“雪龍2”號極地科考破冰船實驗室的特殊設計

陳清滿 王碩仁 袁東方

(中國極地研究中心,上海 200136)

提要為盡可能滿足極地科考破冰船多學科多專業的實驗需求,“雪龍2”號通過采用大格局和柔性化兩大設計理念,在有限的實驗室空間內實現“科考為主,運輸為輔”的功能定位。采用大格局的實驗室,克服船舶實驗室面積有限的劣勢,盡可能滿足各學科專業通用的要求,提高實驗室使用效率;采用柔性化的設計,均衡各學科專業實驗之間的特殊需求;結合移動式集裝箱實驗室的調配,采取分航段作業模式,拓展實驗支撐能力。工程技術上,通過模塊化實驗臺拼裝技術、靈活的水電氣銜接技術和標準化固定技術等來實現大格局和柔性化的設計理念。有效解決了多重矛盾:現代極地科考破冰船科考與運輸需求并存,航程長但調查窗口期較短,實驗室種類少、空間小但綜合調查涉及學科專業多、對實驗室種類空間要求高,等。

0 引言

海洋科學考察船作為海洋探測與研究的重要平臺,是海洋能力建設的關鍵組成部分,也是國家綜合國力的體現。開展海洋環境、海洋(極地)生物資源、海底地形地貌和資源勘探研究是經略海洋、建設海洋強國的基礎。在當前國際形勢下,各國海洋科學考察船的配備是認識、保護和利用海洋(極地)的有效手段,其種類、數量和能力也在一定程度上代表著每個國家的海洋綜合開發利用的能力[1]。實驗室,尤其是海洋科學考察船實驗室的建設,是一項復雜的系統工程,在現代實驗室領域,先進的科學儀器和優越完善靈活的實驗室基礎設施是提升現代化科技水平、促進科研成果增長的必備條件。在新建海洋科學考察船實驗室方案設計時,不僅需要考慮實驗室功能性、適用性、合理性、相關設備操作的便利性,還需基于船基空間小、凈空低、不相干專業銜接較多等特征綜合考慮實驗室總體規劃、平面設計和合理布局,以及供電、供水、供氣、通風、安全、環保等基礎設施。

中國極地考察一個航次涉及多個學科,分為多個航段進行,不同航段對實驗室需求不同。已運行近30年的中國極地科考破冰船“雪龍”號采用固定格局實驗室,只能要求科研人員適應實驗室現有條件,而不能根據科考隊員的需求調整實驗室,存在實驗室利用率低、作業效率低、多個學科共用一個實驗室相互干擾等問題。南北極科考涉及學科多,對實驗室需求多樣,無法全部滿足科考隊員需求;實驗室缺少電、氣、水等設施的靈活布置,電線、氣管穿艙困難,影響科考隊員自帶設備的正常使用和數據獲取;實驗臺缺少有效的固定裝置,尤其當船舶頻繁穿越南半球40°S～60°S、終年盛行5～6級西風和4～5 m 高涌浪的西風帶[2],船舶搖晃劇烈,常出現由于設備固定不牢而損壞的現象,影響科考作業順利進行。

為解決“雪龍”號實驗室存在的不足,中國新建破冰船可行性研究階段時提出了“大格局”實驗室的要求[3],在后期設計建造階段,將“柔性布局”實驗室的概念首次引入極地科考破冰船。按照“大格局、柔性化”的設計思路,結合目前最新的工藝和設備,最終成功建造了“雪龍2”號實驗室。

“雪龍2”號極地考察船隸屬于自然資源部中國極地研究中心,是中國第一艘自主建造的極地科考破冰船,與“雪龍”號共同構成了執行我國極地科學考察任務的全部海上力量。“雪龍2”號船長122.5 m、型寬22.32 m、型深11.8 m、設計吃水7.85 m、滿載吃水8.3 m、設計排水量13 996 t、航速12.4 kn(經濟航速)/15.9 kn(機動航速)/18 kn(最大航速)、載員90人、續航力18 000 n mile、自持力60 d、破冰能力PC3級。“雪龍2”號于2018年9月10日下水,2019年6月15日完成常規試航,9月18日完成科考試航,并于10月15日開始執行我國第36次南極科學考察任務。

