2024未来实验室报告.docx

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1、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。实验室白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

2、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。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

3、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Y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

4、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窕空间的重组。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

5、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。科学研究的发展阶段1687年现代工程学的基础值达酌1763年N.Jacquin在前匈牙利建立了第一个数学实脸室9I1543年的白尼；娓出日心说Q：出现第一批从用科学研究的:工储IIQ开发第一台财：计算机9：177班美国独立宣言颁布体现出哲学思想在政治和：姓济中的雨要性II9：*科学Sr一词取代了笼统：的.自然哲学家：专业培训:课程得到战展I1975年埃谢罗伯茨发明了第一台个人电的IIIOO:Q!199阵关国开始人类:2018年中国散裂中子源.185阵达尔文的;Cftfm出版I

6、B:基因组计划IIII投入运行BII前科学时代物理学生物学先进技术个人对世界如何运转”-17tS18世纪19世纪21世纪的兴趣，以经验为基础试图根据物理学解释世界通过实验验证原理将生物体作为研究对象应用研究和售学科研究的发展主尊领域-W三t,.天文学炼金术我们通过时间轴呈现了科学研究的发器实用性机会分子原子机理研究物质的自然转化（化学物质和反应）进化动物学植物学技术越医学和生物学展，包括研究重点、方法和一些重要的里程碑。研究方法Q经验主义数值方法遗传学人文学科论证分析从不断拓展的科学疆界，我们可以看到观察螂嗨颗测,tt?定量和定性研究科研生态系统远不止实验室的物理空间，还它包括实施研究的科研人

7、员、科学发现发生的地方，以及维持创新所需的基础设施等众多层面。只有认识到这个生态系统的范围，我们才能开始理解人、空间和环境之间的复杂相互作用，以及空间塑造应如何积极回应这些不同的需求和期望。思维模式科学起源于哲学/宗教背景宗教与科学同在个人动机/封心-教堂和法院线性思维线性思维-技术观点对社会的影响.大学Q研究机构宗教与科学分离_档大学-,大学回科研中心寥寥无几专注于特定研究领域/专题的少数/选定的研究协会少数/选定的研究附会，有学术和产业背景私营公司开始投入科研公共和私营研究机构工官企业（三sa,3）本报告聚焦探讨科学研究的未来走向，和科研设施的未来可能形态。接下来的研究资金地方公共浴金.地

8、方公共浴金章节将围绕影响科研生态系统的三个关键主题展开：人与协作、空间与运营、基教会ItB万公aJA人IS助君私人捐助者基金会私人捐助者基金会非营利组织础设施与场所。通过这些主题，我们可窑理（贵族宫廷）基金会以探索科研空间的未来需求，以及人在其中的体验。科研空间Hl自然观察（通常没有专门的房间/设施）私人住宅赦堂/修道院靠近贸易中心的研究设施/档私人住宅教堂_4实验室成为公共研究新型实验室（开放、灵活）单一功能的消解科学园（包括公共和私营部门的合作研究）城市环境中的小型实蛇室实验室成为公共研究设施的一部分建立第一个实验室设施的一部分传统实验室（为重复性点面实蛉而潦十）的盔行单一功能15人与协作

9、本节从用户角度，探讨了人们未来对科研环境的需求，以满足灵活可变的要求、不同的工作方式，以及未来的技能组合。研究的跨学科性不断增强，以及公众对科学的参与度不断提高，是这些新需求产生的主要驱动因素。案例弗朗西斯克里克研究所三弗朗西斯克里克研究所(FranCiSCrickInstitute)是位于伦敦的先进生物医学研究中心。奥雅纳为该项目提供了设施管理、项目管理、消防设计等一系列咨询服务。该研究所于2016年开放，旨在促进英国顶尖大学与生物医学公司之间的跨学科合作。该建筑将实验室与正式和非正式的工作空间组合在起，创造出可混合使用的“邻里”，从而鼓励研究人员的流动与沟通。位于各楼层的协作空间与中央中庭

