4月8日，执行中国第41次南极考察的“雪龙”号极地科考破冰船返回上海，此次考察的主要任务顺利完成。考察队首次开展秦岭站越冬考察任务，中国南极考察进入“三站越冬”时代。这次，科普中国特别邀请到了秦岭站的驻场设计师尹晓斌工程师，为大家详细介绍一下秦岭站的建设工作和科研意义。
笔者有幸参加了中国第41次南极考察，并参与了秦岭站的建设，今天就和大家聊聊秦岭站有什么特点，这次考察配套设施设备建设又取得了哪些成果。
建站环境，“一言难尽”
秦岭站所在的地方叫做恩科斯堡岛，又称“难言岛”。在一百多年前竞赛极点的航行中，英国探险队中有一支“北方小分队”完成对阿德利企鹅和南极的地质研究准备返回时，因罗斯海布满海冰，科考船无法按原定计划靠岸，小队不得不留在此处避难，在遭受了整整一个冬季的低温和强风后，根据这段难以言喻的经历为这座岛屿命名。
这里的条件有多“难言”呢？在夏季当地气温都仅有 0℃ 左右，全年平均温度为-20℃ 左右，极端低温可达-45℃。此外，这里有记录的最大瞬时风速高达约 43.5m/s，每年大风天数（15m/s 以上）达 100 天以上，这一看就不是什么宜居之地。而且，这种极端的气候条件，让每年室外施工建设的窗口期仅剩 2 个月左右——从夏季的 12 月到次年 1 月。
风吹雪的天气 作者供图在难言岛度过三个半月的实地生活后，最令笔者刻骨铭心的也是这里极端的天气环境。突如其来的下降风时常席卷沙石和暴雪而来，在时常“光顾”的12级风中，想站稳都不容易；而刮起的地吹雪则像白色的“沙尘暴”，让能见度骤降至不足5米，呼出的热气转眼就在面罩上凝结成冰。这段经历不仅重塑笔者了对自然的认知，也让笔者对坚韧不拔、拼搏奉献的南极工作者们更加敬仰。
不畏艰辛，迎难而上
既然条件如此恶劣，为什么还要选择在这里建站呢？考察站的选址需要考虑很多因素，其中科研方面的考虑无疑是最重要的因素之一——秦岭站选在这里就能够覆盖周边300公里范围的考察区域，涵盖海洋、大气、冰川、地质、生物等众多科学热点，有效填补了我国在罗斯海地区的考察空白。
具体来说，南极海洋是地球系统运行的“心脏”，其变化牵动全球气候、生态与人类命运。而秦岭站所在的罗斯海区域拥有南极最大的海洋保护区，它被认为是地球上最后一个完整的大海洋生态系统，有“最后的海洋”之称。建站后可以开展海洋生态监测，为全球环保研究提供重要数据。
南极冰盖作为冰冻圈的主要冰体，南极冰盖的融化是导致全球海平面上升的主要因素之一。秦岭站周边的南森冰架在夏季阶段其边缘常崩解形成冰山，又在冬季阶段因温度寒冷冻成冰架，周而复始，长期观测对理解气候变化背景下极地冰盖演化规律以及未来全球海平面变化均有着重要的科学意义。
南森冰架 作者供图而且秦岭站周边有一处阿德利企鹅聚集地保护区，通过对企鹅的研究，能获取海洋健康、气候变化、生物适应及污染扩散等多维度信息。
秦岭站不远处的海豹与企鹅 作者供图此外，秦岭站的选址和建设方案充分考虑了罗斯海地区的实际情况，包括后勤保障、科研需求、国际合作和环保要求。在借鉴他国科考站建设经验的基础上，分析了当地的气候、地形、交通等因素，通过科学的分析选出了现在这个合适的位置。
难言岛上“搭积木”
相比于国内建筑，秦岭站总体面积虽然不大，但却存在更复杂的建设难题。功能上不仅需要考虑科学需求，还要兼顾生活保障，可以说是“麻雀虽小，五脏俱全”。
难言岛上每年的施工窗口期只有短短2个月，要在如此紧张的时间里，建成足以让数十位科研人员在极端环境下生活和工作的“科学城”，考察站的设计、施工都需要克服很多平时“盖房子”遇不上的困难。
秦岭站的设计考虑了建筑长轴方向与主风向的关系，采用架空式设计方案，对于减缓积雪和减少风压的作用非常有效。注意看下图，考察站是由柱子架在空中的。
秦岭站 图片来自新华社设计阶段还搭建了实体与数字化模型开展多组风洞试验，模拟南极当地雪荷载、风压、风致振动、风吹雪等一系列实际环境指标，获取相关数据，最终确定了抗风雪能力强、结构稳定的建筑方案，以适应罗斯海地区的恶劣气候条件。
考虑到环境恶劣，工期紧张，运输能力，环保需求等种种限制，加上南极建筑地处偏远，时常会有很多不可预见的情况发生，南极考察站的施工与国内建设存在显著差异。建造采用装配式建造体系，在国内预组装后拆除打包运至施工现场。
这就好比在工厂中先制作好建筑的各种“积木块”，再运到工地“拼起来”，可有效控制建成质量，减少现场人工，减轻现场环保压力。从下图中我们也可以看出，大型工程机械几乎全是用来吊装模块组件的起重机，一般工地上常见的混凝土搅拌车等等都不见踪影。
第 40 次考察队建设秦岭站时航拍的模块搭建过程 作者供图建筑建设分为主结构、内模块和外围护幕墙，类似人体构造的骨骼、器官和皮肤，既能快速搭建，又方便后期维护。居住、办公和科研这类标准单元空间采用工厂预制模块，家具和设备提前在工厂完成装修、安装，大幅减少现场施工量。
