靈活與有序：土木工程實驗室空間與色彩設(shè)計創(chuàng)新

丁愛俠

關(guān)鍵詞：靈活與有序 土木工程實驗室 空間設(shè)計 色彩設(shè)計 創(chuàng)新

中圖分類號：TU244.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2022）07-0046-03

引言

整體化、密集化已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)研究的新趨勢，實驗空間的靈活組合與和諧有序是實驗室設(shè)計的核心問題。土木工程實驗室一般包括建筑結(jié)構(gòu)實驗室、建材實驗室、土工實驗室、材料力學(xué)實驗室、流體力學(xué)實驗室等實驗分室，主要功能是讓學(xué)生了解土木工程基礎(chǔ)實驗知識和技能，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實踐動手能力，綜合分析解決工程實踐問題的能力以及科研探索能力。土木工程實驗室建筑空間大、設(shè)備體積大、實驗材料多，學(xué)科特色和行業(yè)特色鮮明，[1]土木工程實驗室空間區(qū)劃和色彩設(shè)計非常重要，設(shè)計合理、功能齊全、充滿美感的實驗室會讓實驗人員操作更加方便舒適，教學(xué)科研熱情更加高漲。不同實驗空間的自由組合和有序設(shè)計是現(xiàn)代實驗室空間和色彩設(shè)計的創(chuàng)新思路，力求為科研人員創(chuàng)造高質(zhì)量的空間環(huán)境。[2]

一、僵化單調(diào)的傳統(tǒng)土木工程實驗室設(shè)計

土木工程實驗室是高校土木工程學(xué)科的重要支撐。近年來土木工程學(xué)科發(fā)展日新月異，一些傳統(tǒng)土木工程實驗室設(shè)計已經(jīng)不能完全滿足新時期教學(xué)科研需求。特別是一些早期建設(shè)的實驗室功用配置設(shè)計單一，無法統(tǒng)籌各種材料和技術(shù)，降低了實驗室的調(diào)和能力，限制了實驗室學(xué)科特色發(fā)展主動性。[3] 主要表現(xiàn)在實驗室功能空間設(shè)計僵化和色彩設(shè)計單調(diào)兩個方面。

當(dāng)前土木工程研究正向大型化、體系化和復(fù)雜化目標(biāo)發(fā)展，大部分實驗需要使用多個不同的實驗室單元。例如結(jié)構(gòu)實驗需要模擬各種各樣的復(fù)雜環(huán)境，包括地震、爆炸、風(fēng)場、水災(zāi)、火災(zāi)等，很多傳統(tǒng)土木工程驗室雖然建筑空間很大，但由于傳統(tǒng)土木工程實驗室功能空間設(shè)計僵化，既沒有規(guī)劃出相對獨立的空間，也缺少空間靈活組合的設(shè)計手段，導(dǎo)致實驗空間嚴(yán)重不足，模擬環(huán)境能力非常有限。所以既無法進(jìn)行大型試件實驗，只能縮小尺寸進(jìn)行試驗，也無法開展環(huán)境模擬實驗，只能進(jìn)行動力靜力實驗。更加困難的是很多土木工程實驗室在設(shè)計建造之初由于各種原因沒有留下足夠的改造空間，而且實驗室基本上一直在超負(fù)荷運行，很難進(jìn)行升級改造，完全達(dá)不到現(xiàn)代實驗室安全、開放、高效、舒適的設(shè)計目標(biāo)。

此外，建筑和環(huán)境是一個有機(jī)的整體，大學(xué)建筑群講究建筑與大自然的和諧統(tǒng)一，以及特定建筑與整個建筑群的和諧統(tǒng)一。國內(nèi)很多傳統(tǒng)土木工程實驗室色彩設(shè)計理念停留在多年以前，整體建筑色彩設(shè)計風(fēng)格接近于工業(yè)建筑，實驗室色彩設(shè)計僅僅包括粉刷墻壁、鋪設(shè)地板、油漆試驗臺等。色彩設(shè)計方面沒有考慮實驗室主體性、整體性、協(xié)調(diào)性、舒適性、調(diào)節(jié)性和學(xué)科個性化等需求，多以灰、白、黑色冷色調(diào)為主。因此，土木工程實驗室與大學(xué)校園內(nèi)其他樓宇人文氣息濃郁的樓群格格不入，顯得異常突兀。例如，高校教學(xué)樓、圖書館、辦公樓以及其他實驗室風(fēng)格和色彩都比較和諧一致，或古樸典雅，或樸實莊重，或渾然天成，或空靈現(xiàn)代，唯獨土木工程實驗室建筑不僅顏色灰頭灰腦，外觀方方正正，看起來就像廠房，破壞了大學(xué)校園整體建筑風(fēng)格的和諧統(tǒng)一。而且實驗室室內(nèi)壓抑、單調(diào)的色彩也容易影響到實驗人員的心情和對實驗的投入程度。

