港珠澳大橋背后的“自我研發(fā)”

　　沉管出塢

　　沉管浮運

　　“津平1”拋石整平船

　　編者按

　　在港珠澳大橋的建設(shè)工地，到處有振華的身影，起重浮吊船、碎石整平船、沉管安裝船、大鋼圓筒、節(jié)管制作模板……年幼的中國海洋工程裝備制造業(yè)，正全力托起世紀(jì)工程的建造。裝備技術(shù)自我研發(fā)和交建能力的提升，受益于中國龐大的基礎(chǔ)設(shè)施投資。

　　本報首席記者 趙憶寧

　　工程實現(xiàn)的保障由人才、技術(shù)和裝備組成，這是陸地工程的概念;而當(dāng)往深海發(fā)展時，一定是裝備先行，沒有設(shè)備做載體，技術(shù)也無用武之地。擁有何種等級的裝備又決定了完成施工難度的等級。“某種意義上，海洋工程的施工水平取決于裝備的能力”，中國交通建設(shè)[-1.54%]股份有限公司副總裁、上海振華重工[-2.88% 資金 研報]董事長宋海良說。

　　上海振華重工是名聲在外的重型設(shè)備制造商，主要生產(chǎn)岸邊集裝箱起重機、門座起重機、浮吊和工程船舶等，在大多數(shù)國有企業(yè)為如何走出去而焦慮時，振華港機設(shè)備已多年占據(jù)全球港口機械75%的市場份額。以高標(biāo)準(zhǔn)高門檻著稱的德國制造，其港口裝備都是來自中國振華，這是德國唯一退出的重型設(shè)備制造領(lǐng)域。但是振華并沒有停下腳步，在過去幾年中，他們開始從港口設(shè)備制造向海洋工程制造轉(zhuǎn)型。

　　宋海良說：“全球港機市場每年只有40億美元，而海洋工程全球市場份額有500億美元，隨著匯率的變化，成本要素上升，以及創(chuàng)新速度放緩，逼著我們向海工制造轉(zhuǎn)型。我們鎖定的目標(biāo)是海洋工程裝備制造的歐美第一梯隊。”

　　在振華南通基地，可以見到正在建造的1.2萬噸全回轉(zhuǎn)起重船，起吊噸位突破了由振華創(chuàng)造的“藍(lán)鯨”號7500噸全回轉(zhuǎn)起吊船的世界記錄。他們不斷地創(chuàng)造世界紀(jì)錄，隨后又不斷刷新紀(jì)錄。而韓國釜山大橋當(dāng)年正是由于受到起重船3000噸浮吊上限的制約，無法將23個9573噸深水橋墩放置在水下31米的地方，只能把沉箱分成兩個部分制作。除此之外，在這里你還可以看見振華正在建造第二個海洋石油平臺。

　　沉管調(diào)整裝置凸顯自我技術(shù)創(chuàng)新

　　振華海洋工程的精細(xì)制造與在海洋工程設(shè)備創(chuàng)新的能力，在港珠澳大橋的建設(shè)中接受了實戰(zhàn)的檢驗。港珠澳大橋工程屬于深海施工，特別是海底隧道沉管預(yù)埋，無疑需要多種海工專用設(shè)備。林鳴早已想好：建設(shè)港珠澳大橋工程，一定要使用中國的海工裝備，這將是提升中國海工制造的機會。“當(dāng)林總決定港珠澳大橋使用中國海工裝備時，我們甚至都沒有見過他讓我們做的設(shè)備長什么樣!”振華重工海上重工設(shè)計研究院生產(chǎn)設(shè)計所副所長何可耕說。

　　何可耕所在的振華將承擔(dān)建造港珠澳大橋最重要的設(shè)備，兩艘“沉管安裝船”。為此，工程師們來到韓國。韓國釜山跨海大橋已經(jīng)建成，曾經(jīng)鋪設(shè)18個沉管構(gòu)件的“功臣”已經(jīng)退休。中國工程師們沒有被允許登上這艘船，只是圍著船遠(yuǎn)遠(yuǎn)地繞了一圈就回來了。大宇集團在釜山隧道尚沒有完工時曾表示，“有信心攜此技術(shù)，開辟跨出國門的沉管隧道工程”。而何可耕則說：“從一開始就沒打算用他們的技術(shù)”。

