Redefinuje BioPharma Hub standardy vědeckých center?

V brněnském univerzitním kampusu roste rozsáhlý vzdělávací a vědecko-výzkumný komplex MUNI BioPharma Hub, který nabídne špičkovou infrastrukturu pro farmaceutické, medicínské a přírodovědecké obory. Stane se sídlem Farmaceutické fakulty Masarykovy univerzity, Preklinického centra a Centra molekulární medicíny. Provoz podpoří vysoce výkonné IT centrum, jež bude spravované Ústavem výpočetní techniky MUNI. Investorem je Masarykova univerzita s podporou Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy (MŠMT) a Evropské unie v rámci programu Národní plán obnovy (NPO). Stavbu probíhající v jedné etapě realizuje konsorcium firem IMOS Brno, Metrostav DIZ, PS BRNO a IDPS. Zahájena byla koncem roku 2023 a aktuálně se dokončuje hrubá stavba.

POPIS ÚZEMÍ STAVBY A ARCHITEKTONICKÝ NÁVRH

Infrastruktura Farmaceutické fakulty Masarykovy univerzity a dalších odborných pracovišť je situována v areálu univerzitního kampusu, konkrétně na východní straně jeho severního okraje. Řešené území má nepravidelný tvar, který přibližně odpovídá ostroúhlému trojúhelníku. Komplikuje ho svažitý terén a území obdélníkovitého tvaru, jež do něj zasahuje a nelze jej zastavět, protože je určeno pro krajinnou zeleň. Všechny nedostatky však architekti přetavili do efektivních řešení.

Architektonický koncept využívá maximální zastavitelnost pozemku pro komplexní stavbu do podoby protáhlého nízkého kvádru orientovaného podél vrstevnice. Zalomení hmoty rozděluje objekt na dva segmenty, mezi nimiž se nachází centrální vertikální komunikace. Tu tvoří výrazné dvouramenné šnekové schodiště, které v každém podlaží prochází otevřeným prostorem s jednacími místnostmi a respiriem orientovaným směrem k budoucí univerzitní botanické zahradě ve svahu.

Levé, západní křídlo budovy, bude zahrnovat infrastrukturu Farmaceutické fakulty Masarykovy univerzity a dalších odborných pracovišť. Ty jsou členěny podle jednotlivých ústavů a každé podlaží odpovídá jedné instituci. Výjimkou je druhé podlaží, kde sídlí zařízení dvě. Centrálním prvkem této výukové části bude atrium, které je pomyslně srdcem objektu. Místem setkávání a přirozeného propojení univerzitního prostředí s okolním parkem. Ten vznikne právě z nezastavitelné plochy určené pro krajinnou zeleň. V suterénu této části se bude nacházet hromadná garáž a sál ÚVT.

Pravé, východní křídlo budovy, bude určeno pro výzkum. Konkrétně pro Preklinické centrum a Centrum molekulární medicíny, přičemž v jeho suterénních prostorách bude situován zvířetník, farmaceutická linka a technické zázemí.

Architekti také v hmotové koncepci stavby reflektovali svažitý terén. Na jižní uliční straně má objekt čtyři nadzemní podlaží a ustoupenou střešní nástavbu strojoven, zatímco na severní straně orientované do svahu dosahuje výšky pěti nadzemních podlaží plus střešního patra strojoven. Z důvodu sklonu terénu je první podzemní podlaží z ulice přízemím, ale ze svahu vypadá jako nadzemní patro. Celkově stavba zahrnuje dvě podzemní podlaží, přičemž vrchní z nich disponuje vyšší konstrukční výškou umožňující vložení mezipatra strojoven.

GEOLOGICKÝ PRŮZKUM A ZAKLÁDÁNÍ STAVBY

V rámci inženýrskogeologického průzkumu bylo na posuzované lokalitě provedeno šest vrtaných sond, jejichž cílem bylo stanovit základové poměry a ověřit hydrogeologické podmínky. Průzkum rovněž ověřil vsakování srážkových vod, přičemž nejmělčí sonda posloužila k realizaci krátkodobé vsakovací zkoušky.

