中國建科為南極秦嶺站崛起冰原保駕護航
新年前夕，國家主席習近平通過中央廣播電視總臺和互聯(lián)網，發(fā)表了二〇二五年新年賀詞。習近平主席在新年賀詞中提到了“南極秦嶺站崛起冰原”，高度肯定我國極地考察事業(yè)取得的成果，讓中國建科全體干部職工深受鼓舞、倍感振奮。
▲南極秦嶺站（央視截圖）
2013年歲末，在自然資源部極地考察辦公室和中國極地研究中心支持下，中國建科所屬中國建筑設計研究院有限公司（簡稱中國院）開啟服務國家極地事業(yè)的十年征程；2024年年初，南極秦嶺站主體設施在羅斯海恩克斯堡島順利落成，成為我國首個面向太平洋扇區(qū)的南極考察站和開展南極考察及國際治理的關鍵科學平臺，具有重要意義與科學價值。中國院設計團隊通過先進的設計理念和創(chuàng)新的技術體系，為南極秦嶺站崛起冰原保駕護航。
▲自海灣看秦嶺站（祝賀 攝）
三大設計理念 服務南極
南極秦嶺站的設計面向南極科學考察任務的多層次需求，充分考慮南極極端的自然條件和特殊的國際環(huán)境等特點，充分體現“科學引領”、“文化驅動”和“環(huán)境協(xié)同”三大設計理念，打造具有國際先進水平的南極考察站。
▲秦嶺站設計構思草圖（段猛 繪）
1. 科學引領
秦嶺站位于羅斯海區(qū)域，是南極科學考察和南極國際治理的熱點區(qū)域。這里是南極冰蓋和南大洋相互作用最活躍的地區(qū)，深刻影響著全球氣候變化；這里有地球上最接近火星環(huán)境的南極最大無冰區(qū)，是走向未來空間的重要前進基地；這里有全球最古老的海洋，蘊藏著南極生態(tài)系統(tǒng)的演化奧秘。這里作為南極巖石圈、冰凍圈、生物圈和大氣圈相互作用最集中的區(qū)域，對全球氣候變化響應最敏感，具有重要的研究價值，是開展科學考察的理想之地。秦嶺站作為支撐我國在羅斯海及南太平洋海洋研究和保護工作的考察平臺，承擔著重要科學使命。
秦嶺站設計從規(guī)劃格局、選址定位、功能組織、技術支撐等各個環(huán)節(jié)著力強化南極考察科學目標的引領作用，通過多圈層全域規(guī)劃模式、全要素綜合選址體系、海陸一體化功能關系、極端環(huán)境可持續(xù)能力等系列技術方法，助力秦嶺站成為南極冰海變遷與生命律動的“監(jiān)測儀”和“聽診器”，全天候捕捉和傾聽全球變化策源地的時空動態(tài)，成為最具前沿特點的極地大科學裝置平臺。
▲海陸一體示意圖
2. 文化驅動
南極考察是人類探索未知的偉大征程，從早期的自然探險到后來的科學考察與國際治理，人類在與南極自然環(huán)境的對話中寫下壯麗的篇章，考察站對于人類的支撐作用也從最初簡單的庇護于風雪發(fā)展為規(guī)�；�、系統(tǒng)性的全方位支持，成為全球意識、科學水平及后勤能力的綜合體現。秦嶺站的設計立足“文化驅動”理念，充分展現南極考察站的文化內涵、組織特點及人文特色。
國家層面的文化內涵。南十字星是南半球標志性導航天體，是地理大發(fā)現時代航海家的定位標尺，被譽為南半球的“璀璨之光”，出現在很多南半球國家的國旗上，可以說是南半球的重要文化象征。15世紀我國航海家鄭和下西洋曾使用南十字星進行導航。秦嶺站以“南極星•中國結”作為設計概念，兼顧了中國特色與國際話語，賦予建筑濃厚的文化內涵。