10、一起，促进了研究所中不同研究群体之间的互动1.1 跨学科性增强当今科学家面临的课题日益复杂，需要研究人员跨学科工作，以实现创新突破九例如，要从科学上理解气候变化这类多维度的全球问题，就需要采取综合的方法，将不同学科和领域的见解结合起来一既包括地球科学、物理学和化学等传统学科，也包括行为心理学等新兴学科。与此同时，跨学科工作和思考的新一代研究人员正在不断涌现。我们需要重新审视学术课程与教学计划，设置超越现有学科界限的新学位，以促进学生的跨学科研究和思考。近些年来，中国研究型大学自下而上”地开展了学科交叉的探索与实践。例如西安交通大学在2OlO年成立前沿科学技术研究院，下设Il个研究中心，以物理学

11、、化学、生物学、材料科学等学科为基础，并鼓励学科交叉。清华大学成立了脑与智能实验室、未来实验室等实体性跨学科交叉研究平台。2021年交叉学科设置与管理办法的印发，标志着国家加强了对交叉学科发展的顶层设计。交叉学科建设被视为“双一流”建设的新增长点。支撑诸如此类跨学科研究的发展，我们需要围绕提升连接性和灵活性，对相关的有形及无形基础设施投入建设。在多机构和多国合作的项目中，设施和基建等硬件基础须像其合作架构样，实现互连互通。诸如无线通信系统，大容量数据存储和数据处理，以及本地、区域乃至全球的交通系统接入，从而实现人才、资源和思想的流动3跨学科研究人员需要配备灵活的实验室设施，以满足不同研究形式的

12、技术要求。例如，在莫斯科的斯科尔泰克科技学院，所有实验室的空间设计都将以活性和促进专业交叉合作为重点，可容纳五个关键科学集群一一核能、能源、生物化学、空间科学和信息技术，实现任意组合。1.2 工作性质变化科学工作的性质以及研究人员与同事合作的方式正在发生迅速变化。自动化、人工智能和数据处理方面的重:大技术进步，帮助科学家减少在实验室中实际操作实验的时间，使他们能更专注于分析和思考。实验室流程的自动化程度不断提高，这将使科学家有更多时间在类似办公室的环境中工作。例如，位于英国剑桥郡惠康园区的生物数据创新中心，就是为生物数据初创企业和成长型公司而设计的，其中包括更多类似办公室的环境、休息区，和会议

13、空间，以支持新的工作方式并促进合作。案例案例麦克马斯特大学斯坦福大学科学实验室克拉克中心加拿大麦克马斯特大学(MCMaSlerUniversity)的综合科学实验室旨在支持学生综合科学本科课程的学习。学生选修的课程涉及多个不同领域，实验室空间需要同时满足物理、生物、化学、环境和行为科学的学习要求。为实现灵活性，该实验室采用了开放式设计，实验台上未设置架子或通风口，煤气、电和水等公用设施都从地板接出，使设备可根据需要搬进搬出立，。由福斯特建筑事务所(Foster+Partners)设计的斯坦福大学克拉克中心(ClarkCenter)是跨学科研究的基地，汇集了医生、生物学家、化学家、工程师、物理学

14、家和信息科学家。该建筑可容纳各种活动，并在设计时充分考虑了空间的灵活性，可通过自发的社交和对话来实现学科间的合作。譬如位于外部阳台的连廊设计，可根据不同需要划分楼板，实现灵活使用。所有实验室都设计成了面向内院的开放式房间，可同时容纳实验室和办公室空间。实验室的桌椅均安装了滚轮，以方便不同的研究团队快速更换或移动家具”,明合作是科学研究的重要驱动力：这张地图展示了全球不同城市的研究人员之间的合作网络。它表明科学机构的位置遵循人口密度,并突出了国家之间的联系%为加强不同团队和学科之间的合作，需要在设计空间时将不同的人流模式纳入考量，方便人们在不同实验室、房间和建筑楼层之间移动。例如，美国杰克逊基因

15、组医学实验室使用玻璃隔断将干、湿实验室与书写区、其他辅助空间直观地连接起来。开放式布局、洁晰的视线交流和空间之间的流通，能激励研究人员共同协作。更好地了解并更多地考虑工作环境如何影响生产力和福祉，也有助于工作场所的设计。提供自然采光，打造适应不同的工作模式的办公环境，将使生产力得到提高Uo新生代科学家逐渐走上工作岗位，他们拥有更多元化的技能、视角和需求。人口结构的变化将对工作方式和未来趋势产生影响。新一代科研人员通常更喜欢具有协作性和团队精神的工作环境，更透明和扁平化管理，以及兼顾个人和职业目标的灵活工作安排，案例E众筹平台Experiment,com是个科学众筹平台，于2012年由华盛顿大学