1 科考破冰船實驗室的共性問題

現代極地科考破冰船較多為綜合性科考船,實驗室和科考設備的配備均需滿足多個學科調查采樣、實驗分析等需求。在滿足模塊化設計的基礎上,現代綜合型科考船,尤其是遠洋級科考船,越來越多考慮集裝箱模塊作為補充[4-5]。區別于專營北極的極地科考船,承擔南極科考任務的極地科考船往往還需兼顧為正在建造的考察站運送建站物資和已建考察站運送補給的任務。“雪龍2”號的定位與“雪龍”號“運輸為主科考為輔”的定位恰好相互補充,為“科考為主運輸為輔”。正如前面所述,這里運輸為輔的定義正是涵蓋了1500T 建站或站用物資的補給能力。運貨需求將縮減“雪龍2”號實驗室面積并提高實驗室的建造難度。此類平衡兼顧的需求勢必會對現代極地科考破冰船的科學調查能力造成一定的影響。

目前國際上主要科考破冰船雖然船舶尺度差別較大,但是實驗室的面積大都介于300～500 m2之間(表1)。“雪龍”號實驗室面積相對較大,但也僅比船長小了73 m的“希利”號大了39 m2;“雪龍2”號實驗室面積同樣在類似船舶中尺寸較小。同時,受限于船舶的尺寸、層高及造價等因素,船舶實驗室與陸地上動輒幾百上千平米的實驗室無法相提并論。如何在船舶有限空間內滿足綜合性科考的需求,創造更多實驗條件滿足更多的科學調查需求,是目前綜合極地科考破冰船實驗室建設所面臨的一個重要共性問題。

表1 “雪龍2”號與國際主要破冰船對比Table1.Comparison between Xuelong 2 with other main icebreakers in the world

2 “雪龍2”實驗室的特殊設計

在現代實驗室領域,先進的科學儀器和優越完善靈活的實驗室基礎設施是提升現代化科技水平、促進科研成果增長的必備條件。實驗室的特殊功能和綜合布置水平也標志著國家的科技與經濟的發達程度,對科研成果的獲取有直接影響。世界海洋科考船的發展趨勢與船舶工業技術、科學技術發展趨勢大致相同,突出表現在現代海洋科考船與調查技術的融合越來越緊密。一方面,調查儀器設備的集成化和小型化,使船舶可容納、搭載更多的各類調查設備,使船舶具備了綜合調查作業功能基礎,促進了實驗室設置的通用性。另一方面,極地科考具有航程遠、航時長、考察窗口期短等特征,有限的極地科考破冰船數量決定了在一次考察中須滿足多個學科的專業需求。與陸上實驗室較多為專業性實驗室不同,除一些專業的特種科考調查船外,一般海洋科考船尤其是極地科考船均以綜合調查船為主。

“雪龍2”號極地科考船承擔著每年中國往返南極的極地科考任務,具有總航程長、時間窗口短等特征。同時,“雪龍2”號實驗室涵蓋大氣、冰川與海冰、水文與氣象、海底地形地貌、海洋浮游生物、游泳生物、微生物、細菌病毒、海洋化學、重力與磁力、人工地震勘探等十多個學科領域的綜合平臺,搭載的人員和設備也較多。“雪龍2”號破冰等級為PC3,“雪龍”號為PC6[6],破冰能力的提升意味著可以在更冷的季節到達更多冰封的海域,科考作業空間和時間均得到拓展。上述特征決定了“雪龍2”號的實驗室必須從設計、技術上采取措施,確保能在約333 m2的有限實驗室空間內,滿足一個綜合航次內各項需求迥異的學科考察實驗需求。

