中國最大南極科考站開站，怎么建出來的？

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導語：全世界已有30多個國家在南極建立了70多座科考站，中國占了5座，面積最大的秦嶺站今日正式開站。我們為什么要建造科考站？又如何建造一座科考站？

中國面積最大的南極科考站

作為世界上發現最晚、科學研究程度最低的地方，南極洲一直都吸引著無數科學家和國家。這里有極端的氣候環境，與航天、航空、航海和人類生存等問題密切相關，也有大量隕石遺存和豐富的礦產、水資源，以及許許多多的未知，具有極大的科研價值。目前為止，全世界已有30多個國家在南極建立了70多座科考站，中國占了5座，第5座秦嶺站今天正式開站。

圖注：南極秦嶺站建設中

從1985年起，中國陸續建成了長城站、中山站、昆侖站和泰山站4座科考站。分別位于

西南極喬治王島、東南極拉斯曼丘陵和南極內陸冰蓋、東南極內陸冰蓋伊麗莎白公主地區，各自承擔了不同的科研任務。比如第一座科考站長城站，所在的西南極喬治王島區域生態系統活躍，適合開展亞南極生態監測和研究。而昆侖站位于南極冰蓋最高點冰穹A地區，是進行冰芯鉆探、開展大氣科學和天文科學研究的不二之地。

第5座科考站秦嶺站與此前科考站的位置完全不同，位于南極洲東部維多利亞地羅斯海沿岸的恩克斯堡島。羅斯海是地球上受人類活動影響最少的海之一，這里保存了地球最后一塊完整的海洋生態系統，海洋生物豐富、生態網完整，至少觀察到10個哺乳動物物種、6個鳥類物種和95個魚類物種，還有許多非脊椎動物物種，是研究地球系統中能量和物質交換、海洋生物和全球氣候變化的理想之地。地球上最大的冰架——羅斯冰架，也在羅斯海附近。

目前為止，很多南極研究強國都在羅斯海沿岸建立了科考站。比如美國的麥克默多站、新西蘭的斯科特基地、意大利的馬里奧·祖切利站以及韓國的張保皋站等。為了填補羅斯海區域研究這一空白，我國從2013年南極第29次考察隊就開始了選址工作，歷經四個隊次的篩選與勘察，從科研方向、氣候條件、建設條件、海上可達性和空中可達性等多個因素，最終在2018年確定了恩克斯堡島作為中國第五座南極考察站的站址。

恩克斯堡島于1912年被英國水手發現，島上一直無人居住。它西鄰南森冰架，東臨終年不凍的特拉諾瓦灣冰間湖，因為島上巖石裸露，盛行超強、超干、超冷的離岸風，常常風雪交加，鋪天蓋地白茫茫一片，自然條件非常惡劣，所以又叫“難言島”。難言島長12公里、寬4公里、面積50平方公里。新建在恩克斯堡島的中國考察站，主體建筑設計理念來自鄭和下西洋導航所使用的南十字星，包括主體建筑（含海洋科學觀測平臺）、地球物理觀測棟、高空物理觀測棟、大氣觀測棟等獨立科研設施，主要功能包括科研實驗、人員住宿、物資車輛維修存放、航空支持、通訊保障等功能。秦嶺站主樓分A、B、C三個區。其中中間的B區是公共區域，有餐廳、辦公室等，兩翼的A區和C區呈鏡像對稱，包括了海洋實驗室等區域。上到二層，則是度夏和越冬人員宿舍。整體建筑面積5244平方米，建成后將是中國南極科考站中面積最大的一個，預計可容納度夏隊員80人、越冬隊員30人，分別比長城站多20人、10人。

像搭積木一樣建科考站

由于南極大陸是中部隆起向四周傾斜的高原，一旦沉重的冷空氣沿著南極高原光滑的表面向四周俯沖下來，便會狂風大作，形成南極內陸典型的“下降風”。秦嶺站所處區域位于下降風盛行區間內，給工程建設帶來很大難度，科考站的建筑和供能等多方面都跟日常狀態不同，需要特殊定制。