機構層面的組織特點。秦嶺站是由國家專業(yè)考察機構全程建設和運轉的常年性南極考察平臺，其功能體系及組織模式體現了南極考察業(yè)務的組織特點。集約布局的建筑主體涵蓋科研辦公、居住、餐飲、社交、醫(yī)療、健康、物資存儲、設備運轉、廢棄物處理等全方位要素，如同屹立于冰原之上的微縮科學城。主體格局采用陸基立體考察平臺模式，通過多功能分層、分區(qū)、分倉和一體化集成，做到環(huán)境控制可分可合，空間布局高度集約，功能終端靈活擴展，充分適應極地考察的任務特點。
個體層面的人文特色。秦嶺站的建筑空間及界面設計強調人因工程學原則，空間營造體現極端環(huán)境下安全、高效、友好的人文特征，助力科學家與考察人員更好應對強風寒冷、偏遠孤獨、極晝極夜等極端環(huán)境的挑戰(zhàn)。
▲“南極星•中國結”設計概念
3. 環(huán)境協(xié)同
南極洲因其是地球上最寒冷、最干燥、最多風、最偏遠、最黑暗（半年極夜）的大陸，被稱為地球上最具挑戰(zhàn)性的地理環(huán)境之一。同時，南極洲也是地球最后的純凈之地和天然實驗室，具有極為脆弱的生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境敏感性，倡導國際合作和執(zhí)行嚴格的國際環(huán)境準則。
設計充分融合南極的考察需求與環(huán)境特點，基于 “環(huán)境協(xié)同”理念，建立建筑與環(huán)境之間積極的協(xié)同關系。一方面，秦嶺站的設計利用數字化工具和風洞試驗，優(yōu)化建筑形態(tài)、外圍護構造參數及基礎形式，提升安全可靠性，通過輕量化體系實現快速建造與更新、多能互補系統(tǒng)提升持續(xù)運轉能力，系統(tǒng)提升考察站對極端環(huán)境的適應能力；另一方面，采用可再生能源、全生命周期建造、智慧化運行等可持續(xù)技術，最大程度減少對南極環(huán)境的影響。
▲風環(huán)境示意圖
六大技術體系 保護極地
1. 基于南極考察特點的規(guī)劃與選址技術
南極洲地域廣袤，科學研究、后勤運輸及站區(qū)自然條件對考察站的建設和運行效率、成本等影響巨大，因此好的規(guī)劃與選址可實現事半功倍。
秦嶺站設計立足南極全域尺度，從考察站主體功能規(guī)劃研究入手，統(tǒng)籌考慮南極環(huán)境特征、考察發(fā)展水平、后勤支撐能力以及科學研究等要素，通過對我國南極長城站、中山站及相關國際考察站的深入調研及規(guī)劃原則、規(guī)劃性質、現狀分析、潛力判斷、功能定位、功能分區(qū)、實施重點與保障措施等方面的分析，嘗試建立南極考察站的功能發(fā)展模式和發(fā)展路徑，并以此為理論框架，系統(tǒng)應用于南極秦嶺站的選址與規(guī)劃實踐。秦嶺站的規(guī)劃與選址綜合考慮羅斯海地區(qū)的后勤運轉、科學觀測、國際合作和環(huán)境保護等要素，結合域內各國考察站的建站經驗，梳理提煉包括科考方向、氣候條件、場地條件、�？者\輸條件等6類一級指標和50多項二、三級指標，通過FAHP分析法確定相關指標權重，將要素評估描述由定性向定量轉化，形成以場地先天稟賦為基礎、以建站功能需求為導向的多層次評價體系，最終獲得相對均衡客觀的選址結果和總體格局。
