浚通江海 吹灘造島

　　天鯤號(hào)踏浪而行

　　本報(bào)記者 王珍

　　“全國工人先鋒號(hào)”“第26屆中國青年五四獎(jiǎng)?wù)录w”，在剛剛過去的“五一”小長假，曾創(chuàng)造多項(xiàng)世界第一的疏浚造島利器——天鯤號(hào)接連斬獲兩項(xiàng)全國榮譽(yù)稱號(hào)。此時(shí)，天鯤號(hào)正遠(yuǎn)渡重洋，為“一帶一路”沿線重點(diǎn)項(xiàng)目再建新功。

　　榮譽(yù)背后，是中國疏浚人打破國外長期壟斷關(guān)鍵核心技術(shù)的艱難實(shí)踐，也是天鯤號(hào)全體船員堅(jiān)持創(chuàng)新創(chuàng)效的生動(dòng)寫照。

　　天鯤號(hào)，我國第一艘自行設(shè)計(jì)建造、擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代疏浚造島利器，也是亞洲最大的自航式絞吸挖泥船。它的誕生，填補(bǔ)了我國自主設(shè)計(jì)建造重型自航式絞吸挖泥船的空白，使我國挖泥船研制和建造技術(shù)躋身世界前列，實(shí)現(xiàn)了我國疏浚裝備由跟跑、并跑向關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)跑的重大跨越。

　　那么，天鯤號(hào)是如何研制出來的？它有哪些“秘密武器”，到底強(qiáng)在哪里？記者近日采訪了中交天津航道局有限公司天鯤號(hào)有關(guān)負(fù)責(zé)同志。

　　1 從“4噸黃金”買船到完全自主設(shè)計(jì)建造

　　打破國外長期壟斷，把關(guān)鍵核心技術(shù)牢牢掌握在自己手中

　　初夏，黎明的第一縷曙光漸漸染紅了遠(yuǎn)處的海平面，剛剛結(jié)束一場(chǎng)搶修的輪機(jī)長王東站在天鯤號(hào)的甲板上。望著眼前的景色，思緒不禁回到了三年前的那個(gè)早晨，也是一樣凜冽的風(fēng)，一樣深藍(lán)的海，一樣熹微的天。

　　那是天鯤號(hào)完成所有技術(shù)監(jiān)造工作、即將建成投產(chǎn)的日子，也是王東與師傅王健分別的日子。

　　王健，天鯤號(hào)監(jiān)造組組長。就是他，帶著一班人歷經(jīng)八載探索、三年實(shí)踐，攻克了一個(gè)又一個(gè)難關(guān)、突破了一項(xiàng)又一項(xiàng)核心技術(shù)，最終成就了船長140米、型寬27.8米、型深9米、最大挖深35米的龐然大物——亞洲最大的自航式絞吸挖泥船天鯤號(hào)。

　　不僅體型巨大，其挖掘能力位居世界前列、輸送能力達(dá)到世界第一、適應(yīng)惡劣海況的能力全球最強(qiáng)，且采用了全電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，擁有國際領(lǐng)先的智能集成控制系統(tǒng)。可以說，天鯤號(hào)的成功投產(chǎn)，為中國疏浚業(yè)在國際舞臺(tái)上贏得了實(shí)實(shí)在在的話語權(quán)。

　　國之潤，自疏浚始。

　　一直以來，我國都有著巨大的疏浚需求——廣袤國土，江河湖海眾多，為了保證航道暢通，必須及時(shí)清理航道。

　　以長江為例，每年都會(huì)有6000萬方的回淤泥沙沉淀江底，如果把這些回淤泥沙按照15厘米的厚度切割成1米長、1米寬的泥磚，足以鋪設(shè)一條從地球到月球的通道。淤泥嚴(yán)重影響往來船只航行，只有依靠大型疏浚設(shè)備及時(shí)挖掘清理，才能讓長江下游保持12.5米的水深，成為名副其實(shí)的黃金水道。