二、靈活與有序：現(xiàn)代土木工程工程實驗室空間設(shè)計

現(xiàn)代實驗室空間的設(shè)計既要保證實驗空間和資源的合理規(guī)劃，確保實驗室達(dá)到最高利用率，提供最大產(chǎn)出。[4] 又要最大可能地呈現(xiàn)實驗室的有序性、開放性、靈活性和想象力，為實驗室未來的發(fā)展留下余地，最大可能地降低實驗室改造成本。近年來，隨著高校各學(xué)科的不斷融合，土木工程實驗室的教學(xué)科研任務(wù)越來越重，實驗人員和儀器設(shè)備數(shù)量不斷增加，對于實驗空間的要求越來越高。所以，土木工程實驗室空間設(shè)計需要對有序性和靈活性進(jìn)行認(rèn)真、科學(xué)的權(quán)衡，針對不同的實驗空間與功能需求采取恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計布局。

（一）靈活組合的實驗室內(nèi)部空間設(shè)計

實驗人員在實驗室中的活動一般可以分為教學(xué)科研、學(xué)術(shù)交流和休閑放松三種。相應(yīng)地，實驗室空間一般分為教學(xué)科研、學(xué)術(shù)交流和休閑放松空間等三個相對獨立的空間。因為土木工程實驗室大型設(shè)備和大型試件比較多，危險比較大，同時土木工程實驗噪音、粉塵等污染比較嚴(yán)重。再加上土木工程實驗過程復(fù)雜，需要多個實驗單元的設(shè)備、空間與技術(shù)，空間的靈活劃分與自由組合尤為必要。現(xiàn)代土木工程實驗室不同功能區(qū)域分隔的方式一般有兩種，一是在實驗室中用各種材料圍合成封閉或半封閉空間。優(yōu)點是距離儀器設(shè)備近，節(jié)省時間，缺點是有些實驗室噪音、粉塵、有害物質(zhì)等影響較大。二是在實驗單元空間之外另辟獨立空間，土木工程實驗室層高較高，通常會設(shè)計各種隔層作為學(xué)術(shù)交流和休閑放松的空間。這種設(shè)計的優(yōu)點是空間封閉性好，便于安靜思考，缺點是需要借助樓梯才能到達(dá)，不同功能區(qū)域間往返需要時間，同時樓梯的建造還會降低實驗大廳的操作空間，影響土木工程實驗室的整體美觀。實驗室內(nèi)部空間界面材質(zhì)、LOGO、色彩以及相關(guān)櫥柜、展板等的選擇可以根據(jù)實驗室建筑特點和實驗需求進(jìn)行個性化設(shè)計和組合。需要特別指出的是現(xiàn)代實驗室中利用LOGO來強(qiáng)化實驗室空間特色以及提高空間識別度的設(shè)計越來越重要，因為LOGO中融匯了實驗室的科學(xué)精神和文化內(nèi)涵，通過色彩繽紛的圖形符號向特定人群傳遞一種語言文字無法代替的視覺信息和精神享受。[5]

1.自由組合的教學(xué)科研空間設(shè)計

教學(xué)科研空間是土木工程實驗室的核心部分。實驗人員在實驗空間內(nèi)進(jìn)行實驗準(zhǔn)備、查找資料、教學(xué)演示、實驗操作、數(shù)據(jù)采集整理、實驗報告和論文撰寫等活動，實驗人員精神需要高度集中，所以實驗空間需要相對封閉獨立。但是空間開放和資源共享是現(xiàn)代實驗室教學(xué)科研的基本要求，空間設(shè)計的突出特色就是自由組合。通過開放式的空間布局和軟硬件設(shè)備共享，有效增加教學(xué)科研人員的交流機(jī)會。[6]因此，采用模塊化設(shè)計，廣泛應(yīng)用隔斷模塊、家具模塊和服務(wù)模塊（功能墻、功能柱子、功能吊架等），合理使用反力墻和片墻對特定實驗區(qū)域進(jìn)行圍合。如圖1所示。不同的、連續(xù)的模塊功能空間根據(jù)教學(xué)科研需要可以進(jìn)行自由組合，形成通用的實驗區(qū)域，即各個功能區(qū)域單元門直接相通，減少墻壁和材料界面，降低了建設(shè)成本，促進(jìn)空間共享，還可以為實驗室空間優(yōu)化提供可能。土木工程實驗室教學(xué)科研區(qū)地面通常為混凝土整澆地面或預(yù)制拼裝地面，拼裝地面的優(yōu)點是方便拆移，可以滿足試驗項目和試驗設(shè)備的不斷更新，但成本相對較高。