Terén byl značně svažitý, členitý a geomorfologicky spadal do okrsku Kohoutovická vrchovina. V podloží byla zastižena vrstva navážky různého charakteru, jejíž mocnost dosahovala až 1,1 m. Tato nehomogenní vrstva byla pro přímé zakládání nevhodná. Pod ní se nacházelo neogenní jílové podloží a v některých místech i souvislý horizont podzemní vody, jehož výška se mohla sezónně měnit a ovlivňovat geotechnické vlastnosti základových půd.

S ohledem na složité geologické podmínky, svažitost terénu a proměnlivou hladinu podzemní vody bylo rozhodnuto o hlubinném založení stavby na velkoprůměrových vrtaných pilotách. Ty byly navrženy jako plovoucí s ukotvením v jílovém podloží, aby přenášely zatížení pomocí plášťového tření. Piloty byly zapuštěny pod železobetonovou monolitickou základovou deskou, která v místech sloupů a nosných stěn zajišťovala dostatečnou únosnost konstrukce.

KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ

Koncepce nosné konstrukce

Budova byla navržena jako kompaktní železobetonový monolitický celek bez dilatací se třemi podzemními a pěti nadzemními podlažími. Budovaný objekt dosahuje maximální délky 154 m a šířky 48 m v úrovni 3. podzemního podlaží, přičemž od 2. podzemního podlaží se délka snižuje na 136 m. Nadzemní část má půdorysné rozměry 127 × 36,5 m.

Svislé nosné konstrukce tvoří především železobetonové monolitické sloupy, které jsou v oblasti komunikačních a technologických jader doplněny o monolitické ztužující stěny. V podzemních podlažích konstrukční systém navíc doplňují železobetonové obvodové stěny, jež zároveň přenášejí tlak zeminy a podzemní vody.

Osový modul sloupů v podélném směru činí 6,9 m, přičemž v oblasti parkovacích stání ve 3. PP a 2. PP se na délce 55 m mění na 5,175 m, což bylo vyřešeno masivními průvlaky pod stropem 2. PP. V příčném směru je modulace proměnlivá s osovými vzdálenostmi od 3,325 m do 8,5 m.

Podzemní část objektu

Podzemní podlaží zahrnují rozsáhlé technologické a provozní zázemí, kdy maximální půdorysné rozměry objektu se od 3. PP (154 × 48 m) směrem k vyšším podzemním podlažím snižují. Nosnou konstrukci podzemních podlaží tvoří železobetonové obvodové stěny a monolitické sloupy doplněné lokálně o pilíře. Vzhledem k vysokým zatížením byly v některých částech navrženy železobetonové stěnové nosníky, zejména v oblasti vjezdové rampy v suterénu a nad posluchárnami v nadzemní části objektu.

V 1. podzemním podlaží se nachází dvoupatrový přednáškový sál (20,7 × 11,7 m), jehož stropní konstrukce je nesena železobetonovými stěnovými nosníky situovanými ve vyšších patrech.

Nadzemní část objektu

Svislý nosný systém nadzemních podlaží tvoří železobetonové monolitické sloupy o rozměrech 500 × 500 mm z betonu pevnostní třídy C30/37 XC1 až C40/50 XC1. Modulace sloupů v podélném směru 6,9 m je v kombinaci s proměnnými rozpony v příčném směru (3,325 až 8,5 m). Sloupy jsou doplněny ztužujícími železobetonovými stěnami, zejména v oblasti komunikačních jader a instalačních šachet. V oblasti nad přednáškovým sálem byly navrženy železobetonové stěnové nosníky o rozpětí 11,7 m a tloušťce 250 mm z betonu C30/37 XC1.

