世界首制沉管运输安装一体船“一航津安1”研发投用纪实-成都一航精密机械有限公司

理财会议阅读 132 2024-11-08 14:08:50

来源：【津滨海客户端】

津滨海讯

（记者张广艳陈西艳通讯员刘志温潘祚声陈振强）“经过2020年6月至今一年的实战检验，一体船实现了预期功能，甚至在某些方面比预想的还出色。”7月23日，深中通道E19管节顺利安装，全国水运工程建造大师、中交一航局总技术顾问李一勇感慨地说。

李一勇谈及的一体船，指的是沉管运输安装一体船。记者从总部位于滨海新区的中交一航局获悉，7月23日，超级工程深中通道E19管节在伶仃洋海底顺利安家，并创下连续7节沉管近乎零偏差毫米级安装的世界新纪录。建设超级工程，必须要有超级装备。在世界最宽沉管隧道深中通道建设中，中交一航局的建设者勇于开拓创新，历时三年多时间研发出世界首制沉管运输安装一体船，用自主科技创新解决了深中通道施工“卡脖子”难题，将世界跨海沉管隧道施工引入智能化时代。

时光回到近十年前。2013年港珠澳大桥沉管隧道施工开始不久，一航局作为我国外海沉管隧道施工的首倡者和国家队，就同步参与到深中通道有关技术方案论证工作中。与港珠澳大桥沉管隧道相比，深中通道沉管隧道面临着钢壳结构新形式、尺寸超宽、浮运距离超长、航道封航时间长等许多新难题。现有装备无法满足施工要求。研发新的方案和装备，成为必由之路。

从“零”到“一”的跨越

为了攻克这一世界级施工难题，一航局迅速组建了涵盖设计、研究、装备、施工等专家和工程师的研发团队。

几经波折，到2016年在一次专家讨论会上，有团队成员提议：不如直接把两个安装船加宽连成一体，再给船带上“腿”（自带动力）灵感迸发往往就在一瞬间，这个提议让大家眼前一亮。在一言一语讨论中，一体船的研究方向逐渐清晰。研发团队当即分工，进一步细化研究。

一体船逐渐清晰模样。“一体船首先是船体结构的一体，最直观的就是把两条船变成一条船；其次是沉管浮运和沉放安装于一体。一体船是集浮运和安装功能于一身的；再次是动力一体，以前沉管施工，需用八九个拖轮拖着走，现在的动力都在一体船上，便于操作也更节能环保；最后是船舶和沉管一体，船管通过刚性连接，组合为整体，就像一条由一体船和沉管组成的组合船。”李一勇详细阐述着研发思路。

2016年12月，研发团队赴业主单位汇报一体船及沉管浮运安装一体化施工工艺，业主单位领导和业内专家就给予了高度认可。方向确定后，研发团队再接再厉，完成了船体结构工艺方案，确定了各项工艺参数，完成了一体船的可行性论证，又相继联合国内外知名科研机构分别进行了数模、物模试验，就一体船动力、航行及沉管沉放等关键课题完成了可行性论证。

从2013年启动研发，到2016年取得根本突破，再到2017年可行性论证，研发团队基本上把可能采取的方案进行系统“摸排”。

从“蓝图”到“实践”的探索

2018年7月，一体船正式进入建造阶段。“‘一航津安1’具备自航功能，配有2套9280千瓦主推进系统和8台大功率侧推，主机和侧推的尺寸和功率均创国内同等设备之最，可满足带标准沉管浮运下深水静水航速5节的要求，并具备DP动力定位功能，在带沉管工况下可抵抗1.6节横流。”一航局副总工程师李增军介绍。同时，一体船还具备航迹追踪及偏移纠偏功能，在设计、建造及施工管理系统方面均实现了自主研发，实现了外海沉管机械化、无人化、自动化浮运安装作业。

