中國在南極建“新家”有哪些挑戰(zhàn)？7萬多套螺栓有何特殊設(shè)計(jì)？

央視新聞

2024-01-21 07:32

在遙遠(yuǎn)的南極羅斯海恩克斯堡島，此時(shí)此刻，羅斯海新站的建設(shè)者們正在忙著“蓋新房”。我國在南極的第五座科考站羅斯海新站，剛剛在一周前完成了主樓主體結(jié)構(gòu)封頂。新站長啥樣？在南極建“新家”，和普通工程建設(shè)有何不同？

先來看看，羅斯海是個(gè)什么樣的地方？建設(shè)者們到底用了什么方法，可以短時(shí)間內(nèi)建成科考站呢？

“微縮科學(xué)城”如何在短短兩個(gè)月內(nèi)建成？

羅斯海擁有目前南極最大的冰架，是南大洋和南極冰蓋之間互動(dòng)作用最活躍的地區(qū)，也是對全球的氣候影響最具有關(guān)鍵性作用的一個(gè)地區(qū)。還擁有著整個(gè)南極最大的無冰區(qū)——麥克默多干谷，對于巖石圈的研究具有非常重要的意義。國際上各個(gè)國家包括美國、意大利、德國、韓國等，都在這里建了科考站，它也是南極強(qiáng)國云集的一個(gè)地方。我國在這里建立科考站后，通過直升機(jī)、雪地車等交通工具，科考活動(dòng)可以輻射到周邊300至500公里的范圍，將大大提升我國在西南極的科考能力與水平。

中國建設(shè)科技集團(tuán)中國建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司副總建筑師、羅斯海新站總設(shè)計(jì)師段猛：它并不是一個(gè)簡單的建筑，它實(shí)際上要綜合考慮它的基礎(chǔ)設(shè)施，比如說道路、碼頭、能源、水處理，包括通信，這些都是作為基礎(chǔ)設(shè)施要考慮的。另外，建筑本身的功能，像辦公、科研、實(shí)驗(yàn)、倉庫儲(chǔ)存、人員生活、人員的休閑，所有的這些交往活動(dòng)都要考慮到內(nèi)。實(shí)際上作為一個(gè)小小的考察站，它實(shí)際上是一個(gè)微縮的科學(xué)城。

而這座“微縮科學(xué)城”，必須在短短的兩個(gè)月的時(shí)間窗口之內(nèi)建成。除了主體結(jié)構(gòu)搭建，還要組裝內(nèi)部使用的84個(gè)模塊，里面涵蓋了16個(gè)越冬的宿舍模塊，26個(gè)夏季度夏的模塊，以及辦公室、科學(xué)辦公室等。

中國建設(shè)科技集團(tuán)中國建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司副總建筑師、羅斯海新站總設(shè)計(jì)師段猛：這些模塊實(shí)際上已經(jīng)占到整個(gè)建造的45%一個(gè)裝配率。這個(gè)可以在國內(nèi)完全完成它的模塊的組裝和內(nèi)部的精裝修，到達(dá)現(xiàn)場之后，可以快速地安裝在我們結(jié)構(gòu)的骨架上面，然后進(jìn)一步接通我們的管線就可以拎包入住，這個(gè)速度非常快。

應(yīng)對南極惡劣氣候，鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)有何不同？

先分頭生產(chǎn)模塊，再集中拼接組裝，中國的基建狂魔們就是這樣將羅斯海新站迅速搭建起來的。南極氣候環(huán)境惡劣，羅斯海新站所處的位置大風(fēng)天氣尤其多，而新站主樓以鋼結(jié)構(gòu)為主，如何確保堅(jiān)固？

南極羅斯海新站所在區(qū)域，氣溫低于零下40℃。而溫度低于零下35℃，鋼材就會(huì)出現(xiàn)“冷脆現(xiàn)象”，韌性降低，容易斷裂。位于江蘇徐州的這家企業(yè)多方尋找，才找到這種耐極寒的特殊材料。

新站建設(shè)工作量大、建設(shè)窗口期短。為進(jìn)一步減少現(xiàn)場安裝的誤差，提高施工效率，項(xiàng)目采用了大模塊化建造技術(shù)，所使用鋼結(jié)構(gòu)件也都是常規(guī)項(xiàng)目的加長版。

江蘇某鋼構(gòu)企業(yè)總工辦總工程師陳瑞：（南極項(xiàng)目）最長的柱子是達(dá)到了16米5，比這根柱子可能要長一倍，常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)一般就是在十二米以內(nèi)。運(yùn)輸?shù)倪@個(gè)難度也都是增大的，對于我們加工要求也是更高了。

據(jù)介紹，這個(gè)全裝配式鋼結(jié)構(gòu)的總計(jì)構(gòu)件4134件，零件數(shù)49989件，合計(jì)螺栓數(shù)71572套，共開孔220000個(gè)。

為確保施工現(xiàn)場一次性安裝成功，裝運(yùn)前在徐州專門進(jìn)行了預(yù)拼裝，包含了從拼裝到打包運(yùn)輸所有環(huán)節(jié)，確保了在南極也能實(shí)現(xiàn)像“搭積木一樣造房子”。