16、的前研究人员发起。它将研究人员与有捐赠意愿的资助者联系起来，为科学项目寻求资金。E采用与KiCkStarter等其他主流众等平台同样的模式，只有在达到筹资目标时才会收取认捐资金。旦项目获得资助，研究人员就可以与资助者分享研究项目的进展、过程方法和成果A具有前瞧性的科研机构会积极迎接人员结构变化，并相应调整其工作环境和政策。除了更开放的设计和灵活的工作方式外，越来越多的科研机构还为员工提供现代化的便利设施，如健身房、安全的自行车库、储物柜和淋浴间、咖啡厅和礼宾服务。这些设施正在将实验室从一个以实验功能为主的研究设施转变为一个充满活力的社群空间，从而吸引、激励和留住人才。1.3 新技能和全球人才竞

17、争第四次工业革命正在让物理、数字和生物领域之间的界限变得模糊。包括人工智能、机器学习、机器人和纳米技术在内的新兴领域，正在向生物和生命科学靠拢，形成新的混合学科也这些新领域也创造了新的人才需求，譬如在数据科学等领域拥有专业数字技能，以及擅长跨学科团队协作的科学家。这对科学家的培养方式产生了影响。大学需要支持专业技术技能的发展，而科研专业人员则需要获得持续学习的机会，以不断更新技能或拓宽知识面”。越来越多的大规模开放在线课程(MOOCs)满足了一需求。大学和公司正在与COUrSera、EdX和FUlUre1.earn等在线平台合作，提供新兴领域的短期课程和高级培训。随着这些平台越来越受欢迎，雇主

18、们也开始认识到MoOCS所颁发的证书的价值，并在招聘时予以认可尽管全球在研发方面的投资总体上有所增加，但许多经合组织(OECD)国家报告表明，支持其科学和创新产业所需的高级技能人才仍旧短缺。美国、英国和德国等发达经济体持续向全球市场输出技术人才，而中国和印度等非经合组织国家正日益成为技术人才流动的主要来源”七信达生物制药研发中心案例由奥雅纳设计的信达生物上海研发中心将科学研窕和技术应用融为一体，打造全球领先的符合GMP标准的CAR-T实验室。项目的核心理念是通过社会互动和协作参与来增强人的创新能力和激励员工积极性。在设计中，我们设置了内庭院、空中花园、多功能活动中心、休息交流区等各类公共空间来

19、提高和激发员工的协作、社交和创新能力，为研发提供多种可能性。设计时，我们特别注意将研发空间设置于与员工服务（如倒班宿舍、餐厅和健身房）以及主要管理层（如首席科学家办公室）毗邻的位置，给员工提供更便捷更舒适的工作环境。案例哈佛大学威斯研究所威斯研究所(WySSInstitute)生物探索工程在生命科学与新兴技术的交叉领域开展突破性研究。研究所的科学家、工程师和临床医生，与工业设计师以及业务开发、知识产权和创业方面的专家合作，开发从设备和材料到高价值疗法和诊断的各种新技术。该设施空间具有很强的适应性，可同时支持化学、生物、机械和纳米技术研究，以满足机器人、生物仿生学和新型医疗设备开发等各种需求正案

20、例GenspaceDlY社区实验室GenSPaCe成立于2009年，是一个由社区运营的DIY实验室，可为公民科学家和企业家提供生物技术设备CGenSPaCe的口标是通过教育性质的工作坊和文化活动，促进科学知识的普及。以往的工作坊已经实现让参与者尝试基因编辑，并学习使用DNA进行编码。GenSPaCe为企业家、艺术家和设计师提供了一个平台，来研究和创建盈利性企业、个人项目，以及发人深省的生物艺术和设计项目支案例Pandemic公民科学项目Pan加mic是伦敦大学学院(UC1.)的伦敦卫生与热带医学院和英国广播公司(BBC)联合开展的项公民科学实验，旨在帮助研究人员开发传染病在人群中传播的精确模型