基于南極考察特點的規(guī)劃與選址技術有力支撐了以秦嶺站為中心、作業(yè)半徑超過300公里的多圈層全域考察模式，有效填補了我國在羅斯海地區(qū)的考察空白。
▲多層次選址評價
2. 極端環(huán)境下的空間適宜性技術
面對羅斯海地區(qū)高寒、強風等特殊環(huán)境以及高度的環(huán)境保護要求，設計采用系列空間適宜性技術，最大程度減少環(huán)境與建筑之間的相互影響。
通過研究建筑形體、結構的實體與數字化模型，開展多組風洞試驗，模擬南極當地雪荷載、風壓、風致振動、風吹雪等一系列實際環(huán)境指標，獲得相關數據，并最終確定低體形系數的理想建筑形體及結構。集中形態(tài)和獨立分艙方式，以及高密閉性與保溫性的構造設計，強有力的預應力巖石錨桿體系等，保證建筑結構、保溫、防火等方面的整體安全，充分適應南極羅斯海區(qū)域風、雪、嚴寒、干旱等一系列極端自然氣候。針對極端惡劣氣候、極晝極夜的生物節(jié)律影響以及偏遠孤立的地理特征等，秦嶺站遵循人因工程學原則進行內部空間設計，打造安全、高效的人性化環(huán)境。面向冰川大海的公共空間，將羅斯海的大美景色盡收眼底；內部的坡頂空間與木質界面回應早期探險的傳統(tǒng)木屋，既有悠遠歷史意味也具現實溫暖感受，流暢的空間組織、季節(jié)性光線調節(jié)、氣流與聲學的考量，獨具特色的標識等，從生理、心理及精神等多個層面，改善極端環(huán)境下人員的工作效率和生活質量，體現人與自然的和諧相處。
▲公共空間示意圖
3. 偏遠環(huán)境下的輕量化可持續(xù)建造技術
南極地理位置偏遠，考察站面臨建設物資洲外遠洋運輸，現場大型機具載具種類受限，建筑結構及構造風致疲勞及低溫變形，材料設施更新回收等現實挑戰(zhàn)。
秦嶺站采用主結構、外圍護和內模塊三級裝配化模式，適應極端環(huán)境下建筑的全生命建造、運維與更新。主體結構采用鋼結構全裝配方式，由近5萬套零件和高強螺栓組裝而成，其中主鋼柱采用整體加工工藝，高標號耐候鋼可在-40℃～-60℃低溫條件下保持良好的結構性能，保證結構穩(wěn)定性和現場精準實施。辦公、科研、住宿等標準使用單元，采用工廠模塊化全裝修建造模式。外圍護結構采用復合保溫一體化金屬幕墻單元，節(jié)點可伸縮構造具備適應低溫變形能力。
系列輕量化可持續(xù)的建造技術，極大提升了考察站全生命周期的環(huán)境適應能力，減輕了遠程轉運的壓力，并有效降低了環(huán)境負荷。
▲集成建造示意圖
4. 超低依賴的多能互補微網能源技術
作為獨立于天氣條件的能源，在南極使用傳統(tǒng)柴油能源具有高效、穩(wěn)定和持續(xù)的優(yōu)勢；同時也存在運輸成本高、環(huán)境事故風險大、碳排放高等問題。
秦嶺站的能源系統(tǒng)設計基于中國南極中山站及泰山站的新能源早期應用試驗，進一步結合羅斯海區(qū)域日照、風、雪等氣候特點，考慮冬夏轉換和晝夜轉換工況需求，協(xié)同建筑節(jié)能改進、建筑氣密性提升、能源保障、可再生能源利用的動態(tài)響應，形成可再生能源和傳統(tǒng)能源相結合、多能互補的微電網能源系統(tǒng)。包括太陽能、風能、氫能和柴油在內的混合動力發(fā)電系統(tǒng)，采用智慧化集成能源管理系統(tǒng)，在保障站區(qū)能源安全穩(wěn)定的前提下，最大程度利用氫燃料電池、耐低溫固態(tài)電池等高效儲能系統(tǒng)，可再生能源使用比例預計超過60%，最大限度地減少對傳統(tǒng)能源的依賴及空氣污染物的排放。
