Em 8 de abril, o quebra-gelo de pesquisa científica polar "Dragão da Neve", que realiza a 41ª expedição antártica da China, retornou a Xangai. A principal tarefa da expedição foi concluída com sucesso. A equipe da expedição realizou pela primeira vez a missão de expedição de inverno na Estação Qinling, e a expedição antártica da China entrou na era do "inverno de três estações". Desta vez, a Science China convidou especialmente o engenheiro Yin Xiaobin, o designer residente da Estação Qinling, para apresentar em detalhes o trabalho de construção e a importância da pesquisa científica da Estação Qinling.
O autor teve a sorte de participar da 41ª expedição antártica da China e da construção da Estação Qinling. Hoje falarei com vocês sobre as características da Estação Qinling e quais conquistas foram alcançadas na construção de instalações e equipamentos de apoio para esta expedição.
O ambiente de construção do site é “difícil de descrever em apenas uma palavra”
O local onde está localizada a Estação Qinling é chamado de Ilha Encosburg, também conhecida como "Ilha Indizível".Durante a viagem ao pólo, há mais de cem anos, uma "Equipe do Norte" da equipe de expedição britânica completou pesquisas geológicas sobre os pinguins Adélie e a Antártida e se preparava para retornar. Como o Mar de Ross estava cheio de gelo marinho, o navio de pesquisa não conseguiu atracar conforme planejado originalmente. A equipe teve que ficar aqui para se refugiar. Depois de sofrer baixas temperaturas e ventos fortes durante todo o inverno, a ilha recebeu o nome desta experiência indescritível.
Quão “indescritíveis” são as condições aqui? No verão, a temperatura local é de apenas cerca de 0°C, a temperatura média ao longo do ano é de cerca de -20°C e a temperatura extremamente baixa pode chegar a -45°C. Além disso, a velocidade instantânea máxima do vento aqui registada é de cerca de 43,5 m/s, e o número de dias de vento (acima de 15 m/s) atinge mais de 100 dias por ano. Este não é um lugar habitável. e,Essas condições climáticas extremas deixam apenas cerca de dois meses de janela de construção externa a cada ano – de dezembro a janeiro do ano seguinte.
Tempo com vento e neve Foto cortesia do autor
Depois de passar três meses e meio no solo da Ilha Indizível, o que mais me impressionou foi o clima extremo daqui.Ventos catabáticos repentinos geralmente varrem areia, pedras e nevascas. É difícil permanecer firme nos frequentes ventos de 12 níveis. A neve que sopra no solo é como uma “tempestade de areia” branca, o que reduz a visibilidade para menos de 5 metros. O hálito quente se condensa em gelo na máscara em um piscar de olhos.Essa experiência não apenas remodelou a compreensão do autor sobre a natureza, mas também me fez admirar ainda mais a perseverança, o trabalho árduo e a dedicação dos trabalhadores antárticos.
Não tenha medo das adversidades e enfrente dificuldades
Já que as condições são tão ruins, por que escolher construir um site aqui? Há muitos fatores que precisam ser considerados ao selecionar a localização de uma estação de investigação, entre os quais as considerações de pesquisa científica são, sem dúvida, um dos fatores mais importantes——A Estação Qinling foi escolhida aqui para cobrir a área de investigação circundante de 300 quilômetros, cobrindo muitos pontos críticos científicos, como oceanos, atmosfera, geleiras, geologia, biologia, etc., preenchendo efetivamente a lacuna na investigação do meu país na região do Mar de Ross.
Especificamente, o oceano Antártico é o “coração” do sistema terrestre e as suas mudanças afetam o clima global, a ecologia e o destino humano. A área do Mar de Ross, onde está localizada a Estação Qinling, possui a maior área marinha protegida da Antártica. É considerado o último grande ecossistema marinho completo da Terra e é conhecido como o “último oceano”. Depois que a estação for estabelecida, o monitoramento ecológico marinho poderá ser realizado para fornecer dados importantes para a pesquisa ambiental global.
O manto de gelo da Antártica é o principal corpo de gelo da criosfera, e o derretimento do manto de gelo da Antártica é um dos principais fatores que levam ao aumento global do nível do mar. A plataforma de gelo Nansen ao redor da estação Qinling freqüentemente se quebra para formar icebergs em sua borda na fase de verão e depois congela em uma plataforma de gelo na fase de inverno devido às temperaturas frias. O ciclo recomeça uma e outra vez. As observações de longo prazo são de grande importância científica para a compreensão da evolução das calotas polares no contexto das alterações climáticas e das futuras alterações globais do nível do mar.
