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回顾丨中电工程华北院让中国“天眼”亮起来

来源: 中国电力报      日期:16.11.30      

让中国“天眼”亮起来

———中国能建中电工程华北院参与设计FAST项目背后的故事

中国电力报 中电新闻网记者 宋旸 通讯员 纪小鸥 李小利 

  在创新中求索与突破,始自建设一流工程的初心,更是一家拥有60余年光辉历史的电力设计企业的品格与担当。

  中国能源建设集团有限公司旗下中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司(简称“华北院”),基于在电力勘测设计领域的先进技术和丰富经验,全程参与到我国500米口径球面射电望远镜的(FAST:Five—hundred—meter Aperture Spherical radio Telescope)设计与建设过程中,开创性地完成馈源支撑塔的设计工作,不仅将我国电力工业发展的最新成果在更广阔的领域实现着价值创造与共享,再一次在非电领域让“华北院”的知名品牌绽放出夺目光彩。

  让梦想成真

  中国天文学家在上世纪90年代提出利用贵州的喀斯特洼地建造大型射电望远镜,形成了中国“天眼”的最初设想。从1994年开始,专家们考察了400多个洼地,对其中90个制作了高分辨率数字地形图,并经过反复比较论证,最终选定贵州省黔南州平塘县克度镇金科村的大窝凼洼地为工程台址。

  历经12年的预研究,2007年9月,国家“十一五”重大科学工程——500米口径球面射电望远镜FAST项目获国家立项批准。500米的口径,比当时世界最大的美国阿雷西博天文台球面射电望远镜的直径还要长150米。凭借相当于30个足球场的接收面积,它不仅在尺寸规模上创造单口径射电望远镜的新纪录,而且在灵敏度和综合性能上,也堪称全球领先。

  FAST由反射信号的抛物面以及接收信号的馈源舱组成。其一大创新突破,就是通过6根钢索,驱动重达30吨的“眼珠”馈源舱在一个距离地面高140米至180米、直径为207米的球冠面上运动,并实现误差不大于48毫米的高精度定位。

  要实现这样的目标非常困难——塔的变形,钢索受力和变形,还有温度的变化,风的扰动等因素都会影响馈源舱的定位。能否设计出承担如此高载荷的馈源支撑塔?塔的强度能否克服外界影响?国内是否有这样的设计建设单位?一系列关系到FAST项目成败的关键问题困扰着项目团队。

  2009年,在获知FAST馈源舱支撑塔项目的消息后,华北院主动与国家天文台沟通,凭借在我国电力设计领域特别是输电铁塔设计方面的技术优势,参与到馈源支撑塔的前期可研工作中。

  “特高压塔和馈源支撑塔有异曲同工之处。”华北院电网工程事业部副总经理任胜军介绍说,“特高压塔要承载输电导线的载荷,在设计中要考虑塔的结构、风的扰动、覆冰等因素,而且输电线路沿线地貌和地质多种多样,我们当时在特高压设计领域已经拥有了世界先进的技术和丰富的工程实践,有能力也有实力做好FAST馈源支撑塔项目。”

  早在2005年,华北院就参与设计了世界首条特高压工程——1000千伏晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程。由该院设计完成的我国首个特高压直流试验基地,建有世界上最大人工模拟降雨喷雾悬链式电晕笼,以及电压等级高达±1200千伏的试验线段和直流试验场,里面设计建设了各类型的特高压输电铁塔。

  经过工程现场和试验基地的多次考察和调研,在被一项项世界一流电网工程所震撼的同时,国家天文台FAST项目团队对于馈源支撑塔设计建设充满了信心。2009年7月,华北院与国家天文台正式签订FAST馈源支撑塔方案设计和优化合同,这是FAST项目签订的首份合同。2011年11月,华北院又签订了FAST馈源支撑塔施工图设计、制造和安装工程咨询服务等多项合同,由此踏上了一次创新和收获的跨界之旅。

  “塔腿博物馆”

  世界最大的射电天文望远镜,意味着没有经验可供借鉴,一切都是开物前民的创新。

  中国“天眼”所处的黔东南平塘县“大窝凼”常年雨量充沛,且周边山势陡峭、林木茂盛,在如此恶劣的环境中立塔选址无疑是难上加难。

  2009年至2011年,国家天文台FAST项目团队和华北院设计人员共同组成现场踏勘组,多次到现场进行塔位选址和优化定位,针对陡崖区危岩较多、洼地地下岩溶洞隙、块石堆积体等不良地质条件,主要对地形、地貌、地层岩性和边坡稳定性做了现场调查和分析,评价立塔条件和优化确定塔位及各塔腿的定位。

  经过数次现场考察和反复计算,华北院设计人员确定了在望远镜外侧600米直径圆周上,均匀布置6座不同高度的馈源支撑塔,塔位按顺时针时钟排列。通过6种方案的立塔可行性及经济技术比较后,最终确定顺14度的塔址定位方案。

  据华北院电网工程事业部项目经理秦庆芝介绍,设计团队还对馈源支撑塔整体结构方案进行了重点优化,通过对组合角钢塔、钢管塔、钢管混凝土塔的比较,最终选用了钢管塔结构方案,并在钢管连接节点采用相关焊接技术,设备平台采用H型钢梁结构,增强了其稳定性。

  根据6基塔位不同地形、地貌特点,华北院设计了全方位长短腿和高低主柱基础相结合。“24条塔腿没有一模一样的,可谓是一座‘塔腿博物馆’。”华北院电网工程事业部副总工程师、FAST馈源支撑塔主设人施菁华说,“这种设计不仅满足了技术先进、安全可靠的要求,还有效地减少了塔基面和山体岩石开方工程量,保护了周围林木植被和自然地形地貌环境,降低了工程投资,达到了显著的经济效益和社会效益。”

  “重大科技基础设施是国之重器,FAST的落成启用标志着我国天文学和空间探测研究迈上了一个新高度。”国务院副总理刘延东在FAST落成启动仪式的致辞中说。

  “华北院是最值得信赖,合作最愉快的伙伴。”启动仪式当天,国家天文台也为双方长达7年的友好合作作出了这样的高评价。而“FAST工程建设突出贡献单位”荣誉,则是对华北院直面挑战、勇于担当、技术领先、敢于创新的企业精神的认可与褒奖。

责任编辑:王萍  投稿邮箱:网上投稿

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