21、。通过一款手机应用程序，实验追踪参与者的位置并记录他们与同样安装了该应用的其他人接触的情况。实验模拟了一个典型的疫情爆发场景：“零号病人”被引入人群，并在不知情的情况下通过互动感染他人。与“感染者”接触后，系统会记录病毒的“传播”情况。采集到的数据被用于开发更准确的病毒传播模型，以改进对未来疫情的应对措施。自该应用程序推出以来，已有近三万名志愿者报名参与。在此之前，英国最大的流行病模型研究仅有约五千名参与者，且运动数据都是主观报告，因此可能会出现误差支随着全球博士毕业生人数增加，大学和私营部门的职位却并未跟上步伐o作为回应，一些研究人员正在“零工经济”中寻找机会，成为自由职业科研人员13通过K

22、olabtree和Upworthy等在线平台，科学家可通过支付一定费用，直接向客户宣传他们的服务。自由职业科学家利用P1.C)SOne等开放出版平台，使用社区实验室的实验设备，并通过社交媒体寻找专业技能网络支持。这些服务使得在传统机构之外的科研工作变得可能。1.4 开放科学开放科学是一场变革运动，旨在从研究、发现，到出版、教育的各个方面，使科学更加开放，更易获取。数字化、网络化，和移动化的工具及服务使开放科学有机会变为现实，帮助科学家进行实验和分享研究，并使非科学受众也能够访问科学数据。在线学习平台使广大受众能够获取科学知识。许多机构正在采取开放数据政策，公开且免费提供科学数据库利用众筹平台，

23、公众亦可成为科学研究的赞助人。通过撅抱开放科学，传统科研机构可以获得更广泛的公众理解和认可，以支持科学及创新。公众的力量不仅可以促进研究资金募集，开源工具让更多人能够直接参与科学进程乙“无论贫穷还是富有，无论出生何处，每个人都应该平等地享受到科学进步带来的健康成果。”俞德超董事长兼CEo信达生物制药（苏州）有限公司在移动设备和ArdUino等开源工具的支持下，“公民科学家”可以参与数据的收集和分析，为重大科学研究提供信息。群众和公民科学家的加入，将会帮助研究人员大大增加样本量，扩大数据收集工作的覆盅范围，通过提高研究质量和降低研究误差来提高研究的可苑性和准确性。例如，苹果公司与斯坦福大学合作开

24、展的APPIeHeartSlUdy研究项目，利用AppleWatCh用户的参与来识别和研究不规则心律，以改进用于检测和分析心律不齐的技术艮随着公众对科学的了解和参与程度越来越高，为公民科学家和研究人员创建的DlY实验室和社区实验室也越来越多9。DIY实验室可被看作是更广泛“创客空间”的一种，它们可为DlY创客提供从木工到3D打印以及电子仪器等不同类型的研究空间和设备。许多DlY实验室和“创客空间”一样，秉承以社区为中心的宗旨，围绕一系列主题，举办实操性强且具创新性的科学工作坊研讨会。空间与运营本章节着眼于未来科研建筑的技术和运营要求，通过探讨实验室未来可能的运行方式，明确在当下需要做出的改变。

25、且活且适应性强的空间、以活动为中心的协作环境、新的技术和仪雅、以及建筑和环境的性能等变得日益重要。案例CoreInformatics实验室信息管理系统(1.IMS)CoreInformatiCS的实验室信息管理系统(1.lMS)可帮助研究人员管理实验室工作流程、跟踪和执行请求、监控实验，以及收集和共享数据。1.IMS平台可与智能实验室设备连接，帮助研究人员按需执行实验和收集数据。用户友好的界面可在平板电脑或计算机上使用，并支持扩展应用，可为一些常见的实验室程序定制应用程序。通过亚马逊的云储存服务，研究人员可随时访问服务和数据R案例NiCo1.A-BNiCO1.A-B是阿斯利康推出的一个药物开发

