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泰山站:南极夏季站里的“高富帅”

2014年02月21日来源:科技日报编辑:黄丽娟我有话说

    

  ■将新闻进行到底

  2月8日,我国南极泰山站正式建成并开站。这是继长城站、中山站和昆仑站之后我国在南极建成的第四个科考站,也是第二个南极内陆站。

  今后,矗立在中山站和昆仑站之间的泰山站,不仅将成为两个大站之间的纽带,基于泰山站的我国在南极内陆格罗夫山地区的科学考察,也将得到进一步加强,为在该地区的陨石收集,地质学、冰川学以及其他科学研究提供强有力的保障,帮助中国科学家解开更多极地以及宇宙间的未解之谜。

  南极科考站一般分为常年站、夏季站、无人自动观测站三种。常年站全年有人开展科考工作,各种设施和储备完善,能保障科考人员像在国内一样生活。而夏季站顾名思义,仅夏季有科考人员入驻,它们更像固定的野外宿营地,储备的全部是快餐或航空食品,不能烧饭炒菜,不能洗澡,居住环境更加简陋。

  泰山站就属于夏季站,不过它是夏季站里面的“高富帅”。

  “高”:外形像一个架空落地的“UFO”

  泰山站的外形像一个架空落地的“UFO”。静静矗立在伊丽莎白公主地上1900米厚的冰盖之上,富有流线感的圆形建筑主体高高架空,顶上还有一个类似“灯笼帽”的观测台,远看仿佛一盏红色的大灯笼高高挂在南极的雪白世界中,俨然冰天雪地中的一盏“中国红灯笼”。

  上海宝钢集团下属的宝钢工程负责泰山站的设计、采购、施工,设计者之一孙绪东介绍,泰山站主体建筑离雪面总高约11米,雪面下还有1.7米深的框架柱脚。8根直径500毫米的圆管柱,托起了“红灯笼”。没有棱角的圆形设计,视野开阔,更能抵抗风暴。底部2米高的架空,可以防止建筑主体被积雪掩埋。因为在南极,极端下降风的风速可达到每秒60米,是11级台风最大风速的两倍。如果建筑紧贴地面,冬季又无人打理,南极的暴风雪能轻而易举地将建筑物掩埋。要知道,最早的南极探险家,就曾经因为一场暴风雪,搭好的建筑被大雪封住,门都打不开。

      “富”:洗个热水澡,顺便捡个陨石“玩玩”

  泰山站里的设备可比一般夏季站丰富。这个采用钢框架—支撑结构体系的“红灯笼”,主体建筑里面分为3层,底层储物,中间住人,顶层用于科研和观测。与一般夏季站不能洗澡不能烧菜不同,它里面设置了简易沐浴设备,也配备了厨房,虽然不能炒菜,但把罐头食品加热完全没问题。以前,中国科考队去南极内陆考察一次,至少需要一个月,来回两个月不洗澡也是常事。有了泰山站,从长城站到昆仑站的路上,就可以多休息一下,洗个热水澡,吃点热饭菜,顺便捡个陨石“玩玩”。作为长城站和昆仑站中间的枢纽站,正是泰山站的重要职能。

  孙绪东说,在生活层的正中间,还有一个较大的圆形客厅,供科考人员吃饭、开会、交流时使用。麻雀虽小,五脏俱全,这里有很多精巧的贴心设计。比如客厅顶部的两排LED灯,可以模拟一年四季甚至一天中的光线变化。由于南极的夏天出现极昼,泰山站住人的时间基本上24小时天都亮着,所以客厅灯光一天24小时有“早晚”变化,可以帮助队员调整作息。比如活动区域顶部,有半透明的天棚,可以充分利用自然采光,节约能源。再比如宿舍的供热系统,为了节约能源,供暖口都在齐腰位置,让队员们可以贴身取暖。

  “帅”:云集我国钢构建筑顶尖智慧的“技术控”

  泰山站的帅非比寻常,为了抵抗极地特殊气候,它全身凝结了高科技,是云集我国钢构建筑顶尖智慧结晶的“技术控”。

  泰山站的建设难度远高于中山站,单从两站所处位置的温度就可见一斑。据介绍,泰山站夏季最低温度在-30℃,冬季最低温度-60℃左右;而长城站夏季最低温度是-2.7℃,即使冬季最低温度,也只有-26.6℃左右。这使得泰山站必须用特殊材料建设,一般的建材无法在南极内陆使用。普通的塑胶电线在泰山站会被冻得拧成一条麻花,一折就断;普通混凝土会遭水汽渗入,结冰后体积膨胀,发生爆裂;普通钢材在这里也会很快出现上述收缩和冷脆现象;普通的全钢彩涂板外墙,在南极强烈的紫外线肆虐下,会很快褪色、粉化,没几年就都脱落了。

  孙绪东透露,为了经受南极内陆气候的考验,泰山站建设中使用了很多最好的材料。钢材方面,一般耐低温钢材只能耐受-40℃的低温,而泰山站的钢材最低可耐受-70℃至-100℃。外墙涂层方面,泰山站的彩涂板上涂有一层氟碳层,能有效抵挡紫外线的照射,被称为南极建筑中最好的“防晒霜”。

  建筑保温自然是泰山站建设的重中之重。由于全钢框架结构,而钢材热传导系数很大,为了保温,设计师们采用了“冷桥阻断技术”。整个墙体最外层采用具有复合保温效果的夹芯板,它由氟碳涂层的彩钢板和聚氨酯保温层复合而成;中间是用来阻断冷桥的木龙骨;再往里是钢骨架;室内墙面则采用了岩棉夹芯板:这种材料不仅保温,而且防火。加上同样极尽保温手段的门窗,泰山站建成后,正常情况下室内温度可以达到20℃,供暖系统的余热还可以加热水温,供队员们洗澡。

  如此恶劣环境下的建筑,只用45天就建好了,因为这背后还有“像造汽车一样造房子”的先进技术。据介绍,泰山站所有的建筑材料,都在国内加工完成,并经过预拼装和联动检测后,打包运到南极再重新拼装。为保证所有材料在南极安装时不多不少,并能抵抗极寒下的遇冷收缩,孙绪东和他的伙伴们经过了精细的测算和编码,他们甚至将建材装配的螺母孔加工成椭圆形,预留了热胀冷缩的空间。

    

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