Vodorovné nosné konstrukce jsou tvořeny bezprůvlakovými železobetonovými stropními deskami, jejichž rozpony i zatížení se v jednotlivých částech objektu liší. Tloušťka desek se pohybuje od 250 do 350 mm podle požadavků na únosnost a rozpětí.

V oblasti vstupu do atria bylo z architektonických důvodů vynecháno jedno nosné sloupořadí. Sloup začíná až od 2. NP a je vynesen železobetonovou atikou v 5. NP, která funguje jako nosník výšky 2,4 m na rozpětí 11,7 m.

 

Speciální konstrukční prvky

V centrální části objektu se nachází ocelové kruhové schodiště o vnějším průměru 7,5 m, které je kotvené do železobetonových stropních desek. Ostatní schodiště jsou buďto zmonolitněna z důvodu středové mezipodesty, nebo navržena jako železobetonová prefabrikovaná ramena.

Zastřešení atria je řešeno dřevěnými lepenými vazníky o výšce 1 m a rozpětí 11,4 m umístěnými v osových vzdálenostech 2,3 m. Tento prvek přináší do konstrukčního řešení nejen statickou efektivitu, ale i architektonickou lehkost prostoru atria.

FASÁDA

Fasáda BioPharma Hub reflektuje nejen architektonickou kontinuitu stávajícího univerzitního kampusu, ale zároveň odpovídá měřítku rozsáhlé stavby a jejím provozním požadavkům. Proto byl zvolen montovaný fasádní systém s charakteristickým plastickým členěním, které optimalizuje energetickou náročnost objektu z důvodu přirozeného stínění oken.

Základní prvek tvoří vertikální meziokenní pilíře, vytvořené z plechových Alucobondových panelů tvarovaných do subtilních pilastrů jednotného formátu. Tyto pilíře rytmizují celkový vzhled fasády a současně zlepšují sluneční regulaci interiéru. Mezi nimi jsou osazena vertikálně orientovaná okna, jejichž parapetní kryty jsou provedeny z laminovaných desek. Vstupní část budovy, tvořící její uliční sokl, byla navržena s důrazem na reprezentativní výraz a materiálovou rozmanitost.

UDRŽITELNOST

Budova BioPharma Hub je koncipována jako vysoce energeticky efektivní s minimalizovanou ekologickou stopou a maximálním využitím obnovitelných zdrojů energie. Kombinace pasivních a aktivních opatření umožňuje dosáhnout dlouhodobé udržitelnosti, provozních úspor a komfortního vnitřního prostředí pro uživatele budovy.

Jedním z klíčových prvků energetiky je využití odpadního tepla z datového centra, které poskytuje až 1 400 kW pro předehřev vzduchu v systému vzduchotechniky a zároveň zajišťuje temperaci garáží pomocí odpadního vzduchu. Primárním zdrojem tepla pro budovu jsou geotermální vrty, které prostřednictvím čtyř tepelných čerpadel typu země–voda pokrývají potřebu tepla v zimním období výkonem 700 kW a v letních měsících zajišťují chlazení o výkonu 500–600 kW. Pro tento systém bylo navrženo 53 hlubinných vrtů o hloubce 199 m, které čerpají nízkopotenciální tepelnou energii bez zásahu do podzemních vod. V případě potřeby je systém zálohován třemi kondenzačními plynovými kotli o celkovém výkonu 2 010 kW.

Další významnou součástí udržitelného provozu budovy jsou fotovoltaické panely umístěné na střeše objektu. Instalovat se bude 104 panelů, kdy každý bude mít výkon 450 Wp, což v součtu představuje 46,8 kWp. Energie z fotovoltaiky se bude primárně spotřebovávat v místě výroby a případné přebytky se uloží do plánovaného bateriového systému.

Součástí ekologického konceptu stavby jsou i zelené střechy, které napomohou snižovat tepelnou zátěž objektu a také zadrží srážkovou vodu, což přispěje k přirozené regulaci teploty a odtoku vody. Dešťová voda bude shromažďována v akumulačních nádržích, odkud se využije pro splachování toalet a zavlažování zeleně.