26、机器人，旨在与英国癌症研究院(1.eadDiscoveryCentre)的科学家们一起测试和识别可用于治疗癌症的潜在药物。NiCo1.A-B能够自主进行高度复杂的实验，监测化学相互作用，检查潜在的分子活性，从而发现有潜力的新药。阿斯利康副首席科学家PaulHarPer表示：“我们可以对NiCO1.A-B进行配置，让它以我们想要的任何方式进行实验，我们还可以在它工作时与它互动。它可以感知我们的活动，而以前的机器人无法做到这一点。因此，它可以与我们共享工作空间，而不是被局限在安全防护装置后面。”4748只需少量人工干预，数字仪器就能设置、运行、捕捉和分析实验，这将改变科学家与实验设备的交互方式和对

27、实验空间的使用方式。曾经占据整个房间的实验设备，现在可以在闪存盘大小的软件和仪器上运行工在某些情况下，实验设备可能会完全被云端虚拟运行的数字工具取代。因此，科学家在传统实验室环境中工作的时间可能会减少，而在办公桌前分析与协作的任务将会增加。在这些环境之间的移动性和可达性，将是设计基于协作和跨学科工作的未来研究设施时，需要考虑的关键因素已“科技领先是企业穿越漫长周期的最底层力量。”赵磊美的集团副总裁兼家用空调事业部总裁2.1 灵活且适应性强的空间在过去十年中，灵活性一直是实验室设计建造的重要发展趋势。虽然无法预测未来会出现哪些新技术和新研究形式，但实验室可以从设计之初就将适应变化的能力纳入考量。

28、灵活且适应性强的实验室设计包括可移动的工作台、易于维修的结构、以及兼容多种布局的柱网等元素，以便实现实验室、设备和办公空间之间的轻松转换。它同时也包括提供即插即用的基础设施，根据柱网每隔一定距离设置接驳点位，易于空间的重新配置。Rg者科研工作变得更具协作性、跨学科化和界面化，实验室也需要适应新的工作方式。应对策略包括设计开放式实验室，让建筑的不同区域之间具有流通性和视线联系：以及混合非正式会议空间、半私密工作站，和“不插电”的专注工作区域等不同工作环境的实验室。此外，建筑的系统设计也需要适应未来科研需求的变化。需要有策略地规划暖通空调、给排水、气体和废弃物管理等系统，避免局限于某个特定建筑布局

29、。信息系统则要为不断增长的数据存储、处理和虚拟协作提供强大的基础设施支撑。2.2 智能实验室在新兴的智能或智蓝实验室里，机器、设备、传感器和装置均可联网，使研究人员能够远程监控、调整和分析实验。例如，市场上出现的些新仪器可以自动执行程序，帮助研究人员更高效地处理步骤且杂、繁多或重复的实验。机器学习将使设备能够从以往的操作中学习，根据实时反馈和监控，调整或准备实验空间。这些技术正极大地改变科学家在实验室的工作模式，以及实验室的设计方式&智能实验室设备还可以帮助科学家收集更精细、更准确的实验数据，并将结果发送到共享数据库或实验室信息管理系统（1.IMS）o除了收集和共享数据外，先进的1.lMS软件

30、还可用于管理实验室的整个工作流程、执行实验程序、监控仪器和生成报告。案例FlexlabFlexIab位于加利福尼亚州伯克利，是一处先进的建筑技术测试设施，供研究人员测试和监测建筑节能方面的最新技术，如暖通空调系统、窗户和建筑围护结构，以及照明和电气系统等。FIeXIab复制了真实的建筑条件，其中还包括一个旋转试验台，用于模拟不同位置的阳光照射九案例Edge移动应用程序由MAPIQ开发的Edge应用程序可以让德勤荷兰总部的员工和访客随时使用楼宇服务。通过该应用程序，设施管理人员可以访问大楼的智慧管理系统，监控空间使用状态，从而做出节能调整。Edge为大楼使用者提供个性化体验，为员工分配日常工位，