2.1 大格局實驗室

“雪龍2”號是一艘國際先進的綜合科考破冰船,實驗室配備了極地海洋/大氣/海冰綜合環境、海洋地質地球物理和海洋生物生態的大氣、水面、水體和水底調查設備。在綜合環境調查方面具備與氣候變化密切相關的主要海洋和大氣綜合觀測取樣能力,是我國極地海洋基礎研究綜合調查觀測平臺;在海洋地質、地球物理調查方面具備在極地海區季節性地開展海洋地質、海洋重力、磁力和人工地震的調查作業能力,是我國極地海底科學調查研究的重要工作平臺;在海洋生物、生態調查方面,具備海洋生物、生態調查和評估的手段,是我國極地海洋生物資源調查的基本平臺。

為滿足上述綜合科考能力需求,“雪龍2”號配備了總面積約333 m2的船載實驗室及若干集裝箱移動實驗室。船載實驗室分為:環境信息室、物理實驗室(“雪龍2”號物理實驗室延續“雪龍”號的習慣稱呼,并非專為物理學專業設置的實驗室,具體功能見下文)、第一(干濕)通用實驗室、第二(干濕)通用實驗室、低溫實驗室、重力儀室等(表2)。

“雪龍2”號實驗室總面積相對于其他科考破冰船而言,并不像船舶尺寸一樣具有優勢,固定實驗室只有6個,數量也較少(表2)。除環境信息室、重力儀室和低溫實驗室等專業實驗室外,物理實驗室、第一(干濕)通用實驗室、第二(干濕)通用實驗室的面積均超過80 m2。

表2 “雪龍2”號實驗室統計Table2.Laboratories of Xuelong 2

環境信息室位于9層甲板右后舷側,為干實驗室。主要用于常規氣象觀測、衛星遙感和氣象觀測室內終端設備等的布置,與羅經甲板上的上述設備室外部分相關聯,如衛星的天線、氣象觀測的傳感器等。

物理實驗室主要用于布置物理海洋學相關設備(如ADCP 等)的室內終端,布置海洋生物儲量探測設備室內終端,布置地形地貌調查設備(如多波束、淺剖、測深等)室內終端等(圖1)。

圖1 物理實驗室Fig.1.Physics Lab

第一(干濕)通用實驗室位于主甲板左舷,可根據航次需求用作海洋生物實驗室,亦可用作綜合地球物理實驗室、海洋地質實驗室等用途。作為海洋生物實驗室使用時為濕實驗室,可進行表層海水采集和預處理、生物分樣和預處理、海洋生物實驗等。作為綜合地球物理實驗室時為干實驗室,可進行地球物理設備運行及調試、人工地震設備的維護保養、相關備品備件存儲。作為海洋地質實驗室時配備大型不銹鋼桌面、海/淡水槽、超大地漏、防水防滑耐磨地板、冰箱和低溫冰柜等,可進行地質樣品的分割、處理與實驗(圖2)。

圖2 第一(干濕)通用實驗室Fig.2.No.1 (dry &wet) General Lab

第二(干濕)通用實驗室位于主甲板右舷,可根據航次需求用作化學、生物實驗室。可進行表層海水采集和預處理、常規化學實驗、大氣化學實驗等。配備通風櫥、普通冰箱、臥式低溫冰箱、溫控烘箱、純水和超純水機、光照培養箱、營養鹽自動分析儀等通用設備。以及其他除上述第一(通用)實驗室之外的實驗(圖3)。

圖3 第二(干濕)通用實驗室Fig.3.No.2 (dry &wet) General Lab

低溫實驗室溫度可調,為2～10℃,主要進行海洋生物、海水樣品的低溫處理和實驗。

重力儀室位于全船穩心位置,主要用于重力觀測設備、姿態傳感器的布設和數據采集處理。

集裝箱移動實驗室是船載實驗室的重要補充,目前“雪龍2”號配置了10個(3個專業實驗室,7個輔助集裝箱),分別為1個預處理集裝箱實驗室、1個危化品存儲和廢液處理集裝箱實驗室、1個低溫冰雪試驗集裝箱實驗室、1個冷凍樣品集裝箱、2個地質采樣設備儲存集裝箱、1個調查網具儲藏集裝箱、3個地震設備及其他儲藏集裝箱。

