超級(jí)工程 必須堅(jiān)持自主創(chuàng)新

文 / 中國(guó)交建總工程師、中交港珠澳大橋島隧工程項(xiàng)目部經(jīng)理林鳴

超級(jí)工程 必須堅(jiān)持自主創(chuàng)新

文 / 中國(guó)交建總工程師、中交港珠澳大橋島隧工程項(xiàng)目部經(jīng)理林鳴

港珠澳大橋島隧工程除具有規(guī)模大、難度大、風(fēng)險(xiǎn)大和工期緊等特點(diǎn)外，還有一個(gè)顯著特點(diǎn)是“第一次”：外海大型深水沉管隧道施工在中國(guó)是第一次；大型鋼圓筒成島施工在世界是第一次；重達(dá)80000噸的混凝土預(yù)制構(gòu)件工廠法施工在世界是第一次……

“第一次”意味著工程實(shí)施的每一步都需要去探索，讓最初的構(gòu)思逐步清晰、逐步完善，同時(shí)必須考慮是否可行，是否能在施工中實(shí)施。工欲善其事，必先利其器。從初步設(shè)計(jì)開(kāi)始，到著手研發(fā)大型施工裝備，通過(guò)高、新、尖的裝備來(lái)實(shí)現(xiàn)宏大的設(shè)計(jì)構(gòu)思，支撐復(fù)雜的施工工藝，克服外海施工的困難，保障工程順利實(shí)施。

島隧工程先后研發(fā)新建或改造了十多項(xiàng)大型施工裝備，幾乎覆蓋了所有關(guān)鍵施工工藝。研發(fā)道路漫漫，曲折而又充滿(mǎn)傳奇故事。在這些故事中，振華重工幾乎參與了所有裝備的研發(fā)，成為島隧工程裝備創(chuàng)新的主力軍。

4厘米的精度

島隧工程沉管隧道基床面層采用碎石壟結(jié)構(gòu)，需要在近50米深海底鋪設(shè)厚度為1.3米，頂標(biāo)高精度達(dá)到4厘米的碎石壟。只有高精度的碎石基床才能控制沉管對(duì)接精度。碎石壟鋪設(shè)難度如同海底繡花，需要最先進(jìn)的拋石整平船完成這一壯舉。

在拋石整平船的研發(fā)中，我們一開(kāi)始寄希望從國(guó)外類(lèi)似工程中找到答案。早在2006年，我?guī)ьI(lǐng)工程師來(lái)到韓國(guó)釜山，在施工單位安排下乘坐交通船在距離釜山沉管隧道拋石整平船數(shù)百米遠(yuǎn)處繞了一圈，未能登船參觀。我們前后花費(fèi)了一周時(shí)間，滿(mǎn)懷希望來(lái)到韓國(guó)釜山，最終卻是海灣一游，帶回一張整平船的遠(yuǎn)景照片。

思索再三，我們決定放棄釜山沉管隧道工程拋石整平船的設(shè)計(jì)方案。伶仃洋海況比韓國(guó)釜山巨濟(jì)島海況更加惡劣，島隧工程隧道基床寬度和面積比釜山隧道更大，碎石壟精度要求更高。于是，我們轉(zhuǎn)而依托振華重工的研發(fā)制造能力。振華重工不負(fù)眾望，運(yùn)用海工裝備技術(shù)設(shè)計(jì)制造出高性能平臺(tái)式拋石整平船“津平1”，很好地克服了水流波浪影響，成功滿(mǎn)足了沉管基床施工“毫米級(jí)”精度要求。“津平1”船體為“回”字形結(jié)構(gòu)，凈重近5000噸，依靠四條直徑2.8米、長(zhǎng)90米的“巨腿”撐起?！熬尥取辈捎谬X條傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，看似簡(jiǎn)單，實(shí)則包含極高的設(shè)計(jì)水平和焊接工藝。每個(gè)樁腿上焊接兩根90米長(zhǎng)的齒條，焊接時(shí)齒條加熱溫度和焊接溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保加工直線度誤差不到2厘米。為了提高作業(yè)效率和精度，“津平1”工作部分集拋石、整平和檢測(cè)三道工序?yàn)橐惑w，能夠不間斷作業(yè)。高水平的總體設(shè)計(jì)、高質(zhì)量的建造技藝和高性能的設(shè)備配置，鍛造出高質(zhì)量的拋石整平船?！敖蚱?”于2012年10月19日運(yùn)抵施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，在隨后兩年里完成了13萬(wàn)立方高精度碎石整平施工。

“伶仃洋里嘆伶仃”，不同于文天祥的慷慨悲壯，此時(shí)卻嘆的是飛速發(fā)展。屹立的“津平1”經(jīng)歷風(fēng)浪洗禮，成為港珠澳大橋的一道靚麗風(fēng)景。