2.簡約有序的學(xué)術(shù)交流空間設(shè)計

現(xiàn)代土木實驗室空間設(shè)計已經(jīng)慢慢向社會化建筑空間轉(zhuǎn)移，學(xué)術(shù)交流空間越來越重要。實驗人員在教學(xué)科研活動中經(jīng)常需要交流探討，實驗室還會頻繁接待來此參觀訪問的國內(nèi)外高校和科研機(jī)構(gòu)專家學(xué)者，這就需要學(xué)術(shù)交流空間相對獨立安靜，具備小型會議空間功能。土木工程實驗室學(xué)術(shù)交流空間形式多樣，除了小型會議空間外，還可以有個性化閱讀空間、中庭展示空間、廊道散步空間、迷你講演空間等。土木工程實驗室學(xué)術(shù)交流空間的設(shè)計講究因地制宜，見縫插針，保持簡約有序的風(fēng)格。高校實驗室中庭學(xué)術(shù)交流空間往往是實驗室學(xué)術(shù)交流空間設(shè)計最具特色的部分，需要盡可能展示特定大學(xué)的學(xué)術(shù)聲譽(yù)、特定實驗室的學(xué)科特色以及特定城市的人文精神。

土木工程實驗室因為建筑空間大、建筑層高大，不同于普通住宅，空間設(shè)計中能夠發(fā)揮想象的余地比較大，所以，秉承簡約有序的設(shè)計理念尤其困難，需要在設(shè)計細(xì)節(jié)中考慮周詳，突出實驗室的科學(xué)成就與學(xué)科特色。例如在土木工程實驗室的走廊、門廳等傳統(tǒng)實驗室設(shè)計中容易被遺忘的空間設(shè)計花點心思，充分利用地面材料、科研產(chǎn)品、建筑小品、盆景綠化、個性化桌椅等根據(jù)學(xué)科和實驗室教學(xué)科研特點設(shè)計成風(fēng)格不同，充滿科學(xué)精神的空間環(huán)境，既可以滿足實驗人員科研交流、短暫放松的需要，又可以吸引到此參觀訪問的專家學(xué)者在此逗留，展示高校和實驗室與眾不同的科學(xué)文化和建筑特色。例如，有的實驗室把實驗建筑的不同樓層或不同功能區(qū)域連接的廊道設(shè)計成連綿不斷的達(dá)爾文“思維路徑”，非常有特色，走在上面思維頓時活躍起來。

3.輕松陽光的休閑放松空間設(shè)計

溫馨愉悅的休閑放松空間也是土木工程實驗室中非常有必要的設(shè)計。雖然大部分土木工程實驗用房都很緊張，但在實驗室中設(shè)計休閑放松空間并不是擠占教學(xué)科研空間、降低實驗效率的行為，而是通過滿足人的情感需求來激發(fā)工作熱情。輕松陽光的“主題式”休閑空間是設(shè)計首選。實驗室內(nèi)一些不起眼的建筑死角，日常用來堆放一些長時間不用的雜物，稍微花點心思改造一下就可以作為休憩的空間，可以讀書、喝茶、聊天，也可以閉目養(yǎng)神。不同的小空間可以設(shè)計成不同的主題。個性化書桌、椅子、沙發(fā)、坐墊，不同風(fēng)格的燈具，幾盆綠色植物，就可以簡單創(chuàng)造出溫馨舒適的休閑放松空間。光是空間與色彩設(shè)計的靈魂，光照不僅是人對于空間、色彩感知的生理需要，而且可以美化環(huán)境，營造各種各樣的空間意境和社交氛圍。實驗室休閑放松空間設(shè)計中的光環(huán)境設(shè)計一般包括自然光和人工照明。陽光在休閑空間設(shè)計中應(yīng)該得到重視，因為土木工程實驗室墻體高大，巨大的玻璃外墻可以讓陽光充滿每個角落，營造出溫暖愉悅的氛圍。相對于陽光，人工照明在空間設(shè)計中應(yīng)用得更加廣泛，留給設(shè)計者創(chuàng)造的空間也最大，不同的位置、不同角度，不同顏色、不同造型的燈具都可以創(chuàng)造出不同的視覺空間效應(yīng)，需要根據(jù)休閑空間的環(huán)境和情感需求進(jìn)行設(shè)計。

