La rénovation donne une nouvelle vie à un bâtiment historique d'orfèvrerie

Jun 06, 2023

MaryBeth DiDonna est éditrice de conception de laboratoire et éditrice d'événements numériques pour Lab Manager. Son travail pour la section de conception de laboratoire de la publication examine les défis auxquels les équipes de projet...

La Whiting School of Engineering de l'Université Johns Hopkins avait besoin d'un espace de traitement et de caractéristiques des matériaux consolidés depuis plusieurs années, car les instruments de l'école étaient auparavant hébergés dans trois bâtiments distincts sur le campus. L'école s'est tournée vers un bâtiment historique du début du XXe siècle sur le campus comme nouvelle maison possible pour son programme.

Le résultat est l'installation de caractérisation et de traitement des matériaux (MCP), une installation de laboratoire centrale de 18 000 pieds carrés dotée d'équipements et de recherche au microscope électronique et au microscope électronique à balayage à la fine pointe de la technologie. Le MCP est en passe de devenir l'installation la plus sophistiquée du centre de l'Atlantique pour le traitement et la caractérisation des matériaux, selon la candidature aux Design Excellence Awards.

Pour avoir préservé un bâtiment historique et l'avoir adapté pour y intégrer des équipements scientifiques de pointe, Lab Manager a décerné à Page Southerland Page, Inc. le prix Honourable Mention—Innovation dans le cadre des Design Excellence Awards 2023. Page Southerland Page, Inc. a servi d'architecte de conception/planificateur de laboratoire pour le projet de l'installation de caractérisation et de traitement des matériaux à l'Université Johns Hopkins à Baltimore, MD.

Le MCP est situé dans le Stieff Silver Building, construit en 1924 comme fonderie pour la Stieff Silver Company, avec un ajout de style entrepôt en 1971. Le bâtiment est inscrit au registre national des lieux historiques. L'équipe de conception a rencontré l'équipe de Johns Hopkins pour la première fois en 2018, la construction a commencé en octobre 2020 et le laboratoire a été officiellement occupé à partir de décembre 2022.

Il y a 10 laboratoires d'instruments dans le bâtiment de 1971, ainsi que deux salles de contrôle pour les instruments qui sont partagées entre quatre laboratoires d'instruments. Les instruments sont positionnés autour d'un couloir principal "silencieux" qui offre un flux d'occupants et un accès au laboratoire. Les machines qui génèrent beaucoup de chaleur et de bruit, telles que les refroidisseurs, les pompes et les racks de serveurs, sont situées dans les châssis arrière.

L'équipe de conception a cité les principaux défis d'un projet qui traite des instruments sensibles, connus sous le nom de "Big Four":

Vibration: Le MCP est situé près d'une route très fréquentée et partage une plaque de sol avec d'autres laboratoires de recherche à grande hauteur, y compris un grand réservoir à vagues. Un consultant en vibration a effectué une étude de base de l'espace afin de déterminer l'adéquation de l'emplacement et a trouvé une dalle très stable, avec des qualités supérieures à 16 pouces de profondeur - la dalle mesure en fait six pouces de profondeur mais est construite sur le substrat rocheux. Le consultant a conseillé à l'équipe de conception de minimiser toute perturbation de la dalle existante. Une stratégie de chasse aux services publics sert en outre à isoler les salles d'équipement du mur extérieur et de la rue adjacente.

Interférence électromagnétique: Une salle électrique principale au centre du site proposé présentait des sources de courant alternatif (CA), atténuées par des panneaux en aluminium soudés d'un quart de pouce d'épaisseur installés sur les murs, le sol et le plafond des laboratoires d'instruments. Les sources de courant continu (CC) comprennent l'ascenseur existant, les voitures et les camions sur la route à proximité et une ligne de métro léger à proximité.

Bruit: Les interférences acoustiques peuvent perturber les images du microscope. Les salles d'instruments ont utilisé une méthode de construction de boîte dans une boîte afin de les isoler des autres espaces du bâtiment. Les murs verticaux utilisaient une construction à double paroi et le plafond ne touchait pas la structure de support du bâtiment - les murs verticaux étaient plutôt utilisés pour le support. Toutes les utilités traversant le plafond ou les doubles parois ont utilisé des connexions souples afin de limiter tout transfert de vibration ou de bruit dans la pièce. Des panneaux acoustiques enveloppés de tissu ont été installés à l'intérieur des pièces pour absorber le son et amortir l'espace. Des panneaux muraux inclinés, au lieu des panneaux acoustiques plats typiques, ont été utilisés selon diverses dispositions pour offrir un système d'absorption haute performance.

Ambiance thermique : Des changements de température extrêmement faibles - aussi bas que 0,8 degrés Celsius sur 24 heures - sont nécessaires dans les salles d'instruments. Les panneaux muraux refroidis ont été déterminés comme étant le moyen le plus efficace d'obtenir ce type d'environnement, de sorte que plusieurs panneaux de quatre pieds de large sur 12 pieds de haut ont été installés autour de la pièce. Des panneaux filtrés HEPA ont été installés au plafond avec des conduits d'évacuation muraux bas, afin d'offrir un environnement d'air pur et de fournir de l'air de ventilation aux pièces. Ces filtres permettent une seule direction de flux d'air et un mélange minimal de l'air. Chaque pièce possède ses propres commandes et trois modes de fonctionnement : instrument en cours d'utilisation (débit très faible), personnes occupées et mode purge (lorsque la pièce est nettoyée avant que l'instrument ne soit utilisé).

