¿Afectará el efecto mariposa vibratorio del metro de Beijing a los instrumentos de precisión?
A simple vista, este tubo de lente de metal blanco de 1 metro de altura se apoya firmemente sobre la mesa. Cuando se ajusta con la máxima precisión, encontrará que la imagen en blanco y negro de la pantalla tiene una "rebaba" y el patrón atómico original se vuelve borroso debido a la vibración.
En el campus de la Universidad de Pekín, los instrumentos de precisión afectados por las operaciones del metro son mucho más que este microscopio electrónico de un millón de dólares. Cuando se inauguró la Línea 4, la Universidad de Pekín tenía instrumentos de precisión por valor de 1.100 millones de yuanes, de los cuales 400 millones de yuanes se vieron afectados.
Para reducir la interferencia de las vibraciones del metro en estos instrumentos, Beijing y la Universidad de Pekín han hecho grandes esfuerzos. En el tramo de la Puerta Este de la Universidad de Pekín de la Línea 4, la compañía de metro ha instalado la vía más avanzada que absorbe las vibraciones. La Universidad de Pekín construyó un nuevo edificio de investigación científica integral en un lugar distante y trasladó algunos instrumentos de precisión, pero el impacto de la vibración del metro aún es difícil de eliminar. Algunos estudiosos sólo pueden realizar experimentos en medio de la noche, después de que el metro se detenga.
En 2019, se inaugurará la segunda fase de la Línea 16 del Metro, a 600 metros del Edificio de Investigación Científica Integral, los instrumentos de precisión de la Universidad de Pekín se enfrentarán a un dilema desde dos lados. Zhang Zhiqiang, director de la Oficina de Protección Ambiental del Departamento de Gestión de Laboratorios y Equipos de la Universidad de Pekín, cree que a menos que se tomen más medidas para reducir las vibraciones, la situación no es optimista.
La Universidad de Pekín no es la única institución de investigación científica que se enfrenta a interferencias por vibraciones del metro. El periodista se enteró de que la Universidad de Tsinghua, la Academia de Ciencias de China, la Universidad de Fudan, la Universidad de Nanjing, la Universidad Médica Capital y la Facultad de Medicina de la Universidad de Zhengzhou también han encontrado dificultades similares. Se construirán metros alrededor de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, la Universidad de Zhejiang y la Universidad de Nantong.
La red de metro cada vez más densa en las ciudades y los instrumentos de precisión cada vez más sensibles de las instituciones de investigación científica son signos del rápido desarrollo económico y social de China. Pero cuando los instrumentos de alta tecnología chocan con las líneas del metro, quién debería evitarlos se convierte en un conflicto irreconciliable.
La red de metro de Pekín prevista para 2020.
El efecto mariposa de la vibración del metro
Las vías del metro de Beijing se están desarrollando rápidamente. En 2020, su kilometraje total se acercará a los mil kilómetros. Durante las horas punta, cerca de mil trenes circularán a toda velocidad por la vía al mismo tiempo.
Al transportar pasajeros, estos trenes, que pesan más de 100 toneladas, también se han convertido en enormes fuentes de vibraciones. Las vibraciones viajan a través de ruedas de acero, rieles, túneles y suelo, extendiéndose como ondas hacia la superficie y dentro de los edificios.
Pocas personas prestan atención al impacto de este temblor en las ciudades. El Laboratorio de Control y Reducción de Vibraciones de Vías de la Universidad Jiaotong de Beijing es un equipo de investigación anterior en China. Los datos que probaron mostraron que en los últimos 10 años, las microvibraciones del suelo dentro de un radio de 100 metros del metro de Beijing han aumentado casi 10 veces.
Aunque la microvibración provocada por el tráfico no es fuerte, dura mucho tiempo y el impacto queda oculto y es difícil de detectar. Una vez causó grietas y luego se derrumbó en una antigua iglesia en la República Checa, efectos a largo plazo en las actuaciones en la Ópera de la Bastilla e interfirió con la capacidad de Intel para tallar circuitos a nanoescala en placas de circuitos integrados.
Entre las vibraciones del metro, la interferencia más grave para los instrumentos de precisión es la vibración de baja frecuencia. Este tipo de vibración tiene una longitud de onda más larga y no se atenúa fácilmente en el suelo. Lei Jun, director del Laboratorio de Evaluación y Monitoreo de Vibraciones Ambientales de la Universidad de Pekín, una vez llevó a estudiantes que llevaban sismómetros a la espalda a medir varias líneas de metro en Beijing. Descubrieron que en el rango de baja frecuencia, donde los instrumentos de precisión son más sensibles, la intensidad de la vibración de la superficie a 100 metros de distancia del metro es de 30 a 100 veces mayor que cuando no pasa ningún tren.