K optimalizaci spotřeby energie a vody také přispěje systém inteligentního řízení budovy (BMS), jenž bude zajišťovat efektivní regulaci provozu technologií.

ŘEŠENÍ PROVOZU BUDOVY A TECHNOLOGICKÉ INFRASTRUKTURY

Objekt byl navržen tak, aby maximálně podporoval flexibilitu laboratorních prostor, interdisciplinární spolupráci a efektivní technologickou infrastrukturu. Celkový návrh budovy odráží specifické požadavky jednotlivých provozů. Například laboratorní prostory byly navrženy jako modulární a variabilní s páteřními vertikálními technologickými šachtami umístěnými v čelech bloků laboratoří. Tímto způsobem se zajistí optimální trasa rozvodů vzduchotechniky, laboratorních plynů a ostatních médií, přičemž vertikální rozvody budou směřovat nejkratší cestou do strojoven ve spodním a vrchním podlaží.

Za zmínku stojí i speciální výzkumné provozy. Zvířetník umístěný do 3. PP bude určen pro chov až 7 000 laboratorních myší, potkanů. Chov bude rozdělen na jádrový (1/3 kapacity) a experimentální (2/3 kapacity). Objekt bude splňovat nejvyšší standardy mikrobiální čistoty díky vzduchotěsné obálce, tlakové kaskádě a automatizovanému systému manipulace s podestýlkou. Neméně významným provozem je Zebrafish laboratoř ve stejném nadzemním patře. Jedná se o výzkumné akvárium určené pro dánio pruhované (Danio rerio), malé sladkovodní ryby z čeledi kaprovitých. Tento druh je klíčovým organismem v biomedicínském výzkumu a hraje zásadní roli jak v základním výzkumu, tak v preklinických studiích zaměřených na personalizovanou medicínu. Kapacita chovu je 30 000 ryb ve 2 000 akváriích. Prostředí bude udržováno při teplotě 28 °C s relativní vlhkostí téměř 100 %. Součástí systému bude i úprava vody (pH, vodivost, mechanická filtrace, UV sterilizace) a speciální osvětlení.

V objektu se bude nacházet také farmaceutická výroba (3. PP), která se zaměří na vývoj a maloobjemovou výrobu léčiv dle daných standardů. Laboratoře počítají s vybavením monitorovacím systémem pro kontrolu teploty, vlhkosti a provozu vzduchotechniky.

Laboratoř ve 2. NP s vysoce nebezpečnými patogeny a vysokým rizikem přenosu bude prostorově oddělená a vybavená hermeticky utěsněnou obálkou. Vzduchotechnika bude rozdělena do tlakových sekcí a dekontaminace bude probíhat pomocí autoklávů a peroxidové komory. 100% záloha vzduchotechniky zajistí bezpečný provoz.

ZÁVĚR

BioPharma Hub je jasnou ukázkou současného trendu v navrhování vědecko-výzkumných staveb, kde se spojuje promyšlená inženýrská koncepce s vysokými nároky na technologickou infrastrukturu a efektivní provoz. Díky principům adaptivní architektury umožňuje flexibilní uspořádání jednotlivých provozů bez zásahů do základního konstrukčního rámce, čímž zajišťuje dlouhodobou udržitelnost, provozní optimalizaci a komfort pro uživatele. Nejde však jen o technickou preciznost, ale i o akcentování přirozeného začlenění stavby do urbanistického kontextu i okolní krajiny. Vznikne tak plynulé propojení univerzitního kampusu s přilehlými parkovými plochami, jež vytvoří harmonický celek respektující své prostředí.

Autoři: Martina Tůmová s přispěním
Vladimíra Paláta, Metrostav DIZ

Foto: Vladimír Palát, Metrostav DIZ

Vizualizace: Pelčák a partner architekti