又拿奖了！气膜版“火眼”实验室获2021德国iF设计奖

近日，2021德国iF奖评审结果揭晓，由同济大学设计创意学院与华大基因、上海易托邦联合设计研发的气膜版“火眼”实验室荣获iF产品设计奖。

iF 设计奖，简称“iF”，是由德国历史最悠久的工业设计机构--汉诺威工业设计论坛(iF Industrie Forum Design)于1953年创立，每年评选。该奖以“独立、严谨、可靠”的评奖理念闻名于世，旨在提升大众对于设计的认知，其最具分量的金奖素有“产品设计界的奥斯卡奖”之称。

气膜版“火眼”实验室是可移动充气式P2级生物安全实验室，源于“基因—细胞—人”与“人—建筑—城市生命体”同构关系的碰撞影响，气膜版“火眼”实验室是一个典型的通过“设计思维”实现集成式创新的产物。因其独特的创新性，兼顾设计美感与BSL-2级生物实验室实用要求，获得了设计领域众多亲睐与关注。在此之前，气膜版“火眼”实验室曾先后获得CGD当代好设计金奖、“The Great One产品设计至尊奖”、2020好设计金奖及2020深圳环球特别奖——“全球抗疫产品设计奖”优秀奖。

新冠疫情爆发以来，面对全球百年来最大的公共卫生危机，新冠病毒早期筛查、应急检测能力直接关系到疫情能否尽快防控。目前，气膜版“火眼”实验室在全球累计建设突破100个舱，合计建设每日最高检测能力达45万单管，为各地突发疫情防控贡献了数百万例新冠病毒检测，起到了重要的科技抗疫支撑作用，助力世界各地迅速提升核酸检测能力。

气膜版“火眼”实验室登上《Nature》2020年7月最佳图片

气膜版“火眼”实验室采用阻燃、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，达到符合BSL-2级实验室的要求。同时，它具有高体积压缩比，可以折叠拆卸，打包后可以通过货机空运，实现灵活选址、快速运输、快速布局、快速建设、快速启用。此外，气膜版“火眼”实验室采用模块化设计，可根据需求灵活调整配置检测通量，仅需几天即可建设从几千到几万、几十万单管的高通量核酸检测实验室。

气膜版“火眼”实验室

缘何获设计界青睐？

2020年12月，同济大学上海国际设计创新研究院常务副院长苏运升接受《设计》专访，为我们详细介绍了气膜版“火眼”实验室设计背后的故事。

苏运升

同济大学上海国际设计创新研究院常务副院长

同济大学设计创意学院院长协理

苏运升现任同济大学上海国际设计创新研究院常务副院长、同济大学设计创意学院院长协理，同时也是城市规划博士、注册规划师以及德国达姆施坦大学兼职教授。其擅长跨学科、跨尺度的人工智能城市策划规划及城市内部智能空间产品和服务体系的创新设计。苏运升曾全程参与上海2010年世博会的规划和设计、北京通州副中心概念规划以及江南六镇在内的众多历史村镇的保护与发展规划，此外还参与过安哥拉、赞比亚、俄罗斯等近10个国际城市的规划项目。2020年，主创气膜负压隔离空间产品体系，用于“火眼”实验室（气膜版），并在沙特、加蓬、哈萨克斯坦等国家落地。

本次“火眼”实验室（气膜版）的同济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。

首先，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。

同时，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。

除了设计创意学院以外，“火眼”实验室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；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”实验室提供了空调解决方案；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；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”实验室在未来可以成为混凝土喷筑建筑；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；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。

“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”实验室目的是用于新冠病毒核酸检测。“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”实验室则可以把病毒精准地检测出来。

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。

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，团队夜以继日地将气膜版BSL-2级生物实验室迭代更新出了两版。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。

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。气膜材料和新风机是一直有的材料和技术，而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。

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，需要专业的人员才能完成，而“火眼”实验室（气膜版）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，人工就可进行搬运和建成。

现有的暖通设备一般为工业级，成本高、产能低。而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，减小体量及操作难度，更快速地应对突发的公共卫生事件。再如，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。

“火眼”实验室（气膜版）可应用的领域广泛，比如各种智慧空间：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。甚至可以循环利用已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，也能在将来为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。

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来源 | 同济大学上海国际设计创新研究院
编辑 | 榴莲
责编 | 伊文