近日，由華東院設計的
國家重大科技基礎設施項目——
世界容量最大的
超重力離心模擬與實驗裝置，
主機室基坑在杭州完成開挖。
建成後，這個可以壓縮時空、
一眼“萬年”的“神器”，
將填補我國超大容量超重力機的空白，
成為世界上實驗艙功能最強的
多學科科學實驗設施，
為國家重大任務開展，
重大工程新技術研究與驗證，
物質前沿科學發展，
提供先進的實驗平台和基礎條件支撐。
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該項目是“十三五”確定的10個國家重大科技基礎設施之一，是推動國家科學和技術發展的國之重器，也是在浙江省建設的首個國家重大科技基礎設施。項目主要建設內容包括超重力離心機主機、超重力實驗艙、超重力試驗保障係統和配套設施，總用地麵積89畝，建築麵積34560平方米，建設周期為5年。
日前完成開挖的主機室基坑是該項目的核心工程之一，長99米、寬27米，共分為8層，最深處達38.3米，相當於地下10層的深度，打破了浙江省公共建築“最深基坑”記錄。
什麼是超重力？
科學家們把地球上的重力叫做常重力，用1g（重力單位）來表示，大於1個g的就叫超重力。比如航天員乘坐飛船返回地球時，會受到4個g的超重力，相當於承受了4個自己的重量。
在超重力環境下，科學家們可以完成很多在常重力環境中難以完成的實驗。
首先，超重力具有“縮尺”作用。舉個例子，想知道100層樓高的房子對地基的影響，那麼我們隻需要造1層樓高的模型，將它放在100個g的超重力作用下，這時，1層樓對地基的影響效果，就相當於常重力下100層樓對地基影響的效果。
其次超重力場中還存在“縮時”效應，比如在超重力離心機上搭載土體汙染物遷移實驗裝置，就可以模擬汙染物在地下大尺度、長曆時的運移。如果在現實中研究汙染物的遷移，需要花費幾千年，但在超重力場中模擬實驗，可能隻需要一天的時間。
科技感爆棚的超重力實驗室
從天空俯瞰，超重力實驗室是一個中央高周邊低的整體，空間邏輯清晰，簡潔高效，渾然一體。華東院團隊以科學的理性、人文的感性，彰顯國之重器的超一流形象。
隨著後續工程的推進，這個科技感爆棚的實驗室將迎來世界最大量級的超重力離心機。建成後的地下空間將呈“豐”字形布局，中央艙體內3台離心機順序排列，構成南北縱軸；6座超重力實驗艙分居左右，將承擔極端氣候與環境模擬裝置、超重力單向振動台、高壓高溫實驗裝置、高通量製備熔鑄爐等18台機載裝置，可以模擬各種極端氣候、深海與深地環境，助力我國在相關領域的研究實現從跟跑、並跑到領跑的跨越。
“超經驗”難題的破解
由於大部分建設內容無先例可依，項目設計麵臨諸多挑戰。針對實驗裝置振動控製、艙室溫度控製、深厚軟基等重大技術難題，華東院發揮專業齊全、技術先進、綜合集成的優勢，組建骨幹項目管理和技術專家團隊，配備有力的支撐保障團隊，進行深入分析研究和充分論證。
振動控製
該項目高速機最大轉速達668r/min，相應最大轉頻為11.13Hz，相關振動問題突出，且目前尚無專門的振動標準和相應規範。尤其是站址位於軟基上，如振動問題解決不好，將對實驗室主體建築物結構安全、試驗運行環境及實驗室工作人員的身心健康造成危害。
華東院結合承擔的多項大型抽水蓄能電站的振動設計經驗和關鍵技術，與主機設計單位、試驗用戶科學家團隊協作、研討，立足工藝、功能及運行的總體要求，開展離心機基礎結構型式設計的全方位的比選、論證工作，提出了一係列解決方案，破解振動控製難題。
主機室溫控設計
超重力離心機在長時間高速旋轉過程中，大部分能耗用於克服空氣阻力，會急劇提升主機室溫度，還會引起實驗艙振動，嚴重影響實驗結果的準確性及實驗數據的可靠性。工程離心機轉速大，熱損耗高，給溫控係統的設計帶來一定的難度。設計團隊通過大量實驗測試及理論分析，開展了多項冷卻解決方案研究，將離心艙內空氣溫度控製在40℃以下。
深厚軟基
項目基坑最大開挖深度達38.3米，存在15米厚的淤泥層和高滲透性的承壓水賦存層，地質情況異常複雜，對基坑的位移控製和止水性能提出了極高的要求。華東院充分考慮項目特點，經多方案比選和多輪方案論證，有效解決了軟弱土層中基坑開挖的位移控製及防止承壓水造成坑底突湧破壞兩大技術難點。
BIM應用
針對項目專業眾多、布置複雜、精細化程度高、設計周期短等特點，華東院依托具有自主知識產權的工程數字化平台，開展工程三維數字化設計，有效解決多專業接口問題，快速梳理錯漏碰缺問題，更直觀展示工程全貌，為實現工程設計、建設、運營的全生命周期管理，打造數字實驗室奠定了堅實的基礎。
依托精湛的工程技術能力和信息化數字化核心能力，華東院設計建成了一大批國家重點工程。承擔了國內第一個極深地下實驗室基礎設施——“中國暗物質極深地下實驗室”的土建設計，為我國粒子物理和核物理領域的重大基礎前沿物理問題研究提供平台支撐。世界容量最大的超重力離心模擬與實驗裝置的順利建設，將助力我國在相關領域的研究，實現從跟跑、並跑到領跑的跨越。我們將繼續秉承“負責、高效、最好”的企業精神，與科學家團隊、指揮部和各參建方通力合作，以百倍努力與各方圓滿完成工程建設的各項任務。