Para los instrumentos de precisión de la Universidad de Pekín y la Universidad de Tsinghua, el metro casi significa un "golpe catastrófico".
Antes de la inauguración del metro, en las dos universidades más famosas del país, la vibración ambiental provocada por autobuses y ferrocarriles se había acercado o incluso superado los valores de seguridad especificados por algunos instrumentos. Sin embargo, la mayoría de estos instrumentos tienen márgenes al formular los requisitos de vibración de entornos de uso normal, por lo que aún pueden funcionar con normalidad. Una vez que se abra la línea de metro cercana, es posible que los instrumentos de precisión sensibles a las vibraciones de las dos universidades no puedan funcionar con la máxima precisión.
Algunos estudiosos creen que esto ha provocado un enorme desperdicio. "El instrumento que compraste por 10.000 dólares sólo se puede utilizar al costar 10.000 dólares".
Muchos usuarios de instrumentos no saben que las vibraciones del metro pueden afectar a sus instrumentos. Una vez, un colega acudió a Lei Jun y se quejó de que un instrumento de precisión utilizado para medir la edad de las rocas en el laboratorio de repente parecía anormal. El profesor llamó al fabricante y se ajustaron el lado izquierdo y el derecho. Incluso si no se puede reparar, el fabricante está desconcertado.
Lei Jun preguntó: "¿Cuándo empezó a funcionar anormalmente?" La otra parte dijo: "Desde 2009, no fue que el instrumento estuviera roto, sino que la vibración interfirió con el". instrumento tras la apertura de la Línea 4 del Metro.
“Hay menos de cien expertos que estudian las vibraciones del metro en China, incluidos los fabricantes de equipos”. Ma Meng, profesor asociado de la Universidad Jiaotong de Beijing, considera que se trata de un círculo académico pequeño, y la mayoría de los expertos todavía lo son. en el mismo grupo de WeChat.
Durante más de 10 años, Lei Jun ha estado llamando la atención sobre las vibraciones del metro en varias ocasiones. Como miembro de la Sociedad Jiusan, escribió muchas propuestas con la esperanza de informar sobre este tema al Congreso Nacional del Pueblo. Siempre que podía, daba conferencias a académicos y estudiantes desconocidos sobre los efectos de las vibraciones del metro.
Durante mucho tiempo se dedicó originalmente a la sismología y se dedicó a este impopular campo académico. Su familia le aconsejaba a menudo que "no hiciera nada".
En opinión de Lei Jun, este campo es bastante importante.
Golpeó la mesa y preguntó: "China está atravesando una transformación industrial, pero ¿por qué nuestros logros tecnológicos han sido tan grandes en los últimos años?". Algunos componentes electrónicos centrales, incluidos chips, máquinas de fotolitografía, rejillas de materiales finos, etc., se procesan en muchos campos. ¿Por qué no podemos fabricar lo mismo incluso si recompramos un conjunto completo de líneas de producción extranjeras? Una gran razón es que la vibración ambiental excede el estándar. Hoy somos capaces de producir productos industriales crudos. Nuestras deficiencias son principalmente la precisión y las pequeñas no son suficientes. "
Ha realizado evaluaciones de vibración ambiental para dos unidades. Una es el Instituto de Metrología de China, que es el centro de investigación metrológica más importante del país. La vibración ambiental en el sitio original excedía seriamente el estándar y luego fue trasladado a Changping Sin embargo, la evaluación encontró que todavía hay algunos problemas en el nuevo sitio web. El otro es la Estación de Medición de la Defensa Nacional, donde la vibración ambiental excede el estándar en más de 100 veces. Para los expertos especializados en vibraciones ambientales, la microvibración provocada por el metro parece una mariposa batiendo sus alas, pero en el campo de la alta tecnología, que es sensible a las vibraciones, es suficiente para provocar una tormenta catastrófica, limitando así el desarrollo. de un país: la máquina de litografía necesita dibujar miles de líneas dentro de un rango de 1 mm, y el entorno externo debe ser extremadamente estable. El giroscopio giratorio de alta velocidad en el sistema de misiles debe garantizar que el centro de masa y la geometría; El centro es completamente coincidente; de lo contrario, apuntará al este y al oeste.
