“绿色”卫生科研工程如何建？ 台湾卫生研究院建设心得

文/许常吉关伟强   许常吉建筑师事务所

      台湾卫生研究院第一期工程，于2000年4月进行规划设计，于2005年7月落成使用，包括研究大楼、行政大楼、图书馆与信息中心3栋主要建筑物，及能源信息中心、废弃物处理中心。该工程共享户外空间，充满着植栽、地形景观、水瀑；室内科研空间，则具有很大的“变动弹性”；在基地绿化、基地保水、日常节能、CO2减量、水资源节约、污水垃圾改善、废弃物减量等“绿色建筑”评估指标上，设计考虑缜密；还采取了地形塑造等物理环境控制策略。2006年，本项目获得台湾第四届优良绿色建筑设计奖，成为名副其实的“绿色”卫生科研工程。

 

本项目的缘起与设计理念

      台湾卫生研究院，是台湾医药卫生最高研究单位，其任务包括：推动台湾卫生相关领域研究，规划台湾预防保健政策，及进行本领域人才的培训、交流、提升。

 

本案的缘起

      本案的缘起，是为台湾卫生研究院，提供一个完善的研究建筑，及相关的支持硬件，让该研究院原散落于台湾各地的研究机构（如各研究单位及中心等），得以统合于一个具有特色及先进设备的院区内，促进相关研究、交流、互动，进而争取在该领域获得创造性突破。

 

现设于本院区内的研究单位，共有11个：

1.癌症研究所

2.细胞与系统医学研究所

3.群体健康科学研究所

4.生物技术与药物研究组

5.医学工程研究组

6.环境卫生

7.职业医学研究组

8.分子与基因医学研究组

9.感染症研究组

10.纳米医学研究中心

11.免疫医学研究中心及疫苗研发中心

 

      本建筑群，为了满足众多不同领域研究的需要，及相关支持设施的要求，选择由许常吉建筑师事务所与NBBJ及EWA，设计第一期的院区，包括研究大楼、行政大楼、图书馆与信息中心3大建筑物，及能源信息中心、废弃物处理中心。

 

设计理念

      本项目基地，位于一片台地上，南侧最高点至最低点间有6m高差，形成了基地南面宽阔的视野。本项目的设计，利用此基地特色，让建筑群朝南侧展开，以期自建物内任一点向外，均能得到最好的开放景致。为了将院区内不同时期、多阶段兴建的建筑物，形成具秩序的建筑群，建筑师利用了“景观丝带”，将建筑物串连起来，营造了一气呵成的整体性。第一期的3栋主要建筑物，以户外连廊相接，圈围出一个由3座建筑共享的户外空间。这并非一个单纯的户外空间，而是充满着由植栽、地形景观、水瀑组成的“场所”。研究人员工作之余，可在此放松，进行户外活动。

     本项目的建筑风格，采用了简洁、无过多装饰的语汇，来呼应研究院理性、科技的内涵。其户外连廊，采用了颜色、质感大异其趣的岩材。这一方面丰富了建筑群的质感，另一方面也凸显了建筑物的洁净、理性特色。

 

卫生科研空间的规划特色及重点

      院区建筑群中，以实验室为主的研究大楼，是主体性建筑物。不管从其功能性角度来看，还是从其建筑配置的居中位置来看，都说明了这一点。

 

卫生科研空间的“变动弹性”

      当今，由于科技日新月异，科研目标常会随需要而改变，所以研究人员很多时候，会随所指派之任务而组成团队——当该项任务完成后，此任务导向(Mission Oriented)团队，也将会解散。这种研究团队的组成方式，是现今研究主题多变的大趋势所决定的。相应的，建筑硬件必须能适应变动需求，并在影响最小的前提下改变，以满足新的需要。    基于此，当下科研建筑的特色，就在于具有最大的“变动弹性”（Flexibility）。

 

所谓“变动弹性”包括：

适应性（Adaptability）、灵活性（Versatility）、交互对换性（Interchangeability）及扩充性（Expansibility）。

 

1.适应性，是指在紧急或一般的情况下，依需求做出对应调整，

如送风量、空调正负压差的改变，温湿度、电源供应的调整等，以适应未来新的需求。 

 

2.灵活性，是指在一定空间范围内，内部项目（包括仪器、设备等）之重组。

这样的重组需求，在实验室或在实验动物饲养室中，同样重要。

 

3.交互对换性，是指不同空间对调时，能相应容纳。

 

4.扩充性，是指在建物内各研究部门扩大使用面积，需改变隔间；

或是在原建筑物基础上加建，以满足新的需要。

 

 

模矩化的实验室空间(Module)