Un défi supplémentaire de travailler avec ce bâtiment existant était d'effectuer des rénovations et des améliorations pendant que le bâtiment était occupé. La nouvelle zone MCP occuperait la moitié du niveau le plus bas du bâtiment existant, avec des recherches et des études en cours situées à côté et au-dessus du site. De plus, l'empreinte du site MCP abritait des systèmes mécaniques, électriques, de plomberie et de télécommunications denses - certains d'entre eux n'étaient pas nécessaires et pouvaient être démolis, mais d'autres devaient rester en service dans d'autres zones du bâtiment. L'équipe de conception a collaboré avec l'entrepreneur pendant la phase de démolition pour classer correctement les systèmes qui pouvaient être retirés, ceux qui pouvaient rester et ceux qui devaient être déplacés.

Trois salles d'instruments nécessitaient 13 pieds d'espace libre pour accueillir de hautes colonnes de microscope, mais la hauteur existante d'un sol à l'autre n'offrait que 12 pieds d'espace libre. Afin d'atteindre cette hauteur supplémentaire, de nouvelles poutres en forme de W ont été installées entre les solives de barre existantes, et une fois les poutres installées, les poutres de barre ont été retirées. Des conduits mécaniques vers ces pièces ont été installés entre les nouvelles poutres afin de maximiser l'espace libre requis.

Les laboratoires d'instruments MCP ont été conçus pour fournir un "look élevé", en plus de répondre aux exigences fonctionnelles. Les salles sont blanches afin de rester stériles, car la poussière est un danger majeur pour les instruments, mais un éclairage à changement de couleur a été mis en place à des fins de recherche ou simplement pour offrir une touche de couleur. L'utilisateur principal, un géologue de formation, a demandé un espace qui reflète un dôme géodésique ou des fractales rocheuses. Des panneaux acoustiques ont été utilisés comme élément de conception principal, avec des panneaux de deux pieds x deux pieds inclinés de deux à quatre pouces d'épaisseur placés au hasard autour des murs et des plafonds.

Le couloir principal, "silencieux", permet d'accéder à chaque salle d'instruments, avec des fenêtres ou des moniteurs d'affichage vidéo offrant des vues sur les instruments et la recherche dans des espaces sélectionnés. Un espace sombre, un tapis à motifs géométriques, des accents muraux en lattes de bois de chêne et un plafond en panneau métallique "nuit étoilée" donnent un aspect poli et esthétique tout en agissant comme des méthodes hautement fonctionnelles pour absorber et atténuer le son à l'extérieur des laboratoires d'instruments et atténuer les perturbations potentielles au travail. Le couloir et les salles de contrôle utilisent un éclairage circadien pour imiter la lumière naturelle et changeante à l'extérieur afin d'offrir une expérience utilisateur confortable.

Étant donné que les utilisateurs n'étaient pas encore en mesure d'identifier l'équipement qui serait placé dans le MCP au début du processus de conception, une installation à l'épreuve du temps était nécessaire. Les utilisateurs ont été invités à assembler les instruments dont ils pourraient avoir besoin à l'avenir pour accomplir leur recherche, et l'équipe de conception a examiné et classé ces instruments en trois catégories. À partir de là, trois typologies d'espace ont été développées et codifiées dans une matrice de type de pièce pour influencer la conception. Les caractéristiques prises en compte étaient les interférences électromagnétiques, les vibrations, l'acoustique, la température et d'autres exigences détaillées.

Ensuite, des poursuites d'équipements partagés ont été développées pour favoriser la longévité de l'installation et permettre le renouvellement des instruments. Chaque salle d'instruments partage un espace à l'arrière de la maison pour placer des équipements bruyants, générateurs de chaleur et généralement perturbateurs. Ces zones partagées permettent à l'équipement de support des instruments de fluctuer au fur et à mesure que de nouveaux instruments arrivent et que d'autres modifications sont apportées. Cela permet au bâtiment de préserver son histoire tout en se tournant vers l'avenir de la science et de la technologie.

"Nous sommes honorés et ravis de remporter ce prix pour un projet de laboratoire aussi innovant et unique", déclare Brian Tucker, AIA, NCARB, LEED AP BD+C, planificateur principal, enseignement supérieur, directeur chez Page Southerland Page, Inc. "Complex La conception de l'espace de microscopie et d'imagerie est si souvent uniquement motivée par les besoins techniques et fonctionnels des instruments - l'esthétique passant au second plan. Nous sommes reconnaissants que Johns Hopkins ait mis au défi notre équipe de planificateurs de créer des espaces à la fois fonctionnels et esthétiquement innovants. De plus, ce projet renforce l'opportunité unique qui existe dans la réutilisation de bâtiments historiques existants pour des espaces de laboratoire modernes à la pointe de la technologie. Le résultat est une installation vitrine qui se démarque vraiment parmi ses pairs.