大陸「雪龍」號極地考察船載著大陸第35次南極科學考察隊員經過3萬海浬航行,3月10日安全返抵上海,此次南極科考實現了一項重要成果,就是泰山站二期工程建設順利完成,完成的建設包括在深雪之下組裝建築,安裝發電、新能源、汙水處理、融雪、遠端無人看守供電等系統。泰山站成為中國在南極建成的首個雪下工程,也實現多項創新。
南極中國泰山站位於東南極內陸冰蓋伊莉莎白公主地區,距中山站520公里。這一區具有南極典型的內陸氣候「風大、吹雪嚴重」。受風場擾動等影響,出現強烈吹雪等天氣時,建築物面臨被積雪掩埋的風險。為減小風阻和有利於大風吹走積雪,泰山站主體建築整體架空於雪面,建設的配套工程則直接選擇建在雪下。
克服強風覆雪干擾
大陸第35次南極科考隊泰山站站長姚旭說,受南極特殊的氣候條件和地理位置影響,各國建築在內陸冰蓋的考察站,都會出現程度不一的被積雪掩埋情況。另施工視窗周期短,施工條件有限,也是各國科考建設所須共同面對的難題。
泰山站二期工程在考慮到天候、地理等諸多特點後,決定採用定制集裝箱(定制貨櫃)模組組合方式,將供配電系統、融雪系統、新風加熱採暖系統、汙水處理系統等,整合在集裝箱模組內,實現快速安裝,縮短南極現場施工周期。同時,創造性地採用雪下建築的形式,變被動為主動,有效解決南極建築被風雪掩埋的難題,並最大程度減少對周圍地形的影響,以保證站區設備能長期安全穩定運作。
保溫防水抗寒極佳
中國第35次南極科考隊隊員、泰山站二期工程現場經理周靈說,雪下建築保溫和防水密封最為重要。由中國寶武集團總承包並設計、中冶集團負責施工的泰山站雪下建築,利用雪下恒溫特點,可減少南極永晝、永夜溫差變化對建築內部溫度的影響。同時,雪下建築採用定制集裝箱模組拼裝和雙層密封防水方式,有效解決極寒環境中雪下建築的保溫及防水密封。
經測試,泰山站雪下建築室內、外溫差達攝氏80度C以上,雪下建築的集裝箱拼縫也沒有出現滲漏現象,集裝箱外也沒有出現融雪現象,為雪下建築內各設備安全穩定運作提供最大程度的保障。
融雪供水 智慧發電 無人看守
南極大陸冰雪覆蓋,內陸沒有液態淡水,科考隊員用水全靠融雪解決,泰山站雪下建築工程完成後,未來如何解決科考隊員用水至關重要,透過融雪水箱給水系統和汙水處理系統運行,便可集中解決20個科考隊員的生活用水。
生活用水方面,所需用雪由考察隊員就地取材裝入融雪水箱,透過化雪設備將雪化成水,再將融水輸送至主樓的儲水箱,以確保隊員用水無虞。生活汙水方面,則有專門的汙水處理系統進行處理,回用率達80%以上,可用來洗衣服等,以減少化雪量。對沒有利用價值的汙水,則集中存放在專門的汙水收集池內,待科考隊撤離前,再運送到中山站集中處理。
在電力方面,泰山站的供電系統令人眼前一亮,採用的是柴油發電和新能源系統並網運行,柴油發電機可根據新能源供電量自動調整發電量,從而有效地節約燃油消耗,提供清潔能源。目前,供電系統工作穩定,為站區科考設備正常供電,這對未來在南極地區大規模使用新能源供電意義重大。
由東南大學研發的無人看守能源試驗系統,在泰山站建設過程中進行了全方位功能測試。結果顯示,中國自主研發的這套系統能在泰山站高海拔、低氣壓、低溫等極端環境下,不間斷供電。無人值守情況下,能透過通訊對系統實施遠端監控及遙控操作。(記者/孫曜樟)