31、并允许他们控制空间照明和采暖儿智能化技术也在改变实验室的生产方式，尤其是制药行业，缩短了生产时间，节约了成本。医疗保健领域的大规模定制和个性化需求可能会变得更加普遍，药品将根据个人需求，在类似工厂的实验室空间中进行生产。可以想象，在未来，3D打印和生物技术相融合，科学家将能够提供定制、即时检测、直接面向患者的产品，如手术医疗器械、定制药品、甚至3D打印器官、2.3 楼宇系统及运行自动化和智迪楼宇系统的发展趋势，同样存在于实验室建筑领域。智慧楼宇利用传感器来监测、分析和传递与使用者、设施和系统相关的详细信息，可以对楼宇的使用模式做出响应，并自动进行调整。智道楼宇系统产生的数据可用于分析和比较楼宇

32、的使用情况，进步优化运营和节约成本。它可为运维人员提供一个集中了所有数据的管理平台，同时显示各楼宇系统的状态，以便采取更为主动的监控、维护和维修措施。监控系统不仅对运维团队至关重要，对需要密切关注实验进程、或远程监控实验室仪器的研究人员本身也是如此。例如需耍维持临界温度的敏感性实验、或需要数天时间才能执行的流程，现在都可以利用云技术和网络技术进行远程监控。如果将这些监控功能集成到智慧楼宇系统的管理平台中，将帮助科学家们节省时间，并最大限度地减少干扰。美的创新科技园受到空调对气体热交换原理的启发，由奥雅纳设计的美的创新科技园打造了一种介于实验室与办公之间的新型复合交流空间。设计包含三株高层灵活实

33、验室和创新型实验室，每栋提供三层8米层高以及两层5.5米层高的空间。建成后，将有】OO多个配套实验室投入使用。实验空间均布局在跨度18米的无柱空间内，可根据需求灵活划分各类实验室以及控制室空间，充分满足未来实验、生产及运营的需求，从而保证较长的建筑寿命，达到“少建既是减碳”的可持续口标。园区的模块化设计亦能在后期改造时，满足循环经济福求。园区内规划布局了不同流线以及与其相时应的安全措施，可满足内部员工及外部访客的多重需求。精益生产方法的发展和应用也在对实验室设计产生影响。精益实验室侧重于优化实验室流程，以及人员、信息和材料在实验室空间的流动方式“。精益设计原则包括消除实验室分隔和设备的集中布置

34、，以促进工作量、设备和资源的共享。此外，数据录入和分析区域、测试区域融合在一起，以支持实时数据分析。从个人固定的实验室设备、工作台空间和办公桌，转向共享或按需分配的模式明2.4 有利环境的设施与其他商业或公共建筑一样，实验室的绿色建筑设计包括被动式设计原则、绿色墙体和屋面、智慈能源管理和水循环利用等。然而，实验室通常会有更高的能源需求，需按更严格的运营要求处理实验产生的有害废料。一些专业实验室，如洁净室或具有较大工艺负荷的空间，其能耗可达到同等规模商业建筑的近百倍。在很大程度上，这些差异来白设计规范和楼宇安全要求，例如对较高通风率的需求和实验室的设备能耗3管理实验室的环境外部效应，尤其是废弃物

35、管理，对于人员安全和环境健康至关重要1.通过考虑建筑材料和运营的全生命周期，可以设计减少废弃物和回收资源的楼宇系统。例如，建筑楼层的设计易于拆卸、分隔和扩建，以便随着时间的推移改变功能、进行维修和升级。以环境可持续的方式建设和运营实验室，也会对使用者的健康和福祉产生积极影响，并有助于提高生产力和绩效。例如，增加白然采光、利用植物改善室内空气质量，以及创造美观的环境等乩孔从长远来看，健康的建筑可能成为吸引和留住员工的关键因素。实验室本身也有机会成为试验平台，如利用智能技术实时测量空气质量和建筑性能，以研究绿色建筑的设计原理。2.5 数据管理与安全对于研究机构来说，收集和分析数据的能力至关重要。然

36、而，大量数据的产生使得数据存储成为一个难题，处理这些数据则是另一个挑战对大型数据集进行分析需要巨大的计算能力，并非所有研究机构都有能力在内部存储或处理如此大量的数据。同时，是否能够随时随地上传和访问这些数据也是一项重要考量。为了解决这些问题，研究人员正在采用云存储技术进行数据管理。当下许多商业云服务供应商，如华为、阿里巴巴、腾讯与微软，都专门针对科研市场开发了服务业务。除了提供存储和协作解决方案外，云服务还提供用以分析数据的虚拟软件和应用程序。像遗传学这样对复杂数据分析有重大需求的领域，云服务供应商为研究人员提供了实验室内部无法达到的处理速度1.案例案例OgilVie大楼PlusUItra大楼

