揭秘！西湖大學(xué)“學(xué)術(shù)環(huán)”守護(hù)嬌貴的冷凍電鏡的秘密

近日，西湖大學(xué)主校區(qū)云谷校區(qū)全面開(kāi)工。云谷校區(qū)的標(biāo)志性設(shè)計(jì)“學(xué)術(shù)環(huán)”成為頻頻現(xiàn)身各大媒體的關(guān)鍵詞：

只要俯瞰整座校園，可見(jiàn)一條環(huán)形水系和12座橋梁打造出一幅人水和諧的景觀。水環(huán)之內(nèi)為學(xué)術(shù)環(huán)，主要承擔(dān)著西湖大學(xué)大部分教學(xué)、科研及交流功能。水環(huán)之外為生活環(huán)，集中了餐飲、住宿、生活、管理等功能，為西湖大學(xué)師生提供了學(xué)習(xí)科研之外的社交和休閑空間。

很多人說(shuō)，看起來(lái)很漂亮，也很有意義。

但僅僅只是這樣嗎？

西湖大學(xué)是一座很特別的學(xué)校，高起點(diǎn)、小而精、研究型。這樣的定位，決定了學(xué)校的建設(shè)，首先要為“研究型”服務(wù)?；蛘哒f(shuō)，首先要為科學(xué)家服務(wù)。

科學(xué)家們需要什么？

當(dāng)你關(guān)注小河兩邊的風(fēng)景時(shí)，他們?cè)跍y(cè)算河有多寬、有多深；

當(dāng)你感嘆學(xué)術(shù)環(huán)的精巧設(shè)計(jì)時(shí)，他們?cè)诜磮D紙，要求改變地下室位置；

當(dāng)你贊嘆大落地玻璃的敞亮?xí)r，他們卻堅(jiān)決要求把一些屋子的窗戶封掉；

事實(shí)上，現(xiàn)在的“學(xué)術(shù)環(huán)”，表面看起來(lái)和德國(guó)設(shè)計(jì)師最初給的樣子差不多；“里子”卻已經(jīng)改了上百遍。

為什么要這樣改？科學(xué)家們到底想要一個(gè)什么樣的校園？

彎彎繞的小河

不僅好看還可以隔振

“學(xué)術(shù)環(huán)”周邊這條蜿蜒的小河，其實(shí)不算小，最窄的地方15米，最寬的地方25米，平均深度約3米。它在校園里繞出一個(gè)圈，這個(gè)圈直徑666米，建筑面積21萬(wàn)平方米，“學(xué)術(shù)環(huán)”就在河中央，像一個(gè)小小的湖心島。

很漂亮是不是？但在科學(xué)家眼里，它不僅僅是漂亮，更是一條“天然隔振帶”。

根據(jù)云谷校區(qū)的設(shè)計(jì)方案，西湖大學(xué)今后的教學(xué)、科研活動(dòng)和精密儀器，都布置在“學(xué)術(shù)環(huán)”里。越是高精尖儀器，對(duì)防振要求越高。有振動(dòng)，就會(huì)影響精準(zhǔn)度，出現(xiàn)偏差，就可能會(huì)讓研究功虧一簣。

生活中，這樣的振動(dòng)源很多。比如說(shuō)地鐵，馬路上經(jīng)過(guò)的轎車、公交車、大卡車等等。有的一閃而過(guò)，比如轎車引起的振動(dòng)；有的是真正的“隱形殺手”，比如地鐵帶來(lái)的振動(dòng)。

西湖大學(xué)設(shè)備資產(chǎn)部負(fù)責(zé)人張志強(qiáng)來(lái)自北京，近些年一直與地鐵運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)特別是低頻振動(dòng)“打交道”。曾經(jīng)動(dòng)用數(shù)十臺(tái)振動(dòng)測(cè)量?jī)x器，在學(xué)校、地鐵周邊密集布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，24小時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：地鐵運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)高精密儀器正常運(yùn)行有嚴(yán)重影響。同時(shí)，地鐵運(yùn)行的地下隧道具有“空腔效應(yīng)”，一定程度上還增大了“振動(dòng)”。