考察站室内宿舍 作者供图为应对罗斯海地区高寒、强风等特殊环境及环境保护要求，建筑采用集中式形态、高密闭性与保温性的构造设计与强有力的预应力岩石锚杆体系等，确保了建筑在极端环境下的稳固和安全。
经过一整年度的低温、强风、极昼极夜的极端气候考验，笔者所在的 41 次队到达现场后秦岭站主体建筑依然保持完好，各项安全指标均达到设计要求，整体安全性得到了现实的验证。介绍完了秦岭站的背景，接下来再聊聊本次考察中秦岭站的建设任务。
想施工？先铲雪……
本次度夏考察的一项主要任务，是完成包括海水淡化、新能源系统、通讯通信等配套设施的建设，也就是我们通常所说的“通水、通电、通网”。不过，这些工作却是从“铲雪”开始的。
2024 年 11 月 14 日，包括笔者在内，由 34 名队员组成的先遣队成功抵达南极秦岭站。到站后的第一项任务就是恢复站区的电力供应。由于长达一年的风雪侵袭，临时设施区部分已完全被积雪掩埋，其中发电栋外围的积雪厚度达 3~4 米。
积雪掩盖住了很多设施 作者供图队员们齐心协力用机械和铲子将积雪除开，当日重启 100kW 发电机 2 台，基本恢复电力供应，也正式开启了第 41 次队秦岭站的建设任务。而笔者主要负责的是住宿舱附近的除雪任务，结果用了数个小时才把大门给挖出来。
顶风冒雪除雪作业 作者供图水、电、网一个都不能少
秦岭站远离人类大陆，站上所有人员的日常用水、用电、交通、通讯条件都要自给自足。因此，设计团队按照“微缩科学城”的功能理念，一体化建设科学与后勤支撑条件，包括道路，码头，能源，供水，污水处理，卫星通信等基础设施，以及科研办公，居住，餐饮，社交，医疗，健康，物流等全要素功能。
施工中的秦岭站 作者供图可能很多朋友觉得，南极最不缺冰雪，直接化了不就是淡水吗？实际上，南极储存着全球 70% 的淡水，这些淡水对全球气候和水资源平衡很重要，但基本都以冰的形式存在，很难直接利用，目前也无法大规模开发。
秦岭站的水资源处理系统，则充分考虑了地形和洋流条件，采用适应多种工况的海水、融雪等多种采集和处理方式，互为备用，通过多层级过滤与反渗透工艺，存用结合，保障用水的充足、洁净与安全。
其中，各国一般将融雪取水作为临时应急方式来使用，例如今年先遣队刚到站时，由于临时海水淡化系统，暂时尚未启用，队员们将干净的雪铲到融雪桶内融化来作为每天的日常洗脸、刷牙的生活用水。
能源对考察站也至关重要，在南极使用传统柴油能源具有高效、稳定和持续的优势，不容易受天气条件影响。但柴油也存在运输成本高、环境事故风险大、碳排放高等问题。
而秦岭站的能源系统设计基于中国南极中山站及泰山站的新能源早期应用试验，结合罗斯海区域当地气候特点，采用 风能+光能+氢能+柴油 的可再生能源和传统能源相结合、多能互补的微电网能源系统，可再生能源使用比例预计超过 60%，最大限度地减少对传统能源的依赖及空气污染物的排放。
全员上阵拉电缆 作者供图作为偏远环境下的考察设施，秦岭站建设了卫星地面站等设备，配置卫星通信、短波通讯与导航等多层级通信系统，基本实现考察活动的中远程通信、数据管理及远程同步功能。未来在科学观测方面将设置自动检测、数据采集等专用网络系统，实现对罗斯海环境的长期观监测，便于开展近岸海洋环境的在线监测与数据传输、样品预处理分析实验，逐步向无人化、智能化的监测方向发展。
设计团队在总图规划中将各个系统分开布置，功能上又兼具联系，集约化布置于场地之中。不过施工的时候有个问题，南极大陆裸露的地面比较单一，区域内缺少参照物，容易让人分不清东南西北。因此，笔者携带了无人机，这样就可以在建设阶段使用无人机设备定期对建设过程的秦岭站站区拍摄投影图，实时跟踪施工的位置与进度，与设计图纸进行核对，并适时根据场地和建设条件提出设施布置的优化方向。
站区全景 作者供图科学考察，环保同行
人类活动，必然会带给环境一些影响。为了尽量减少对南极环境的影响，秦岭站践行“绿色考察”理念，污水、固废处理等重要的生活支持保障系统上，以稳重实用的技术路线为主，并辅以局部技术亮点创新，提升系统反应效率。
生活污水采用膜生物处理系统，配以一体化膜生物反应器降解处理，经过严格处理，达到南极要求的国际排放标准。秦岭站在建设过程中，各类建设和生活垃圾严格进行分类处理，统一打包收集由考察船带离南极，每一位队员都是南极的环保员，发现垃圾会及时进行清理，避免现场环境遭到污染破坏。
笔者作为秦岭站的驻场设计师，共计在南极现场工作106天，有幸实地参与到秦岭站的建设和更多元化的考察活动之中，不仅使自己在南极考察站的建筑设计、施工技术、应对特殊环境等专业技术上积累了宝贵经验，也对这片神秘大陆的自然环境与历史人文有了全新认识。相信通过--代代科考队员的不懈奋斗，极地科考事业将会不断取得新的突破与发展！
0 条