超级工程 必须坚持自主创新

文 / 中国交建总工程师、中交港珠澳大桥岛隧工程项目部经理林鸣

超级工程 必须坚持自主创新

文 / 中国交建总工程师、中交港珠澳大桥岛隧工程项目部经理林鸣

港珠澳大桥岛隧工程除具有规模大、难度大、风险大和工期紧等特点外，还有一个显著特点是“第一次”：外海大型深水沉管隧道施工在中国是第一次；大型钢圆筒成岛施工在世界是第一次；重达80000吨的混凝土预制构件工厂法施工在世界是第一次……

“第一次”意味着工程实施的每一步都需要去探索，让最初的构思逐步清晰、逐步完善，同时必须考虑是否可行，是否能在施工中实施。工欲善其事，必先利其器。从初步设计开始，到着手研发大型施工装备，通过高、新、尖的装备来实现宏大的设计构思，支撑复杂的施工工艺，克服外海施工的困难，保障工程顺利实施。

岛隧工程先后研发新建或改造了十多项大型施工装备，几乎覆盖了所有关键施工工艺。研发道路漫漫，曲折而又充满传奇故事。在这些故事中，振华重工几乎参与了所有装备的研发，成为岛隧工程装备创新的主力军。

4厘米的精度

岛隧工程沉管隧道基床面层采用碎石垄结构，需要在近50米深海底铺设厚度为1.3米，顶标高精度达到4厘米的碎石垄。只有高精度的碎石基床才能控制沉管对接精度。碎石垄铺设难度如同海底绣花，需要最先进的抛石整平船完成这一壮举。

在抛石整平船的研发中，我们一开始寄希望从国外类似工程中找到答案。早在2006年，我带领工程师来到韩国釜山，在施工单位安排下乘坐交通船在距离釜山沉管隧道抛石整平船数百米远处绕了一圈，未能登船参观。我们前后花费了一周时间，满怀希望来到韩国釜山，最终却是海湾一游，带回一张整平船的远景照片。

思索再三，我们决定放弃釜山沉管隧道工程抛石整平船的设计方案。伶仃洋海况比韩国釜山巨济岛海况更加恶劣，岛隧工程隧道基床宽度和面积比釜山隧道更大，碎石垄精度要求更高。于是，我们转而依托振华重工的研发制造能力。振华重工不负众望，运用海工装备技术设计制造出高性能平台式抛石整平船“津平1”，很好地克服了水流波浪影响，成功满足了沉管基床施工“毫米级”精度要求。“津平1”船体为“回”字形结构，净重近5000吨，依靠四条直径2.8米、长90米的“巨腿”撑起。“巨腿”采用齿条传动结构，看似简单，实则包含极高的设计水平和焊接工艺。每个桩腿上焊接两根90米长的齿条，焊接时齿条加热温度和焊接温度实时监控，确保加工直线度误差不到2厘米。为了提高作业效率和精度，“津平1”工作部分集抛石、整平和检测三道工序为一体，能够不间断作业。高水平的总体设计、高质量的建造技艺和高性能的设备配置，锻造出高质量的抛石整平船。“津平1”于2012年10月19日运抵施工现场作业，在随后两年里完成了13万立方高精度碎石整平施工。

“伶仃洋里叹伶仃”，不同于文天祥的慷慨悲壮，此时却叹的是飞速发展。屹立的“津平1”经历风浪洗礼，成为港珠澳大桥的一道靓丽风景。

如今，“津平1”屹立在伶仃洋上，经历风浪洗礼，成为港珠澳大桥的一道靓丽风景。我每次登上“津平1”，如同见到老朋友一样，倍感亲切。从2006年到2012年，这7年时间里，数以百计的专家、设计师和工程师倾心打造这一沉管隧道施工的旗舰，船上每一处、每一个细节都饱含大家的智慧和汗水。

1亿欧元的咨询费

沉管隧道具有盾构隧道无法比拟的优点，从19世纪末诞生以来一直受到欧美和日韩建筑行业推崇。沉管隧道工程施工具有高风险、高难度、高技术特点，尤其是外海沉管隧道施工，堪称基础设施建设领域金字塔顶的明珠。

外海沉管隧道施工核心技术一直掌握在为数不多的几家外国公司手里，他们在工法和装备技术上处于垄断地位。我们从2007年开始与欧洲一家顶级沉管隧道技术公司合作，希望引进他们的技术和经验，解决港珠澳岛隧项目的技术难题。在工程投标后期，我们与这家欧洲公司就具体合作事宜进行协商，他们同意提供20多人的团队负责沉管浮运安装施工技术咨询，并要求我们承担1亿多欧元的咨询费。这家公司拥有沉管安装调节的EPS专利技术，并在中国进行了专利注册。EPS专利技术是门架式管节对接调整设备及施工工艺，是沉管隧道施工关键核心技术，管节对接精度决定沉管安装成败，该项技术已成功应用在韩国釜山沉管隧道施工中。韩国公司在釜山隧道施工中曾想自己解决沉管对接施工难题，但未能突破技术难关，最终选择了与这家欧洲公司合作。

