赵雪妃 北京中学生夺国际太空城市设计大赛冠军 在金星表面打造太空城市

今年7月31日，第24届国际太平洋空城市设计大赛全球总决赛在美国佛罗里达州肯尼迪航天中心落下帷幕。经过不同级别的选拔，来自美国、加拿大、英国、中国和澳大利亚等十几个国家的24支高中学生队参加了比赛。

在为期4天的比赛中，24名高中生“穿越”至2092年，头像承包商组建了4家“航天企业”，花了40多个小时完成了位于金星表面的泰空一座城市的设计方案，对金星表面进行了大气改造，实现了矿石开采、住宅旅游等功能。城市不仅要照顾1万人的日常生活，还要满足500名流动人口的活动需求。

最终以北京十一校为首的公司团队征服评委，夺得年度冠军奖杯，使他们成为本次比赛中第一支夺冠的中国队。

12名高中生一路过关斩将

参加国际泰空城市设计大赛全球总决赛的北京队由来自11所学校的12名高中生组成。来这里之前，大部分队员都是在队长和王副队长的带领下，在中国和亚运会中幸存下来的。备战经验丰富。负责方案总体设计的王也直言不讳地说:“我们一路稳赢，因为招标准确”。

要让这个问题走上正轨，还需要敏锐的意识和一定的学术实力来支撑。根据比赛流程，参赛队伍会在比赛前几个月拿到邀请函，了解泰空城市的登陆星球；比赛24小时内，拿到项目书，获得更详细的背景；直到比赛当天，团队成员才能拿到完整的标题，然后花接下来的40个小时完成设计。而且每次在得到一个完整的题目之前，团队成员都会从之前的邀请函和项目书里仔细推敲可能的设计要求，尽可能的做好相关准备。

以这次全球总决赛为例，几个月前的邀请函已经明确了泰空城的工地是金星。“其实工地是固定的，相关要求和需求基本都考虑到了。”十一派成员心目中的第一种可能是在大气中建造一个浮岛。“因为金星上的大气密度比地球上高得多，如果建在地面上，云太厚，视野不好；同时还存在温度过高的问题，所以大家都觉得总决赛很可能需要在大气中建造一个浮岛。”在紧急情况下，团队成员还准备了另外两个计划，用于建造地面设施和轨道同步轨道基地。在接下来的几个月里，建模、绘图、设计和计算数据……12名团队成员展示了他们的能力，并分别设计了三个选项。

设计金星城市面临三大难题

但是，选手们在总决赛的标题上犯了一个小小的“错误”。拿到称号后，他们对最大结构单元直径不得超过13米的要求措手不及。虽然他们之前已经准备了与地面设施相关的计划，但他们没有考虑具体的尺寸要求，这导致许多设计理念不得不重新发明。

根据比赛要求，在规模有限的前提下，他们需要在金星表面建造一座温度近500摄氏度的城市，既要照顾1万人的日常生活，又要满足500名流动人口的活动需求。这也意味着团队成员至少需要解决三个问题:如何在如此小的规模内通过重复结构原语来实现最大的使用面积；如何把温度降到适宜居住的范围；此外，流动人口出入境涉及的压力增大和压力减小的问题需要统筹规划和设计。

为了最大限度地利用面积，中国学生在设计中采用了“圆拱+沉降”的方法。整个城市由7个居民点组成，其中6个居民点为居住区，1个居民点为工业区。每个住宅小区包含100多栋房屋、诊所、商场、供能站等基础设施。

住宅区的房屋设计成“圆拱形”。十一中的孩子创造性地将传统的长方体房屋改造成扇形房屋，通过调整开窗角度和窗户形状，解决了曲面面积利用率低的问题。这样的设计，一个人的住房面积可以维持在20平方米到40平方米之间，一个圆拱形结构可以容纳12到18人。

关于圆拱的利用空，十一校的成员也有充分的考虑。因为顶部是弯曲的，所以离顶层2米以内的楼层底部面积会相对较小。如果该区域用于人类活动，团队成员将把它建成房子的“基本功能区”，用于污水系统的收集、温度控制、垃圾处理、电缆铺设和管道行走。几个圆拱结构结合在一起形成了一个定居点的基本脉络。最终整个设施由860多个圆形拱门组成，排列成六角形蜂巢状，直径约1 km，基本可以覆盖所有城市功能。

国际合作既要坚持也要妥协

在这次全球总决赛中，第11学校的12名成员与来自美国、印度和罗马尼亚的团队组成了一个航天企业。在某些方面，团队成员感受到了与外国学生合作的困难，并对国际合作中需要提高的能力和技能有了深刻的理解。

当初在获得设计要求的时候，几方对城市的结构有分歧，是用圆拱一样的半球，还是做成隧道一样的带状？在十一校的学生眼里，半球的力学性质是最稳定的。虽然比赛不要求最稳定的结构，但从设计角度来说，越稳定越好；然而，长条形结构不仅不稳定，而且容易带来空之间利用率低、城市效率低等问题。基于优化设计的原则，中国团队成员拒绝让步，最终以数据说服对方，获得设计思路的主导力量。

沟通的艺术在于坚持和妥协之间的平衡。原则上不能放弃，有时候在细节上也要妥协。比如在解决金星制冷问题上，十一派成员借鉴空的制冷原理和思路，用压缩机制冷气体；为了降低400度以上的高温，压缩机需要很高的功率，甚至需要产生额外的功率使其温度高于室外温度，这样热量才能流出。在他们的假设中，由于压缩机温度高，集中放置会带来安全隐患；因此，他们考虑将制冷模块均匀分布在城市设施的所有部分。这样不仅使用效率更高，还能满足“尽快就地开工”的设计要求。而国外队友坚持把制冷设备集中在城市最远的工业区。数据模拟无法打动对方。为了不影响接下来的设计进度，中国团队成员不得不让步。

北京十一学校的队长赵雪飞第二次进入全球总决赛。作为这场比赛的“老人”，她对国际合作有着深厚的感情。“在国际合作中很难在短时间内建立多方之间的信任，这需要时间磨合和多方的合作。在这一点上，谁能做到最好，谁就能在复杂的合作中走得更远。”

因此，年轻球员更愿意把这种体验不仅仅看作是一种比赛，而是作为自己人生教育的一个重要组成部分，体验如何在复杂度更高的领域进行合作和互助。