      实验室最经济的使用尺寸，为短向3.2~3.5m。这尺寸让实验桌以外的人行空间，不至于大到可堆放杂物，或小到行动不便而造成危险。空间的模矩化，是在开放实验室内，呈现出规律性的实验桌配置，同时也反映在核心支持区内，各空间之分隔尺寸，有相互间的倍数关系。这样的模矩关系，能充分落实现代化实验室所需的弹性要求。具倍数的空间尺寸，使得空间之间的实验桌、桌上仪器、落地型仪器等，能在不影响到隔间板的情况下调换，即能容纳使用。各实验空间在模矩化的情况下，皆能重复及规律地预留弹性供电、供水，甚至是空调送排气口的接点。在预留弹性供应量的情况下，各实验空间在影响不大的变动下，即能增设所需的水电空调等供应。每个单元空间，皆有独立的设备供应系统，任何变动都不会影响到邻近的工作空间。实验室的人工光源，要求无影，以给研究人员提供最佳的视觉环境。模矩化的空间，让灯具的位置也能完全被掌握，并设在实验桌的正方上。

 

 

设备夹层(Interstitial Space)

      实验室正上方1层[C2]，供设备使用。实验室设备，除一般信息、水电、空调管线外，更包含了大量供排气管路及过滤配件，供生物安全操作柜及化学排烟柜等使用。本设备夹层，让人员能在不影响下方实验室研究工作的情况下，进行定期的维护作业，及不定期的实验室变动之配合工作。

 

开放实验室

     为了提供高质量的实验室空间，在无交互污染的前提下，采用开放式实验室，让自然光进入实验室的主要人员工作空间中。开放式实验室，可提供人员更多的交流及互动的机会，同时使用型式上更具弹性。开放式实验室的另一优点，在于使用了开放走道（Ghost Corridor），从而可不必因重复设置内、外双走道，而浪费实验室内可使用的空间。

 

核心支持实验室(Central Support Core)

      科技的发达，使实验室内的仪器取代了一部分人力工作。这些仪器中的一大部分，在同一研究单位内是可共享的。另外，仪器中有不少会发热、产生噪音。将相关空间集中设置，除使研究单位资源能共享外，还提高了功能性效率，也让一般实验室空间质量更高。

 

实验室都符合美国生物安全第二等级要求

     本项目之一般实验室，皆能达到美规生物安全第二等级的环境要求，包括室内材料的使用、空调送回排的要求、安全设备（如洗手台、洗眼器、紧急净身器）的设置等。

 

卫生安全第三级(BSL-3)实验室

      本项目于研究大楼7楼，设置了两套共4间符合台湾生物安全第三级规范所定的生物安全第三级实验室。实验室内各空间之压差设计严谨，以防止负压的实验操作区空气向外流。生物安全实验室的设计理念，正好与医院的洁净手术室相反：手术室，严禁污物进入产生污染；生物安全实验室，却要求所有实验室内污物与外部隔离，以形成一个封闭的“容器”(Containment)。因此，生物安全第三级实验室内，设有高压真空灭菌锅，锅体内能将外排气体与冷凝水及自身，过滤灭菌后外排。研究主管办公室，独立设于实验室外。办公室空调绝大部分，为循环式冷气供应。而实验室却为了洁净的研究环境，而采用全新风冷气供应。将办公室分离，可让空调能源更能发挥效率，不至于耗费在办公室，而造成浪费。

 

“绿色建筑”各评估指标的缜密设计考虑

基地绿化

      院区之植栽规划，从维持自然环境生态平衡、尊重生命的理念出发，将现有植栽尽量保留，而无法现地保留者，于院区中择适当地点进行移植，其中包含了水柳、凤凰木、苦楝、羊蹄甲、松树、大叶桉、柠檬桉……。植栽树种的选择，以原生及乡土树种为主 - 占植栽总数1/2以上，植物种类的多样化，更达60种以上。院区总植树量：原有乔木计632株，新植乔木计1550株，灌木及地被种植面积，约达176 700m2(不含草地部分)，并采用复层式之植栽配置，及三角种植方式。另外，院区内原有之表土（20cm厚），于整地时予以保留暂存，再于景观植栽工程实施时，回填利用。在未定生态多样性指标评估时，本院区之植栽绿化，已具备了其中混合密林、植物多样性及土壤生态等评估项目的设计精神。

 

