为切尔诺贝利建造一个新的避难所

这可能不是大多数人心目中完美的工作环境。但当埃里克·施米曼博士从办公室窗户望向切尔诺贝利臭名昭著的核电站受损的反应堆时，他看到了一个他形容为他一生中在技术上最有回报的项目。

施米曼是美国太平洋西北国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory)的一名土木工程师，目前是一项可能是当今世界上最具挑战性和令人印象深刻的工程项目的高级技术顾问，这项耗资15亿欧元的国际努力旨在清理人类最严重核事故的残骸。

该项目被称为“庇护所实施计划”(SIP)，资金来源为欧洲复兴开发银行(EBRD)46个不同的国家和组织。自1998年以来，参与其中的工程师们已经解决了一长列艰巨的挑战(见图表)，从稳定1986年灾难后匆忙建立的摇摇欲坠的石棺，到建造办公大楼和相关的基础设施，这是一个长期计划所必需的。

但是，毫无疑问，SIP的最高荣耀是新安全围栏(NSC)的建设——一个巨大的钢拱门，设计使用100年，它将保护石棺免受自然因素的影响，并使工程师能够安全、有系统地清理过去27年困扰世界的核遗产。

NSC高110米，宽250米，长150米，重3万吨，目前正在离受损反应堆600米远的地方组装，由于过去20年的修复工作，那里相对较低的地面辐射剂量水平使工程师每周可以工作40小时。如果一切按计划进行，到2015年的某个时候，当工程师们开始沿着巨大的轨道小心翼翼地将这座避难所推到它最终的安息之处时，它将短暂地成为陆地上最大的移动建筑之一。

考虑到乌克兰当局认为切尔诺贝利周围30公里的隔离区在未来2万年内都不会完全安全，所以得知在那里工作是安全的可能会令人惊讶。但据施米曼说，在所谓的“勃起区”，地面上的辐射剂量水平比他在华盛顿州的办公室里所经历的要低得多，而在华盛顿州，当地的地质条件导致了高得多的本底辐射剂量。

然而，切尔诺贝利仍然是一个异常危险的地方。设施内的许多区域完全封闭，靠近反应堆的剂量率极高。施米曼说:“越接近辐射源，危险就会增加，如果距离够近，危险就会致命。”难怪远程装配技术被视为如此有吸引力。

但这种方法虽然非常优雅，但并不能完全解决问题。因为即使距离反应堆600米，在更高的海拔，剂量率也会增加。

为了解决这一问题，工程团队开发了一种创新的安装过程，确保工人永远不会偏离30米以上的标记。

Schmieman解释说:“首先建造拱门的最高部分(大约是顶部的三分之一)。”“然后我们在上面加上一些腿，也就是下面的部分。然后，该结构被顶到30米高的空中，支柱摆动并绑在一起，以防止它们平展开来。我们去掉千斤顶，再加一对支架，再抬高30米，这个过程不断重复，直到我们把拱形结构抬高110米。”

用来提升拱门的千斤顶安装在10座特别建造的塔上。每座塔都有52根电缆垂下，每根电缆都有一个小型液压装置，可以锁紧，移动一小段距离，并将自己锁住。这些都可以被控制在一毫米以内，并被小心地控制在精确的同时移动，以正确地抬起拱门。

有趣的是，尽管用于组装NSC的大多数系统和设备都是定制的，但千斤顶以前只用过一次:2001年，在巴伦支海底打捞沉没的俄罗斯核潜艇库尔斯克号(Kursk)。施米曼评论道:“从那以后，他们对这些东西就没有任何用处了。这真的让人们认识到，工程师们做这种事情的频率有多高。”

该结构的建设工作正在顺利进行中。去年11月，拱顶的第一段被提升到22米的临时高度，随着乌克兰严冬的结束，切尔诺贝利的国际工程师团队正准备返回。

今年春天，将添加更多的腿，直到拱门的一半完成。然后，工作将开始在相同的拱门的第二部分，最终两部分将被螺栓连接在一起。

主结构组装好后，团队将把注意力转向掩体内部，以及众多的系统和工具，这些系统和工具将保证掩体的安全，并使工程师能够开始对反应堆进行解构。

也许其中最令人印象深刻的是一个巨大的头顶起重机，它将被连接到避难所的屋顶下面。

这台巨大的机器被称为桥式起重机——得名于安装在NSC天花板上的96米长的移动桥，横跨6条平行轨道。它将通过无线远程操作，目前由美国工业机器人专家PaR制造。

起重机有三种不同的支架，即主要工具:一种是所谓的经典支架，它的特点是在电缆上有一个钩子，可以通过单个滚筒升降;一个安全车厢，使用两个桶，将用于在一个屏蔽的盒子内移动避难所周围的人;以及被称为移动工具平台(MTP)的定制拉伸桁架系统。

MTP相当于工业上复杂的电缆系统，使电视摄像机能够在奥运会等重大体育赛事的上空俯冲，MTP将用于在避难所内向任何方向移动工具和机器人设备。

据称，该装置是迄今为止同类设备中最大的，由两个三角形平台组成，由六根电缆连接，三角形的每个角各有两根电缆。虽然设计确保了平台绝对静止和刚性，但上三角形平台上的吊机可以将较低的平台提升或降低到工作区域。因此，许多机器人设备，如钳子、钻头、粉碎机和锯子，可以精确地移动到禁止人类进入的区域。”