En el mapa, el campus de la Universidad de Pekín está adyacente a la línea de metro.
Ambas partes sufrirán un compromiso. p>
Como muchos estudiosos externos, Lei Jun no sabía que la vibración del metro tenía un impacto en los instrumentos de precisión. En China, la feroz batalla entre la Universidad de Pekín y el metro sacó a la luz este problema por primera vez. p>
En 2003, se anunció el plan para la Línea 4 del Metro de Beijing y se publicará en el "Viaje Sur" en la puerta este de la Universidad de Pekín. Muchos laboratorios importantes de varias universidades de ciencia e ingeniería y de la Universidad de Pekín están estrechamente distribuidos. A lo largo de la línea del metro, una gran cantidad de instrumentos de precisión de la Universidad de Pekín se concentran en estos edificios de investigación científica. Algunos académicos recordaron a la Universidad de Pekín que es necesario estudiar si el metro tiene un impacto en los instrumentos de precisión.
La investigación anterior de Lei Jun sobre la resistencia a los terremotos en los edificios fue a gran escala. Se prestó poca atención al impacto de la microvibración. Después de recopilar datos de vibración de otras líneas de metro en Beijing, descubrió que "este problema es muy complejo. y mucho más grave de lo esperado."
Porque él y sus colegas. Según el informe, la Universidad de Pekín se opuso al paso de la Línea 4. En ese momento, la Universidad de Pekín y la Compañía Metro debatieron repetidamente dos opciones: O la Universidad de Pekín se retiraría por completo o la Línea 4 del Metro sería desviada.
Hasta el último seminario, las dos partes todavía estaban en un punto muerto. La reunión fue organizada por un teniente de alcalde de Beijing. e invitó a un académico y a varios expertos externos a la Universidad de Pekín. El académico dijo en la reunión que la solución de aislamiento de vibraciones de la vía era factible. El plan fue desarrollado como un ejemplo: “No puedes sentir la vibración cuando la tocas con la mano. . ”
Un representante de la Universidad de Pekín preguntó en el acto: “¿Qué sensibilidad tiene este sensor en la mano humana?” "El microscopio electrónico más sensible de la Universidad de Pekín es cientos de veces más sensible que el cuerpo humano.
La reunión finalmente llegó a una resolución y adoptó un plan de compromiso: la línea 4 pasará por el tramo de vía de Pekín de 789 metros La Universidad, utilizando la tecnología de reducción de vibraciones de vía más avanzada del mundo, coloca placas flotantes con resortes de acero debajo de los rieles. Esta placa flotante fue inventada por una empresa alemana. Consiste en una placa de hormigón armado de aproximadamente 50 cm de espesor y resortes de acero sostenidos debajo. que puede estabilizar el tren. Las vibraciones están aisladas de la vía.
“Para el tren, esto equivale a un cojín muy suave y los resortes aíslan las vibraciones. "Ma Meng, profesor asociado de la Universidad Jiaotong de Beijing, dijo en una entrevista con el China Youth Daily? China Youth Online reportero que esta tecnología de reducción de vibraciones en las vías ha llegado a su límite hasta cierto punto. Si es más suave, la seguridad de la operación del tren puede no está garantizado.
En general, este tipo de placa flotante puede ser muy buena para aislar las vibraciones, pero también tiene una gran desventaja: debido al principio de aislamiento de las vibraciones, es inútil para vibraciones inferiores a las naturales. frecuencia puede incluso amplificarse.
En 2009, después de la apertura de la Puerta Este de la Línea 4 de la Universidad de Pekín, Ma Meng y sus colegas realizaron otra prueba para verificar esta teoría, este tipo de vibración orbital. La medida de reducción sigue siendo útil, lo que garantiza que muchos instrumentos con bajos requisitos se puedan utilizar normalmente, pero para algunos equipos extremadamente sensibles, agravará la interferencia.
La Universidad de Pekín no está satisfecha con este resultado. Se descubrió que la intensidad de las vibraciones en el antiguo hospital del campus en el suroeste era ligeramente menor. La Universidad de Pekín decidió construir un edificio de investigación científica integral en esta área y trasladar algunos de los instrumentos afectados, pero debido a limitaciones de espacio y fondos. sólo podía ocupar el 30% del edificio, aproximadamente uno de los equipamientos.
En 2011, cuando se pusieron los cimientos del edificio y se estaba construyendo la planta baja, llegó otra noticia: la Línea 16 del Metro pasará por alto.
