图1. 哥廷根市马普太阳能技术研究所的新建实验大楼

众所周知，德国一直处在全球尖端科研领域的先进行列，德国对科研实验室也提出了很高要求，例如洁净室的空气质量、无振动环境以及绝对恒定的的室温等，这些要求也催生了一批高技术水平的科研楼问世。

为了给科学家提供最佳的工作环境，Carpus+Partner 公司目前正在设计和建造几座高技术水平的科研大楼。建造新科研大楼的主要原因是科研工作中使用了许多重要的仪器设备，其检测精度通常只有在绝对振动的条件下并结合使用洁净室的恒温环境中才能得以保障。例如汉诺威研究院HI 技术的实验大楼和比勒菲尔德大学的物理实验大楼都是针对科研、实验的重点和使用对建筑物提出的要求而有针对性设计建造的。“为提出专业的解决方案，建筑设计师和实验室专业人士、洁净室设计师从一开始就密切合作，以便设计出完全符合研究和开发需要的建筑。”Carpus+Par tner 公司建筑技术负责人Thomas Habscheid-Führer 先生介绍。

振动影响检测结果的准确性

汉诺威实验大楼是研究地球观测卫星中使用的采集全球水循环数据和极地冰扩张用高精度量子传感器的研究机构。这种量子传感器的研究需要较高的温度稳定性和洁净室级的无尘环境。实验所应用的仪器会在工作时产生影响高灵敏度检测仪正常工作的振动，导致错误的检测结果。为此，Carpus+Partner公司的团队设计了一套包括设备技术的完整解决方案：减震隔离层有效地保障了将实验室大楼各房间的干扰振动隔离开来，同时还安装了原子频率检测仪和40m 高的失重试验用的自由落体模拟器。

比勒菲尔德新建的物理实验大楼也为拥有高灵敏度试验设备和检测仪器的高科技实验室提供了很好的保护，使其避免振动和噪声的影响。在该实验大楼里，减震分隔缝把配备检测设备的房间与对振动敏感的实验设备的房间分隔开来。实验楼采用了高减震性的楼板、地板以及加厚的天花板。另外，地基中大量的纵向和横向托梁也提高了建筑物的强度，有效避免了振动传播。实验室按照S1~S3 级洁净室建造，但安装振动敏感性仪器设备的有效使用面积却大于洁净室。有高隔音要求的实验室配用的空气过滤设备未使用鼓风机。初级空气的供应是由中央空气循环系统提供的，并可通过楼宇自动化系统对各个实验室要求的精度单独调整。此外，配备的加湿器保障了室内湿度的恒定。

图2. 汉诺威高科技大楼利用减震隔离缝把整个楼宇的干扰性振动完全隔离起来。

光学器件需要高减震性能

不久前，马普学会太阳能技术研究所在刚竣工的办公大楼旁投资5000 万欧元建造了一座有大量实验室和部分洁净室级实验室的科研大楼。该项目给Carpus+Partner 公司提出了较高的无振动性能要求：打造一个有洁净室条件的9m 高“玻璃大厅”，除无尘的空气质量外，实验室中生产的光学仪器还要完成性能测试和调试。建筑设计时的计算和模拟结果表明：要实现这些要求就要采取大量、综合性的减震措施。例如，这一有着三个建筑单元的复合建筑不仅要避免道路交通的外部冲击，还要避免建筑的三个单元的相互振动影响。其地基都建立在承载式的地面上，而地基是夯实的碎砾石充填地基以及部分采用单一的和条形基础的Sylomer 减震阻尼材料。通过振动测试的减震地基都用减震垫依次连接起来，所有能够产生振动的建筑技术设施，例如冷却水管、通风管等，都用减震基座和弹簧架支撑起来。

确保空气纯净的层流箱

亚琛市的CDPP 数字化光学产品研发中心也采用了Carpus+Partner 公司的设计方案。该建筑中配备了激光设备的物理实验室、办公室和生产车间，整个建筑办公区、生产区域和实验区域的分布格局都以满足实验室的要求为主。四层大楼的有三层是实验室，一楼符合最高的结构动力学要求及最高VC-E 设计标准的实验室建造在没有地下水的地基上。

整个大楼要求的能源消耗要降至最低水平。因此，设计师们采用了从采暖到通风、卫生清洁以及电气自动化到楼宇自动化在内的整体式设计方案。除了增加建筑物隔音层的厚度，还综合采用了集中供暖和散热以及高效热能回收利用技术。为降低洁净室空气准备过程中的能源消耗，通过实验设计了灵活的逐室准备方案。层流箱确保室内空气的清洁程度达到了ISO 5 级标准的规定，还保证了温度梯度只有±1K。

图3. MPS研究所的减震地基都利用减震垫连接起来了。

“上述降低能源消耗的措施是CDPP数字化技术研究中心节能优化的里程碑。而针对连续工作过程中散发出来的热量、环境热能或冷气，我们设计了独特的能源解决方案，如热能储存器、冷能存储器，用制冷压缩机作为热泵，远程供暖接口以及峰值负载时使用的制冷压缩机和自由冷能的回收利用设备。尤其是在大多数必需提供室内降温的情况时，我们利用回收热能冷凝空气中的水分，这样一来每年就能节约15% 的能源了。”Habscheid Führer 先生说。

使用独特的合适模拟模型

为了在建筑设计时就能准确掌握像CDPP 大楼这样的高动态热力学状况，设计人员专门开发了合适的模拟模型。利用模拟模型确定的模拟数据能够确定真实所需的热能需求、制冷需求，能够最佳的设计出整体的楼宇技术设备。

跨学科的团队的杰作

对科研用建筑物提出的最大要求大多数都是要符合未来发展的要求，这就需要精心、高效的建筑技术设计方案，以满足洁净室技术、建筑技术和减震技术等方方面面的要求。在开发整体性的、高经济性的综合性解决方案时，Carpus+Partner 公司成立了由建筑设计师、工程师、流程工艺工程师和实验室设计师组成的跨学科的建筑设计团队。