如今，“津平1”屹立在伶仃洋上，經(jīng)歷風(fēng)浪洗禮，成為港珠澳大橋的一道靚麗風(fēng)景。我每次登上“津平1”，如同見(jiàn)到老朋友一樣，倍感親切。從2006年到2012年，這7年時(shí)間里，數(shù)以百計(jì)的專(zhuān)家、設(shè)計(jì)師和工程師傾心打造這一沉管隧道施工的旗艦，船上每一處、每一個(gè)細(xì)節(jié)都飽含大家的智慧和汗水。

1億歐元的咨詢(xún)費(fèi)

沉管隧道具有盾構(gòu)隧道無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，從19世紀(jì)末誕生以來(lái)一直受到歐美和日韓建筑行業(yè)推崇。沉管隧道工程施工具有高風(fēng)險(xiǎn)、高難度、高技術(shù)特點(diǎn)，尤其是外海沉管隧道施工，堪稱(chēng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域金字塔頂?shù)拿髦椤?/p>

外海沉管隧道施工核心技術(shù)一直掌握在為數(shù)不多的幾家外國(guó)公司手里，他們?cè)诠しê脱b備技術(shù)上處于壟斷地位。我們從2007年開(kāi)始與歐洲一家頂級(jí)沉管隧道技術(shù)公司合作，希望引進(jìn)他們的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，解決港珠澳島隧項(xiàng)目的技術(shù)難題。在工程投標(biāo)后期，我們與這家歐洲公司就具體合作事宜進(jìn)行協(xié)商，他們同意提供20多人的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)沉管浮運(yùn)安裝施工技術(shù)咨詢(xún)，并要求我們承擔(dān)1億多歐元的咨詢(xún)費(fèi)。這家公司擁有沉管安裝調(diào)節(jié)的EPS專(zhuān)利技術(shù)，并在中國(guó)進(jìn)行了專(zhuān)利注冊(cè)。EPS專(zhuān)利技術(shù)是門(mén)架式管節(jié)對(duì)接調(diào)整設(shè)備及施工工藝，是沉管隧道施工關(guān)鍵核心技術(shù)，管節(jié)對(duì)接精度決定沉管安裝成敗，該項(xiàng)技術(shù)已成功應(yīng)用在韓國(guó)釜山沉管隧道施工中。韓國(guó)公司在釜山隧道施工中曾想自己解決沉管對(duì)接施工難題，但未能突破技術(shù)難關(guān)，最終選擇了與這家歐洲公司合作。

在天價(jià)咨詢(xún)費(fèi)面前，我們決定自主攻關(guān)解決這一技術(shù)難題。1億歐元買(mǎi)不回核心技術(shù)，只有走自我研發(fā)之路才能掌握核心技術(shù)。

經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次研究、試驗(yàn)和總結(jié)，我們摸索出更符合島隧工程實(shí)際情況的管節(jié)調(diào)整方案。這套調(diào)整方案得益于振華重工的電控專(zhuān)有技術(shù)。振華重工在管節(jié)沉放船上采用了最先進(jìn)的變頻控制技術(shù)、集中控制技術(shù)和同步控制技術(shù)。主副船上的17臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩能在2.5厘米的控制精度下同步作業(yè)，能夠控制管節(jié)在每秒不大于1厘米位移速度下移動(dòng)，能夠方便地調(diào)整沉管在海中的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。沉放船上配備我們研發(fā)的沉管拉合系統(tǒng)、深水測(cè)控系統(tǒng)和沉管壓載水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集中控制，足不出艙就能掌控沉管浮運(yùn)和安裝的每一個(gè)環(huán)節(jié)。

在2014年沉管安裝施工中，我們遇到深水深槽技術(shù)難題，沉管對(duì)接安裝水文情況異常復(fù)雜。我們研發(fā)建造的沉放船及全套安裝系統(tǒng)經(jīng)受住考驗(yàn)，在進(jìn)行操作調(diào)整后圓滿(mǎn)完成數(shù)個(gè)管節(jié)安裝，再一次證明該項(xiàng)技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。

大型裝備研發(fā)的過(guò)程并非一帆風(fēng)順，甚至是困難重重。

沉放船由主船和副船組成，分別配置了8臺(tái)和9臺(tái)沉放施工用的卷?yè)P(yáng)機(jī)，這些卷?yè)P(yáng)機(jī)如何布置？拉力如何選擇？與管節(jié)如何連接？系統(tǒng)如何控制？這些問(wèn)題和沉管安裝工藝緊密銜接，和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)海況密不可分，難以通過(guò)理論計(jì)算確定。

