张翼:飞越南极

来源:中国科学报 2012-03-13 李亮

  这里是世界上最冷的地方。

  这里有着世界上最强悍的风。

  这里“珍藏”着地球表面大部分的淡水资源。

  这里不属于哪一个国家,也没有人可以称为“本地人”。

  这里是人类最后的净土,这里是——南极。

  2012年初,张翼在南极。这是他的第三次南极之行。

  极地远征

  没有人会质疑南极对一个国家的重要性。作为目前世界上唯一没有明确主权归属的大陆,1400万平方公里的南极大陆,不仅储存了地球表面大部分的淡水资源,而且还蕴藏着丰富的能源、矿产和生物资源,更保存有大量珍贵的地球环境历史记录。南极的气候、环境、生态变化与地球气候、环境、生态变化间的相互作用与影响,极地资源的可持续开发利用,南极区域内国家权益的争夺与维护……无一不对世界各国的政治、经济、科学、军事、外交、文化和国家发展规划等产生极为重要的影响。南极科考,早已不仅是一项科学系统工程,还是一个国家综合国力的重要反映。 

  1985年,中国建立南极长城站;1989年,建立南极中山站。经过多年努力,我国逐渐在国际极地考察中占有一席之地。但成绩归成绩,与世界主要极地考察国家相比,我国还存在较大差距,最主要的就是考察经费投入不足和极地考察能力建设严重滞后。由于受到历史条件限制,长城站和中山站建站之初便缺乏总体规划,原有的基础设施支撑体系功能本就不完整,进入21世纪后,早已超过设计使用年限。更加严峻的是,十几年中,历经南极的狂风、暴雪、低温的极端恶劣环境,两站的基础设施已经严重老化,破损和报废的设施设备越来越多,存在很多不安全因素;而站区能耗水平、环境保护、通讯等都已落后,站区保障能力已远远不能满足日益扩大的中国南极科学考察的需求,出现许多亟待解决的问题。

  为此,2002年,国家海洋局会同13个部委局拟订了《我国“十五”极地考察能力建设总体方案》,提出了在“十五”期间提升我国南极考察站的考察能力,通过两站的总体规划、设计,使之符合国际南极环境保护规定,满足科学考察专业功能需要,具有完备的生活设施、先进的通信和交通手段、高效的数据样品采集处理和分析条件、可靠的安全保障体系和一定范围的科考辐射能力;使站区建筑总体质量提高到一个新的层次,缩小和其他先进极地考察国家的差距。

  清华大学建筑设计研究院的国家一级注册建筑师、设计所所长张翼博士,就此踏上了极地的远征之路,一走就是10年。

  在这10年期间,张翼不遗余力地投身于极地建筑设计。他三次远赴南极,一次远赴北极,作为中国南北极考察站的设计主持人,参与了中国南极中山站、长城站新一代考察站建筑和南极内陆昆仑站、北极黄河站的建站工作。在苍茫的冰天雪地中,那些建筑跨越时间和空间的寥廓,铭记着一个建筑师的挑战与骄傲。

  “非典型性”建筑的探索

  与一般的建筑不同,在南极做建筑设计需要面临平时难以想象的困难。

  极端恶劣的环境、孤立隔绝的地理位置,使南极考察站的设计有许多特殊性。环境与气候、施工与运输、生态与环保、节能与成本、心理需求与功能需求……都能对建筑产生影响,因此,设计时就需要将安全性、独立性、适用与可行性、耐久性与耐候性、经济与高效性、人性化、节约能源、保护环境等均考虑进来。“从国内到南极,航程在一万公里以上,运输、装卸都是大问题,中山站就有过货物到达后完全卸不下去,又原路返回的先例。人员、设备、材料,都不能充分地供给。”张翼说,“现场施工受到的制约就更大。在南极,十几级的风力、两三米的积雪、平均-25℃的气温,都是寻常事,这样一来,合适的施工期就只有几十天到几个月。各种各样的问题,都必须在设计阶段考虑仔细,建造体系的选择、材料的选择等都决定了现场施工的可行性。”

  不仅如此,由于国际上南极考察站数量有限,且建设缺乏连续性,不易形成研究所需要的规模;加之对南极进行现场调研要万里奔波,设计人员能真正接触极地考察站的机会很少,国内关于南极考察站的相关设计资料极少,没有规范可循,且缺少连续性,考察站建筑的设计没有形成体系。各种设计与施工的经验教训没有得到及时系统的总结,导致犯同样的错误或重复已有的研究工作,在极地考察站建筑的规范和系统理论方面更是完全的空白。