2019年6月1日，一体船顺利出坞，标志着世界上安装能力最大、沉放精度最高、施工作业最高效、性能最先进的海底隧道沉管施工专用船舶取得重大阶段性成果，并正式被命名为“一航津安1”。出坞后，“一航津安1”按计划，历时一年，先后完成了管系、电缆及电气设备安装，并开展设备调试、系泊试验及航行试验等工作。

2020年6月16日6时，“一航津安1”迎来首秀。2万吨的“一航津安1”抱着8万吨重的沉管，总重达10万吨的大家伙，需要海上穿行47公里，经过7次航道转换后，才能到达安装海域。下午6点，海面上陆续亮起灯光。一体船把首节沉管带到距西人工岛附近240米处，两个大块头静静对视，工作人员开始系泊作业。一体船开启全自动稳船功能，牢牢悬停在沉管基床正上方。控制室的新型测控系统，如行车记录仪般，船及航道周边环境一目了然。

随着沉管一点点下放，测量塔数据实时计算沉管三维动态，指挥人员精准掌握沉管在海底的具体位置。拉合系统作用下，E1管节一点点向对接端靠近，历经34个小时的奋战，首节沉管顺利实现与西人工岛暗埋段的精准对接，完成首次“海底初吻”，实现了世界海工领域的新跨越。

从“满足要求”到“零偏差”的追求

8万吨沉管在30余米的海底，实现指缝般毫米级对接，难度堪比“天宫”对接。深中首节沉管的精准对接，为一体船首秀画上圆满句号，但是为了实现沉管隧道近乎零误差对接，打造滴水不漏的百年品质工程，一航局建设者追求卓越的脚步并未停止。

测量是工程的眼睛，是沉管高精度安装的基础。一航局建设者在一体船9层楼高的测量塔上，装置了北斗卫星天线，天线收集的信号通过接收器传送到监控电脑上，电脑里加装了根据沉管浮运安装工序自主研发的测控系统。这套软硬件“组合拳”实现了系统之间的穿透，可接收GPS和北斗两种信号，实时计算沉管三维动态，作业人员可精准掌握船管在海底的具体位置。

2020年8月27日，经过近50公里浮运，深中通道首个深水区管节E3抵达沉放水域，北斗系统第一次正式亮相。就在沉管对接的关键时刻，项目团队分别用北斗系统和GPS系统采集数据，两者竟存在较大出入。测量团队顶着压力，再次对测控系统做了全面检查，用多种方法进行核算。“结果显示，北斗数据优于GPS，我们果断关闭GPS系统，使用北斗系统作为沉管继续安装的唯一依据。”一航局深中通道项目测管中心主任成益品回忆。

E3 管节最终与E2沉管精准对接。测量塔数据及潜水员测量数据均显示，安装精度满足设计要求。至此，北斗系统成功引进跨海沉管隧道施工领域。

沉管用上北斗系统，为超级工程的高精度对接，装上了一双锐利的眼睛。然而，瞬息万变的外海，总会带来出人意料的挑战。

2021年4月25日，E9管节对接完成后，测量结果显示偏南15.2毫米，而测量塔系统显示偏北25毫米。换句话说，测量塔数据出现了严重失真，这对沉管的高精度对接无疑是个巨大的潜在风险。

通过数据对比，测量团队发现，钢壳管节会随着水深受压增加而发生一定程度的形变。受此影响，安装在沉管之上的测量塔也会相应产生偏移，引起定位误差。E9管节安装位置达到水下37米，问题尤为凸显。

针对管节的特殊空间结构，项目团队提出“相机-光学靶标”布置方案，在每个形变部位增加精密的姿态传感器，并连接到一体船操作系统上。通过传感器联合确定测量塔与管节的姿态和相互关系，管节沉放过程中对形变带来的偏差实时自动提示，最终达到人机交互式动态修正，进一步提高测量系统的定位精度和可靠性。

经过一个月的紧张准备，E10管节安装迎来大考。夜幕下的一体船缓缓下放沉管，测量塔逐渐没入水中。安装了联合精密姿态仪的沉管，就像有了一对“鹰眼”，海底状况一目了然，E10与E9在深海实现了精准对接。（中交一航局供图）