一旦吊车就位，NSC将被移至600米外的最终静止位置，Schmieman预计这一过程将耗时两天左右。

移动庇护所的巨大轨道本身就是一项巨大的工程成就。

在铁轨的两端——在架设区和最后的休息区(被称为服务区)——大约400个巨大的桩被打入26米深的地下。在这两个区域之间的区域没有桩，取而代之的是一个分散的基础，它位于地面顶部。这是因为，虽然架设区和服务区将经历较长时间的水平反作用力，庇护所将相对快速通过之间的区域。

在这些基础的顶部是轨道，NSC将沿着轨道滑动在特别开发的特氟龙轴承链接上。这些巨大的混凝土结构宽17米，有两层楼高，顶部安装了不锈钢板，以特定的角度安装，以确保庇护所可以准确定位。

“人们问你怎么滑这个东西?施米曼说，“有3万吨的结构钢，让它运转起来一定需要很多能量。”但我们已经减少了足够多的摩擦，所以我们关心的不是如何让它运动，而是如何阻止它，以及如何在我们想要之前阻止它移动，因为这里有很大的表面积可以让风发挥作用。”

为了达到这个目的，掩体安装了液压爪和棘轮系统——由悬挂在拱门上的柴油发电机提供动力——沿着轨道小心地移动掩体，防止它失去控制。

施米曼说:“这些设备必须完美协调，这个东西有250米宽，我们不想让一边比另一边跑得快，哪怕是一个小小的偏差都会阻止你前进。”

一旦NSC到达它的最终位置，特氟龙轴承垫被移除，结构的重量将保持它的位置。

根据设计，这座庇护所至少可以保存100年，因此一系列的监测和控制系统将有助于保证它的安全，并减少定期维护的需要。Schmieman的团队设计了一种特别优雅的方法来解决腐蚀问题。

他说，世界上有相当多的钢结构已经使用了100年。“大多数人首先想到的是埃菲尔铁塔。他们一直在重新粉刷埃菲尔铁塔，因为这是最便宜的事情，但我们不能这么做，因为反应堆附近的辐射剂量率很危险。”

相反，遮蔽物管状钢结构的外部通过空调系统免受腐蚀，空调系统在遮蔽物管状钢结构和不锈钢包层之间的12米空间内循环。

这些空气通过大型干燥剂干燥器吹进缝隙中，干燥器去除空气中的水分，并将其湿度保持在40%以下，在这种条件下碳钢不会被腐蚀。该系统每小时循环约45000立方米空气，压力比外部空气高约50帕斯卡，以防止内部停滞区发展。

该系统还将环形空间中的空气加热到比避难所内部空气高约3℃的温度。令人难以置信的是，国家安全委员会是少数几个可以包围足够大的空气量来创造自己的天气的建筑之一。但是，通过保持上表面和内部空气之间的温差，可以避免凝结，以及“雨”落在避难所的放射性物质上的可能性。

考虑到避难所的危险内容，它的设计者还配备了监测地震活动和辐射水平的技术。

该设施被设计为能承受和存活msk6级地震(在俄罗斯和前苏联国家仍广泛使用)，安装了大量地震监测设备。施米曼解释说:“我们有一个由大约6个地震监测站组成的系统，还有安装在建筑物上的加速度计和应变计，这样我们就能看到它对任何地面运动的反应。”

这是一个顶点项目。对于很多工程师来说，这肯定就像那些在金字塔上工作的人一样，你无法想象在比这更大的东西上工作。

Eric Schmieman这样

还特别注意发展监测辐射通过避难所扩散的技术。为此，Schmieman解释说，团队获得了建筑师的帮助，他们在分析和预测人们如何在避难所中移动的技能使团队能够确定辐射监测的关键区域。施米曼补充说，避难所还配备了数百个传感器，用于探测在避难所内激起活动的放射性尘埃。“我们必须监测空气中悬浮的灰尘颗粒，以及人们的鞋底和手。”

一旦避难所投入使用，SIP项目就正式结束了，届时新安全围栏的内容将在很大程度上取决于乌克兰当局。

目前，乌克兰没有用于高水平核废料储存的永久性设施，因此，这些危险材料很可能会在未来一段时间内留在那里。

但至关重要的是，避难所将为当局赢得时间，并使他们有机会最终以一种有条理的方式处理切尔诺贝利的危险遗产。欧洲复兴开发银行副行长林道尔(Balthasar Lindauer)说，问题是，一旦国家安全委员会成立，我们就不再是在处理紧急情况了。事情可以在冷静、准备充分和有组织的情况下完成。”

无论发生什么——林道尔和施米曼都承认，该设施可能会超过其100年的寿命——切尔诺贝利巨大的新避难所无疑是一项非凡的工程成就:国际合作的优雅成果，是创新技术在巨大规模上的应用。“这是一个顶点工程，”施米曼评论道，“对于很多工程师来说，这肯定就像那些在金字塔上工作的人一样，你无法想象在比它更大的项目上工作。”