（二）整潔有序的實驗室延伸空間設(shè)計

因為土木工程實驗室各種預(yù)制件、試件、實驗廢料等體積和重量都比較大，所以土木工程實驗室外部空間通常需要一定的延伸，作為預(yù)制空間、足尺試驗空間、展示空間、物料堆放空間等。[7]土木工程實驗室延伸空間設(shè)計的重要原則是和諧有序，保持與實驗室主建筑以及大學(xué)整體建筑風(fēng)格的和諧統(tǒng)一。土木工程實驗室延伸空間的面積和形狀與實驗室建筑外觀和教學(xué)科研任務(wù)有關(guān)，比較常見的有長方形或正方形，也有少量的圓形、多邊形和其他不規(guī)則形狀。土木工程實驗室室外空延伸間設(shè)計有露天型和半封閉型兩種，如圖2為半封閉型。為了師生安全考慮，室外空間設(shè)計一般要避開校內(nèi)交通主干道、教學(xué)樓、圖書館、運動場、宿舍等人群聚集的地方，而且要盡可能減少噪音、揚塵等環(huán)境污染，還需要在周圍設(shè)計隔音、防塵設(shè)置?；h欄綠化是實驗室室外延伸空間設(shè)計中比較常見的選擇，有點是造價低廉、美觀使用、易于養(yǎng)護(hù)，特別是防護(hù)灰塵、降低噪音的效果比較明顯，同時還可以起到界定實驗空間的效果?；h欄綠化的植物選擇也很重要，合理選擇、搭配一些多年生、四季常綠、花期較長的攀爬植物和花卉既可以減少污染、美化環(huán)境，又可以與學(xué)校整個生態(tài)景觀形成一致。

三、安全與和諧：現(xiàn)代土木工程實驗室色彩設(shè)計

土木工程實驗室色彩設(shè)計是在保證實驗室教學(xué)科研功能性前提下進(jìn)行的藝術(shù)創(chuàng)造，既可以滿足實驗人員的精神需求，也有助于實驗室功能的最大化發(fā)揮。當(dāng)前，社會進(jìn)入視覺時代，視覺元素中色彩尤其重要。因為色彩在客觀上是對人們的刺激和象征，在主觀上又是一種反應(yīng)和行為。色彩對每個人帶來不同的心理反應(yīng)，人類對色彩也表現(xiàn)出千差萬別的情感。[8]實驗室色彩設(shè)計應(yīng)該主要考慮實驗室安全有序和學(xué)科特色，包括與校園整體建筑色彩的和諧統(tǒng)一，突出實驗室安全警示功能，提高實驗室的使用效率和舒適程度等。

（一）安全沉穩(wěn)的內(nèi)部色彩設(shè)計

首先，土木工程實驗室內(nèi)部色彩設(shè)計需要滿足實驗室安全管理要求。一些安全操作安全系數(shù)要求高的大型設(shè)備及其安裝、操作空間的色彩設(shè)計需要重點突出設(shè)備色彩，但也不能與其他設(shè)備有太大的色差。如吊車選用黃色的警示色，建筑鋼構(gòu)架就可以利用黑色、紅色、紫色等暖色來緩解實驗人員因為色差帶來的視覺沖擊。實驗室地面色彩設(shè)計除了美化實驗室空間環(huán)境之外，更重要的功能是劃分空間和安全警示作用，根據(jù)不同實驗單元特點選擇褐色、黃色、紅色等顏色。其次，土木工程學(xué)科厚重沉穩(wěn)，土木工程實驗室設(shè)計需要體現(xiàn)大氣、安全、厚重、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科特色，實驗室室內(nèi)墻壁和頂棚的顏色選擇灰白、青灰色、淺黃色、淺藍(lán)色都比較適合，但顏色種類最好不要超過三種。 [9]最后，土木工程實驗室內(nèi)部色彩設(shè)計還需要突出不同實驗單元特點。實驗室室內(nèi)墻面顏色選擇應(yīng)該根據(jù)不同功能區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)區(qū)別，既能起到引導(dǎo)指示的效果，也能在色彩碰撞中產(chǎn)生獨特的美感。例如，教學(xué)科研空間內(nèi)墻面如果選擇淺灰色，學(xué)術(shù)交流空間就可以選擇橘黃色，休閑放松空間則可以選擇乳白色或淡粉色。