  张翼就是在这种样情况下开始了他的南极事业。

  据介绍,他的工作包括四类:现场调研与收集材料、理论研究、设计实践和现场服务。

  10年来,他的足迹遍布南北极,实地调研了近20个国内外考察站,并对澳大利亚、德国、比利时、智利、挪威等国家的南极组织总部及其在国内正在预组装的考察站建筑进行考察,拍摄了数万张现场照片;同时与包括极地科学家、极地探险家、考察站站长、南极后勤保障负责人、考察站技术支持人员等在内的各国极地考察人士进行了大量的交流,通过实地调研、会议、考察等获得了大量第一手资料,尤其对近年来重要的考察站建设活动都有较深入的了解。在此基础上,通过大量的调研、研究与工程设计,张翼建立了“南极考察站建筑设计策略体系”。该体系以南极考察站为主要研究对象,从影响南极考察站建筑的主要因素——环境与气候、运输与施工、生态环境、社会心理等领域出发,有针对性地提出整体的设计策略。其研究的内容包括:站区选址与规划、建造体系、外部形态体系、功能与室内环境、节能、环保、建筑材料等,对南极考察站建筑进行了系统的研究。该研究具有开创意义,填补了国内该领域的空白,为我国南极科学考察站的可持续发展提供了有力的理论指导。

  10年里,张翼主持了中国南极考察“十五”、“十一五”能力建设站区基础设施的设计工作,完成了中国南极长城站、中山站改扩建工程,使南极考察站焕然一新。站区安全保障能力得到大幅提升。站区设施的规模与水平得以提高,使用功能得以完善,大幅提高了对科研的保障支撑能力;通过合理选用热源、废热充分回收、提高建筑保温、开发可再生能源等大幅度提高了节能水平;通过调整站区规划、从根本上治理建筑垃圾、污水零排放、严格废物处理,建立了完善的防范燃油污染措施,加强了废气噪声控制,使环境保护跨入国际先进水平;全面提升了后勤保障能力,提高库房机械化、自动化及管理水平,为内陆考察提供了保障;全面提高了信息、通信水平,使身处南极的科考队员能够得到后方的有力支持。

  不仅如此,他还主持设计了位于南极内陆冰穹A地区的中国南极内陆昆仑站。

  冰穹A是南极内陆最后一个具有重大战略意义与科考价值的区域,也是南极冰盖最高的区域,被称作“人类不可接近之极”。“把冰穹A最高点确定为内陆站预选站址,在该点建立考察站,既可以满足气候环境本底监测、天文学观测、日地系统观测和地球物理观测等项目的观测,也可以满足实施重大科学工程项目(如深冰芯钻探、冰下地质钻探等)的需要。”张翼介绍说,“这也是将其视为南极冰盖新领域‘科学制高点’的原因。”

  昆仑站一期落成时,国家主席胡锦涛发来贺电,后又题词。在我国十一届人大二次会议政府工作报告里面,南极内陆昆仑站的建设被视为我国十大科技基础成就,与嫦娥奔月等项目并举,其重要性可见一斑。昆仑站的落成,同样也受到了国际上的高度赞誉,标志着我国进入国际极地考察的第一方阵,实现了我国极地科考事业“从大到强”的跨越。

  在挑战中“飞越”

  每年的11月底12月初,北半球身处冬日,而南极则步入夏天。“南极的夏天会持续三四个月,这之外,整个南极大陆都会被冰封。要率大队伍度夏考察只能严守南极的规则。”张翼说。“大部队”不能常驻,但站区还要有人留守,确保不会因发电机停止运行发生管线被冻坏乃至整个站区设施瘫痪的情况。留守的十几人中,通常会有站长、助理、医生、厨师、通讯员、水暖工、发电工等等,他们会坚持进行气象观测、天文物理观测等工作,并维持站区运转。

  人迹罕至、与世隔绝,天地一片静默……南极的孤绝是难以想象的闭塞与寂寞。没有超常的心理素质,谁也不能保证在极端的压力中会不会“疯”掉;没有强健的体魄,谁也不能预料在生病时能否得到相应的治疗。

  曾经,有两位科学家在暴风雪中被困在冰架的帐篷中六天六夜。

  每年,前往中山站都会途经南极险地西风带,风浪巨大,船只剧烈摇摆,一晃悠就是整整两个星期,几乎无人可逃脱晕船反应的折磨。听说,连练田径出身的小伙子都要靠打点滴来坚持;听说,一位机械师为了不至于因晕船崩溃,将自己绑在外面的甲板上;听说,自认为身强体壮的张翼小心翼翼地每天卧床23个小时,就是为了安全躲过西风带的晕船。

  ……

  在这样极端的条件下,每走一步,都很艰难;每走一步,都是挑战。而他们,都在极力坚持。

  终年不化的南极冰雪,像年轮一样成为忠实记录地球气候变迁的“黑匣子”,也记录着世界各国在南极科考上的足迹。在南极科考上,我国虽姗姗来迟,却依然令五星红旗成为“白色荒漠”中的一抹亮色。这是众多科研工作者们的骄傲,也是为他们铸造科研坚实后盾的“张翼们”的骄傲。

2012年03月13日 14:22:21  清华新闻网

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