大国工程：深海工程为何装备先行？专家这样说

本文选自《21世纪经济报道》的首席记者赵忆宁所著的《大国工程》，该书由中国人民大学出版社于2018年5月出版。作者亲临现场，对大飞机、高铁、特高压、港珠澳大桥等四项我国超级工程进行了深入的调研和采访。在采访中，她聆听了我国科学家、工程师、企业管理者和工人分享的宝贵经验，了解到了我国重大工程是如何通过自主创新达到世界领先水平的。在书中，工程师们那份纯真的情感在作者的笔下得以自然流露，众多专业难题在作者的描述中变得通俗易懂，每一项工程的历史脉络，作者都能准确把握并清晰地展现。

深海工程 装备先行

工程保障涉及人才、技术和装备三大要素，这是陆地工程保障的基本理念；然而，在时任海军装备部部长胡毓浩看来，这一顺序将发生逆转：在开展深海工程建设过程中，装备的投入要排在首位，因为人无法直接进入深海，若没有相应的设备作为支撑，技术也将无法施展。由此可见，装备在海洋工程中占据着至关重要的地位。装备的水平直接决定了施工任务的难度级别。某种程度上，海洋工程竞争的关键在于装备实力。中国交通建设股份有限公司的副总裁，同时也是上海振华重工的董事长，宋海良在回应记者提问时如是表示。

上海振华重工享誉国际，是一家知名的重型设备生产企业，专注于岸边集装箱起重机、门座起重机、浮吊以及工程船舶等产品的制造。当众多国有企业为如何开拓国际市场而感到忧虑之际，振华港机的设备产品已连续多年占据了全球相关市场的75%份额。德国制造以严格的标准和较高的准入条件闻名，然而，德国港口机械装备多由上海振华重工提供，这一领域是德国制造业中唯一退出的重型设备制造分支。振华重工并未止步于此，近年来，它已着手将业务从港口设备制造转向海洋工程装备制造。

宋海良指出，全球港口机械市场每年的规模仅为40亿美元，相较之下，海洋工程装备领域的全球市场规模高达500亿美元。受到汇率波动、成本攀升以及创新步伐放缓的影响，我们不得不转向海洋工程装备制造业。我们的目标是赶上海洋工程装备制造领域的国际领先水平，即欧美国家所构成的第一梯队，以及韩国和新加坡所组成的第二梯队。

在振华重工南通的制造基地，人们能够目睹一座重达1.2万吨的全回转式起重船正在建造中，其起吊能力已超越了由上海振华重工打造、创下的“蓝鲸号”7500吨全回转式起重船所保持的世界纪录。然而，韩国巨加大桥的建设却因起重浮吊的承载上限而受限，导致无法将23个各重9573吨的深水桥墩一次性放置于水下31米的深度，因此不得不将沉箱拆分为两部分进行制作。此外，在振华重工位于南通的基地，人们还能目睹第二个海上石油平台的建造过程。

学习 是为了创新和超越

振华重工生产的海洋工程装备，其精湛的制造技术和创新能力，将在港珠澳大桥的建造过程中经受实际应用的考验。港珠澳大桥的岛隧工程涉及深海作业，尤其是海底隧道的沉管预埋环节，这无疑对多种海洋工程专用设备提出了要求。项目总指挥林鸣早已深思熟虑，他认为，中国要建造如此宏伟的港珠澳大桥，必须采用国产的海洋工程装备，这将是中国海洋工程装备产业发展的一个重要契机。林总作出选用中国海洋工程装备的决定之际，我们竟然连那些设备的外观都未曾一睹真容。上海振华重工海上重工设计研究院生产设计所副所长何可耕如此向记者感叹。

何可耕所在的振华重工承担了港珠澳大桥建设核心设备——两艘管节沉放船的制造任务，为此，我国工程师远赴韩国。韩国的巨加跨海大桥早已完工，那曾成功铺设18个管节构件的“功臣”也已退役。我国工程师甚至未能获准登船，仅能远远地环绕船只一周，拍下几张照片后便返回。大宇集团在韩国巨加跨海大桥海底隧道尚未竣工之际便宣称：“我们有信心凭借该设备，走出国门，参与沉管隧道工程的建设。”然而，何可耕却表示：“自项目伊始，我们便未曾打算采纳他们的技术，前往韩国的目的仅是抱着观摩学习的态度。”