（二）和諧有序的外墻色彩設(shè)計

色彩在建筑外墻設(shè)計中是一種非常重要的裝飾方法，色彩在環(huán)境中所起的作用，基本上是通過建筑物的外墻色彩設(shè)計來呈現(xiàn)的。合理、靈動的外墻色彩搭配可以突出建筑物在環(huán)境中的地位，甚至還可成為特定建筑物的標(biāo)志。實驗室建筑外墻色彩是校園環(huán)境的主要色彩元素，建筑色彩的用色和搭配是否完善，關(guān)系到大學(xué)校園生態(tài)的可持續(xù)性生活環(huán)境以及對師生、社會審美價值觀的影響。[10] 綜合性大學(xué)的建筑色彩一般莊重、素凈、色彩純度不高、色相單一程度明顯。[11]土木工程實驗室不同于一般的教學(xué)科研建筑，專業(yè)性強(qiáng)，面積大，建筑外墻面色彩會對校園建筑文化和整體色彩產(chǎn)生比較大的影響。需要在土木工程實驗室設(shè)計中降低體量，保持與大學(xué)校園整體氣氛協(xié)調(diào)一致，和諧有序、莊重素凈的外墻色彩設(shè)計起到關(guān)鍵作用。[12]首先，作為大學(xué)大體量建筑物的代表性建筑，土木工程實驗室外墻色彩設(shè)計需要運用不同色調(diào)從而讓體量在人們視覺中適當(dāng)消減。因為亮色通常會吸引人們的視線轉(zhuǎn)移，可以自然壓縮實驗室建筑的體量感。其次，土木實驗室外墻面色彩設(shè)計也要突出土木學(xué)科濃厚的科學(xué)積淀和學(xué)術(shù)氛圍，土黃、淺黃、淺灰、奶白、淺藍(lán)等顏色是首選，兩種顏色的精妙搭配比較常見，往往能夠達(dá)到“和而不同”的設(shè)計效果，如圖3所示。再次，還可以在外墻面設(shè)計一些簡潔明了的圖案，如簡單的幾何圖案和結(jié)構(gòu)簡圖，或者反映土木學(xué)科發(fā)展歷史的圖案等都是不錯的選擇。最后，土木工程實驗室外墻墻面綠化也是一種重要的色彩設(shè)計手法，優(yōu)點是能夠幫助建筑物快速融入校園環(huán)境，有效吸收粉塵，降低噪聲，減少能耗。墻面綠化選用植物多種多樣，攀爬類植物和懸垂類植物是首選，可以根據(jù)實驗室墻體的建筑材料、顏色、高度和朝向等自由選擇。粗糙墻面有利于攀爬植物生長覆蓋，東南朝向的墻面一般選用喜陽的綠色植物，陽光較少覆蓋的墻面一般選擇喜陰的植物，枝長葉密的植物夏天可以遮陽，冬天可以保溫。粗糙的墻面適合葉形比較大的植物，而枝葉細(xì)小的植物更適合墻面相對平滑的墻面。土木工程實驗室墻體比較高大，承受的風(fēng)力很大，特別是像寧波這樣的南方城市雨季較長，臺風(fēng)頻繁，風(fēng)雨對墻體和植物影響都比較大，所以，那些抗風(fēng)能力強(qiáng)、不易倒伏、生長迅速、四季常綠、成本較低的植物是最好的選擇。

結(jié)語

土木工程實驗室因其學(xué)科具有實踐性強(qiáng)、綜合性大、設(shè)計知識面廣的特點，土木工程實驗室空間和色彩設(shè)計不同于其他學(xué)科實驗室，建筑體量大、空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備體積大，擁有巨大的創(chuàng)造性的設(shè)計空間。安全、高效、特色鮮明是土木工程實驗室空間和色彩設(shè)計的目標(biāo)，靈活有序、安全和諧的實驗室空間和色彩設(shè)計理念是對傳統(tǒng)土木工程實驗室設(shè)計弊端的一次創(chuàng)新性變革，在一定范圍內(nèi)滿足了當(dāng)前土木工程教學(xué)科研任務(wù)的需要，而且可以自由組合的教學(xué)科研實驗空間的設(shè)計可以有效應(yīng)對土木學(xué)科快速發(fā)展帶來的新任務(wù)和新挑戰(zhàn)。