“雪龍2”號在進行實驗室設計時,充分考慮實驗室與月池車間及實驗室與露天甲板間各專業作業流程動線,根據功能劃分區域,將實驗室集中布局,并盡可能采用大格局形式(圖4)。所謂大格局式的實驗室是指將實驗環境要求、實驗設備需求相近的若干學科、若干專業集中在一起,實驗室化零為整,整體效果佳,綜合使用效率也大大提升。沉積物、海洋生物和海水樣品主要在“雪龍2”號露天作業甲板獲取,通過第一(干濕)通用實驗室靠近艉部的雙開門進入,在大型不銹鋼工作桌上進行初步篩選、分樣、固定等預處理,再進入靠近艏部的實驗區域進行進一步分析實驗。處理后的廢棄物可通過環繞大型不銹鋼工作桌的格柵式下水迅速排出,保持實驗室清爽整潔(圖4右上)。長柱狀沉積樣品從露天作業甲板穿過月池車間(圖4左下陰影區域)直接進入低溫樣品庫,測試時移動到隔壁的低溫實驗室即可。CTD 舷側作業完畢,采集的海水樣品直接進入月池車間分樣后,通過與第一(干濕)通用實驗室和第二(干濕)通用實驗室相連的開門直接進入實驗室內分析化驗。主實驗室四周鑲嵌配套科考儲藏倉庫、實驗樣品庫等輔助艙室,充分滿足實驗物資轉運需求。大格局開放兼容的優勢正是確保每個學科每個專業均能在某個實驗室中找到一個屬于自己的位置,確保每個航次調查任務覆蓋范圍的最大化。

圖4 實驗室布置圖Fig.4.Lab arrangement plan

2.2 柔性化實驗室

雖然調查儀器設備集成化和小型化使得各專業對實驗室空間的需求相對減弱,以及某些學科在某些專業領域中有諸多共通的實驗條件,使得大格局實驗室成為可能。但如何在一個通用空間內解決相近實驗條件之間細微的差別,將學科與學科、專業與專業之間的干擾降到最小,這是實現大格局高利用率的一個前提。

“雪龍2”號實驗室另一典型特征為柔性化。柔性化理念是20世紀60年代末至70年代初提出的,最初主要應用在數控機床和其他自動化工藝設備的設計上[7]。例如:應用在汽車設計生產領域,一條生產線設計時兼顧多種車型的需求,可隨著市場潮流的變化隨時改變生產策略。“雪龍2”號實驗室在設計建造時,引入柔性化概念,基于整體大格局實驗室的設置,為滿足各學科各專業不同使用需求而采取便捷的合理布局措施。從此定義可知以“雪龍2”號為代表的現代極地科考破冰船實驗室最為主要的兩大特征:大格局、柔性化,兩者相輔相成、互補協調。

具體說來,柔性化是指如下兩個方面:一方面,為滿足不同學科不同儀器設備對實驗室諸如實驗臺面高低、設備是否落地等不同需求而做出適應性調整,以滿足實驗室內作業環境之間的差別;另一方面,船舶實驗室空間一般均較小,為了合理安排實驗空間,較多科考船將一個航次分為若干個航段,不同航段的側重不同。同一航次不同航段任務的不同,會帶來對實驗室布局、供水供電和供氣、通排風等細節上的差別。這就需要在航段之間,實驗室能夠根據航段的調查任務側重,實現實驗室內布局等便捷變換。以“雪龍2”號第一(干濕)通用實驗室為例,在進行以底棲沉積物為主的調查時,實驗臺與其他學科有顯著區別,沉積物分樣需具備較大的水斗便于清洗、較開敞的長條形工作桌便于分樣、便利的地板下水便于沖洗工作桌和地板、合適的區域放置和固定樣品分割設備、合理的動線往來低溫樣品庫與實驗室便于存取樣品等;而在用作海洋生物實驗時,需要有良好的通風環境便于排出異味、適當干燥的區域便于放置解剖鏡和顯微鏡等實驗設備、較多的落地冰箱用于臨時存儲實驗樣品等。上述兩種實驗場景均是對同一個實驗室提出的具體要求,如何在基本硬件數量、質量等配置不變的前提下,通過合理調配實驗室的布局,進行功能區劃的切換、干濕區域的分區、行動動線的設置,均對實驗室實驗臺設計和建造提出了更高的要求。

