火眼实验室（气膜版）

苏运升 陈堃 李若羽 王知然

在疫情初期打造的“火眼”实验室是用于新冠病毒核酸检测的实验室，在病毒快速传播期间，气膜结构的实验室能够实现快速量产、成本较低、方便运输、安装简易、方便储存，大大降低了建设传统建筑的能耗。运用BIM软件进行智能化运营管理，增加建筑体系的智慧化。未来该实验室仅需几天便能火速建成万级通量规模的核酸检测实验室，为各地突发疫情防控贡献了数百万例新冠检测，及时精准高效的排查有助于最大限度地缓解社会危机。

评审点评：在今年疫情的情况下，我很欣喜能看到通过在气膜结构中同时施加正负压的方法，设计出的这款火眼实验室（气膜版）。这个气膜结构的聪明之处在于，它可以折叠拆卸、可快速安装，并且由于采用了模块化设计，因此可以将其添加到更大的阵列中。很有趣的是，这款产品的价格只是普通训练机器人的五分之一;这种便宜的结构很可能会被用在大规模应用中。

苏运升，城市规划博士，注册规划师，德国达姆施坦大学兼职教授，现任同济大学上海国际设计创新研究院执行院长、同济大学设计创意学院院长协理。擅长跨学科，跨尺度的人工智能城市的策划规划及其城市内部智能空间产品和服务体系的创新设计。2020年，主创气膜负压隔离空间产品体系，用于“火眼实验室”，并在沙特、加蓬、哈萨克斯坦等国家落地。2005-2010年，全程参与了上海 2010 年世博会的规划和设计，之前参与了北京通州副中心概念规划，也包括江南六镇在内的众多历史村镇的保护与发展规划，之后又参与过安哥拉、赞比亚、俄罗斯近10个国际城市的规划项目。

《设计》：请介绍下“火眼”实验室（气膜版）的设计团队及分工合作的情况。

苏运升：本次火眼实验室（气膜版）的同濟创新设计团队成员曾经历过2010世博会规划、汶川地震灾后重建、雄安新区规划等国家级重大项目，具备快速集成创新的能力。在疫情之后，由华大基因提出需求，同济团队迅速集结，基于过去气膜研发的专利技术，在短短两个月内迭代了三个版本的火眼实验室（气膜版），最终形成量产。

首先，由华大基因团队对接全球需求，提出了可空运、可量产的技术要求，并在前期和我们一起进行了研发迭代和现场的搭建。他们除实验室的建设外，还提供实验室内部高精尖的检测设备、核酸检测试剂等，为全球客户提供的是一套整体检测解决方案，包括前期实验室规划、设备组装调试、专业技能培养及考核体系、实验室质量管理体系等。

然而，从0到1的创新，基于问题、需求和用户体验，需要产业链上所有的部品部件和服务商协同创新。火眼实验室（气膜版）从产业链配置，再到最后的落地搭建，是一个从无到有的过程，“设计思维”在其中起到了关键作用。同济大学设计创意学院跨专业跨学科背景的研发团队，基于“设计思维”，以摩尔定律创新理论为指导，以五维BIM模型设计为基础，不断提出新的技术愿景。通过对需求侧的创新理解，特别是用户的需求和市场趋势的准确洞察力，创造性地重新整合了供给侧，找到创造新市场的产品机会缺口，不仅实现产品策略到项目定案的创新，更建立灵活，高效的团队。

除了设计创意学院以外，火眼实验室（气膜版）整合了同济大学创新科技生态圈，集众智加速方案迭代，用设计助力全球抗疫。同济大学机械与能源工程学院谭洪卫教授作为全国防疫专家组专家参与本次建设标准审定，在暖通空调等方面提供大量宝贵意见;同济大学国家创新发展研究院运营主任陈自立协调空调全球服务网络，为火眼实验室（气膜版）提供了空调解决方案;同济大学机械与能源工程学院刘东副教授及其团队提供了暖通设计咨询方案;同济大学材料科学与工程学院王中平教授、魏永起教授提供了加纤混凝土材料的配方，使火眼实验室（气膜版）在未来可以成为混凝土喷筑建筑;同济大学EMBA学员梁志力等企业团队负责早期研发阶段的强电方案和安装研发;同济大学校友曾朝杰等企业团队提供了气膜结构技术的计算。