Plataforma de gelo Nansen Foto cortesia do autor
Além disso, existe uma área protegida onde os pinguins Adélie se reúnem em torno da Estação Qinling. Através do estudo dos pinguins, podem ser obtidas informações multidimensionais como a saúde dos oceanos, as alterações climáticas, a adaptação biológica e a difusão da poluição.
Focas e pinguins não muito longe da Estação Qinling Foto cortesia do autor
Além disso, a selecção do local e o plano de construção da Estação Qinling tiveram plenamente em conta as condições reais da região do Mar de Ross, incluindo apoio logístico, necessidades de investigação científica, cooperação internacional e requisitos de protecção ambiental. Com base na experiência de construção de estações de investigação científica noutros países, analisámos o clima local, o terreno, o transporte e outros factores, e seleccionámos o actual local adequado através de análise científica.
"Blocos de construção" na Ilha Indizível
Em comparação com edifícios domésticos, embora a área total da Estação Qinling não seja grande, ela apresenta problemas de construção mais complexos. Em termos de função, não é necessário apenas considerar as necessidades científicas, mas também levar em conta a segurança da vida. Pode-se dizer que “um pardal pode ser pequeno, mas tem todos os órgãos internos”.
A janela anual de construção na Ilha Nanyan dura apenas um curto período de dois meses. Em tempos tão difíceis, para construir uma "cidade científica" que possa acomodar dezenas de investigadores científicos para viver e trabalhar em ambientes extremos, o projecto e a construção da estação de investigação precisam de superar muitas dificuldades que não são encontradas na "construção de uma casa" normal.
O projeto da Estação Qinling leva em consideração a relação entre o longo eixo do edifício e a direção principal do vento, e adota um esquema de projeto aéreo, que é muito eficaz para desacelerar o acúmulo de neve e reduzir a pressão do vento.Preste atenção na imagem abaixo. A estação de pesquisa é elevada no ar por pilares.
Foto da estação Qinling da agência de notícias Xinhua
Durante a fase de projeto, também foram construídos modelos físicos e digitais para realizar vários conjuntos de testes em túnel de vento para simular uma série de indicadores ambientais reais, como carga de neve local, pressão do vento, vibração induzida pelo vento e neve soprada pelo vento na Antártida, e obter dados relevantes. Finalmente, foi determinado um plano de construção com forte resistência ao vento e à neve e uma estrutura estável para se adaptar às duras condições climáticas da região do Mar de Ross.
Considerando o ambiente hostil, o cronograma de construção apertado, a capacidade de transporte, os requisitos de proteção ambiental e outras restrições, bem como a localização remota da construção na Antártica, muitas situações imprevistas ocorrem frequentemente, e a construção de estações de pesquisa na Antártica é significativamente diferente da construção doméstica. A construção adota o sistema construtivo pré-fabricado. Após a pré-montagem no país, é desmontado, embalado e transportado até o canteiro de obras.
É como fazer vários “blocos de construção” de um edifício em uma fábrica e depois transportá-los para o canteiro de obras para “montá-los”. Isso pode controlar efetivamente a qualidade da construção, reduzir a mão de obra no local e reduzir a pressão de proteção ambiental no local.Também podemos ver na imagem abaixo que quase todas as grandes máquinas de construção são guindastes usados para içar componentes de módulos, e os caminhões betoneiras comuns em canteiros de obras em geral não são vistos em lugar nenhum.
Fotografia aérea do processo de construção do módulo quando a 40ª equipe de expedição construiu a Estação Qinling. Foto fornecida pelo autor
A construção do edifício é dividida em estrutura principal, módulos internos e parede cortina externa. É semelhante à estrutura dos ossos, órgãos e pele do corpo humano, que pode ser construída rapidamente e facilitar a manutenção posterior. Espaços unitários padrão, como residências, escritórios e pesquisas científicas, usam módulos pré-fabricados de fábrica, e móveis e equipamentos são decorados e instalados na fábrica com antecedência, reduzindo bastante a quantidade de construção no local.
Dormitório interno na estação de pesquisa. Foto fornecida pelo autor.
