青藏鐵路被稱為“天堂之路”，因?yàn)樗鞘澜缟献罡叩蔫F路，全程大約有960公里是在海拔4000米以上的地區(qū)——比世界上任何一條高原鐵路都長(zhǎng)。

乘坐火車行駛在青藏鐵路上，我們會(huì)與許多奇妙的景象相遇，其中一個(gè)被討論比較多的是，在一些路段中，旅客可以看到鐵路兩旁插著許多鐵棒。

這些鐵棒很高，有一些地區(qū)是斜插著，有些地區(qū)則是筆直的插著。

據(jù)信整個(gè)青藏鐵路兩旁有1.5根這種鐵棒，整個(gè)插棒的路段累計(jì)超過(guò)35公里。

另外，我還查到這些鐵棒還相當(dāng)昂貴，網(wǎng)上有傳言它們要20萬(wàn)元一根。

那么問(wèn)題來(lái)了，這些鐵棒到底是什么，為什么要在青藏鐵路兩旁放上這么多根呢？

這些鐵棒到底是什么？

這些鐵棒被稱為熱棒，它們其實(shí)是青藏鐵路的熱導(dǎo)裝置，是給鐵路下面的路面降溫用的，而之所以路面需要降溫，是因?yàn)榍嗖罔F路有很長(zhǎng)一段路是在永久凍土上建造的。

永久凍土對(duì)施工是非常不友好的，因?yàn)橐恍┯谰脙鐾恋谋韺訒?huì)隨著季節(jié)性融化和凍結(jié)，讓土地在蓬松和堅(jiān)硬間切換，從而導(dǎo)致上面的基建損毀。

“有昆侖山脈在，鐵路就永遠(yuǎn)到不了拉薩！”

這句話是美國(guó)現(xiàn)代火車旅行家保羅·索魯在他的數(shù)據(jù)《游歷中國(guó)》中，對(duì)西藏通鐵路的一個(gè)預(yù)測(cè)。

他做出這樣預(yù)測(cè)的原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)槿绻阋鸦疖囬_(kāi)到拉薩，至少要經(jīng)歷550公里長(zhǎng)永久凍土區(qū)。

鐵路要在永久凍土區(qū)建造是非常困難的，必須要解決永久凍土季節(jié)性變化的問(wèn)題——最主要的就是阻止它融化，熱棒就有這個(gè)作用。

熱棒的相關(guān)技術(shù)并不是什么先進(jìn)的創(chuàng)新，類似的東西我們可以在許多需要散熱的機(jī)器中找到，只是它們通常叫作“熱管”。

圖：電腦中的熱管

原理非常簡(jiǎn)單，就是應(yīng)用一些非常容易吸熱揮發(fā)的物質(zhì)作為，在管/棒內(nèi)部循環(huán)，完成熱源與外界的熱量交換。

對(duì)于青藏高原的熱棒來(lái)說(shuō)也是一樣，它就是一個(gè)散熱系統(tǒng)，只是熱源換成了永久凍土。

據(jù)信這些熱棒有三種規(guī)格——8米、10米和12米（也有說(shuō)法它們還有7米的規(guī)格），其中大部分長(zhǎng)度都埋在地下，只有2米左右裸露在外作為熱交換的外界部分。

這些熱棒內(nèi)部裝載的導(dǎo)熱介子主要是液氨，液氨的沸點(diǎn)很低，在冬季的時(shí)候，空氣的溫度比永久凍土的溫度低很多，這時(shí)候液氨會(huì)吸收永久凍土的熱量并揮發(fā)到熱棒的地面部分，這部分裝有散熱片，可以快速將熱量傳遞給空氣，而氨在地面冷卻液化之后又回到熱棒的底部，繼續(xù)吸收那里的熱量，以此循環(huán)。

但是在夏季的時(shí)候，永久凍土的溫度會(huì)比空氣溫度低，這時(shí)候熱棒就不起作用了，永久凍土這時(shí)也不再是“熱源”了。

但這個(gè)散熱系統(tǒng)可以在一整年內(nèi)，確保青藏鐵路下面的永久凍土是在熱量流失的，這已經(jīng)可以有效阻止它的融化了。

你可能會(huì)問(wèn)，熱棒這么貴，只發(fā)揮這么點(diǎn)作用，真的有必要嗎？或者直接在永久凍土融化的時(shí)候打地基造鐵路不好嗎？

熱棒這么貴真的必須用嗎？

熱棒確實(shí)是有效果的，這個(gè)是中國(guó)的科學(xué)家經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)之后才用于實(shí)踐的。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果是熱棒的影響半徑在1.8米左右，而傾角在25°~30°之間時(shí)降溫效果最佳。