從180噸到40噸

大型裝備研發(fā)的過(guò)程并非一帆風(fēng)順，甚至是困難重重。沉放船由主船和副船組成，分別配置了8臺(tái)和9臺(tái)沉放施工用的卷?yè)P(yáng)機(jī)，這些卷?yè)P(yáng)機(jī)如何布置？拉力如何選擇？與管節(jié)如何連接？系統(tǒng)如何控制？這些問(wèn)題和沉管安裝工藝緊密銜接，和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)海況密不可分，難以通過(guò)理論計(jì)算確定。我們咨詢(xún)過(guò)一家歐洲專(zhuān)業(yè)公司，他們根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)海況和施工工藝要求給出的卷?yè)P(yáng)機(jī)拉力為180噸。180噸的卷?yè)P(yáng)機(jī)，設(shè)備外形尺寸如同一個(gè)大房間，12臺(tái)房間大小的卷?yè)P(yáng)機(jī)同時(shí)布置在安裝船主甲板上“非常壯觀”，難以實(shí)施。我們先后選擇了國(guó)內(nèi)多家科研院所進(jìn)行物模試驗(yàn)，模擬施工作業(yè)海況，分析水流、波浪、風(fēng)力對(duì)管節(jié)的影響，同時(shí)邀請(qǐng)振華重工對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)選型進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)過(guò)一次次的比較，卷?yè)P(yáng)機(jī)拉力從180噸調(diào)整到150噸，再到120噸。同時(shí)，我們對(duì)不同功能的卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行細(xì)化調(diào)整，最小卷?yè)P(yáng)機(jī)拉力僅為40噸。

當(dāng)前，我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行業(yè)規(guī)模已經(jīng)躋身世界前列，在持續(xù)高速發(fā)展的同時(shí)，面臨著“中等收入陷阱”的挑戰(zhàn)。

尤其在海外市場(chǎng)的角逐中，當(dāng)原有優(yōu)勢(shì)逐漸弱化，唯有加強(qiáng)先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)，才能提高海外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

10000噸鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

回顧過(guò)去4年的工程進(jìn)展，我深切感受到裝備研發(fā)只有依靠合作才能最大限度發(fā)揮各方優(yōu)勢(shì)。

島隧工程沉管預(yù)制采用工廠法施工工藝，從原材料進(jìn)廠、加工到混凝土澆筑采用全自動(dòng)流水線，最終產(chǎn)品是重達(dá)80000噸的復(fù)雜預(yù)制構(gòu)件。全斷面液壓模板成套設(shè)備是預(yù)制廠重要組成部分，如同預(yù)制廠的心臟，設(shè)備功能直接決定預(yù)制廠建設(shè)的成敗。2008年起，我們與總部位于奧地利的一家全球頂級(jí)系統(tǒng)模板公司進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)3年的合作與研究。這家公司具有雄厚的設(shè)計(jì)和制造實(shí)力，迪拜塔、小浪底水壩和大亞灣核電站等重大工程均采用了該公司的系統(tǒng)模板，其提供的設(shè)計(jì)方案可圈可點(diǎn)，但是，模板鋼結(jié)構(gòu)重達(dá)10000多噸，總體造價(jià)極其昂貴。

預(yù)制廠建設(shè)迫在眉睫，雙方在系統(tǒng)模板方案優(yōu)化和合作方式談判中舉步維艱。2010年12月中旬，我們召開(kāi)沉管預(yù)制廠模板設(shè)計(jì)制造決策會(huì)，經(jīng)過(guò)了十多個(gè)小時(shí)的緊張討論，最終決定次日早上6點(diǎn)通知奧地利模板公司到珠海進(jìn)行合同談判。

當(dāng)天晚上我輾轉(zhuǎn)難眠，想到剛聯(lián)系上的一家德國(guó)系統(tǒng)模板公司也是世界頂級(jí)模板專(zhuān)業(yè)公司，兩家公司的名稱(chēng)在我腦海里翻騰。下半夜，我非常強(qiáng)烈地感覺(jué)到：假如德國(guó)公司與振華重工合作，也許能夠解決模板問(wèn)題。不能再猶豫，我拿起電話(huà)要求設(shè)備部暫緩?fù)ㄖ獖W地利公司，并立即聯(lián)系德國(guó)公司到珠海商議與振華重工聯(lián)合進(jìn)行模板設(shè)計(jì)建造的可行性。電話(huà)掛斷時(shí)已是凌晨4點(diǎn)。

在隨后一年里，德國(guó)公司和振華重工攜手完成了這一經(jīng)典作品。預(yù)制廠系統(tǒng)模板采用全新設(shè)計(jì)方案，鋼結(jié)構(gòu)重量?jī)H數(shù)千噸，減重近一半。

當(dāng)前，我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行業(yè)規(guī)模已經(jīng)躋身世界前列，在持續(xù)高速發(fā)展的同時(shí)，面臨著“中等收入陷阱”的挑戰(zhàn)。尤其在海外市場(chǎng)的角逐中，當(dāng)原有優(yōu)勢(shì)逐漸弱化，唯有加強(qiáng)先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)，才能提高海外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。島隧工程裝備研發(fā)制造歷經(jīng)10年，我們對(duì)裝備技術(shù)優(yōu)勢(shì)的理解已經(jīng)不再局限于擁有高新裝備的數(shù)量，也不局限于“拿來(lái)”或“引進(jìn)”，10年的研發(fā)之路給我們帶來(lái)啟示：只有通過(guò)自我研發(fā)和創(chuàng)新，企業(yè)才能擁有核心的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在新一輪的全球制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中，中國(guó)交建唯有走自主研發(fā)之路，掌握核心技術(shù)，才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中制勝。

港珠澳大橋沉管隧道內(nèi)部