2024未来实验室报告

未来实验室 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。 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。 ©Arup2024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 目录 引言 前言5 主要启示9 塑造科学研究未来的驱动力10 章节 人与协作14 空间与运营26 基础设施与场所40 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JenniferDiMambro 奥设雅施纳业全务球负科责技人与工业 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。 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。 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。 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。 4 未来实验室 cCoreySeeman,CCBY-NC-SA2.0 左图：新加坡南洋理工大学跨学科研究生院“TheHive”5 陈奥工业雅设纳东施亚业区务科负技责与人王奥总建雅纳筑中师国区 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。 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、GSK上海总部、英国伦敦克里克研究所等经典案例 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。 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。 “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。 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。 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。 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。 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。 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。 6未来实验室7 奥雅纳东亚区前瞻团队 YannickLenormand 负责人 主要启示 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。 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。 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。 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。 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。 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。 科学场所塑造 适应性空间 替代性场所 数字化 网络化空间 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。 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。 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。 8未来实验室9 塑造科学研究未来的驱动力 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。 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破坏等。 应对这些挑战的迫切需求，将驱动科学未来的发展方向。与此同时，更广泛的文化和技术变革，也促使科研的形式发生改变。应对这一系列复杂挑战，科学界需建立跨越地域、政治、组织和学科界限的新伙伴关系1。 全球科学格局的转变 随着全球趋势和相关新兴优先事项的出现，科学研究的地理格局也在发生变化。尽管先进工业经济体长期以来主导着全球科学版图，但中国和印度等新兴强国已成为重要的研究和创新中心。技术和通信的进步以及资本和人员的自 由流动，促成了全球范围内研究空间的重组。 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。 更多私人资助的研究 在过去的一个世纪，支撑科学研究的组织结构和资助模式正在发生根本性变化，私人资助的研究机构越来越普遍。随着大学寻求替代性的资金来源，它们与制药等私营公司之间的研究合作也在不断增加。这些合作伙伴关系会影响获得资助的研究项目类型，以及研究成果的应用方式，有时还会使研究领域向应用研究方向倾斜3。 与此同时，学术出版模式也受到开放获取出版平台的影响，这些平台提供更经济和更快捷的途径来发表和获取研究成果。 数字化和自动化驱动的分析研究 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。 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。 加剧的竞争与缩短的成果转化周期 随着科学的数字化进程和新工作方式的出现，研究从初期调查到成果发表，或进入市场所需的时间正在迅速缩短。大学在经济发展中扮演的角色愈发重要，加之私营企业对研发投入巨资，研究的创新和商业化压力不断增加。研究人员和科研机构之间为利用“下一个重大科学突破”而展开的竞争，推动商业加速器和 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。 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