的框架外，新兴的云实验室、生活实验室、DIY和联合办公空间，为研究人员提供实验设备和科学社区。 替代性场所 本报告基于奥雅纳2017年出版的《未来实验 室 》全 球 前瞻英 文 版 报告，拓展融入了对中国科技和工业领域发展趋势的洞察，更聚焦于本地区科 学 设 施 发 展 所面对的 挑战与 机 遇，提 供了一系 列最 新实践案例。 数字技术正在从根本上改变科学研究的方式，为收集、分析和共享数据提供了强大的新工具。机器人可以在没有人工干预的情况下完成重复或危险的任务，因而可以实现远程试验监控，这将进一步挑战传统实验室建筑的概念。 数字化 当可用的城 市空间缩减，将办 公和工 业建筑转换为新型科学实验室的机会正成倍增长。 数 字连 接 正在 扩大 科 学 研 究 的 全 球化 和网络 化 发 展 。虽然实体实验室和专用设备仍将不可或缺，但研究人员将有更多的选择，例如在机构之外开展工作，进行远程实时操作。 网络化空间 塑造科学研究未来的驱动力 数字化和自动化驱动的分析研究 初创企业形成新生态系统，并进一步模糊了商业与研究之间的界限。 一系 列 全 球 性 的 长 期 变 化 趋 势以 及 行业内部的驱动因素，正在改变科 研生态系 统 。它们 在 影 响 科 研议程、方 法和实践的同时，也在 重 塑 未来科 学 家的工作环境。 由流 动，促 成了全 球范围内研 究 空间的重组。 数字化和技 术进步对研究方式产生了重大影响。机器人、自动化和人工智能为科学家提供了超越人类局限的新的探究和分析能力。 这 意 味 着，未 来 的 科 研 设 施 须 重 新 思考 研 究 进 行 的 方 式 和 地 点 ，以 及 建 筑如 何 促 进 或 阻 碍 创 新 。设 计 面 向 未 来的实验 室，我们首先需要理 解空间将如何 影 响 和 指 引 创 新 活 动 的 开 展 。这 些适应 新型工作 方 式的空间，在外观 和功能 上将 与 我 们 今 天 所见 的 实 验 室 大 有不同。 因此 ，全 球 科 研格局正在 从以 美国、英国、德国、俄罗斯和日本为主导的金字塔形 结 构，转向由多 个小 型卓越中心联动的网络模型。通常，这些新中心聚焦国家或地区的优先事项，同时考虑社会经济、地缘 政 治或 环境问题等本地因素，着力解决关键的问题2。 实验 室自动化使研究人员能 够长期、精确地 进行复杂的大规模实验。在某些情况下，机器人可以替代人类在实验室中完成常 规 和高度技 术性的任 务。自动化与人工智能、机器学习相结合，使研究人员能够对数 据进行高级分析，获 取 新的见解。这已经在基因分析中得到应用，用于解释遗传物质和开发新疗法。此外，基于云的技 术和研究平台不仅能使科学家与远 程合作者共享和访问数 据，还能实现对这些技术的定制和控制。 科研的未来议程 科研议程在很大程度上基于一系列全球宏观趋势，包括人口变化、城市化、社会老 龄 化 和慢 性 病发 病 率上升，以 及气候变化、自然灾害、资源加速枯竭和环境