在天价咨询费面前，我们决定自主攻关解决这一技术难题。1亿欧元买不回核心技术，只有走自我研发之路才能掌握核心技术。

经过无数次研究、试验和总结，我们摸索出更符合岛隧工程实际情况的管节调整方案。这套调整方案得益于振华重工的电控专有技术。振华重工在管节沉放船上采用了最先进的变频控制技术、集中控制技术和同步控制技术。主副船上的17台卷扬机钢丝绳能在2.5厘米的控制精度下同步作业，能够控制管节在每秒不大于1厘米位移速度下移动，能够方便地调整沉管在海中的运动姿态。沉放船上配备我们研发的沉管拉合系统、深水测控系统和沉管压载水调节系统，实现集中控制，足不出舱就能掌控沉管浮运和安装的每一个环节。

在2014年沉管安装施工中，我们遇到深水深槽技术难题，沉管对接安装水文情况异常复杂。我们研发建造的沉放船及全套安装系统经受住考验，在进行操作调整后圆满完成数个管节安装，再一次证明该项技术处于世界领先水平。

大型装备研发的过程并非一帆风顺，甚至是困难重重。

沉放船由主船和副船组成，分别配置了8台和9台沉放施工用的卷扬机，这些卷扬机如何布置？拉力如何选择？与管节如何连接？系统如何控制？这些问题和沉管安装工艺紧密衔接，和现场作业海况密不可分，难以通过理论计算确定。

从180吨到40吨

大型装备研发的过程并非一帆风顺，甚至是困难重重。沉放船由主船和副船组成，分别配置了8台和9台沉放施工用的卷扬机，这些卷扬机如何布置？拉力如何选择？与管节如何连接？系统如何控制？这些问题和沉管安装工艺紧密衔接，和现场作业海况密不可分，难以通过理论计算确定。我们咨询过一家欧洲专业公司，他们根据现场海况和施工工艺要求给出的卷扬机拉力为180吨。180吨的卷扬机，设备外形尺寸如同一个大房间，12台房间大小的卷扬机同时布置在安装船主甲板上“非常壮观”，难以实施。我们先后选择了国内多家科研院所进行物模试验，模拟施工作业海况，分析水流、波浪、风力对管节的影响，同时邀请振华重工对卷扬机选型进行优化。经过一次次的比较，卷扬机拉力从180吨调整到150吨，再到120吨。同时，我们对不同功能的卷扬机进行细化调整，最小卷扬机拉力仅为40吨。

当前，我国基础设施建设行业规模已经跻身世界前列，在持续高速发展的同时，面临着“中等收入陷阱”的挑战。

尤其在海外市场的角逐中，当原有优势逐渐弱化，唯有加强先进技术的研发，才能提高海外市场竞争力。

10000吨钢结构的优化

回顾过去4年的工程进展，我深切感受到装备研发只有依靠合作才能最大限度发挥各方优势。

岛隧工程沉管预制采用工厂法施工工艺，从原材料进厂、加工到混凝土浇筑采用全自动流水线，最终产品是重达80000吨的复杂预制构件。全断面液压模板成套设备是预制厂重要组成部分，如同预制厂的心脏，设备功能直接决定预制厂建设的成败。2008年起，我们与总部位于奥地利的一家全球顶级系统模板公司进行了长达3年的合作与研究。这家公司具有雄厚的设计和制造实力，迪拜塔、小浪底水坝和大亚湾核电站等重大工程均采用了该公司的系统模板，其提供的设计方案可圈可点，但是，模板钢结构重达10000多吨，总体造价极其昂贵。

预制厂建设迫在眉睫，双方在系统模板方案优化和合作方式谈判中举步维艰。2010年12月中旬，我们召开沉管预制厂模板设计制造决策会，经过了十多个小时的紧张讨论，最终决定次日早上6点通知奥地利模板公司到珠海进行合同谈判。

当天晚上我辗转难眠，想到刚联系上的一家德国系统模板公司也是世界顶级模板专业公司，两家公司的名称在我脑海里翻腾。下半夜，我非常强烈地感觉到：假如德国公司与振华重工合作，也许能够解决模板问题。不能再犹豫，我拿起电话要求设备部暂缓通知奥地利公司，并立即联系德国公司到珠海商议与振华重工联合进行模板设计建造的可行性。电话挂断时已是凌晨4点。

在随后一年里，德国公司和振华重工携手完成了这一经典作品。预制厂系统模板采用全新设计方案，钢结构重量仅数千吨，减重近一半。

当前，我国基础设施建设行业规模已经跻身世界前列，在持续高速发展的同时，面临着“中等收入陷阱”的挑战。尤其在海外市场的角逐中，当原有优势逐渐弱化，唯有加强先进技术的研发，才能提高海外市场竞争力。岛隧工程装备研发制造历经10年，我们对装备技术优势的理解已经不再局限于拥有高新装备的数量，也不局限于“拿来”或“引进”，10年的研发之路给我们带来启示：只有通过自我研发和创新，企业才能拥有核心的市场竞争力。在新一轮的全球制造业竞争中，中国交建唯有走自主研发之路，掌握核心技术，才能在激烈的市场竞争中制胜。

港珠澳大桥沉管隧道内部