　　沉管安裝船的工作是把沉管運到施工海域并進行沉放安裝。安裝船上放置了一個至關(guān)重要的設(shè)備——沉管調(diào)整裝置(Equipment Position System，EPS)，這項專利屬于荷蘭斯特拉頓公司(Strukton)。要建造自己的船有兩種選擇：購買該公司的專利，或者自己創(chuàng)新。前者要付專利費，但因之前未能合作，對方直言不轉(zhuǎn)讓專利。而對這套設(shè)備非常了解的日本專家花田坦言：EPS并不好用，并建議中國工程師應(yīng)該想別的辦法。只剩一條路：在方法和技術(shù)上創(chuàng)新，超越EPS。

　　何可耕是創(chuàng)新者之一，他介紹了兩種技術(shù)路線的比較。荷蘭的EPS由一個門型框架、兩套液壓油缸將沉管外部定位系統(tǒng)放到海床上，一套800噸垂直千斤頂頂起沉管，一套200噸水平千斤頂負(fù)責(zé)左右擺動，以調(diào)整沉管的位置。而我們借用了微寸動(Micro inching)原理，在船上配置了8臺大型絞車收放鋼繩，輔以寸動鈕及數(shù)位計時器，根據(jù)管節(jié)上安裝的GPS系統(tǒng)反饋管節(jié)與基準(zhǔn)線的偏差，以收放精度2.5厘米的節(jié)奏控制絞車鋼繩的收放，而管節(jié)最小移動速度可以達到每秒鐘不到1厘米。在水下施工，管節(jié)在水中一動就停不下來，要保證對接精度，關(guān)鍵是“讓管節(jié)慢下來”。

　　值得一提的是，當(dāng)初為確保施工萬無一失，選擇了兩套備選方案：其一是在沉管安裝船上放置一臺縱向調(diào)節(jié)絞車，可在縱向水流流速過大時拖動沉管;其二是在沉管里安裝一套糾偏裝置，以調(diào)整對接精度。但這兩套備案至今沒有使用過。對于沉管安裝船的精準(zhǔn)度，花田認(rèn)為，“這是一艘非常專業(yè)的沉管沉放設(shè)備”。

　　形象地比喻，EPS是個不斷糾錯的工作原理，振華選擇的是一次到位的技術(shù)。而一次到位精準(zhǔn)“寸動”的創(chuàng)意，正是來自何可耕岸橋工程的經(jīng)驗。“每當(dāng)臺風(fēng)來臨時，港口的岸橋起重機要移到固定的位置，使用插銷讓起重機和地面合為一體。每次對接銷子孔時，按下一次按鈕它自己就走5公分，然后就自動落下來。為了完成這個動作，要有測量系統(tǒng)，控制馬達的轉(zhuǎn)速，安裝編碼器，還有電控等等。我們就把這臺原理移植到沉管安裝船了。”何可耕介紹說。

　　“三個寶貝”吸引業(yè)內(nèi)的密切關(guān)注

　　在港珠澳大橋島隧工地幾乎人人皆知，林鳴有三個寶貝，它們是兩艘沉管安裝船“津安2”和“津安3”號，另一個是“津平1”號——高精度深水自升式整平平臺，工程師們更愿意稱它為碎石整平船。如果說“津安2”和“津安3”是對振華創(chuàng)新能力的檢驗，“津平1號”則是對振華海工設(shè)備制造工藝水準(zhǔn)的測試。

　　33節(jié)沉管要被放置在事前挖好深水基槽的碎石基床上。先由抓斗式挖泥船巨大的抓斗，在水下挖出48米寬、最大48.5米水深的壟溝，之后鋪上2米厚的大塊石，使用振動錘把塊石夯平后，再平整鋪上一層1.3米厚的小碎石。5664米沉管基床需鋪設(shè)約56萬方碎石，平整度要求控制在小于40毫米，而工程師們不愿僅滿足于設(shè)計要求，不斷地精益求精，E13基床的精度甚至達到了2毫米。

　　港珠澳大橋島隧工程E1碎石基床，受施工環(huán)境制約，只能采用人工鋪設(shè)作業(yè)，22名專業(yè)潛水員分成11組潛入14米水下作業(yè)，首先在海底放置導(dǎo)軌，高程誤差控制在±5毫米之間?？梢栽O(shè)想，如果整個隧道的沉管基床以這種方式作業(yè)，安全、效率、精度成為最大的不確定因素。