這就是為什么現(xiàn)在有一些熱棒是斜著插的，以及兩根熱棒間的距離是3米左右的原因所在。

另外，在永久凍土上無(wú)論你在什么時(shí)候施工或者打地基都是沒(méi)用，因?yàn)楸鶅鰰r(shí)它的體積會(huì)增大，而融化時(shí)會(huì)沉降，這些都會(huì)破壞建筑結(jié)構(gòu)，特別是上面還有火車在運(yùn)行時(shí)。

想要延長(zhǎng)鐵路的使用壽命，唯一的辦法就是不要讓它溫度波動(dòng)得太厲害，而永久凍土的類型也不相同——年平均溫度不同，而對(duì)于一些永久凍土來(lái)說(shuō)，熱棒就是一種不錯(cuò)的選擇。

不過(guò)，一根熱棒20萬(wàn)元，這個(gè)確實(shí)是有點(diǎn)夸張了，實(shí)際應(yīng)該不用這么貴，因?yàn)闊o(wú)論是材料還是技術(shù)都不值這個(gè)價(jià)。

我不知道這個(gè)價(jià)格哪里傳出來(lái)的，如果屬實(shí)的話，估計(jì)也是它整個(gè)使用周期內(nèi)包括維護(hù)在內(nèi)里的所有費(fèi)用總和。

我這邊有查到一份公開(kāi)的關(guān)于青藏鐵路熱棒的合作相關(guān)文書[1]，咱們國(guó)家其實(shí)是和新加坡一家熱棒生產(chǎn)公司合作，當(dāng)時(shí)簽訂的合同是2100萬(wàn)元——遠(yuǎn)達(dá)不到20萬(wàn)元一根，不過(guò)內(nèi)容中我并沒(méi)有看到這家公司是否提供了青藏鐵路的全部熱棒。

全球變暖青藏鐵路咋辦？

眾所周知，現(xiàn)在全球變暖的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，永久凍土的融化變得越來(lái)越難以控制，很多人可能會(huì)擔(dān)心這對(duì)青藏鐵路會(huì)有影響嗎？

答案是肯定的。

不過(guò)青藏鐵路的永久凍土區(qū)的“散熱系統(tǒng)”遠(yuǎn)不止熱棒一種方式，它在建設(shè)之初就有許多應(yīng)對(duì)全球變暖的方案。

據(jù)信，青藏鐵路永久凍土區(qū)總長(zhǎng)度為632公里——比預(yù)先設(shè)想的550公里要長(zhǎng)許多，其中屬于溫暖永久凍土的有275公里——這些土地年平均溫度在0 ~ - 1℃之間，221公里屬于富冰永久凍土區(qū)——這些土地含冰量大于20%，還有是兩者之間搖擺的永久凍土。

不同的永久凍土，它們有著完全不同的屬性，所以也需要有不同的防御措施。

圖：青藏鐵路上的遮陽(yáng)棚

對(duì)于大部分永久凍土區(qū)，只要給它鋪上碎石和遮陽(yáng)篷就好了。

遮陽(yáng)棚可以反射掉太陽(yáng)輻射以減緩地面升溫。

碎石則會(huì)在冬季的時(shí)候引發(fā)瑞利-貝納德對(duì)流，并釋放永久凍土的熱量，而在夏季的時(shí)候碎石則可以有效防止對(duì)流，同時(shí)碎石接觸面通常很小，它可以有效減緩永久凍土層從周圍空氣中獲得熱量。

圖：不同區(qū)域碎石的鋪設(shè)方式也有所講究

另外一些區(qū)域還會(huì)鋪設(shè)通風(fēng)管道，這個(gè)和熱棒作用差不多，也是通過(guò)對(duì)流的方式來(lái)降溫地面。

這種主要是設(shè)立在空氣年平均氣溫高于永久凍土3℃左右的區(qū)域，管道加大了凍土對(duì)流的表面積，從而更快更容易降溫。

圖：青藏鐵路上的通風(fēng)管道

還有一種方式，就是在一些區(qū)域會(huì)添加一些材料。

這些材料在冰凍和解凍狀態(tài)有著不同的熱傳導(dǎo)效率，以此來(lái)讓永久凍土在冬季時(shí)擴(kuò)大熱量流失、夏季時(shí)則減少熱量輸入。

其實(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，熱的三種傳遞方式——輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)，在青藏鐵路的永久凍土區(qū)都有所應(yīng)用，這些會(huì)最大程度的降低全球變暖帶來(lái)的影響。

參考：

[1].https://sunpower.listedcompany.com/newsroom/Press_Release_Heat_Pipe_Contracts_final.pdf