超低依賴的多能互補微網能源技術使秦嶺站成為一座綠色低碳的常年考察站。
▲能源系統(tǒng)示意圖
5. 極端條件下的水資源利用技術
南極儲藏了全球70%以上的淡水資源，由于低溫酷寒，卻成為最干旱的大陸�？疾煺局饕乃磥碜院Ｋ⒑畠艋约叭诒谘┑确绞�，水的輸送、淡化、凈化及處理等需要消耗能源并符合嚴格的排放標準，且運行過程中存在低溫、強風、海冰等因素影響。
秦嶺站的水資源利用充分考慮了地形和洋流條件，采用適應多種工況的海水、融雪等采集和處理方式。取水口采用近岸深井方式，避免海冰侵擾影響，實驗用海洋原水相對獨立采集與處理，生活用淡化系統(tǒng)采用多層級過濾與反滲透工藝，存用結合，保障用水的潔凈與安全；生活污水采用膜生物處理系統(tǒng)，配以一體化膜生物反應器降解處理，達到南極排放標準。
極端條件下的水資源利用技術系統(tǒng)整合多態(tài)水資源，分類處理污廢，形成可靠環(huán)保的水循環(huán)系統(tǒng)。
▲水系統(tǒng)示意圖
6. 南極考察無人化智慧化運維技術
作為偏遠環(huán)境下的考察設施，秦嶺站配置衛(wèi)星通信、短波通訊與導航等多層級通信系統(tǒng)，實現考察活動的中遠程通信、數據管理及遠程同步。
科學觀測方面，設置自動檢測、數據采集等專用網絡系統(tǒng)，實現對羅斯海環(huán)境的長期觀監(jiān)測，開展近岸海洋環(huán)境的在線監(jiān)測與數據傳輸、樣品預處理分析實驗，并逐步實現極地觀監(jiān)測的無人化、智慧化。站區(qū)運行方面，采用智慧科考運營監(jiān)控指揮系統(tǒng)，智慧消防火眼超級預警系統(tǒng)，智慧站區(qū)保障系統(tǒng)，集成能源管理系統(tǒng)，可視化監(jiān)控與無線物聯(lián)網系統(tǒng)等。野外考察活動、自動化采集數據及考察站運行數據匯集于主體建筑頂層的指揮中心，形成智慧考察站的態(tài)勢感知及快速響應和指揮調度能力。
▲俯瞰秦嶺站（祝賀 攝）
央企擔當 責無旁貸
秦嶺站作為我國最新一代極地考察站，充分借鑒吸收了國內國際的設計與建設經驗，創(chuàng)造性地提出融合南極環(huán)境特點和科學考察需求的三大前瞻設計理念，系統(tǒng)性地集成跨專業(yè)跨學科的六大創(chuàng)新技術，助力我們更好地認識南極、保護南極、利用南極，為極端環(huán)境下的考察設施注入文化特色與科技力量，也為未來極地考察設施建設積累寶貴經驗，為中國人逐夢星辰大海貢獻專業(yè)力量。
▲秦嶺站前的帝企鵝（祝賀 攝）
中國建科始終堅持黨的領導，持續(xù)深入學習貫徹習近平總書記重要指示批示精神，秉承“傳承中華文化、打造中國設計、促進科技進步、引領行業(yè)發(fā)展”的企業(yè)使命，以秦嶺站建設為契機，積極探索不同氣候條件下的創(chuàng)新建筑技術，在擔當實干中銳意進取，在攻堅克難中開拓創(chuàng)新，更好踐行建設科技領域“國家隊”的職責使命，為以中國式現代化推進強國建設、民族復興偉業(yè)貢獻中國建科智慧和力量。
原標題：《中國建科為南極秦嶺站崛起冰原保駕護航》