　　此前，總承包商中國交建[-7.97% 資金 研報]曾經(jīng)考慮引進專業(yè)設(shè)備提高鋪設(shè)效率。經(jīng)考察發(fā)現(xiàn)，國外只有兩艘能擔(dān)當(dāng)此任的施工船，一艘在丹麥，曾在建造厄勒海峽沉管隧道中使用過;另外一艘在韓國，用于釜山海底隧道。但是這兩艘船都不符合港珠澳建設(shè)海底隧道建設(shè)的要求，工作水深分別是25米、40米。而港珠澳最深水深為48.5米。中交港珠澳大橋島隧工程項目部決定建造一艘新的碎石整平船。振華接受了建船的任務(wù)。

　　首先是工程對鋪設(shè)碎石的精度要求。“韓國的船采用飄浮作業(yè)方式，船體在水里受到波浪的干擾將直接影響鋪設(shè)精度，我們引入了石油鉆井平臺抬升系統(tǒng)的工藝，用四個樁柱把工作平臺抬出水面強化穩(wěn)定性，保證了整平的精度要求。”振華重工海上設(shè)計研究院項目經(jīng)理尹剛說。

　　“津平1號”碎石整平船于2012年3月16日下水，他見證了E1與E2的對接。站在船舶并不算寬敞的平臺上，一艘運送碎石的泥駁泊在旁邊，在俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)定位下，通過一根幾十米長鋼結(jié)構(gòu)的導(dǎo)管深入水下將碎石噴射而出，達到96%的拋石精度：即在碎石基床上，隨機選取100個檢測點，96個點的平整精度達到要求?；鶎泳瓤刂圃谡?fù)4公分之內(nèi)。尹剛說：“這個是沉管安裝成功的一個先決條件，一旦碎石基床某處出現(xiàn)不平整，將直接影響整個隧道的質(zhì)量，只有高精度的基床才有高精度的沉管對接”。

　　實現(xiàn)精度的關(guān)鍵在于船上的拋石管及附著其上的聲納，這讓拋石作業(yè)變得智能。就像水下探頭，基床上某一處坑深，拋石管就會多停一會，多倒些石料。其出色的表現(xiàn)讓船上的日本專家沖山驚嘆：“這樣的精度在世界上也是首屈一指”。

　　“津平1”以十天鋪一個沉管基床的節(jié)奏，每天完成一個船位的作業(yè)移動，移動頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于石油平臺。這就對抬升系統(tǒng)的動力與材料提出要求。為了加快抬升的速度，他們研制了電動抬升系統(tǒng)，每爬升一次只需20多分鐘，而液壓系統(tǒng)則需要3-4小時;為了制造具有高強度及優(yōu)良低溫沖擊韌性的四根齒條，振華挑戰(zhàn)精細(xì)加工的極限：四根90米長的齒條鋼，實現(xiàn)加工垂直直線度210毫米，或者說只有1厘米的誤差。尹剛說，“當(dāng)整個樁腿焊接、制造完成了以后，我們用浮吊往筒里面插入90米長的齒條，四根齒條一次性順暢地插下去，這說明振華制造的精度非常高”。

　　被命名為“津安2”和“津安3”的兩艘沉管安裝船，以及“津平1”碎石整平船，在服役的過程中已經(jīng)受到業(yè)內(nèi)的密切關(guān)注。中國已經(jīng)完成港珠澳大橋沉管隧道一半的工程，而籌建中的費馬恩海峽丹麥-德國沉管隧道也進入了最后的采購階段，該大橋總長是港珠澳大橋的三倍，其中包括79節(jié)標(biāo)準(zhǔn)沉管，每個標(biāo)準(zhǔn)沉管長217米，寬42米，高9米，重達73500噸。

　　丹麥國企Fermern A/S負(fù)責(zé)這項造價高達76億美元的工程。公司技術(shù)總監(jiān)Steen Lykke表示：這一流程旨在確保(中國承包商)了解我們的要求，而且我們也了解他們的提議，他補充說明是否能夠競標(biāo)成功，取決于承包商的設(shè)計是否能在各種限制下發(fā)揮創(chuàng)造性。

　　何可耕剛剛訪問了德國、丹麥兩個總承包商(兩個隧道的承包商會從相隔18公里的海岸兩端動工)，五個標(biāo)段中的三個標(biāo)段對振華的沉管安裝船以及碎石整平船表達了合作意向。

　　在港珠澳大橋的建設(shè)工地，到處有振華的身影，起重浮吊船、碎石整平船、沉管安裝船、大鋼圓筒、節(jié)管制作模板……年幼的中國海洋工程裝備制造業(yè)，以全力托起世紀(jì)工程的建造。