Debido a que los instrumentos de precisión de la escuela no tenían dónde moverse, la Universidad de Pekín protestó enérgicamente y analizó el motivo de esta situación embarazosa. Se debió a que la compañía de metro creía que la reducción de vibraciones había sido exitosa y no sabía que la Universidad de Pekín planeaba trasladar los instrumentos. Tampoco informaron a la Universidad de Pekín con anticipación sobre el plan de planificación asignado por Beijing. Decenas de millones de fondos especiales de la Administración Municipal General, la Universidad Jiaotong de Beijing, el Instituto de Diseño de Ingeniería Electrónica de China, la Academia de Ciencias Ferroviarias de China y la Universidad de Pekín formaron conjuntamente un equipo de proyecto clave y idearon una solución integral, incluido el rediseño del sistema. edificio de investigación científica integral, considerando instalar una plataforma absorbente de vibraciones en los pisos inferiores y usar resortes para suspender todo el edificio.
Lei Jun recuerda esos meses. Hubo reuniones y discusiones que se llevaron a cabo dos o tres días. semana, y varias partes a menudo pelean por planes específicos.
Un experto del Instituto de Diseño Electrónico dijo a los periodistas que los requisitos de la Universidad de Pekín eran demasiado idealistas y que las dos partes tenían diferentes métodos de recopilación y análisis de datos, lo que resultaba en una diferencia varias veces mayor.
Algunos expertos han escuchado un chiste: si este asunto no se maneja bien, afectará el "impacto de la Universidad de Pekín en el Premio Nobel".
Mientras las dos partes discutían, el proyecto se detuvo repentinamente. Se dice que los líderes de la Universidad de Pekín y los líderes de cierta ciudad se reunieron y las dos partes se dieron la mano. El metro número 16 dio un paso atrás y se desvió más de 300 metros hacia el oeste, deshaciéndose de dos estaciones que la Universidad de Pekín ya no quiere.
Yang Yiqian, investigador de la Academia China de Ciencias Ferroviarias, es uno de los expertos del equipo del proyecto. En su opinión, la Universidad de Pekín parece haber ganado en este partido, pero no es así. Ésta no es una solución perfecta, es simplemente un "compromiso en el que todos pierden".
Falta de estándares medioambientales
Yang Yiqian cree que dar un paso atrás respecto del metro puede reducir la interferencia con los instrumentos de precisión de la Universidad de Pekín, pero esta distancia a menudo no es suficiente para eliminar el impacto. Por otro lado, tras el cambio de ruta el metro perdió su función de atraer pasajeros.
En ese momento, sugirió que la Universidad de Pekín trasladara el edificio de instrumentos de precisión a los suburbios, para eliminar por completo las interferencias. Pero para muchos profesores de la Universidad de Pekín, esta sugerencia es difícil de aceptar. Yang Yiqian podía entenderlo. Después de todo, la Universidad de Pekín se fundó primero y el metro estaba detrás, por lo que nadie quería mudarse.
Tanto él como Lei Jun coincidieron en que para evitar tales contradicciones y conflictos, se debe prestar atención al orden de llegada en la planificación. Las nuevas líneas de metro planificadas deberían evitar en la medida de lo posible las zonas de alta tecnología sensibles a las vibraciones, y las nuevas zonas de alta tecnología deberían ubicarse en los suburbios sin metro tanto como sea posible.
El quid del problema actual es que los instrumentos de precisión para las unidades de investigación científica a menudo se compran primero, pero los impactos relevantes no se consideran cuando se elabora el plan de planificación del metro.
Yang Yiqian está familiarizado con las leyes, regulaciones y estándares extranjeros. Japón tiene un método de vibración especial. Los equipos sensibles a las vibraciones están incluidos en las normas de evaluación del impacto ambiental del tránsito ferroviario de EE. UU.
Ambos países también han aprendido la lección. Una vez, la Universidad de Tokio suspendió un edificio entero con resortes, pero aún así no pudo eliminar las vibraciones. Debido a que el tren ligero pasa por el campus, la Universidad de Washington en Estados Unidos ha adoptado medidas para reducir la vibración del ferrocarril y ha reducido la velocidad. Sin embargo, la vibración de 5 de los 15 edificios sensibles aún supera el estándar.
"La reducción de las vibraciones es un problema mundial y la mejor manera en la actualidad es evitarla". Lei Jun citaba a menudo como ejemplo la ciudad científica Tsukuba de Japón. Esta ciudad con talentos de investigación científica japonesa fue fundada en 1963. No fue hasta hace más de 40 años que se inauguró un metro que se encuentra a 2,5 kilómetros del casco urbano.