基地保水

     本院区的规划原则，是维持环境平衡及水土保持，创造整体和谐并有独特风格的景观意象。整体规划以东西向之中央绿带及步道系统，形成了院区之景观轴线。院区内，保留大面积绿地（占基地面积60%），并利用区内挖填土方，塑造地景变化。除达到土方平衡的目标外，还配合排水系统设计，将院区地表水分区引导至渗透低地及滞洪池，提供了土壤水分涵养之功能。滞洪池之雨水，回收供给植物浇灌使用。景观铺地计划，于广场、停车场等区域，尽量采用透水材料（高压水泥砖及植草砖），以维持雨水的下渗功能，及降低泾流量。建筑周边开挖人工地盘上，回填厚度大于45cm以上之覆土，进行植栽绿化，达成了绿色建筑基地保水指针的标准。

 

日常节能

     行政大楼行政大楼，主要作为办公室之用，整栋大楼采用中央空调。本栋建筑配置为南北走向，建筑物东西向立面开口。为避免阳光直射，而造成空调耗能增加，本项目设置了深约1.6m的遮阳板。

 

图书馆与信息大楼

      以3层的图书馆为主，另外是信息办公室、演艺厅及餐厅。整栋大楼采中央空调。

 

研究大楼

      主要作为实验室之用，也包括了研究员的办公室。整栋大楼采中央空调。

 

实验室空间部分

      因实验对环境条件之要求，采24h全新风空调，晚间保持30%的空调量。由于本栋建筑物配置为南北走向，所以建筑物东西向立面开口，以避免阳光直射，而造成空调增加耗能。还设有深约2.3m之遮阳板。

 

基本数据

      本院区设独立机电中心，含分量储冰槽，以降低用电契约容量，使其有效达到节能目标，及减少运转电费支出。机电中心也考虑了扩建计划，整合未来扩建时，所需冷热源系统的增设与衔接。

 

空调系统

      冷水侧循环系统中，冷水以环状管送至行政大楼、图资大楼及研究大楼,再由各栋建筑之区域冷水泵，送至空气侧设备做热交换。空气侧循环系统中，送排风系统策略上采用分区独立模式，以适合不同的使用需求。行政大楼及图资大楼，采用预冷空调箱加小送风机；研究大楼，采全新风变风量系统，实验室之换气次数每小时6次以上。

 

节能源考虑

      采用具有节能效果的VAV供给和排气系统；对于空气传输装置，采用焓节能器控制；对于提供室内空调之风扇、冷水和热水区域泵等设备，采用变频驱动；安装充有乙二醇液的旁通盘管，以便预先调整室外空气温度，以达到将引进室外空气到空气箱，与建筑物排放空气等系统之间，做热回收；使用低表面风速的盘管和过滤器，以降低静压值，借此减少风扇消耗功率。照明灯具采用高效率、高功率型，日光灯则采用电子式镇流器及镜面铝板反射，以提升灯具效率比；照明控制在公共区域，以两线式管理；车道灯，则采取点灭传感器控制。窗户帘由单独开关控制，以期达节能目的；空调等系统还考虑了夜间停机控制的可能；冷水储存也被考虑，以适应峰谷运转需求。

 

CO2减量

研究大楼

     地上9层，地下2层。结构体为钢构架，外墙挂PC预铸墙。平面为不规则之对称形。地面层以上之各层，高度平均，且无立面出挑，立面并无特殊装饰，只有东西侧非主结构外的遮阳板，所以装饰性适中。除电梯间、管道间及厕所外，内部隔间墙全部采用干式施工轻隔间。

 

行政大楼

      地上5层，地下2层。本栋建筑为RC结构，外墙为RC墙，无立面出挑，遮阳板、装饰性、采用干式施工轻隔间等方面，与研究大楼同。

 

图资大楼

      地上6层，地下2层，结构体为RC+SC结构，外墙为RC造，立面并无特殊装饰，遮阳板、装饰性、采用干式施工轻隔间等方面，与研究大楼同。以3栋建筑物之总楼地板面积加权计算，CO2减量指标之值为0.874。因此，本“绿色建筑”指标为合格。

 

水资源节约

      本工程中水水源，来自科学园区污水处理厂处理后之排放水，其处理量远大于本栋建筑之马桶、小便斗等用水器具之需求量。马桶采用坐式冲水阀型。本工程设计中水为冲刷水水源，依照学者专家们的研究建议，将以冲水阀型马桶为首要选择，故本器具不列入节水器材。小便斗采用电眼感应二段式自动冲水（离去即停不浪费），使用厂牌型号为电光牌。实验室水槽所设置之龙头，市面上未有相关之自动式省水产品，故实验室内采用的龙头皆为手动式，单位流量＞9L/min。实验室内之龙头,也不列入检讨范围内。实验室内，另设有紧急冲身洗眼器及洗眼器等用水设备，因平时并不使用，故不列入检讨范围内。

 