A fim de fazer face aos requisitos especiais de protecção ambiental e ambiental, como o frio intenso e os ventos fortes na área do Mar de Ross, o edifício adopta uma forma centralizada, um desenho estrutural com elevada estanqueidade e isolamento, e um poderoso sistema de ancoragem de rocha protendida para garantir a estabilidade e segurança do edifício em ambientes extremos.Após um ano inteiro de testes climáticos extremos de baixas temperaturas, ventos fortes e extremos dia e noite, o edifício principal da Estação Qinling permaneceu intacto após a chegada da 41ª equipe do autor ao local. Todos os indicadores de segurança atenderam aos requisitos de projeto e a segurança geral foi verificada pela realidade.Depois de apresentar os antecedentes da Estação Qinling, vamos falar sobre as tarefas de construção da Estação Qinling durante esta inspeção.
Quer construir? Remova a neve primeiro...
Uma das principais tarefas desta inspeção de verão é concluir a construção de instalações de apoio, como dessalinização de água do mar, novos sistemas de energia e comunicações, que é o que normalmente chamamos de “água, eletricidade e ligações de rede”. No entanto, essas tarefas começam com "retirar a neve".
Em 14 de novembro de 2024, uma equipe avançada de 34 membros, incluindo o autor, chegou com sucesso à Estação Antártica Qinling. A primeira tarefa após chegar à estação é restaurar o fornecimento de energia para a área da estação.Devido ao ataque de vento e neve que durou um ano, parte da área das instalações temporárias foi completamente soterrada pela neve, com a espessura da neve ao redor do edifício de energia atingindo 3 a 4 metros.
A neve cobriu muitas instalações. Foto fornecida pelo autor
Os membros da equipe trabalharam juntos para remover a neve com máquinas e pás, reiniciaram dois geradores de 100 kW naquele dia, basicamente restauraram o fornecimento de energia e iniciaram oficialmente a tarefa de construção da 41ª Estação Qinling. O autor foi o principal responsável pela tarefa de remoção de neve perto da cabana de acomodação e levou várias horas para cavar a porta.
Operações de remoção de neve com vento e neve Foto cortesia do autor
Água, eletricidade e internet são indispensáveis.
A Estação Qinling fica longe do continente humano e todo o pessoal da estação deve ser autossuficiente em termos diários de água, eletricidade, transporte e condições de comunicação. Portanto, a equipa de projecto seguiu o conceito funcional de uma "cidade científica em miniatura" para integrar condições de apoio científico e logístico, incluindo estradas, docas, energia, abastecimento de água, tratamento de esgotos, comunicações por satélite e outras infra-estruturas, bem como funções de todos os elementos, tais como gabinete de investigação científica, residência, restauração, redes sociais, cuidados médicos, saúde e logística.
Estação Qinling em construção Foto cortesia do autor
Muitos amigos podem pensar que a Antártica é a mais abundante em gelo e neve. Se derreter diretamente, não seria água doce? Na verdade, a Antártica armazena 70% da água doce do mundo, o que é importante para o clima global e o equilíbrio hídrico,Mas existe basicamente na forma de gelo, que é difícil de usar diretamente e não pode ser desenvolvido em grande escala atualmente.
O sistema de tratamento de recursos hídricos da Estação Qinling considera plenamente a topografia e as condições das correntes oceânicas e adota uma variedade de métodos de coleta e processamento, como água do mar e degelo, para se adaptar às diversas condições de trabalho. Eles são mutuamente apoiados. Através de processos de filtração multinível e osmose reversa, o armazenamento e o uso são combinados para garantir água suficiente, limpa e segura.
em,Os países geralmente usam o degelo para extrair água como método de emergência temporário.Por exemplo, quando a equipa avançada chegou à estação este ano, o sistema temporário de dessalinização da água do mar ainda não estava a ser utilizado. Os membros da equipe colocaram neve limpa em baldes de neve derretida e a derreteram para usar como água diária para lavar o rosto e escovar os dentes.
A energia também é crucial para a estação de pesquisa. O uso da energia diesel tradicional na Antártica tem as vantagens de alta eficiência, estabilidade e sustentabilidade, e não é facilmente afetado pelas condições climáticas. No entanto, o diesel também apresenta problemas como altos custos de transporte, altos riscos de acidentes ambientais e altas emissões de carbono.