　　挖泥船，一種特殊的作業(yè)船舶，主要用于江河湖海的疏浚和人工島嶼的吹填。“通過巨型絞刀將河道或者海底的泥沙、巖石絞碎，再通過泥泵、排泥管等將泥沙混合物，輸送到幾公里乃至十幾公里之外，實(shí)現(xiàn)航道通暢。與此同時(shí)，可利用這些挖出來的泥沙和巖石鋪成陸地、快速造島。”專家介紹。中國第三大島——崇明島就是由長江輸出的泥沙淤積而成。

　　我國的挖泥船先后走過整船進(jìn)口、國外設(shè)計(jì)國內(nèi)建造、國內(nèi)自主設(shè)計(jì)建造的曲折道路，經(jīng)歷了從無到有、從小到大、從弱到強(qiáng)的發(fā)展歷程。

　　1897年，中交天航局的前身——海河工程局成立，中國近代疏浚業(yè)由此發(fā)軔。1902年，中國從荷蘭購進(jìn)第一艘挖泥船，開啟了中國近代疏浚工程由人工挖掘到機(jī)械挖掘的變革，也開啟了從國外引進(jìn)挖泥船的歷史。

　　“天鯨號(hào)誕生之前，國內(nèi)重型挖泥船進(jìn)口比例高達(dá)八九成。”中交天航局有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，1966年，從荷蘭引進(jìn)自航耙吸船“津航浚102”輪時(shí)，中交天航局曾花費(fèi)了折合4噸黃金的高價(jià)。

　　關(guān)鍵核心技術(shù)“買不來、討不來”。中國一直在嘗試自主制造挖泥船，尤其改革開放后，經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入快車道，給我國自主研發(fā)挖泥船帶來了新的機(jī)遇。

　　2006年，中國成功建造了第一艘擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型非自航絞吸挖泥船“天獅號(hào)”，打破海外挖泥船的技術(shù)壟斷。此后，“天”字號(hào)系列挖泥船陸續(xù)制造出來。

　　2010年1月，我國首艘超大型自航絞吸船——天鯨號(hào)建成投產(chǎn)，對(duì)于我國整個(gè)疏浚業(yè)具有里程碑意義。作為國內(nèi)第一艘自航絞吸挖泥船，其疏浚能力當(dāng)時(shí)位居亞洲第一、世界第三，標(biāo)志著我國大型絞吸裝備設(shè)計(jì)建造從此邁入世界先進(jìn)行列。

　　天鯤號(hào)是天鯨號(hào)的“升級(jí)版”，在自主創(chuàng)新上又向前邁進(jìn)了一大步，被業(yè)內(nèi)視為“國輪國造”的集大成者。如今，以天鯨號(hào)、天鯤號(hào)為代表的國產(chǎn)大型絞吸裝備，已成為疏浚港口航道、建設(shè)遠(yuǎn)海島礁和實(shí)施“一帶一路”沿線重點(diǎn)工程的主力軍。

　　2 擁有強(qiáng)大的挖掘系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)

　　每小時(shí)挖泥量可填滿15公里外標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)大小的一米深坑

　　天鯤號(hào)的創(chuàng)新突破是全方位的。

　　“天鯨號(hào)具備的優(yōu)點(diǎn)，天鯤號(hào)都具備，天鯨號(hào)的缺點(diǎn)，天鯤號(hào)都進(jìn)行了改良。全電力驅(qū)動(dòng)、超遠(yuǎn)距離輸送、快速成島……取得了上千項(xiàng)自主創(chuàng)新成果，‘海上大型絞吸疏浚裝備的自主研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化’項(xiàng)目還曾榮獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。”天鯤號(hào)船長張燚告訴記者，天鯤號(hào)擁有強(qiáng)大的挖掘系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)。