大家都知道，振動(dòng)在不同的介質(zhì)中傳導(dǎo)不同。水能有效降低振動(dòng)的影響。張志強(qiáng)他們?cè)诒O(jiān)測(cè)過(guò)程中，進(jìn)一步驗(yàn)證了湖泊中央的島嶼，在同等條件下，“振感”顯著降低。

看到“學(xué)術(shù)環(huán)”周邊的“水環(huán)”設(shè)計(jì)，張志強(qiáng)直呼：“巧了！”原本只是為了景觀設(shè)計(jì)好看的小河，搖身一變成為了一道天然屏障，有效降低振動(dòng)影響，成為各大實(shí)驗(yàn)室的“守護(hù)者”。

冷凍電鏡最“嬌貴”

光靠一條河隔振還不夠

聽(tīng)上去，可能有人會(huì)覺(jué)得，這會(huì)不會(huì)太小題大做了？

一點(diǎn)也不。張志強(qiáng)說(shuō)，當(dāng)初北京開(kāi)通地鐵后，因?yàn)檎駝?dòng)影響，一些高校和科研院所的高精度、高靈敏實(shí)驗(yàn)，不得不安排在深夜地鐵停運(yùn)后。

為此，一些途徑高精密儀器集中區(qū)域的地鐵，在地鐵軌道上安裝減振隔振設(shè)施，但代價(jià)很大，每公里造價(jià)是“天文數(shù)字”。

還有一些科研院所和高校實(shí)驗(yàn)室，被迫“舉家搬遷”，國(guó)內(nèi)外都有發(fā)生。搬遷會(huì)影響很多高精密儀器設(shè)備的精確度和靈敏度，導(dǎo)致這些儀器設(shè)備從“高精尖”變成了“中低端”。

“事實(shí)上，對(duì)精度要求高的儀器設(shè)備，光靠一條小河‘防護(hù)’還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠”，西湖大學(xué)科研設(shè)施與公共儀器中心負(fù)責(zé)人王永疆說(shuō)。

比如冷凍電鏡。它可以拍攝樣品在低溫情況下的高分辨率圖像，然后利用算法重構(gòu)大分子的三維結(jié)構(gòu)。

還有微納加工設(shè)備和工藝。通常要在如拇指大小的芯片上進(jìn)行微米和納米量級(jí)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、加工和組裝，精度常常是一根頭發(fā)絲的幾十萬(wàn)分之一。可以想見(jiàn)，稍有“風(fēng)吹草動(dòng)”，那就是真正的“失之毫厘，謬以千里”。

為了達(dá)到最好的防振效果，西湖大學(xué)對(duì)地上、地下空間重新布局，這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室的地下，需要全部是實(shí)體。實(shí)體是什么概念？就是把下方原本的土挖掉，換成混凝土澆筑，讓地下更結(jié)實(shí)。就好比，這些實(shí)驗(yàn)室都是建在了“巨大水泥柱”上，地基穩(wěn)當(dāng)，振動(dòng)的影響就減弱了。

所以說(shuō)，一所研究型大學(xué)的科研基礎(chǔ)設(shè)施建造，不是蓋房子那么簡(jiǎn)單。

防磁、控溫、超凈、避光

實(shí)驗(yàn)室還有這些要求

故事說(shuō)到這里，還沒(méi)有結(jié)束。

西湖大學(xué)雖然成立時(shí)間不長(zhǎng)，卻已經(jīng)招納了近百名科學(xué)家，他們每個(gè)人都有一個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室，未來(lái)總計(jì)將達(dá)到300個(gè)。

這些實(shí)驗(yàn)室除了減振、隔振，還有各種“五花八門”的專業(yè)要求。

有的實(shí)驗(yàn)室需要防止電磁干擾。就好比你正看著電視，突然畫面上有了一個(gè)條紋，那就是電磁干擾。怎么解決問(wèn)題？這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的上下左右，都要用磁屏蔽材料圍起來(lái)，將電磁信號(hào)隔斷，來(lái)保持設(shè)備的穩(wěn)定性和精準(zhǔn)度。必要時(shí)，甚至連窗戶都要封掉進(jìn)行屏蔽。