O projeto do sistema de energia da Estação Qinling é baseado nos primeiros testes de aplicação de nova energia na Estação Zhongshan e na Estação Taishan, na Antártida da China. Combinado com as características climáticas locais da região do Mar de Ross, adopta um sistema de energia de microrrede que combina energia renovável e energia tradicional com "energia eólica + energia luminosa + energia de hidrogénio + diesel" e é multi-energia complementar.Prevê-se que a proporção de energia renovável utilizada exceda os 60%, minimizando a dependência da energia tradicional e reduzindo as emissões de poluentes atmosféricos.
Todos foram para a batalha para puxar o cabo. Foto fornecida pelo autor
Como instalação de investigação num ambiente remoto, a Estação Qinling construiu estações terrestres de satélite e outros equipamentos, equipados com sistemas de comunicação multinível, tais como comunicações por satélite, comunicações de ondas curtas e navegação, e basicamente realizou as funções de comunicação de média e longa distância, gestão de dados e sincronização remota para atividades de inspeção. No futuro, serão criados sistemas de rede especiais para detecção automática e recolha de dados para observação científica, a fim de alcançar a monitorização a longo prazo do ambiente do Mar de Ross, facilitar a monitorização online e a transmissão de dados de ambientes marinhos offshore, e experiências de pré-processamento e análise de amostras, e evoluir gradualmente para uma monitorização não tripulada e inteligente.
No plano diretor, a equipe de design organizou cada sistema separadamente, conectado funcionalmente e organizado de forma intensiva no local. Mas houve um problema durante a construção.O solo exposto do continente Antártico é relativamente simples e faltam objetos de referência na área, facilitando a distinção entre sudeste, noroeste e noroeste.Portanto, o autor carrega um drone para que durante a fase de construção, o equipamento drone possa ser usado para tirar regularmente fotos de projeção da área da Estação Qinling durante o processo de construção, rastrear a localização e o andamento da construção em tempo real, verificar os desenhos do projeto e propor direções de otimização para o layout das instalações em tempo hábil com base no local e nas condições de construção.
Vista panorâmica da área da estação Foto cortesia do autor
Investigação científica, companheiro de proteção ambiental
As atividades humanas terão inevitavelmente algum impacto no meio ambiente. A fim de minimizar o impacto no ambiente antártico, a Estação Qinling implementa o conceito de "inspeção verde" e concentra-se em rotas técnicas prudentes e práticas para importantes sistemas de suporte à vida, como esgoto e tratamento de resíduos sólidos, complementadas por inovações de destaque tecnológico local para melhorar a eficiência da resposta do sistema.
O esgoto doméstico utiliza um sistema de tratamento biológico por membrana, acoplado ao tratamento integrado de degradação do biorreator de membrana. Após tratamento rigoroso, atende aos padrões internacionais de descarga exigidos pela Antártica. A Estação Qinling está em processo de construção.Todos os tipos de resíduos de construção e domésticos são rigorosamente classificados e processados, sendo embalados e coletados de forma unificada e retirados da Antártida em um navio de pesquisa. Cada membro da equipe é um protetor ambiental na Antártica. Caso seja encontrado algum resíduo, ele será limpo em tempo hábil para evitar poluição e danos ao meio ambiente no local.
Como designer residente da Estação Qinling, o autor trabalhou no local na Antártida durante um total de 106 dias. Tive a sorte de participar na construção da Estação Qinling e em atividades de fiscalização mais diversificadas. Não só acumulei uma experiência valiosa no projeto arquitetônico, na tecnologia de construção e nas habilidades de manejo do ambiente especial da Estação Antártica, mas também adquiri uma nova compreensão do ambiente natural, da história e da humanidade deste misterioso continente. Acredito que através dos esforços incessantes de gerações de membros da equipe de expedições científicas, a expedição científica polar continuará a alcançar novos avanços e desenvolvimentos!
Planejamento e produção
Autor丨Yin Xiaobin, engenheiro do China Architectural Design and Research Institute Co., Ltd., arquiteto nacional registrado de primeira classe
Revisão丨Parabéns ao arquiteto sênior do China Architectural Design and Research Institute Co., Ltd., arquiteto nacional registrado de primeira classe
Planejamento丨Ding Ao
Editor丨Ding Er
Revisor丨Xu Lai Lin Lin