将管节沉入船中的作业，涉及将管节运送至施工场地。船上安装了一项至关重要的设备——管节调整装置（EPS），该装置的专利权归荷兰施泰克公司所有。若要自行建造船只，我们面临两种方案：一是购买施泰克公司的专利，二是自主进行创新。前者意味着需支付专利费用，但由于双方之前未曾有过合作，对方明确表示不会转让专利权。此外，对EPS设备相当熟悉的日本专家花田幸生直言，该设备并不易用。他提出，中国工程师们应当寻求其他途径。因此，唯一可行的选择便是：通过技术创新，力求突破EPS的限制。

何可耕身为创新者之一，向记者详细阐释了两种技术路径的不同之处。EPS，即一种门型框架，其两套液压油缸与管节通过销子相连接。在施工过程中，工作人员将这一外部定位系统（EPS）置于海床上，借助一套800吨的垂直千斤顶将管节抬起，同时使用一套200吨的水平千斤顶来调节管节的左右摆动，进而对管节的位置进行精确调整。振华重工生产的设备采用了微寸动技术，船上配备了8台大型绞车，用于收放钢绳。这些绞车配备了寸动按钮和数位计时器。此外，设备还利用安装在管节上的GPS系统来获取管节与基准线之间的偏差信息。通过这种技术，绞车钢绳的收放精度可达2.5厘米。同时，管节的最小移动速度甚至可以低于每秒1厘米。水下作业时，管道部件一旦在水中移动便难以停止，确保连接的精确度，关键在于“减缓管道部件的移动速度”。

起初，为了确保施工过程万无一失，振华重工额外制定了一套保险措施：在管节内部安装了一套纠偏设备，用以提升对接的精确度。得益于管节沉放船的卓越表现，该方案至今尚未启用。鉴于管节沉放船的高精度表现，日本隧道领域的专家花田幸生评价道：“这艘管节沉放船堪称专业之选。”

形象地概括，EPS采用的是持续修正的工作机制，而振华重工则采纳了一步到位的技术方案。这种一步到位、精确至毫米的巧妙构思，源自何可耕在岸桥机械制造领域的丰富经验。在台风来临之际，港口的岸桥起重机需移动至既定位置，并通过插入销钉与地面紧密结合。销子直径为27.5厘米，每次进行销子孔对接时，只需轻按一次按钮，销子便会自行前进5厘米，随后自动回落。为实现这一动作，需要配备测量系统、调节马达转速的装置、安装编码器以及电控系统等。何可耕介绍道，我们将这一原理成功应用于管节沉放船上。

总指挥的三个宝贝

港珠澳大桥的工地上，几乎无人不知，总指挥林鸣拥有三件宝物，分别是两艘用于管节沉放的船舶“津安2号”与“津安3号”，以及一艘名为“津平1号”的高精度深水自升式整平平台——工程师们更倾向于称其为抛石整平船。在这三件宝物中，“津安2号”和“津安3号”体现了振华重工在创新能力上的成就，而“津平1号”则是对振华海洋工程装备制造工艺水平的一次考验。

管节需安置于预先挖掘的深水基槽中，该基槽底部铺设有碎石。首先，由巨型耙吸船的抓斗在水中挖掘出宽度达48米、最大深度为48.5米的沟槽，接着在上面铺设厚度为2米的石料层，随后用振动车将其平整，最后用碎石填充。为了铺设5600多米的沉管隧道基床，大约需要使用56万立方米的碎石。

港珠澳大桥岛隧工程E1管节碎石基床的施工，采用了人工铺设的方式。为此，22名专业潜水员被分成11个小组，他们潜入14米深的水下。首先，他们在海底布置了导轨，确保高程误差保持在±5毫米以内。随后，他们使用长度为9.5米的刮刀对基床进行了精细的平整处理。设想若采用此法对剩余32段待接驳的管节碎石基床进行作业，其最深处需潜至水下48米，届时将需动员上百名潜水员下水作业，以完成约5公里长的基槽铺设，安全、效率与精度等因素届时恐将面临极大的不确定性。

在此之前，中国交建作为总承包商，曾考虑引入一台专门设备，旨在替代人工操作并提升施工效率。然而，经过一番调查，他们发现全球仅有两艘船舶具备承担这一重任的能力。其中一艘位于丹麦，曾参与厄勒海峡大桥海底隧道的建设；另一艘则在韩国，服务于韩国巨加跨海大桥海底隧道工程。遗憾的是，这两艘船舶均不符合港珠澳大桥海底隧道的施工标准，它们能够作业的水深分别为25米和40米。港珠澳大桥海底隧道的施工深度达到了48.5米之巨。鉴于这一情况，中国交建做出了决策，决定打造一艘全新的抛石整平船。而上海振华重工则承接了这一重任。

