日前,“雪龍”號極地考察船停靠山東青島,標誌着中國第40次南極考察圓滿結束。隨隊出征的南極建設者凱旋,他們共同見證了秦嶺站的建成、開站。
秦嶺站是我國繼長城站、中山站之後的第3個常年考察站,也是我國首個面向太平洋扇區的南極考察站。它西臨南森冰架,東臨終年不凍的特拉諾瓦灣冰間湖。獨特的區位和環境特點,使秦嶺站成為獨一無二的海洋觀測研究站點和極地科學考察的理想之地。
2012年11月,中國第29次南極科考隊開啟新建南極考察站選址調研。2024年2月,中國第40次南極考察隊完成秦嶺站建設、順利開站。歷經10多年艱苦努力,秦嶺站完成選址、設計、論證、建造,巍然屹立於南極羅斯海。
風洞測試考驗新站設計
“秦嶺站最初的‘相貌’並非如此。”中國建設科技集團所屬中國建築設計研究院副總建築師、秦嶺站總設計師段猛説,2017年秦嶺站的設計概念還是一個分體布局,儘管強調功能集中,但不像如今這般結構緊湊。
隨着南極科考不斷深入和科學實驗的論證,秦嶺站的設計越來越合理。
為了讓秦嶺站“任爾東南西北風,我自巋然不動”,段猛帶領的設計團隊要賦予秦嶺站抵抗17級大風的能力。“我們在秦嶺站設計建設方案確定之後立即進行試驗,對設計進行驗證。”段猛告訴記者,其中最重要的就是模擬南極環境的風洞試驗和吹雪試驗。
恩科斯堡島風力強勁,但風向相對穩定。段猛和團隊成員要通過試驗,找到大風與建築主體的合理夾角,並通過合理設計,達到減少迎風面同時積雪不會大量留存的效果。
“等比例縮小的秦嶺站模型表面共有800多個測壓點。我們將模型放置在長96米的風洞中,測試秦嶺站表面承受的風壓力以及變化狀態。”段猛&&,借助風洞試驗得出的重要數據,設計師能更好地調整建築結構、選擇合適的建築材料,讓秦嶺站在遭遇同等風況下安然無恙。
“吹雪試驗主要測試在不同風速和時長下,秦嶺站地面積雪厚度變化,以此判定科考站設計的人員&&口是否合理。”段猛告訴記者,秦嶺站設計建造目標之一,是讓風在穿過建築時能將雪徑直帶走,減少建築周邊積雪的存在,方便科考站高效運行。
革新極地氣候建造技術
秦嶺站的建築造型,從空中俯瞰就像一顆十字星,其設計理念源於鄭和下西洋用的南十字星導航。但從下往上看,秦嶺站的主樓被數十根立柱穩穩托舉,佇立在臨海岩壁之上。
“將主體建築底層架空,正是一種典型的兼具防風與抗雪埋功能的建築方式。”中國建設科技集團所屬中國建築設計研究院建築設計師、秦嶺站副總設計師祝賀説。
“秦嶺站主體建築採用輕質高強鋼結構,常年強烈的下降風讓屋頂難以形成積雪,但卻容易把建築物‘連根拔起’。” 作為秦嶺站設計駐場代表,祝賀告訴記者,為了抵抗強風,秦嶺站的選址位置有穩定基岩,立柱下方的預應力岩石錨桿嵌固在數米深的基岩中。這讓秦嶺站就像停泊的航船拋出船錨一樣,牢牢地錨固於地面。
除了技術手段,在選址與設計之初,秦嶺站設計團隊還充分借助大自然的力量減弱強風侵襲。在秦嶺站西側上風向矗立一座海拔40米的山丘,成為秦嶺站主體建築避風的一道屏障。
巧借地形優勢,建設人員運用適應極地氣候的建造技術,使得秦嶺站主體建築與周圍環境有機融合。
“秦嶺站極具現代化和科技感,和以前見過的南極考察站都不一樣。”對中鐵建工集團南極項目部項目經理鄭迪來説,以十字星為造型靈感的秦嶺站,令多次赴南極建設考察站的他感到十分新鮮。
圍繞秦嶺站建設裝配式考察站、節能考察站、實用型考察站的目標,鄭迪項目團隊再創模塊化、信息化建造技術,並運用多種新材料、多項新工藝。所謂模塊化建造技術,就是鋼構件和功能模塊採用國內加工、現場拼裝的形式。信息化建造技術則是通過BIM技術實現從考察站結構到建築的三維模擬。
“項目團隊大量採用輕質高強建築材料與相關技術,解決了鋼材‘冷脆現象’,可承受室內外氣溫大幅交替變化、零下60攝氏度超低溫和海岸環境強腐蝕。”鄭迪&&,秦嶺站主體工程的成功建設,推動了我國極地氣候建造技術不斷革新。
經受72小時颶風“洗禮”
秦嶺站建築面積5244平方米,共有構件4134件,零件49989件……要在60天極地施工窗口期內完成中國南極建站史上面積最大的單體建築,建設團隊既要在國內做好周密的準備工作,也要應對南極現場充滿挑戰的複雜情況。
2024年1月13日,隨着最後一根鋼梁成功吊裝,秦嶺站主樓主體結構封頂。與此同時,功能模塊全部安裝完畢。這標誌着距離新站建成投用越來越近了。
正當建設工作有條不紊地推進時,一個壞消息突然傳來:未來兩天,最大風速可達到每秒35米以上,相當於12級颶風。秦嶺站將迎來開站以來遭遇的最強風,很可能導致已經安裝的幕墻板被吹走。此時,距離幕墻板全部封閉還有3天工期。
考察隊當即與中國極地研究中心、國家海洋環境預報中心&&,相關設計院所、風洞實驗室單位凌晨接到任務後,立刻開展工程風險評估,最終決定將建設中的秦嶺站迎風面緊急封閉。
“一場與時間賽跑的突擊戰打響!”祝賀對於這段經歷記憶猶新:800多斤的幕墻板,在大風中就像飄搖的樹葉,難以控制;40多名建設者分成5隊,用牽引繩控制着幕墻板。在現場所有隊員的配合下,最後一塊幕墻板在颶風來襲前穩穩就位。
就在施工作業全部完成後的幾個小時,12級颶風來了。颶風裹挾着地面積雪掀起了漫天迷霧,能見度不足5米。建設者們排成一排,拉着一根繩子,往返於工地和宿舍之間。在經歷72小時颶風“洗禮”之後,秦嶺站工地毫發無損。段猛&&:“儘管事發突然,但是能經受住真實環境下的風雪‘檢驗’,讓我們建設信心倍增。”(記者 何亮 矯陽)