上海易托邦建筑科技有限公司基于对移动智能装配式建筑的领域多年积累的经验和专利成果，在火眼实验室（气膜版）项目中，把“类生命建筑”的概念落实到具体的设计方案中，并协调供应商和服务商并行研发，不断优化技术标准。

《设计》：“火眼”因何得名？

苏运升：“火眼”实验室的原始创意，来源于华大基因董事长汪建。华大基因在疫情初期打造的“火眼”实验室是用于新冠病毒核酸检测的实验室，“火眼”取自中国四大名著之一《西游记》中孙悟空的“火眼金睛”，孙悟空的“火眼”能识别妖魔鬼怪，而“火眼”实验室可以把病毒精准地检测出来。随着疫情蔓延，可快速落地的火眼实验室（气膜版）也应运而生。采用了阻燃、耐磨、稳定性高的PVC材料作为建筑主材，通过双层气膜形成气拱结构提供负压环境。

《设计》：请介绍下“火眼”实验室（气膜版）的设计构想中“类生命建筑”的概念及其在“火眼”实验室（气膜版）中的体现。

苏运升：当时，随着年初全国抗击疫情形势日益严峻，华大基因董事长汪建提出通过“火眼”实验室一体化建造方案来解决城市检测能力方面的问题，而后我与尹烨基于新冠病毒检测需求和痛点，以及病毒传播特征，通过多轮思维碰撞，共同萌生了气膜版“火眼”实验室的想法。我们将“基因—细胞—人”和“人—建筑—城市生命体”的关系比喻成同构的关系，最终得出“类生命建筑”的概念。

我对“摩尔定律”一直很感兴趣，“摩尔定律”本是指芯片体积越来越小，处理性能反而越来越高。将来的建筑可能不再是钢筋混凝土建造的，而是可移动式的充气膜结构模块化的建筑体系。建造的能耗越来越少，蕴含的智慧度越来越高。建筑体与有机生命体一样，有类似生命体生长的特征，火眼实验室（气膜版）借鉴双层细胞膜的仿生构造，创新性地使用了充气拱形结构，是“像生命体一样会呼吸”的气膜建筑，是利用“摩尔定律”打造追求极致的气膜建筑。

《设计》：“气膜”这种材质和构造在疫情发生之前多应用于哪些情境？

苏运升：气膜建筑起源于20世纪70年代，经过几十年的发展，现在普遍应用于羽毛球、网球、游泳馆等体育场馆及煤矿场、石场、水泥厂等灰尘需要密封的场合。气膜建筑在我国是一种新起的封闭式建筑，用膜材料做成封闭空间，加以锚定，配以恰当的钢缆系统，利用适当的大气压差成为能抵御风、雨、雪的封闭式气膜建筑。疫情发生前的充气膜结构建筑，一般仅供体育馆或需要密封灰尘的场合，而没有应用到应急医疗建筑方面。

因为气膜建筑建造速度快，性价比高，体积压缩比高，可折叠打包后空运，快速在各个国家及城市间调配资源，便于日常储存，也便于利用现有的生产系统及时大规模生产和建造。且因其可采用热合技术对膜材进行封闭，因此可保证室内空间的密闭性，有利于实现负压环境。于是我们想到把气膜建筑应用到应急医疗领域。