　　從一組數(shù)據(jù)可見一斑：天鯤號(hào)總裝機(jī)功率達(dá)25843千瓦，絞刀額定功率6600千瓦，最大可達(dá)9900千瓦，設(shè)計(jì)每小時(shí)挖泥6000立方米，泥泵輸送功率達(dá)到17000千瓦，最大排泥距離達(dá)15公里，均居世界前列。

　　這意味著，天鯤號(hào)通過巨型絞刀將河道或者海底的泥沙、巖石絞碎，船體內(nèi)功率巨大的泥泵可以將絞碎的泥沙混合物以每小時(shí)6000立方米的速度，通過形似“臍帶”的排泥管向外輸送到指定地點(diǎn)，源源不斷噴出的巨流最遠(yuǎn)可達(dá)15公里開外。

　　“也就是說，天鯤號(hào)每小時(shí)的挖泥量可填滿15公里外標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)大小的一米深坑。”張燚解釋道，天鯤號(hào)也因此被稱為疏浚造島神器。

　　而它的“前輩”天鯨號(hào)設(shè)計(jì)每小時(shí)挖泥4500立方米，最大傳輸距離為6公里。

　　絞刀，是天鯤號(hào)的核心部件，位于船艉。據(jù)介紹，與傳統(tǒng)挖泥船“一刀走天下”不同，天鯤號(hào)配備了四型絞刀，分別是挖砂型、挖巖型、挖硬巖型和通用型，挖掘淤泥、粘土、密實(shí)砂質(zhì)土、礫石、強(qiáng)風(fēng)化巖等，均不在話下。

　　“直徑超3米，重超20噸。”王東告訴記者，在進(jìn)行作業(yè)前，他們會(huì)對(duì)作業(yè)范圍內(nèi)的地質(zhì)條件進(jìn)行檢測(cè)，確定使用的絞刀頭類型。

　　天鯤號(hào)首秀便與世界頂級(jí)疏浚旗艦同臺(tái)競(jìng)技，成功粉碎施工區(qū)70兆帕高硬度巖石。

　　70兆帕是什么概念？“相當(dāng)于一個(gè)指甲蓋上站了10個(gè)70公斤的人。”王東說，極端工況下，天鯤號(hào)可以在瞬間將絞刀功率從6600千瓦提高到超過9000千瓦，這比30臺(tái)重型卡車的功率還要強(qiáng)勁。

　　江蘇連云港贛榆航道工程項(xiàng)目，令天鯤號(hào)浚工長高建偉十分難忘。該項(xiàng)目的最大挑戰(zhàn)，是對(duì)天鯤號(hào)遠(yuǎn)程輸送能力的考驗(yàn)。“連云港航道的海底泥石包含大量粘土球混合姜結(jié)石，長達(dá)七公里的輸送距離，極易發(fā)生堵塞，就像人喘不過氣一樣，嚴(yán)重的話甚至?xí)⑴拍喙芏滤馈！备呓▊ソ榻B。他們將泥泵的功率調(diào)整到最大17000千瓦，強(qiáng)大的壓力保證泥漿以每秒5米的速度進(jìn)入形似“臍帶”、直徑1米的排泥鋼管，“如果將輸送粘土球混合姜結(jié)石工況的排壓換算成標(biāo)準(zhǔn)土質(zhì)細(xì)粉砂的輸送能力，排距超過15公里設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。”

　　絞挖、輸送、噴射……天鯤號(hào)的強(qiáng)大力量，令人驚嘆。

　　而強(qiáng)勁的力量，來自電力驅(qū)動(dòng)。據(jù)了解，這艘挖泥船采用的是全新的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，區(qū)別于傳統(tǒng)的柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，天鯤號(hào)的柴油機(jī)不直接產(chǎn)生動(dòng)力，而是負(fù)責(zé)發(fā)電。挖掘、泵送的核心部件都是通過大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)作業(yè)，動(dòng)力輸出更加強(qiáng)勁，功率輸出更加靈活，作業(yè)效率也因此大幅提高。