為了對難言島區域惡劣的天氣，秦嶺站必須要確保堅固。所以秦嶺站主樓采用了鋼結構體系，鋼材為特種鋼材，強度等級為Q355NH E級耐候鋼，低溫沖擊性能-40℃。

用鋼量超過了每平方米300公斤，是同類建筑的2到3倍。作為南極洲下降風最強的地區之一，新站區域已知最大風速超過43米/秒。通過結構設計，秦嶺站的設計抗風能力達到65米/秒，相當于17級以上的風力。

圖注：南極秦嶺站主樓鋼構

極地氣候給施工建設帶來極限挑戰，800多斤的幕墻板在極風的作用下就像飄在空中的樹葉，非常難以控制。為了抓住短暫的施工窗口期，科考站的建筑采用了裝配式、模塊化的建造體系，在國內就已經量身定做了裝配式鋼結構件和功能模塊，運到南極現場拼裝即可。而且為了保證在南極現場拼裝施工順利，秦嶺站鋼結構提前就在國內進行了預拼裝。

首先在H型鋼自動組立機上將腹板和其中一塊翼緣板組裝成T型，然后再將T型與另一塊翼緣板組裝成H型，合格后轉入后續各工序。中鐵建工集團南極秦嶺站項目工程班班長吳兆兵介紹：“整個結構九百六十多根構件，在國內都一比一全部搭上去了。通過預拼裝這個環節，能夠檢驗設計方面能不能滿足要求、構件的幾何尺寸有沒有問題。”

材料都準備好且運輸到南極后，真正的搭建就開始了。由于南極現場不具備焊接條件，秦嶺站的鋼結構搭建都是通過耐候性高強螺栓來完成，因為南極低溫，常規的高強螺栓容易發生冷脆斷，所以還采用了耐候性高強螺栓。

完成鋼結構“骨骼”的搭建之后，第二步就是安裝功能模塊。科考站根據功能，可以劃分為度夏、越冬、辦公室、實驗室、廁所五大類，一共84個。所有功能模塊都事先在國內加工好，到了南極現場安裝即可。

圖注：南極秦嶺站主樓模塊安裝

接下來就到了最后一步安裝幕墻板，考察站建筑的最外層。幕墻板外面是一層不銹鋼板，背面是鋁型材復合板，最里面的一層有聚氨酯泡沫板，既保暖，也美觀。

秦嶺站的幕墻板超過1100塊，因為都是模塊化生產，所以對安裝精度的要求非常高。中鐵建工集團南極秦嶺站項目幕墻板負責人李月強介紹說，必須把龍骨校正到誤差5個毫米以內，手工板才能夠裝得進去。條件具備的情況下，每天可以安裝40到50張板。

圖注：南極秦嶺站主樓手工板安裝

極地如何維生

建筑有了，更重要的問題是，生活在科考站的科研人員們如何維持生存。

秦嶺站以被動式建筑技術應對極端環境，采用可再生能源和傳統能源相結合的能源系統，優先采用風能和太陽能等清潔能源，設計方案中，風能、太陽能等新能源占比超過60%。新站根據功能分區的使用特點，分別對越冬、度夏區域實行獨立能源供應，根據工況狀態靈活設置和調節。度夏宿舍及海洋實驗室在冬季無人狀態下僅維持值班溫度，降低能耗。

秦嶺站除了新站之外，還有很多的配套工程，它們共同形成了一套完備的建筑體系。后勤中心和主樓相連，面積超過2000平方米，未來將主要負責提供后勤保障。主要功能包括車庫、未來的發電、污水處理、海水淡化以及生活設施的倉庫，此外還具備整個新站的生活保障的條件以及設施。

能源站設有光伏發電還有風力發電兩種方式，建成之后，新站60%的能源供應都將由新能源來完成。整個微電網系統能夠實現無人值守，建10個這種10千瓦的風機，加上10個光伏陣列，光伏和風機各自每小時發電都是100度電，能夠滿足新站所有負載的正常供應。

圖注：南極秦嶺站的建設者們