《设计》：“火眼”实验室（气膜版）从研发到投入使用用了多长时间？哪個步骤最具挑战性？

苏运升：从2月中旬开始，我就构思了充气膜结构的防护隔离系统，并带领团队申请了专利、开发了样品。4月3日，和华大基因合作的火眼实验室（气膜版）1.0版本在国家基因库启动了揭幕仪式，而后在短短一个月内夜以继日，将气膜版BSL-2级生物实验室又迭代更新了两版，5月1日万人通量的3.0版本在哈尔滨建成，并助力哈尔滨及时精准排查新冠病毒。

最具挑战的是6月北京的火眼实验室（气膜版）的设计和搭建。当时需求的通量极大，并且从接到需求到项目落地只给了我们两周时间，项目现场情况千变万化，很多设计都是临时熬夜调整更改。但也正因为最初采用了模块化设计，火眼实验室（气膜版）可根据需求灵活调整配置检测通量，仅6天就在北京大兴区建设完成了10万高通量核酸检测实验室。

《设计》：“火眼”实验室（气膜版）运用了哪些新老科技及材料？其设计上的创新性体现在哪些方面？

苏运升：气膜材料和新风机是一直有的材料和技术。而疫情何时爆发，爆发在哪个城市难以预估，传统核酸检测实验室的建筑结构和负压空调系统存在实施成本较高、建造周期较长、安装难度高、无法打包储备。针对新冠病毒通过气溶胶传播的本质矛盾，我们最大的创新是放弃了钢架支撑的传统思路，采用医工结合和平疫转换的创新思路，创造了模块化、智能化、预制化的建筑新范式。传统的预制化方案无法满足在一周甚至几天内完成运输、搭建的要求，所以必须有一个能够空运的方案，因此可折叠的气膜实验室应运而生。

并且，在时间有限的情况下，考虑到最优的解决方案，将原来集中式的大型系统转化为分布式的设备系统，从原来供货周期较长、价格较高的工业供应链体系转变为容易达到的民用供应链，大大提高了响应速度。

实验室内部的光交互智能门禁、无接触传递窗、智能舱压控制等智能化系统，和配备的MGISP-960自动化样本制备系统等检测医疗设备，都是最先进的高精尖技术。

《设计》：据介绍，火眼实验室（气膜版）具有会生长、低能耗、更智能、可收纳、易运输等优点，在拥有强大性能的同时，低造价是如何实现的？

苏运升：这也是我们很关键的一个创新点。传统的检测实验室安装复杂，需要专业人员，而气膜实验室简化了安装流程，只需普通工人，利用智能充气泵充气便可搭建成型。大大降低成本，提高效率。如果疫情爆发在城市中心区或者贫困地区，在无法使用大型设备的情况下，人工就可进行搬运，也能够建成。

而现有暖通设备为工业级，成本高、产能低，我们创新地使用低成本、产能高的民用级空调及新风机设备来实现BSL-2级实验室要求。因为使用民用级别的功能设备，减小体量，降低成本，降低操作难度，增大产能，更快速地应对突发地公共卫生事件。再比如，现有传统实验室的给排水系统，需要大型设备来集中处理污水，成本高，场地限制条件大，我们则采用了分布式给排水方案和消杀方法。由此，从生产、物流、人力、安装的时间成本和费用成本都大大节省。

《设计》：未来该产品还可以应用到哪些领域？

苏运升：可应用的领域还有很多，各种智慧空间都可以。比如负压隔离病房、沉浸式餐厅、展览展厅、会议室、办公室、教室、零售店、民宿等等。甚至可以循环利用使用过的广告布之类的材料来作为建筑主材，充气形成可持续的智能化灵活空间。

将来，还可以通过在气膜表面喷筑复合材料，变成混凝土壳体结构，形成永久性建筑或者覆土式壳体结构。这样的建造方法，为未来实现大规模的产品和建筑物定制化提供可能性，也可在将来面向救灾和难民提供低精度的快速建房体系。这也正如同母体内的鸡蛋胚胎，在诞生的过程中表面逐渐硬化、变成鸡蛋，也是“类生命”建筑体系一方面的体现。