3 大格局和柔性化的實現

“雪龍2”號的功能定位已經明確其科考調查能力需要能夠滿足日益復雜的科考任務,解決多學科的交叉實驗需求,能確保實驗室具備多學科自適應能力和靈活調整能力,還能滿足不同航次對實驗室不同的個性化、靈活性的要求。船載實驗臺是“雪龍2”號實驗室的重要組成部分,是海上科學實驗活動的主要工作平臺,是樣品及數據的采集、處理、分析與評估的重要支撐。實驗臺在功能上必須滿足極地考察開展各學科調查和實驗的基本條件,同時由于極地惡劣環境的特殊性還應充分考慮人性化、舒適化的性能要求。

結合“雪龍2”號實驗室大格局和柔性化的特點,在建造實驗室中需要解決以下問題:能夠快捷、方便、靈活地實現儀器設備等在不同航段的拆除、增加及穩定固定;因不同學科和不同研究方向的實驗需求,實驗室能在短時間內(通常靠港時間為3 天左右,除去物資補給外,只有1天左右的時間留給實驗室進行切換)快速調整至滿足相應實驗需求的平面布局和環境條件;能高效、簡潔、快速、靈活地完成因儀器設備、實驗室布局的調整帶來的配套機電、氣路、智能化等系統的配合調整。

目前中國船級社CCS、英國勞氏船級社LR都沒有船舶實驗室建造的規范;實驗室建造設計廠家建造極地科考破冰船實驗室的經驗較少,建造適用于極地科考破冰船的“大格局、柔性化”實驗室的難度較大。經過中國極地研究中心、設計院、船廠、實驗室廠商不斷研究探索,采用模塊化實驗臺拼裝技術、靈活水電氣銜接技術和標準化固定技術等解決了上述問題,建造標準參考陸地實驗室規范[8-10],同時也盡可能滿足相關船舶規范[11-14],最終建造完成了大格局下的柔性化實驗室。

3.1 模塊化實驗臺拼裝技術

模塊化實驗臺拼裝技術可在同一實驗室內以較快速度靈活、機動地調整并固定實驗臺,以實現不同專業對實驗室布局的特殊需求。“雪龍2”號實驗室實驗臺采用長寬成整數倍比關系的標準模塊單元,每個獨立的實驗臺長度均為1 500 mm,寬度均為750 mm。每個模塊既可單獨使用,又可相互拼接組合。為配合實驗臺便捷組合,實驗臺桌腳為可升降式滑輪,移動時將滑輪落下,方便移動;固定時將滑輪上升,桌腿著地增大摩擦力。此外,每個單獨模塊的實驗臺分別由試劑架、功能架、臺面、框架、底柜模塊化組合而成,相互之間可以自由組合和隨意拆分,極大拓展了實驗室實驗臺組合的便利性和靈活性。例如:對于高度較高的臺面上設備,固定的桌面往往難以調整至合適的操作高度,“雪龍2”號模塊化設計可以便捷地調整臺面高度,以適應不同高度的臺上設備,從而提高實驗操作人員的實驗舒適度。此種獨特的模塊化實驗臺系統,使得實驗室內實驗臺的布局調整布置變成了“搭積木”,有效解決了因為學科差異、研究方向的不同帶來的實驗室實驗臺布置的多樣化需求,從根本上實現大格局下的柔性化(圖5)。