　　3 擁有全球最強(qiáng)的適應(yīng)惡劣海況能力

　　全球首創(chuàng)柔性鋼樁臺(tái)車和三纜定位雙定位系統(tǒng)，可抗14級(jí)大風(fēng)

　　對(duì)于海上作業(yè)船舶來說，遇到大風(fēng)、海浪是家常便飯。尤其是在遠(yuǎn)海，最高風(fēng)浪甚至可達(dá)14級(jí)，作業(yè)環(huán)境十分惡劣。

　　研發(fā)伊始，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)就在提高天鯤號(hào)復(fù)雜海況作業(yè)時(shí)的適應(yīng)能力上下足了功夫。

　　選材上，鋼板的強(qiáng)度至關(guān)重要。據(jù)監(jiān)造人員介紹，天鯤號(hào)由97個(gè)大鋼構(gòu)件拼接而成，這些鋼構(gòu)件由數(shù)百噸特種鋼板焊接而成，船體關(guān)鍵部分選用的高強(qiáng)度鋼板厚度達(dá)60毫米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通鋼板厚度。

　　如此厚度的鋼板，焊接難度極大，極易出現(xiàn)表面成型平整，焊縫內(nèi)部卻出現(xiàn)裂紋、未熔合等情況。在總長度約40萬米的焊縫中，任何一條焊縫不達(dá)標(biāo)，都可能造成船毀人亡的后果。為了保證高強(qiáng)度鋼板之間焊接質(zhì)量的穩(wěn)定，焊工們每次要將鋼板加熱到120攝氏度才能開始焊接，同時(shí)需要在焊縫上放入像沙子一樣的焊劑，幫助焊縫更好地熔合。

　　設(shè)計(jì)上，采取柔性鋼樁臺(tái)車+三纜定位系統(tǒng)“雙保險(xiǎn)”。據(jù)了解，在疏浚造島施工時(shí)，為了保證挖泥船船體穩(wěn)定，通常會(huì)采用一主一輔兩根鋼樁交替插進(jìn)海底，就如同兩條腿，讓挖泥船牢牢“站”在海底，可謂是挖泥船的“定海神針”。

　　為了加大天鯤號(hào)定位鋼樁的抗風(fēng)浪能力，工程師們攻克了柔性鋼樁臺(tái)車技術(shù)，同時(shí)鋼樁設(shè)計(jì)也更粗壯，單根鋼樁高55米、直徑2.2米，重量超過180噸，相當(dāng)于140輛家用轎車的重量。這也是一個(gè)挖泥船鋼樁的極限重量。

　　然而，有了“定海神針”，并不意味著萬無一失。“一旦遇到風(fēng)浪，造成鋼樁斷裂，不但船舶不能正常工作，斷裂的鋼樁甚至可能會(huì)劃破船體，造成更大的損失。”天鯤號(hào)監(jiān)造組副組長馮長華說。反復(fù)研究之后，他們決定除了鋼樁系統(tǒng)，再添加一套三纜定位系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)形成有益互補(bǔ)。

　　三纜定位系統(tǒng)，即在船上配置三臺(tái)大型絞車，利用一套裝置將三臺(tái)絞車的纜繩在船底一個(gè)固定位置導(dǎo)出，三條纜繩互相夾角120度，通過海底三個(gè)定位錨固定，利用三纜絞車收放纜，實(shí)現(xiàn)船的移動(dòng)和定位，在大風(fēng)浪的情況下延長有效的作業(yè)時(shí)間，增加船舶對(duì)惡劣海況的適應(yīng)能力。

　　值得一提的是，天鯤號(hào)還安裝了國內(nèi)最先進(jìn)的絞吸挖泥船智能集成控制系統(tǒng)。有了這個(gè)“大腦”，可以實(shí)時(shí)顯示疏浚三維土質(zhì)、推算潮位，還可以實(shí)現(xiàn)挖泥和泥泵的自動(dòng)控制，進(jìn)行無人化作業(yè)。