此时此刻,在南极罗斯海亨克斯堡岛上,罗斯海新站的建设者们正忙着“盖新房”。我国第五个南极科考站罗斯海新站,一周前刚刚完成主楼主体结构封顶。新站究竟长什么样?在南极建“新家”与普通的工程建设有何不同?带着这些问题,进入今天的问题进行到底。
我们先来看看罗斯海究竟是怎样的地方,建设者们用什么办法在这么短的时间内建成了一座科学考察站?
仅用两个月时间,“微型科学城”是如何建成的?
罗斯海拥有南极最大的冰架,是南大洋与南极冰盖相互作用最活跃的区域,也是对全球气候影响最为关键的区域,还拥有整个南极最大的无冰区——麦克默多干谷,对岩石圈研究具有重要意义。包括美国、意大利、德国、韩国等世界各国都在这里建设了科考站,这里也是南极强国聚集的地方。我国在此建立科考站后,科研活动可通过直升机、雪地摩托等交通工具辐射到其周围300至500公里范围,将大大提升我国在西南南极的科研能力和水平。
中建科技集团中国建筑设计研究院有限公司副总建筑师、罗斯海新站总设计师段猛:它不是一个简单的建筑,它其实要综合考虑它的基础设施,比如道路、码头、能源、水处理、通讯,这些都是要考虑的基础设施。另外,建筑本身的功能,比如办公、科研、实验、仓储、人员生活、人员休闲,这些社会活动都要考虑进去。其实作为一个小型的研究站,它其实就是一个微型的科学城。
这座“微型科学城”必须在短短两个月内建成,除主体结构外,还需组装84个内部使用模块,包括16个冬季宿舍模块、26个夏季宿舍模块以及办公室和科研办公室。
中建科技集团中国建筑设计研究院有限公司副总建筑师、罗斯海新站总设计师段猛:这些模块其实占了整个建筑的45%,模块的组装、室内装修都可以在中国完成,到现场之后,很快就可以安装在我们结构的骨架上,然后接上我们的管线,你拿着行李就可以搬进去住,这个速度非常快。
应对南极恶劣气候,钢结构生产有何不同?
首先将模块分开生产,然后组装在一起。中国基建狂人就这样快速建起了罗斯海新站。南极气候恶劣,罗斯海新站又位于经常有强风的地方。新站主体建筑主要采用钢结构,如何保证其坚固性呢?我们来看看为新站提供整体钢结构的生产线。
南极新罗斯海站所在区域气温低于-40℃,当气温低于-35℃时,钢材就会出现“冷脆”现象,韧性降低,容易断裂。江苏徐州的这家公司,就寻找到了这种能耐极寒的特殊材料。
新建车站施工劳动强度大、工期短,为进一步减少现场安装误差、提高施工效率,该项目采用了大模块化建造技术,所用钢结构也是常规项目的延伸版。
江苏某钢结构企业总工程处总工程师陈锐:(南极项目)最长的柱子有16.5米,大概是这个柱子的两倍长,常规标准一般在12米以内徐州钢结构有限公司,运输难度也加大了,对我们的加工要求也更高了。
据悉,这座全组装钢结构建筑共有4134个构件、49989个零件、71572组螺栓、22万个孔洞。
为确保施工现场一次性安装成功,发运前在徐州进行了预组装,包括从组装到包装运输所有环节徐州钢结构有限公司,确保在南极能够“像搭积木一样盖房子”。
7万多套“南极螺栓”有何特殊设计?
由于南极不具备现场焊接条件,新罗斯海站钢结构由7万余组高强度螺栓连接,这些螺栓全部由国产。为了抵御南极极端气候,这些“南极螺栓”有何特殊设计?又是如何制作的?
安徽某紧固件公司总经理杨兆军:从表面上看,它就像钢筋,但实际上它是一种特种钢,一种特殊的耐候钢。这种钢和普通钢相比,添加了铌等十几种特殊元素,就是为了解决这种钢在超低温冲击等方面的性能问题。
企业的露天堆场里,全是这样的特种钢材,每吨比普通钢材贵3000元,既然这么值钱,为何不堆放在仓库里呢?
安徽某紧固件公司总经理杨兆军:方便后续加工,材料的韧性、弹性不一样,在后续加工过程中会影响模具的损坏和精度。
杨兆军告诉记者,就像制作酱油需要让黄豆接受充足的阳光照射一样,这些特钢也需要在露天堆场存放至少两个月后,才能进行下一步的加工。
这个生产车间看上去也许并不高端,但处处可见研发团队的创新设计和“本土发明”。
圆钢经过前端加工后,变得光亮,便可进行加工成型。业内主流的做法要么是冷压,这会造成钢材内部产生裂纹,要么是加热再加工,也就是所谓的“红锤”,但这样制作出来的螺栓无法适应南极的极端气候。
安徽某紧固件公司总经理杨兆军:我们的成型工艺叫“温冲”,加热到600℃到700℃左右再冲出来,解决了“冷冲”裂纹的问题,里面没有任何裂纹。
一根“温打”成型的螺栓,还要经过热处理、化学处理,最后变成通体乌黑、能在南极使用的“耐候抗延迟断裂高强度螺栓”。但这还不是全部,在这个实验室里,螺栓还需要接受可靠性测试,每3000组螺栓中随机抽取8组,在模拟极寒环境下接受冲击性能测试。
安徽某紧固件公司副总工程师曾辉:普通钢结构螺栓在-60摄氏度时,6、7焦耳(冲击力)就可能断裂,但我们供应南极罗斯海的螺丝,在-60摄氏度时,冲击力能达到67至70焦耳。
一颗不起眼的螺栓,经过研发团队和工人们的精心打磨,最终跨越太平洋,降落在南极,成为“国家队的严选品”。
在恩德斯堡岛修建直升机停机坪有哪些挑战?
在南极无论是运送货物还是人员,都离不开直升机。因此直升机停机坪也是每个科考站必不可少的基础设施。我国新罗斯海站也将建设一个占地面积1020平方米的直升机停机坪。铺设直升机停机坪所用的400多种特殊建筑材料全部由我国研发制造。直升机停机坪的建设面临哪些挑战?
在位于湖州市南浔区旧官镇的中建科技(湖州)有限公司工厂里,一条智能化生产线正在生产预应力标准化预制路板。该类预制路板按照特定要求制造,构件整体刚度、抗裂性能、整体耐久性更好,适应南极恶劣的气候条件。
中国建筑技术集团华东有限公司南极直升机停机坪科研团队负责人何亮:南极低氧、低温、大风速的环境,如果采用传统的施工模式,工期和产品质量都无法保证。我们从源头抓起,采用可反复冻融200次以上的高强度混凝土,并将预应力技术运用到产品的生产制造中。
南极建设难度大,需要克服的困难很多,包括恶劣的自然环境、复杂的地质条件等。与传统建设模式相比,装配式直升机停机坪具有施工速度快、周转材料少、机械化程度高的特点,能更好地满足罗斯海新站的建设要求。
中建科技集团华东有限公司南极直升机停机坪科研团队负责人何亮:仅用10天时间生产,就完成400余块预应力标准化预制路板的备货。
经过两个多月的远洋航行,这400多块路板被成功装入集装箱,运抵南极。直升机停机坪组装完毕后,进入南极大陆的船只可以携带相关物资和科研设备抵达岛上,再从直升机停机坪出发前往各个科研地点。
(央视新闻客户端 总台央视记者 梁丽娟 陈波 李杰 宋云燕 杨颖)