圖5 實驗臺單體圖Fig.5.Single experimental table

3.2 靈活的水電氣銜接技術

相對于通過調整實驗臺的位置實現實驗室內空間布局調整,配套的供水、供電、供氣、下水等的靈活供給變換才是實現大格局下柔性化實驗室的重點和難點。“雪龍2”號實驗室在墻面、天花板上設置若干隱藏式功能帶(圖6、7),功能帶內涵蓋水、電、氣路接口。功能帶采用模塊化形式,便于根據需求進行靈活拆、裝、維護、調整、更換;功能帶內各接口均采用標準化快速接頭,即插即用。實驗臺布局調整后,就近打開功能帶面板,采用速接接頭快速連接水、電、氣至實驗臺。天花板上或壁板上功能帶的連接管線均通過實驗臺的功能柱引至實驗臺上功能帶,確保實驗室上空整潔清爽。

圖6 功能帶結構圖Fig.6.Structure diagram of function module

圖7 天花板上功能帶實物圖.左圖為功能帶蓋板打開,右圖為蓋板關閉Fig.7.Function module on plafond.Left:the cover is open;right:the cover is closed

此外,“雪龍2”號實驗室水、電、氣供給系統除滿足目前設置的多種實驗臺布局模式外,還預留適應未來發展計劃的拓展空間及接口。同時,實驗室頂部合適區域內設置合金管線架,全方位確保水、電、氣供給系統的靈活、美觀(圖8、9)。各種布局、各種模式均可通過硬件的資源調配實現,而配套的軟件,例如:通風、照明、監控等也需要配合調整。“雪龍2”號采用智能化終端控制系統,在實驗臺和供給系統布局發生改變后,可一鍵式調節對應模式下的通風、照明、監控等系統,有效調整實驗室內環境的安全性和舒適度。

圖8 實驗室電氣安裝示意圖Fig.8.Electrical installation diagram of lab

圖9 實驗室氣路安裝圖Fig.9.Air circuit installation diagram of lab

3.3 標準化固定技術

船載實驗室不同于陸基實驗室,由于風浪抨擊、涌浪升沉、上建受風下建受流等影響,船舶會產生一定幅度的搖擺、偏斜、波動。此外,極地科考破冰船有破冰劇烈震動的特殊工況,類似于高速行駛的汽車受到撞擊后在短時間內速度急劇下降甚至停止,車內未固定的物品會因慣性前沖掉落。這要求實驗臺與實驗室地板或墻壁連接牢固、實驗臺面上或落地的設備能有效固定、實驗室柜門和抽屜等帶鎖止功能。其中實驗室柜門和抽屜的鎖止功能通過現有的五金件就能實現,而前兩者是現代船載實驗室普遍面臨的問題。

對于固定布局的實驗室,相應的固定設施較簡單,不需考慮布局變換后對應的設備、家具等固定位置的調整。而對于柔性化布局實驗室,須考慮柔性化切換帶來的實驗臺固定、落地設備固定和臺面設備固定的變化問題。“雪龍2”號實驗室在天花板和壁板上采用均布的合金C型卡槽固定系統,配合地板上均布的地腳螺栓和局部的哈芬槽來解決上述問題。均布的地腳螺栓用于實驗臺位置調整后的固定,是實現實驗室柔性化布局的重要保證。同時,配合帶螺栓的卡環也為實驗室內設備或物資的固定提供錨固點。C型卡槽運用在實驗臺面上,通過配套的卡扣螺絲采用夾或壓的形式固定臺面物資;運用在壁板上,可解決臺面上較高設備的固定問題,與地腳螺栓或哈芬槽組合使用還可將落地設備固定牢靠;運用在天花板上,可作為天花板固定的主龍骨,又可作為不銹鋼可沖洗實驗臺(桌面不便于設置插座、氣路等接口)等上方飛纜模塊的固定軌道。