完成任务的难点在于对工程抛石精度的严格规定。韩国船只采用的是漂浮作业，其船体在水中的波动会对铺设精度产生直接影响。为了克服这一挑战，我们采用了石油钻井平台的抬升系统技术，通过四个桩柱将工作平台提升至水面之上，从而增强了稳定性，确保了抛石精度的实现。振华重工海上重工设计研究院的项目经理尹刚这样解释道。

2012年3月16日，"津平1号"抛石整平船正式下水，这一刻，它目睹了E1与E2管节的完美对接。位于自重达9000吨、长度为88.8米、宽度为64米的平台之上，一艘负责运输碎石的工程船舶停靠在侧，借助俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统的精确定位，一根长达几十米的钢结构导管伸入水底，将碎石精准投射至预定基床，实现了高达96%的抛石精确度。换句话说，在碎石铺设的基床上，若随机选取100个检测点，其中就有96个点的平整度符合标准要求。尹刚指出，这乃管节安装顺利完成的必要前提。若碎石基床某部分出现不平，必将对隧道整体质量造成严重影响。唯有采用高精度基床，方能确保管节对接的精确度。

精确度的保障依赖于船上配备的抛石装置以及与之相连的声呐系统，这些设备使得抛石作业变得更为智能化。如同水下的探测装置，一旦基座上的某个坑洞较深，抛石装置便会相应地多停留片刻，并增加石料的投放量。这种卓越的性能令船上的日本专家冲山桢雄赞叹不已：“如此高精度的设备在全球范围内也是顶尖的。”

“津平1号”以每十天铺设一段完整的管节基床为周期，每日实现一个船位的作业位移，其移动速度远超石油平台。这一特点对抬升系统的动力和材料提出了更高的要求。为了提升抬升效率，工程师们研发了电动抬升系统，每次抬升仅需20多分钟，而之前采用的液压系统则需要3至4小时。振华重工致力于打造四根高强度且在低温条件下仍保持优异冲击韧性的齿条，为此，他们正努力突破精细加工的难关。这四根齿条长度达到90米，加工过程中必须确保其垂直直线度达到精确要求。

水平方向上的直线偏差被称作水平直线度，而垂直方向上的直线偏差则被称为垂直直线度。这个误差仅为10毫米，或者说相当于1厘米。尹刚对记者表示：“在桩腿焊接和制造完毕后，我们利用浮吊将其吊起并插入筒内，四根长达90米的齿条能够一次性平稳地下降，振华重工生产的设备精度已达到相当高的水平。”

走出国门 年幼生命的成熟水平

“津安2号”与“津安3号”这两艘管节沉放船，还有“津平1号”抛石整平船，正处于使用状态，并已引起业界的广泛关注。目前，正在筹备中的费马恩海峡（丹麦至德国）沉埋式隧道已进入设备采购环节，该隧道横跨费马恩海峡，其长度是港珠澳大桥的三倍。该隧道坐落在德国费马恩岛的北部地区，其主要功能是连接丹麦的洛兰岛。隧道由79个标准管节构成，每个管节的尺寸为217米长、42米宽、9米高，总重量高达73500吨。来自比利时、丹麦、法国、德国、意大利、荷兰、韩国以及西班牙的企业共同组成了9个联合体，针对四个工程项目，它们共提交了17份技术投标书。

丹麦某国有企业承担了这一总投资额达76亿美元的工程项目。该企业技术总监指出，此次招标的目的是让潜在投标者充分理解我们的具体要求，同时，这也是我们评估各投标者实力的一种方式。他进一步阐释道，能否最终中标，关键在于承包商的设计方案是否能在诸多限制条件下展现出创新性。

何可耕透露，他近期对德国和丹麦的两大总承包商进行了考察（这两家承包商将分别从相隔18公里的海岸两端开始隧道施工），在五个标段中，已有三个标段的承包商就振华重工的管节安装船与抛石整平船表达了合作意愿，目前正准备进入施工方案和合同价格的洽谈阶段。

在港珠澳大桥的建设现场，处处可见上海振华重工的设备，诸如起重浮吊船、抛石整平船、管节沉放船、大钢圆筒、管节制作模板等，这些设备正由尚处于幼年的我国海洋工程装备制造业全力助力，共同推动着这一“世纪工程”的构建进程。

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