2013年歲末，中國建設科技集團股份有限公司（以下簡稱“中國建科”）所屬中國建筑設計研究院有限公司（以下簡稱“中國院”）開啟服務國家極地事業的十年征程；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新的技術體系，為南極秦嶺站崛起冰原保駕護航。
南極秦嶺站（央視截圖）
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境等特點，充分體現“科學引領”“文化驅動”“環境協同”三大設計理念，打造具有國際先進水平的南極考察站。
科學引領。南極秦嶺站位于南極羅斯海區域，是南極科學考察和南極國際治理的熱點。該地區是南極冰蓋與南大洋互動最活躍的地帶，對全球氣候變化有重要影響。此外，南極秦嶺站所在的區域是全球最古老的海洋，對研究南極生態系統演化至關重要。作為研究南極各圈層相互作用的關鍵區域，南極秦嶺站對全球氣候變化極為敏感，是科學研究的理想場所。支撐著我國在該區域的海洋研究和保護工作，擔負著重要的科學使命。
南極秦嶺站的設計強化了南極考察科學目標的引領作用，采用多圈層規劃、綜合選址、海陸一體化功能和可持續技術等方法，使其成為監測南極冰海變化和生命活動的先進平臺，全天候記錄全球變化的動態，成為極地科學裝置的前沿。
文化驅動。南極考察是人類探索未知的壯麗征程，從自然探險到科學考察與國際治理，考察站從簡單的庇護所發展為全方位支持系統，體現了全球意識、科學水平和后勤能力。南極秦嶺站的設計以“文化驅動”為理念，展現其文化內涵、組織特點和人文特色。南極秦嶺站的設計概念“南極星·中國結”融合了中國特色與國際話語，體現了南半球文化，象征南十字星。此外，15世紀鄭和下西洋時使用南十字星導航，南極秦嶺站的設計也體現了這一文化內涵。
南極秦嶺站作為常年性南極考察平臺，由國家專業考察機構建設和運轉，其功能體系和組織模式展現了南極考察業務的組織特點。建筑主體集成了科研辦公、居住、餐飲等全方位要素，采用陸基立體考察平臺模式，實現環境控制和空間布局的高度集約化，適應極地考察任務。
南極秦嶺站的建筑空間和界面設計強調人因工程學原則，空間營造體現極端環境下安全、高效、友好的人文特征，幫助科學家和考察人員應對極端環境挑戰。
環境協同。南極洲是地球上最具挑戰性的環境之一，以其極端的氣候和脆弱的生態系統著稱。它不僅是純凈之地，也是國際科研合作的重要場所，需要遵守嚴格的環境保護規定。南極秦嶺站的設計考慮了南極的特殊需求和環境，采用“環境協同”理念，通過數字化優化和風洞試驗，提高建筑的安全性和適應性。同時，利用可持續技術，如可再生能源和智慧化運行，減輕對環境的影響。
六大技術體系 保護極地
基于南極考察特點的規劃與選址技術。南極秦嶺站的設計基于南極全域考量，從功能規劃開始，綜合南極環境、考察水平、后勤能力及科研需求。通過研究國內外考察站，分析規劃原則、現狀、潛力、定位等，建立功能發展模式。理論框架應用于南極秦嶺站選址與規劃，綜合后勤、科研、國際合作和環保等因素，結合建站經驗，提煉關鍵指標，運用FAHP法評估權重，實現定性到定量的轉化，形成評價體系，得出均衡客觀的選址結果。
基于南極考察特點的規劃與選址技術有力支撐了以南極秦嶺站為中心、作業半徑超過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的考察空白。
極端環境下的空間適宜性技術。面對羅斯海地區高寒、強風等特殊環境以及高度的環境保護要求，設計采用系列空間適宜性技術，最大程度減少環境與建筑之間的相互影響。通過研究建筑模型以及開展風洞試驗，模擬南極環境，獲取數據以確定理想建筑形體和結構。采用集中形態、獨立分艙、高密閉性和保溫性設計，以及預應力巖石錨桿體系，確保建筑在極端氣候下的整體安全。南極秦嶺站內部空間設計遵循人因工程學，創造安全、高效的人性化環境。公共空間面向冰川大海，內部設計回應探險傳統，考慮空間組織、光線、氣流和聲學，展現人與自然的和諧。
偏遠環境下的輕量化可持續建造技術。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。
南極秦嶺站采用主結構、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℃至-60℃低溫條件下保持良好的結構性能，保證結構穩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，節點可伸縮構造具備適應低溫變形能力。系列輕量化可持續的建造技術，極大提升考察站全生命周期的環境適應能力，減輕遠程轉運的壓力，有效降低環境負荷。
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，在南極使用傳統柴油能源具有高效、穩定和持續的優勢；同時也存在運輸成本高、環境事故風險大、碳排放高等問題。
南極秦嶺站的能源系統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，協同建筑節能改進、建筑氣密性提升、能源保障、可再生能源利用的動態響應，形成可再生能源和傳統能源相結合、多能互補的微電網能源系統。包括太陽能、風能、氫能和柴油在內的混合動力發電系統，采用智慧化集成能源管理系統，在保障站區能源安全穩定的前提下，最大程度利用氫燃料電池、耐低溫固態電池等高效儲能系統，可再生能源使用比例預計超過60%，最大限度地減少對傳統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南極秦嶺站成為一座綠色低碳的常年考察站。
能源系統示意圖
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。考察站主要的水源來自海水淡化、湖水凈化以及融冰融雪等方式，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。
南極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，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整合多態水資源，分類處理污廢，形成可靠環保的水循環系統。
水系統示意圖
南極考察無人化智慧化運維技術。作為偏遠環境下的考察設施，南極秦嶺站配置衛星通信、短波通訊與導航等多層級通信系統，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，實現對羅斯海環境的長期觀監測，開展近岸海洋環境的在線監測與數據傳輸、樣品預處理分析實驗，并逐步實現極地觀監測的無人化、智慧化。站區運行方面，采用智慧科考運營監控指揮系統，智慧消防火眼超級預警系統，智慧站區保障系統，集成能源管理系統，可視化監控與無線物聯網系統等。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勢感知及快速響應和指揮調度能力。
央企擔當 責無旁貸
南極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外的設計與建設經驗，創造性提出融合南極環境特點和科學考察需求的三大前瞻設計理念，系統性地集成跨專業跨學科的六大創新技術，助力更好地認識南極、保護南極、利用南極，為極端環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力量。
俯瞰南極秦嶺站（祝賀 攝）
中國建科始終堅持黨的領導，秉承“傳承中華文化、打造中國設計、促進科技進步、引領行業發展”的企業使命，以南極秦嶺站建設為契機，積極探索不同氣候條件下的創新建筑技術，在擔當實干中銳意進取，在攻堅克難中開拓創新，更好踐行建設科技領域“國家隊”的職責使命。