有的實(shí)驗(yàn)室需要“超凈間”，就是超級(jí)干凈的那種。干凈到什么程度？如百級(jí)潔凈間，每立方米空氣內(nèi)含有直徑大于或等于0.1微米的顆粒數(shù)不能大于100個(gè)；實(shí)驗(yàn)室要層層分區(qū)，加裝特殊的過(guò)濾和通風(fēng)裝置，人走進(jìn)去不僅要穿無(wú)塵服，還要經(jīng)過(guò)一個(gè)風(fēng)淋裝置，“吹掉”隨身攜帶的塵埃，確保室內(nèi)潔凈。

生物實(shí)驗(yàn)需要用很多超低溫冰箱如-84℃的冰箱，用來(lái)存放標(biāo)本。這樣的實(shí)驗(yàn)室對(duì)于電的需求很大，一不能用普通線路；二必須實(shí)行溫控。十幾臺(tái)超低溫冰箱放在一起，散熱非常厲害，得再購(gòu)買一批大功率空調(diào)，幫這個(gè)房間降溫。

還有一些理學(xué)、工學(xué)實(shí)驗(yàn)室，一臺(tái)儀器重達(dá)幾百公斤，對(duì)樓板的荷載要求就很高，它們的實(shí)驗(yàn)室樓板就要增加強(qiáng)度和承載力。

所以，西湖大學(xué)的每一位科學(xué)家到崗后，學(xué)校都會(huì)先發(fā)給他一份調(diào)研，列出實(shí)驗(yàn)室的要求清單，然后按照他的需求“量身定制”。每一間屋子都需要先設(shè)計(jì)出大概的方案，包括水、電、氣、暖、工藝流程等，之后再出深化設(shè)計(jì)方案，最后形成施工圖紙。一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的建造，七八個(gè)部門、十幾個(gè)人坐下來(lái)討論是常事。“難、復(fù)雜、專業(yè)”，幾乎每一個(gè)參與設(shè)計(jì)和建設(shè)的人都這樣“抱怨”過(guò)。

但再難也得做，一絲不茍地做。以教學(xué)和科研為中心，在西湖大學(xué)并不是一句空話。就像開(kāi)工儀式上，上海建工代表戴標(biāo)兵說(shuō)的那樣，這不是為了完成一個(gè)合同、一個(gè)標(biāo)段、一個(gè)建筑，而是要打造精品工程。怎么讓學(xué)校的空間滿足科學(xué)家們的需求，進(jìn)而激發(fā)他們的創(chuàng)造力，這才是設(shè)計(jì)師和建造者們最大的夢(mèng)想與挑戰(zhàn)。

【浙江新聞+】

關(guān)于云谷校區(qū)的設(shè)計(jì)理念

一所大學(xué)的建設(shè)和規(guī)劃，一定離不開(kāi)對(duì)教育的思考。

西湖大學(xué)云谷校區(qū)采用以教學(xué)、科研為中心，生活、運(yùn)動(dòng)相圍繞的“同心圓”布局，用一條環(huán)形水系和12座橋梁，實(shí)現(xiàn)自然環(huán)、學(xué)術(shù)環(huán)、生活環(huán)的有機(jī)融合。預(yù)計(jì)校區(qū)將于2021年底建成。

最具匠心的是“學(xué)術(shù)環(huán)”主軸C形廊道的設(shè)計(jì)，這里打造了學(xué)校四大科研公共平臺(tái)，各學(xué)院可以共享；每個(gè)樓層都設(shè)計(jì)了很多可供交流的區(qū)域，讓不同學(xué)科的老師和學(xué)生們，每天在這里不停地“偶遇”，進(jìn)而自然地進(jìn)行溝通、碰撞與合作。

協(xié)同、一致、跨學(xué)科、合作、求知，注重跨學(xué)科的合作和交流。這充分體現(xiàn)了以施一公校長(zhǎng)為代表的科學(xué)家對(duì)西湖大學(xué)校園建設(shè)的頂層設(shè)計(jì)理念。

這是一個(gè)C形的半圓環(huán)，連接三個(gè)學(xué)院，外面環(huán)繞著一條彎彎曲曲的小河。從空中俯瞰，它像一個(gè)細(xì)胞，寓意生命的開(kāi)始；三個(gè)學(xué)院通過(guò)“C形”連廊串接，又方便跨學(xué)科的交叉融合，體現(xiàn)了學(xué)校的辦學(xué)理念。

參考資源：浙江新聞

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