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“极端环境中的极致建筑”——揭秘南极罗斯海新站的建筑设计

  建设新考察站是中国第40次南极考察的突出亮点。

  选址有哪些考量、新考察站“新”在何处、施工面临哪些挑战……来自中国建筑设计研究院的罗斯海新站建筑设计师祝贺,在“雪龙2”号上接受新华社记者采访时一一揭秘。

  科学价值主导选址工作

  南极考察,基础设施建设是重中之重。位于罗斯海区域的新站是我国第5个南极考察站。

  祝贺介绍,新站最终落子于罗斯海的恩克斯堡岛,西邻南森冰架,东濒终年不冻的特拉诺瓦湾冰间湖。独特的区位和环境有助于开展多圈层、多学科的观监测和科学研究工作。

  “选址工作需要综合考量科学价值、气候特征与场地条件、后勤可达性与未来拓展性等多方面因素。”祝贺曾随我国第33次南极考察队考察,参与完成优化选址工作。他表示,各种因素中,科学价值无疑是南极考察站的重要支撑目标和选址的必要因素。

  风环境是选址需要重点考虑的另一因素。“南极建筑需要着重考虑风荷载和积雪影响。”据祝贺介绍,考察站的规划布局和建筑形态综合考虑了主导风向、地形因素及洋流走向。主体建筑位于完整基岩之上,长轴保持与主导风向一致,底层架空,通过预应力岩石抗拔锚杆将建筑牢牢地锚固在地面。

  此外,岸线平缓,可达性较强;地势开阔,具备未来拓展条件;300公里内存在多个考察站,具有一定应急救援能力……“新站站址经过多年考察、多方论证,可以说恩克斯堡岛在选址的诸多方面都颇具优势。”祝贺说。

  集约高效、绿色低碳、智能先进

  新考察站是继长城站、中山站之后,我国在南极建设的第3个常年考察站。新考察站“新”在何处?祝贺给出的答案是“集约高效、绿色低碳、智能先进”。

  ——集约高效

  效果图上,新考察站主楼由中央环廊和东西两翼构成,呈南十字星造型。各功能区高度集成、彼此衔接。

  “设计时,我们考虑到当地高寒、强风、辐射等特殊的恶劣环境,建筑采用了集中式形态。考察队员生活、工作、交流等日常活动完全可以在一体式主楼里进行,除必要的野外工作,可以做到足不出户。”祝贺说,集中式建筑能使占地面积最小化,降低对南极环境的扰动。

  主楼内部采用了模块化设计,模块化率达到45%,主要包括16个越冬宿舍单元、26个度夏宿舍单元以及各类办公室、实验室等。模块中大部分室内固定家具、设备及管线都在工厂预制,大大减少现场工作量。

  在内部空间,“考虑到机械振动、噪声干扰、空气质量、封闭性环境的心理影响等,我们针对性地设计了解决方案”。祝贺以缓解考察队员心理压力为例,建筑内装采用明快的色调、温暖的木质表面;设置植物温室,屋内变得绿意盎然;餐厅落地窗面向海湾,队员可以欣赏绝佳的南极风光。

  ——绿色低碳

  “绿色考察”理念贯穿新站设计、建设全过程。

  祝贺说,新站以被动式建筑技术应对极端环境;采用可再生能源和传统能源相结合的能源系统,优先采用风能和太阳能等清洁能源,“设计方案中,风能、太阳能等新能源占比超过60%”。

  此外,新站根据功能分区的使用特点,分别对越冬、度夏区域实行独立能源供应,根据工况状态灵活设置和调节。度夏宿舍及海洋实验室在冬季无人状态下仅维持值班温度,降低能耗。

  ——智能先进

  在祝贺看来,近些年来,建筑新工艺、新材料、新技术等相关领域发展,支撑新站设计得更智能和安全。

  新站采用了数据化、自动化、无人化、远程化运营系统。此外,新站还集成了微电网监控、能量管理平台等先进技术。“这是微电网跨技术领域、多系统协调集成的南极考察站综合应用示范项目。”祝贺说。

  安全方面,采用轻质高强的建筑技术与材料,可以抵抗零下60摄氏度的超低温和海岸环境的强腐蚀;智慧火眼消防系统,10秒内精准识别,快速响应。

  建设施工颇具挑战

  当前搭载新站建设队员和建站物资的“雪龙2”号和“天惠”轮已经抵达罗斯海区域,正在开展卸货作业。

  “新站建设施工颇具挑战。”在祝贺看来,南极环境恶劣异常,建设窗口期短。由于南极大陆是中部隆起向四周倾斜的高原,一旦沉重的冷空气沿着南极高原光滑的表面向四周俯冲下来,便会狂风大作,形成南极内陆典型的“下降风”。新站所处区域位于下降风盛行区间内,给工程建设带来很大难度。

  约100名建设队员、约9300吨建设物资,人员、材料和机械的协同是建设过程中的又一大挑战。对此,考察队多次专题讨论、修改完善卸货方案,按照“先生活保障、后施工生产;先主楼、后后勤”的原则,将卸货任务细化到每一环节。开展大规模建设物资卸运和人员登陆工作的同时,还将开展新站钢结构搭建。

  设计蓝图正落地为实体建筑。2个月后,新站将矗立于恩克斯堡岛。

  “面对极端环境,我们从考察队员的实际使用需求出发,根据现场水文地质条件,结合工程技术的现实考量,设计出了极致的建筑。”祝贺相信,新站一定会为中国人更好探索南极打下坚实基础。

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