No existe en nuestro país una ley de prevención y control de la contaminación por vibraciones ambientales. Aunque las normas de protección ambiental incluyen regulaciones sobre el impacto de las vibraciones en las personas en edificios residenciales, edificios de oficinas, hospitales y escuelas, no hay interferencia con los instrumentos de precisión. Como resultado, el plan de planificación del metro ha entrado en la etapa de evaluación ambiental y el departamento de protección ambiental rara vez considera este aspecto.
Recientemente, el Ministerio de Ecología y Medio Ambiente emitió las "Directrices Técnicas para la Evaluación de Impacto Ambiental del Transporte Ferroviario Urbano (Borrador para Comentarios)", pero aún no se ha mencionado el impacto de la vibración en instrumentos sensibles a la vibración. .
Yang Yiqian también descubrió que incluso los profesionales del medio ambiente tienen actitudes diferentes hacia este tema. Algunas personas creen que este tema pertenece naturalmente al departamento de protección ambiental, mientras que otros creen firmemente que no volverá a suceder.
La falta de estándares de evaluación relevantes ha provocado que muchos planes de metro no se consideren adecuadamente al pasar por instituciones de investigación científica y parques industriales. Al planificar un metro en una capital provincial, para facilitar el viaje de los pacientes, se instaló especialmente una estación de metro en un hospital afiliado a la universidad. Inesperadamente, algunos equipos de examen físico no se pudieron utilizar con normalidad.
Cuando se descubren problemas potenciales, a menudo ya es demasiado tarde. Una vez aprobado el plan específico de metro en todos los niveles, "será casi imposible alejarse 100 metros".
Esto conduce muchas veces al enfrentamiento entre la universidad y el metro. Originalmente se planeó que la línea 15 pasara por la Universidad de Tsinghua, pero Tsinghua se opuso firmemente. Al final, la Línea 15 solo entró 120 metros en la Universidad de Tsinghua y no conectó con la Línea 4, formando una estación de transferencia.
Ya en 1955, la Universidad de Tsinghua tuvo un desvío ferroviario. El ferrocarril Beijing-Zhangjiakou está ubicado en el mismo lado del campus de Tsinghua y sus vibraciones interfieren gravemente con el trabajo de investigación científica. Gracias a los esfuerzos de la Universidad de Tsinghua, la línea ferroviaria se trasladó 800 metros hacia el este.
No todas las universidades tienen un fuerte poder de negociación. 985 colegios y universidades simplemente sellaron el documento de consentimiento sin pensarlo mucho. Algunas facultades y universidades están perdiendo dinero y no están dispuestas a cotizar en bolsa.
Cuando el plan del metro se haya hecho realidad, sólo se podrán tomar otras medidas de reducción de vibraciones. China Electronics Engineering Design Institute Co., Ltd. ha creado soluciones de reducción de vibraciones para la Universidad de Fudan, la Universidad de Nanjing y otras universidades afectadas por el metro.
El ingeniero del Centro de Investigación de Tecnología de Vibraciones, Zuo, dijo a los periodistas que la mejor solución en este momento es una reducción integral de las vibraciones, además de colocar placas flotantes de resortes de acero debajo de la vía e instalar particiones sustentadas por resortes al comienzo de la construcción. el edificio de instrumentos, soporte de vibración. Si el edificio ya está terminado, sólo se podrá instalar una plataforma absorbente de vibraciones debajo de cada instrumento, lo que aumentará considerablemente el coste.
Después de la apertura de la Línea 16, la Universidad de Pekín solo puede adoptar la segunda opción. Zhang Zhiqiang, director de la Oficina de Protección Ambiental del Departamento de Gestión de Laboratorios y Equipos de la Universidad de Pekín, estima que un amortiguador de resorte neumático de última generación cuesta entre uno y dos millones de yuanes, mientras que los instrumentos necesarios para amortiguar las vibraciones en Pekín Universidad "están en la clase de docenas o cientos".
Después de haber presenciado avanzadas placas flotantes alemanas, engorrosas reparaciones y reubicaciones de edificios y costosos desvíos del metro, el microscopio electrónico más avanzado de la Universidad de Pekín estará equipado con una compleja plataforma de reducción de vibraciones en el futuro. Pero nadie puede garantizar si podrá evitar la interferencia de las vibraciones del metro.
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