7萬多套“南極螺栓”有何特殊設(shè)計(jì)？

因?yàn)槟蠘O不具備現(xiàn)場焊接條件，羅斯海新站的鋼結(jié)構(gòu)搭建是通過70000多套高強(qiáng)螺栓連接而成的，而且全都是國產(chǎn)。要抵御南極的極端氣候，這些“南極螺栓”有哪些特殊設(shè)計(jì)？又是怎么制造的呢？

安徽某緊固件企業(yè)總經(jīng)理楊照軍：表面上看是鋼筋，實(shí)際上是一種特種鋼，是特種耐候鋼。這種鋼相對于普通鋼來講，它里頭加了鈮等十幾種特殊元素，它為了解決鋼材在超低溫沖擊等各方面的一些性能。

在企業(yè)的露天堆場上，都是這樣的特種鋼，它們比普通鋼材每噸要貴3000塊錢。既然如此金貴，為什么不把它們堆放在倉庫里呢？

安徽某緊固件企業(yè)總經(jīng)理楊照軍：便于后面的深加工。它的材料韌性不一樣，它的彈性不一樣，所以在后面深加工的時(shí)候，對模具的損傷和精度都有影響。

楊照軍告訴記者，就像做醬油要把黃豆曬足日頭一樣，這些特種鋼也要在露天堆場里放夠2個(gè)月，才能進(jìn)行下一步處理。

這個(gè)生產(chǎn)車間看起來并不“高大上”，但處處都有研發(fā)團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和“土發(fā)明”。

圓鋼經(jīng)過材料前端處理以后變得锃亮，就可以進(jìn)行加工成型了。行業(yè)比較主流的做法要么是冷壓成型，但是會(huì)造成鋼材內(nèi)部有裂紋。要么是加熱再處理，被稱為“紅打”，但是這樣做的螺栓，不能適應(yīng)南極的極端氣候。

安徽某緊固件企業(yè)總經(jīng)理楊照軍：我們這個(gè)成型工藝叫“溫打”，我們大概加熱600多℃到700℃打出來了，解決了“冷打”里頭裂紋的問題，里面就沒有裂紋。

一枚“溫打”成型的螺栓，還要經(jīng)過熱處理和化學(xué)處理，最終變成這樣遍體黑色，可以用在南極的“耐候抗延遲斷裂高強(qiáng)螺栓”。但是這還不算完，在這間實(shí)驗(yàn)室里，還需要對螺栓進(jìn)行可靠性檢驗(yàn)。每3000組螺栓里，隨機(jī)抽取8組，在模擬極寒環(huán)境下進(jìn)行沖擊性能檢測。

安徽某緊固件企業(yè)副總工程師曾暉：普通的鋼結(jié)構(gòu)的螺栓可能在-60℃的情況下，六七焦（的沖擊力）可能就斷了，但是我們供到南極羅斯海的螺絲，在-60℃的情況下能達(dá)到67到70多焦沖擊力的這個(gè)區(qū)間。

一顆不起眼的螺栓，經(jīng)過研發(fā)團(tuán)隊(duì)和工人們精益求精地打磨，最終跨越太平洋，登陸南極洲，成為“國家隊(duì)嚴(yán)選”。

恩克斯堡島上建停機(jī)坪，面臨哪些挑戰(zhàn)？

在南極無論是運(yùn)貨還是運(yùn)人，都離不開直升機(jī)。因此，停機(jī)坪也是每個(gè)科考站必備的基礎(chǔ)設(shè)施。我國的羅斯海新站也將建起一個(gè)占地1020平方米的停機(jī)坪。鋪停機(jī)坪所用的400多塊特殊建材，都是我國自己研發(fā)和制造的。停機(jī)坪的建設(shè)又面臨哪些挑戰(zhàn)呢？

在位于湖州市南潯區(qū)舊館鎮(zhèn)的中建科技（湖州）有限公司廠區(qū)內(nèi)，智能化生產(chǎn)線正在生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)化裝配式路面板，這種裝配式路面板根據(jù)特定要求制造，構(gòu)件整體剛度、抗裂能力和整體耐久性更佳，適應(yīng)南極惡劣的氣候條件。

中建科技集團(tuán)華東有限公司南極停機(jī)坪課題組組長何亮：在南極那種低含氧、低氣溫、大風(fēng)速的環(huán)境下，如果采取傳統(tǒng)的建設(shè)模式，施工周期和產(chǎn)品質(zhì)量無法得到保障。但我們從源頭著手，采用可以反復(fù)凍融200次以上的高強(qiáng)度混凝土，并將預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用于我們這個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造。

在南極“搞建設(shè)”很難，需要面對的“攔路虎”不少，其中惡劣的自然環(huán)境和復(fù)雜的地質(zhì)條件更是避無可避的關(guān)鍵。相比傳統(tǒng)建設(shè)模式，裝配式停機(jī)坪施工快、周轉(zhuǎn)材少、機(jī)械化程度高的特點(diǎn)能更好適應(yīng)羅斯海新站建設(shè)要求。