37、OgilVie大楼位于英国剑桥郡惠康基金会基因组园区(WellcomeTrustGenomeCampus)内，是一座三层楼高、约4600平方米的新建DNA测序实验室和办公场所。大楼的设计高度灵活，每层都设有核心服务基础设施，并整合成“服务翼”。所有工作台均可完全移动，“服务典”则位于每个规划网格中，允许即插即用。用户可根据研究重点和技术要求的变化快速重新配餐空郦JKadansScienceParIner公司着眼可持续建筑，为知识密集型机构提供全方位服务，包括工作空间、设施及金融服务。例如荷兰瓦格宁根园区的PhISUltra大楂，它是初创企业和知识密集型企业及机构的中心。PIuSUlIra大楼提

38、供7500平方米的设施空间，包括实验室、多功能研究设施、会议室和办公室等功能。在整个开发过程中，用户的需求被纳入考量。在大楼交付使用后，用户还可以根据实际使用需求进行定制，巩案例案例芯片实验室（1.oe）Smart1.AB芯片实验室（1.Oe）是指把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、生物与化学反应、分离检测等基本操作单位集成或基本集成于一块几平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化学反应过程，并对其产物进行分析的一项技术。1.OC技术使研究人员能够缩小实验过程的规模，从而更好地控制实验，缩短反应时间，并提高安全性。1.OC可以连接到数字实验室信息管理系统，自动上传测试结果，由此加快分析速度3

39、在欧洲创新实验室设备和实验室工作流程优化的贸易展一一汉诺威国际实验室技术展（1.ABVO1.UTION）上展出的Sman1.AB,是一个未来智能实验室的模型和试验平台。Smart1.AB集中展示了实验室自动化领域的许多前沿应用案例，以评估机器人技术、信息技术、人机互动和实验室环境中的大数据所带来的益处和机遇。该展览每天都开展演示活动，并邀请该领域的产业领袖和前沿思想家举办研讨”o案例案例诺华疫苗事业部开放科学数据云2010年，诺华疫苗事业部（NV&D）开始在其质量控制实验室有计划地实施“精益”原则，旨在显著改善内部工作流程、沟通、客户界面和运营绩效。分析人员接受了精益原则的基础培训，随后引入了

40、“5S”管理（一种工作场所组织方法）、可视化管理（用于每日和每周绩效考核）、以及最后逐步实施的有效性工具（用于能力管理和预算流程）。精益原则不仅适用于老旧的传统设施，也适用于较新的先进设施。在整个NV&D的精益实验室计划中，实验室的设计和布局对流程、行为和沟通有着明显的影响八开放科学数据云（OSDC）由芝加哥大学的数据密集型科学中心（CDlS）与非营利组织C）PenCOmmonsConSOrtiUm合作运营，可以存储、共享和分析大型科学数据集。它拥有一个“公共数据空间（DaIaCommons）”,允许研究人员共享和访问公开的数据集。公共数据服务涵盖了美国人口普查、古腾堡计划（ProjectGu

41、tenberg）和千人基因组计划（Ihe1000GenomesProject）等数据来源。此外，利用其强大的计算能力，研究人员可以使用虚拟机上传和分析数据集&科学研究的数字化也在无形中对共享基础设施产生了影响。例如，创建科学领域的通用数据标准，对于共享和分析不同来源和领域的数据至关重要，1.在数据安全方面，区块链等新技术可以为敏感和宝贵的研究信息提供前所未有的可靠性。基于区块链的系统允许研究人员以可验证和审计安全的方式证明特定信息是由他们创建的（所有权证明），或证明该信息存在于特定时间点（存在证明）虽然区块链不是存储大量数据的有效方式，但类比指纹或DNA数据库，是一种存储信息唯一指征（哈希值）

