2024未来实验室报告.docx

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I'1975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IB: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、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