中国最大南极科考站开站，怎么建出来的？

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导语：全世界已有30多个国家在南极建立了70多座科考站，中国占了5座，面积最大的秦岭站今日正式开站。我们为什么要建造科考站？又如何建造一座科考站？

中国面积最大的南极科考站

作为世界上发现最晚、科学研究程度最低的地方，南极洲一直都吸引着无数科学家和国家。这里有极端的气候环境，与航天、航空、航海和人类生存等问题密切相关，也有大量陨石遗存和丰富的矿产、水资源，以及许许多多的未知，具有极大的科研价值。目前为止，全世界已有30多个国家在南极建立了70多座科考站，中国占了5座，第5座秦岭站今天正式开站。

图注：南极秦岭站建设中

从1985年起，中国陆续建成了长城站、中山站、昆仑站和泰山站4座科考站。分别位于

西南极乔治王岛、东南极拉斯曼丘陵和南极内陆冰盖、东南极内陆冰盖伊丽莎白公主地区，各自承担了不同的科研任务。比如第一座科考站长城站，所在的西南极乔治王岛区域生态系统活跃，适合开展亚南极生态监测和研究。而昆仑站位于南极冰盖最高点冰穹A地区，是进行冰芯钻探、开展大气科学和天文科学研究的不二之地。

第5座科考站秦岭站与此前科考站的位置完全不同，位于南极洲东部维多利亚地罗斯海沿岸的恩克斯堡岛。罗斯海是地球上受人类活动影响最少的海之一，这里保存了地球最后一块完整的海洋生态系统，海洋生物丰富、生态网完整，至少观察到10个哺乳动物物种、6个鸟类物种和95个鱼类物种，还有许多非脊椎动物物种，是研究地球系统中能量和物质交换、海洋生物和全球气候变化的理想之地。地球上最大的冰架——罗斯冰架，也在罗斯海附近。

目前为止，很多南极研究强国都在罗斯海沿岸建立了科考站。比如美国的麦克默多站、新西兰的斯科特基地、意大利的马里奥·祖切利站以及韩国的张保皋站等。为了填补罗斯海区域研究这一空白，我国从2013年南极第29次考察队就开始了选址工作，历经四个队次的筛选与勘察，从科研方向、气候条件、建设条件、海上可达性和空中可达性等多个因素，最终在2018年确定了恩克斯堡岛作为中国第五座南极考察站的站址。

恩克斯堡岛于1912年被英国水手发现，岛上一直无人居住。它西邻南森冰架，东临终年不冻的特拉诺瓦湾冰间湖，因为岛上岩石裸露，盛行超强、超干、超冷的离岸风，常常风雪交加，铺天盖地白茫茫一片，自然条件非常恶劣，所以又叫“难言岛”。难言岛长12公里、宽4公里、面积50平方公里。新建在恩克斯堡岛的中国考察站，主体建筑设计理念来自郑和下西洋导航所使用的南十字星，包括主体建筑（含海洋科学观测平台）、地球物理观测栋、高空物理观测栋、大气观测栋等独立科研设施，主要功能包括科研实验、人员住宿、物资车辆维修存放、航空支持、通讯保障等功能。秦岭站主楼分A、B、C三个区。其中中间的B区是公共区域，有餐厅、办公室等，两翼的A区和C区呈镜像对称，包括了海洋实验室等区域。上到二层，则是度夏和越冬人员宿舍。整体建筑面积5244平方米，建成后将是中国南极科考站中面积最大的一个，预计可容纳度夏队员80人、越冬队员30人，分别比长城站多20人、10人。

像搭积木一样建科考站

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”。秦岭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，科考站的建筑和供能等多方面都跟日常状态不同，需要特殊定制。

为了对难言岛区域恶劣的天气，秦岭站必须要确保坚固。所以秦岭站主楼采用了钢结构体系，钢材为特种钢材，强度等级为Q355NH E级耐候钢，低温冲击性能-40℃。

用钢量超过了每平方米300公斤，是同类建筑的2到3倍。作为南极洲下降风最强的地区之一，新站区域已知最大风速超过43米/秒。通过结构设计，秦岭站的设计抗风能力达到65米/秒，相当于17级以上的风力。

图注：南极秦岭站主楼钢构

极地气候给施工建设带来极限挑战，800多斤的幕墙板在极风的作用下就像飘在空中的树叶，非常难以控制。为了抓住短暂的施工窗口期，科考站的建筑采用了装配式、模块化的建造体系，在国内就已经量身定做了装配式钢结构件和功能模块，运到南极现场拼装即可。而且为了保证在南极现场拼装施工顺利，秦岭站钢结构提前就在国内进行了预拼装。

首先在H型钢自动组立机上将腹板和其中一块翼缘板组装成T型，然后再将T型与另一块翼缘板组装成H型，合格后转入后续各工序。中铁建工集团南极秦岭站项目工程班班长吴兆兵介绍：“整个结构九百六十多根构件，在国内都一比一全部搭上去了。通过预拼装这个环节，能够检验设计方面能不能满足要求、构件的几何尺寸有没有问题。”

材料都准备好且运输到南极后，真正的搭建就开始了。由于南极现场不具备焊接条件，秦岭站的钢结构搭建都是通过耐候性高强螺栓来完成，因为南极低温，常规的高强螺栓容易发生冷脆断，所以还采用了耐候性高强螺栓。

完成钢结构“骨骼”的搭建之后，第二步就是安装功能模块。科考站根据功能，可以划分为度夏、越冬、办公室、实验室、厕所五大类，一共84个。所有功能模块都事先在国内加工好，到了南极现场安装即可。

图注：南极秦岭站主楼模块安装

接下来就到了最后一步安装幕墙板，考察站建筑的最外层。幕墙板外面是一层不锈钢板，背面是铝型材复合板，最里面的一层有聚氨酯泡沫板，既保暖，也美观。

秦岭站的幕墙板超过1100块，因为都是模块化生产，所以对安装精度的要求非常高。中铁建工集团南极秦岭站项目幕墙板负责人李月强介绍说，必须把龙骨校正到误差5个毫米以内，手工板才能够装得进去。条件具备的情况下，每天可以安装40到50张板。

图注：南极秦岭站主楼手工板安装

极地如何维生

建筑有了，更重要的问题是，生活在科考站的科研人员们如何维持生存。

秦岭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%。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。

秦岭站除了新站之外，还有很多的配套工程，它们共同形成了一套完备的建筑体系。后勤中心和主楼相连，面积超过2000平方米，未来将主要负责提供后勤保障。主要功能包括车库、未来的发电、污水处理、海水淡化以及生活设施的仓库，此外还具备整个新站的生活保障的条件以及设施。

能源站设有光伏发电还有风力发电两种方式，建成之后，新站60%的能源供应都将由新能源来完成。整个微电网系统能够实现无人值守，建10个这种10千瓦的风机，加上10个光伏阵列，光伏和风机各自每小时发电都是100度电，能够满足新站所有负载的正常供应。

图注：南极秦岭站的建设者们