42、的安全防篡改的方式。区块链系统构建在由自愿和受激励的市场参与者运行的分散计算机网络（节点）上，由于没有单一的权威机构，不会出现单点故障的情况。这可以避免其他数据库中存在的黑客攻击、数据篡改和数据盗窃等问题以区块链系统通过将数据分布在成千上万个物理位置，并通过计算处理能力构建的额外附加层保护数据，实现了高水平的数据安全。除此之外，网络中的每个参与者都会自行验证信息，并在其传播之前立即识别出任何篡改行为，区块链的去中心化特性可以抵御这类恶意攻击。空间与运营主要启示灵活性和适应性即插即用的设施自动化智慧建筑数据管理与安全在设计实验室和建筑系统时，要考虑如何使建筑适应未来功能和用途的变化。这包括采用移

43、动式工作台和适宜的结构柱网布局，以便创建多样的环境。为实验室提供标准模块化的公共基础设施，以支持灵活办公，并能够轻松重新配置空间。利用数字化仪器实现自动化，从而简化工作流程，使研究人员能够以全新的方式进行实验、分析结果、分享研究成果并就发现展开合作。将智慧楼宇系统集成到实验室中，以便深入了解使用模式，并以更具成本效益和能源效率的方式管理和运营实验室。考虑云计算方案，权衡现场管理与云服务的优势，积极管理数据存储、处理和安全问题。案例案例实验室自动化标准(Si1.A)POEX区块链认证服务实验室自动化标准(Si1.A)联盟成立于2008年，由制药及生物技术行业的软件、硬件供应商发起，旨在制定实验室

44、自动化系统的数据和设备标准.Si1.A标准定义了信息打包和从一个系统到另个系统的通讯方式，设定了系统间无缝集成所需的语言、结构和数据类型53POEX.IO数据认证服务允许任何研究机构在安全的比特币区块链上注册文件，而无需上传或公开其内容。这意味着任何人都可以在文件或数字信息发布之前记录其版权信息，从而使原作者有能力保护其作品免受知识产权欺诈巴基础设施与场所本章节在更宏观的尺度上，探讨基础设施与场所如何影响未来科研及其设施的角色变化。这包括数字基础设施的快速发展可能会促成跨行业和跨地域的新型合作，以及未来的科研设施将如何塑造场所并与所在社会环境形成互动。3.1 创新基础设施传统上，科研基础设施主

45、要为了满足研究的物理空间需求：实验室仪器安装在园区的建筑内，由公用设施系统提供服务。然而，随着科学活动更加数字化和去中心化，新型研究设施和技术不断涌现，改变了科学家的工作方式和地点。这意味着，在实验室占地和实体建筑服务之外，还要考虑更广泛的系统、服务和环境网络，用以支持创新。在这方面，虚拟邻近性一一遍布全球的强大数据基础设施，将开始补足物理邻近性，在某些情况下甚至会取代它。基础设施需要发挥“共享平台”的作用，使世界各地的研究人员能够以新的方式合作和共享资源。案例欧洲网格基础设施案例格拉斯哥城市示范区欧洲网格基础设施（EGD成立于2001年，是一个由遍布欧洲及全球的21家云服务供应商和数百个数据

46、中心组成的联盟。该联盟汇集资源，为科学家和跨国研究项目提供计算基础设施。EGl对欧洲及国际科学至关重要，它为欧洲核子研究中心等世界领先的研究项目提供了强大的计算能力。EGI允许研究人员执行数以千计的计算任务来分析大型数据集，实现全球范国内的数据存储和共享，并在云中运行虚拟机来分析数据心2013年，格拉斯哥获得英国政府2400万英镑的资助，用于开发和测试数字基础设施，使城市变得更安全、更智能、更可持续。格拉斯哥成为部署各种项目的试验场，这些项目包括：由传感器控制的路灯，可根据行人情况调整亮度，并收集空气质量和人流量数据；由计算机操作的道路传感器，可读取和分析交通流量，调整交通信号灯以改善交通状况；以及一个开放数据的门户网站，向研究人员和公众免费提供上述这些数据和其他300多个数据集巴顶尖科学家人工智能实验室项目位于上海自由贸易试验区临港新片区滴水湖南侧的国际创新协同区内，占地范围约2.5平方公里，是全国首个“科学家社区”城市单元。作为地标建筑，实验室位于世界顶尖科学家协会（W1.A）