污水垃圾改善

      台湾卫生研究院各项生活排水，皆接到竹科园区之污水处理设施；厨房及其它拟有固体物之污水源，会设置截留槽。实验室之排放废水，会经研究大楼设置于地下2楼的废水处理场，做前置处理，达相关废水排放标准后，再排至院区内下水道，与其它废污水排出院区，至科学工业园区的污水处理场。垃圾处理，设置有独立的废弃物处理中心。该建筑风格简洁，与主要建筑群呼应。建筑物四周种有树木植栽，以美化环境。由于本院区研究大楼内设实验室，除一般废弃物外，也含特殊化学性废弃物，所以废弃物处理程序比一般办公大楼复杂，要求也更高。各类废弃物收集后，须依废弃物性质分类、贮存，以利后续处理。而废弃物之运送动线，也在考虑设定之中。

 

废弃物减量

      基础开挖面积，是以地下2楼之开挖面积为计算依据的：研究大楼13 198.25m2、行政大楼5365.77m2、图资大楼3928.90m2，共计22 492.92 m2。地下室容许开挖土方基准，依“建筑解说与评估手册”提示，有地下室开挖时采用0.65。由于是3栋建物合并计算，构造别包括有钢结构、SRC结构及RC结构，因此废弃物减量指数，采用最差的等级0值计算。基地平衡土方用量，以0为计算值。在整个院区之初步规划构想中，就考虑利用开挖地下室之余土，作为院区中之人为起伏丘陵用土，因此，院区景观设计规划中，就已将余土处理掉，而不需运出院区外处理。各挖填土方量，见“本项目挖填土方量表”。本项目挖填土方量表（排“废弃物减量”同对开）

挖方
构造物开挖447 347.50m2
开挖土石方65 416.49m2
填方
整地填方280 973.06m2
构造物回填154 856.28m2
沃土暂存处理58 980.0m2
余方暂存处理17 954.65m2
 

      在营建自动化使用工法方面，3栋建筑物皆采用木模系统，内部皆采用干式轻隔间来处理；预铸外墙，则只有研究大楼在使用，其立面面积占3栋建筑总立面的66.1%（27059.67/40964.18%）。建筑工程施工工地中，也采取了各项粒状污染物防制措施。我们清楚了解到在开发施工期间，对基地及环境之可能影响，进而加以避免。

 

物理环境控制策略

地形塑造

      本案设置地下室，共开挖447 347 m2。为了不将土方运离基地，造成废弃物外移，充分地利用了开挖土方来塑造地形，以丘陵起伏的高低变化，创造出具特色的地景，同时使得若大的基地上，各大建筑物不至于散落无序，而能连成一气。

空调节能

      院区采中央供冷循环系统，将冷水以环管，送至各大楼。为配合相关节能减排政策，减少运转电费支出，采用了分量储冰槽，以降低用电契约容量。由于本案之功能需求的特殊性，大楼必须采用全新风，因此，大楼供排气系统采用VAV变量控制阀，来控制流量，以降低不必要的能源耗费。另一方面，大楼供排气系统，也利用了物理机制，如旁通盘管做“冷回收”及“热回收”，以达节能目的。

 

回收水利用

      院区中水来源，为回收区内达排放标准的生活污水，经三级处理后，作为各大楼马桶冲刷用水。依推估，全院区的单日生活总用水量约327t，而冲刷用水量则约115t/d。使用上，中水之供应远大于需求。雨水的回收，则做为补充植栽浇灌及空调冷却水塔用水。

 

滞洪池及贮水低地

      本案基地上，设置了3个容水量共达5800m3以上的滞洪池，及3个容量共达2000 m3以上的透水低洼绿地，用以作为大雨量时之雨水暂存区。低洼绿地有良好的透水地面，长时积水后，能完全渗入土内；而大雨来临时，则又能将排不掉的雨水，限制在一定范围内，而不致影响建物。滞洪池也有相同的功能，同时还能长时间存水，作为院区内植栽浇灌的补充用水。

 

设置深长的遮阳板

      由于基地的特色，建筑群采南北走向。主要开窗面皆朝东西向，造成日晒问题严重。室内尽可能采自然光的要求下，建物外设了深长具效用的遮阳板，除提供了遮阳的功用外，也兼作为外墙维护清理的走道。此外，这深长的遮阳板，与整个建筑群融合成一体，成为简洁之建筑语汇，为本项目建筑物的一大特色。

 

采用轻隔间墙及预铸外墙

      本项目主要建筑物内部，绝大部分隔间墙，皆采用干式施工的轻隔间墙。一方面，这是建物功能所需（具弹性更动的隔间墙要求）；另一方面，这使得建物达到轻量化目标，进而减少CO2及废弃物的产生。另外，占主要建筑物总外墙面积66%以上的研究大楼，则采用了预铸外墙面。这样使得建材使用量减低，更减少了空气污染。