圖10 使用C型卡槽固定實驗桌上設備Fig.10.Using C-type slot to fix the equipment on the lab table

C型卡槽在實驗臺本體結構上也得到了較多運用。“雪龍2”號實驗室通過C型卡槽實現臺面或柜體高度的自由調節,使用者可根據使用習慣、身高等特征隨意調整;可根據實驗需求任意調節試劑架的高度和數量(圖5)。同時,“雪龍2”號實驗室C型卡槽又分為單C型卡槽和雙C型卡槽兩種,單C型卡槽主要用于實驗臺上設備臨時固定,雙C型卡槽主要用于天花板、壁板和實驗臺主體結構(圖11、12)。相比于單C型卡槽,雙C型卡槽的兩道卡槽可提供兩倍的固著力點,固定更穩固。

“雪龍2”號實驗室全船的C型卡槽均采用通用的統一標準,后續新增、更換和調整更為靈活、快捷。同時針對海上的使用環境特點,采用氟碳漆噴涂技術保護合金型材表面,增強了雙C型卡槽抗酸堿腐蝕和海上鹽霧的能力。

圖11 墻壁上雙C型合金卡槽固定系統Fig.11.Double C-type alloy slot fixing system on wall

圖12 雙C型卡槽的合金固定支架系統Fig.12.Fixed alloy bracket system with double C-type slots

3.4 集裝箱實驗室作為補充

大格局和柔性化的實驗室解決了一些通用性的問題,“雪龍2”號實驗室對環境條件有特殊要求的實驗也有專門考慮。例如:極地冰雪實驗對溫度有較高要求,開敞的大格局實驗室難以滿足局部–30℃～ –20℃的低溫控制需求;一些實驗需使用放射性元素,例如初級生產力測量使用C14,實驗室需具備專業的隔離措施等。“雪龍2”號在艉部作業甲板設計了能放置8個長6 058 mm、寬2 438 mm、高2 591 mm 集裝箱移動實驗室的平臺,并預留水、電、氣標準快速接口。每一個集裝箱移動實驗室相互獨立、自成系統,可滿足自身特殊的實驗需求。在同一航次的不同航段,可根據該航段的作業任務,合理配置集裝箱移動實驗室種類和數量,拓展“雪龍2”號科考調查支撐能力和實驗種類。

4 小結

南北極科考具有任務多、航段多、作業時間窗口短、作業學科多、科考設備多等特點,“雪龍2”號采用大格局實驗室,克服船載實驗室空間有限的劣勢,盡可能滿足多學科專業的通用要求,提高實驗室使用效率;采用柔性化的設計,均衡各學科專業實驗間的特殊需求;結合分航段調配集裝箱移動實驗室的模式,拓展實驗支撐能力。雖然目前極地船載實驗室建造缺乏相應規范,可借鑒方案也較少,經與設計院、船廠共同探索,通過以模塊化實驗臺拼裝技術、靈活水電氣銜接技術和標準化固定技術等三項技術作為基礎,順利實現大格局、柔性化的設計理念,最終完成“雪龍2”號實驗室的建造工作。

在中國第36次南極考察期間,“雪龍2”號實驗室管理人員對結束科考調查作業的28 名科考隊員進行了航次實驗室使用情況調查,隊員總體滿意度較高,“雪龍2”號實驗室可靈活地滿足隊員對于實驗室使用的需求。“雪龍2”號定位于“科考為主、運輸為輔”,與主流的極地科考破冰船的情況類似,具有典型代表性。大格局、柔性化設計,配合集裝箱實驗室,有效地解決了極地科考破冰船科考與運輸需求并存、長航程但調查窗口期較短、實驗室種類少空間小但綜合調查涉及學科專業多、對實驗室種類空間要求高等之間的矛盾,對今后我國類似船舶實驗室的建造具有一定的借鑒意義。