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7月25日，記者從哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲悉，國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目“大跨空間結(jié)構(gòu)風(fēng)—雨—熱—雪全過(guò)程聯(lián)合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)”研制成功。此系統(tǒng)為深入揭示大跨空間結(jié)構(gòu)風(fēng)—雨—熱—雪耦合作用下屋面積雪全過(guò)程演變機(jī)理，提供了國(guó)際上獨(dú)一無(wú)二的試驗(yàn)平臺(tái)。中國(guó)冰雪工程研究由此正式邁入全要素耦合時(shí)代。

記者走進(jìn)哈爾濱工業(yè)大學(xué)風(fēng)工程實(shí)驗(yàn)室，一座體育館縮尺模型正承受著極端氣候的考驗(yàn)：零下15℃的寒風(fēng)中，人造雪粒被狂風(fēng)卷成漩渦；熱輻射燈陣驟然亮起，模擬正午烈日；降雨噴嘴同步噴灑冰雨。這正是國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目“大跨空間結(jié)構(gòu)風(fēng)—雨—熱—雪全過(guò)程聯(lián)合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)”的日常測(cè)試。

“近年來(lái)，全球極端冰雪災(zāi)害頻發(fā)，寒冷地區(qū)每年遭受不同程度的雪致工程災(zāi)害，大跨空間結(jié)構(gòu)由于自身特點(diǎn)與應(yīng)用廣泛性，雪致工程災(zāi)害后果更為嚴(yán)重?！惫枮I工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院范峰教授告訴記者。

如何科學(xué)確定復(fù)雜形狀屋面的雪荷載，一直是困擾設(shè)計(jì)人員的難題。傳統(tǒng)研究如同盲人摸象，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)依賴(lài)自然條件，數(shù)值模擬難解相變機(jī)理，風(fēng)雪試驗(yàn)無(wú)法復(fù)現(xiàn)太陽(yáng)輻射下的積雪消融。

為能夠清晰認(rèn)識(shí)風(fēng)、雨、熱等環(huán)境因素影響下屋面積雪的堆積—消融—結(jié)晶—再堆積演變?nèi)^(guò)程機(jī)理，真實(shí)再現(xiàn)大跨空間結(jié)構(gòu)屋面積雪環(huán)境。范峰教授團(tuán)隊(duì)打造了這件模擬極端冰雪氣候的利器。

這座國(guó)際首套的建筑冰雪環(huán)境多因素耦合模擬系統(tǒng)堪稱(chēng)氣候現(xiàn)象的“交響樂(lè)團(tuán)”：大氣邊界層低溫風(fēng)洞可復(fù)現(xiàn)-20℃的低溫大氣風(fēng)場(chǎng)；智能降雪模塊可實(shí)現(xiàn)雪花晶體形態(tài)控制；雙模式降雨系統(tǒng)可精細(xì)調(diào)控雨滴譜分布；太陽(yáng)輻射方陣可模擬不同緯度日照強(qiáng)度；監(jiān)測(cè)神經(jīng)中樞可實(shí)時(shí)追蹤風(fēng)—雨—熱環(huán)境作用下雪的相變過(guò)程。

“我們壓縮了自然氣候的時(shí)空尺度。”團(tuán)隊(duì)成員張清文副教授指著實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)屏介紹說(shuō)，“風(fēng)雪模塊啟動(dòng)后，建筑模型屋面逐漸呈現(xiàn)自然堆雪過(guò)程；熱輻射模塊介入后，屋脊積雪漸成冰水混合物；而降雨模塊噴射的過(guò)冷水滴撞擊積雪表面，瞬間形成致命冰殼?！?/p>

通過(guò)各子系統(tǒng)的配合使用，該系統(tǒng)可創(chuàng)造性地解決風(fēng)、雨、熱、雪多因素條件下，屋面積雪連續(xù)累積變化全過(guò)程模擬研究的問(wèn)題，最大程度還原屋面積雪堆積—漂移—消融—結(jié)晶—再堆積的周期性變化過(guò)程，從而獲取最為真實(shí)的大跨屋面雪荷載研究數(shù)據(jù)。

該系統(tǒng)已通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，并為多項(xiàng)國(guó)家重大建設(shè)項(xiàng)目屋面雪荷載的精準(zhǔn)確定提供技術(shù)保障，同時(shí)為服務(wù)國(guó)家極地戰(zhàn)略提供可靠技術(shù)支撐。

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)供圖）