在哈尔滨工业大学的一间实验室里，风、雨、热、雪这些极端气候都能够被模拟出来，这不是科幻电影的拍摄现场，而是国家重大科研仪器研制项目“大跨空间结构，风-雨-热-雪全过程联合模拟试验系统”。

走进哈工大风工程实验室，一座体育馆缩尺模型正承受着极端气候的考验：-15℃的寒风中，人造雪粒被狂风卷成漩涡；热辐射灯阵骤然亮起，模拟正午烈日；降雨喷嘴同步喷洒冰雨。这正是国家重大科研仪器研制项目“大跨空间结构风-雨-热-雪全过程联合模拟试验系统”的日常测试。

大跨空间结构风-雨-热-雪全过程联合模拟试验系统（哈工大供图）

片片雪花下的隐形危机

“近年来，全球极端冰雪灾害频发，寒冷地区每年遭受不同程度的雪致工程灾害，大跨空间结构由于自身特点与应用广泛性，雪致工程灾害后果更为严重。”土木工程学院范峰教授说。由范峰教授带领的雪荷载研究团队长期从事雪荷载理论与实践研究，主持编写了我国《建筑结构荷载规范》《工程结构通用规范》等标准中雪荷载章节，出版了我国建筑雪荷载研究第一部学术专著。

范峰教授为学生讲解系统（哈工大供图）

传统研究如同盲人摸象，现场实测依赖自然条件，数值模拟难解相变机理，风雪试验无法复现太阳辐射下的积雪消融。为能够清晰认识风、雨、热等环境因素影响下屋面积雪的堆积-消融-结晶-再堆积演变全过程机理，真实再现大跨空间结构屋面积雪环境，解决雪致工程灾害预防的重大问题，范峰教授团队获国家重大科研仪器研制项目支持，打造了这件模拟极端冰雪气候的利器。

五重奏的“气候发生器”

这座国际首套的建筑冰雪环境多因素耦合模拟系统——“大跨空间结构风-雨-热-雪全过程联合模拟试验系统”，堪称气候现象的“交响乐团”：

大气边界层低温风洞：可复现-20℃的低温大气风场；

智能降雪模块：通过核子器雾化与振动筛网协同，实现雪花晶体形态控制；

双模式降雨系统：电磁阀阵列精细调控雨滴谱分布；

太阳辐射方阵：红外热辐射灯模拟不同纬度日照强度；

监测神经中枢：实时追踪风-雨-热环境作用下雪的相变过程；

降雪（哈工大供图）

降雨（哈工大供图）

日照辐射（哈工大供图）

“我们压缩了自然气候的时空尺度。”团队成员土木工程学院张清文副教授指着实时监测屏介绍说：“风雪模块启动后，建筑模型屋面逐渐呈现自然堆雪过程；热辐射模块介入后，屋脊积雪渐成冰水混合物；而降雨模块喷射的过冷水滴撞击积雪表面，瞬间形成致命冰壳。”

通过各子系统的配合使用，该系统可创造性地解决风、雨、热、雪多因素条件下，屋面积雪连续累积变化全过程模拟研究的问题，最大程度还原屋面积雪堆积-漂移-消融-结晶-再堆积的周期性变化过程，从而获取最为真实的大跨屋面雪荷载研究数据。此系统的研制为深入揭示大跨空间结构风-雨-热-雪耦合作用下屋面积雪全过程演变机理，提供了国际上独一无二的试验平台。

从实验室到工程前沿

在我国传统建筑结构设计中，如何科学确定复杂形状屋面的雪荷载，一直是困扰设计人员的难题。2025年3月，“大跨空间结构风-雨-热-雪全过程联合模拟试验系统”研制成功并通过国家验收。该系统已为多项国家重大建设项目屋面雪荷载的精准确定提供技术保障，同时为服务国家极地战略提供可靠技术支撑。中国冰雪工程研究由此正式迈入全要素耦合时代。当实验室的“冰与火”持续淬炼钢铁穹顶的韧性，那些曾经困扰城市建筑的阴云，终将在科学之光下消散。（张又元 张国龙）