日本專家為何驚嘆中國海洋工程裝備的能力？從超級跨海工程港珠澳大橋說起

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本文摘自趙憶寧著《大國工程》（中國人民大學出版社2018年5月出版）

（文末有贈書活動）

作者深入第一線調研採訪大飛機、高鐵、特高壓、港珠澳大橋這四項中國超級工程，傾聽中國科學家、工程師、企業管理者、工人講述中國重大工程如何以自主創新實現世界領先。在書中，工程師們的赤子之情總能在作者筆端自然流淌，很多專業問題在作者筆下通俗生動，每項工程作者總能找到清晰的歷史方位。

深海工程裝備先行

工程保障由人才、技術和裝備三塊構成，這是陸地工程保障的概念；而在時任海軍裝備部部長鬍毓浩的眼中，這個順序將被顛倒：當建設深海工程時，則是裝備先行，因為人進不去，沒有設備做載體，技術也無用武之地。可見，裝備在海洋工程中的重要地位。裝備水平決定了完成施工難度的等級。「在某種意義上，海洋工程拼的就是裝備能力。」中國交通建設股份有限公司副總裁、上海振華重工董事長宋海良對記者說。

上海振華重工是名聲在外的重型設備製造商，主要生產岸邊集裝箱起重機、門座起重機、浮吊和工程船舶等，在許多國有企業為如何「走出去」而焦慮時，振華港機設備已多年佔有相關產品75%的全球市場份額。「德國製造」以高標準、高門檻著稱，但德國的港機裝備大多來自上海振華重工，這是德國製造業唯一退出的重型設備製造領域。振華重工並沒有停下腳步，在過去幾年中，開始從港口設備製造向海洋工程裝備製造轉型。

宋海良說：「全球港機市場每年只有40億美元，而海洋工程裝備全球市場有500億美元。匯率的變化，成本上升，再加上我們創新速度的減緩，逼得我們向海洋工程製造轉型。我們鎖定的追趕目標是海洋工程裝備製造的歐美第一梯隊與韓國、新加坡組成的第二梯隊。」

在振華重工南通基地，可以見到正在建造的1.2萬噸全迴轉式起重船，起吊噸位突破由上海振華重工所建造的「藍鯨號」7500噸全迴轉式起重船所創造的世界紀錄。而韓國巨加大橋正是由於受到起重浮吊上限的制約，無法將23個9573噸深水橋墩放置在水下31米的地方，只能把沉箱分成兩個部分製作。除此之外，在振華重工南通基地還可看到正在建造的第二個海上石油平台。

學習是為了創新和超越

振華重工海洋工程裝備的精細製造與創新能力，在港珠澳大橋的建設中將接受實戰的檢驗。港珠澳大橋島隧工程屬於深海施工，特別是海底隧道沉管預埋，無疑需要多種海洋工程專用設備。項目總指揮林鳴早就想好：中國建設港珠澳大橋如此偉大的工程，一定要使用中國的海洋工程裝備，這將是發展中國海洋工程裝備業的一次機遇。「當林總決定港珠澳大橋使用中國海洋工程裝備時，我們甚至都沒有見過他讓我們做的設備長什麼樣！」上海振華重工海上重工設計研究院生產設計所副所長何可耕對記者說。

何可耕所在的振華重工負責建造港珠澳大橋項目建設最重要的設備——兩艘管節沉放船的任務，為此，中國工程師們來到韓國。韓國巨加跨海大橋已經建成，曾經鋪設18個管節構件的「功臣」已經退休。中國工程師們甚至都沒有被允許登上這艘船，只圍著船遠遠地繞了一圈，拍了幾張照片就回來了。大宇集團在韓國巨加跨海大橋海底隧道尚沒有完工時就曾表示：「有信心攜此設備，跨出國門建設沉管隧道工程。」而何可耕則說：「從一開始，我們就沒打算用他們的技術，去韓國只是抱著學習的態度。」

管節沉放船的工作是把管節運到施工工地。船上放置了一個至關重要的設備——管節調整裝置（EPS），這項專利屬於荷蘭施泰克公司。我們要建造自己的船有兩種選擇：購買施泰克的專利，或者自己創新。前者要付專利費，但因之前沒有合作，對方直言不轉讓專利。而對這套設備非常了解的日本專家花田幸生坦言：EPS並不好用。他建議中國工程師應該想別的辦法。於是只剩一條路：技術創新，超越EPS。

何可耕正是創新者之一，他向記者介紹了兩種技術路線的差異。EPS是一個門型框架，兩套液壓油缸與管節通過銷子相連，施工時工作人員將這個外部定位系統（EPS）放到海床上，用一套800噸垂直千斤頂頂起管節，用一套200噸水平千斤頂控制左右擺動，以調整管節的位置。而振華重工生產的設備借用了微寸動原理，在船上配置了8台大型絞車收放鋼繩，輔以寸動鈕及數位計時器，利用管節上安裝的GPS系統反饋管節與基準線的偏差，以2.5厘米的收放精度控制絞車鋼繩的收放，而管節最小移動速度可以低於1厘米/秒。在水下施工，管節在水中一動就停不下來，要保證對接精度關鍵是「讓管節慢下來」。

當初，為確保施工萬無一失，振華重工再增加一套保險方案：在管節里安裝一套糾偏裝置，以調整對接精度。由於管節沉放船的出色表現，這套方案至今沒有使用過。基於管節沉放船的精準度，日本隧道專家花田幸生認為，「這是一艘非常專業的管節沉放船」。

形象地總結，EPS用的是不斷糾錯的工作原理，振華重工選擇的是一次到位的技術。而一次到位、精準「寸動」的創意，正是來自何可耕岸橋機械設備製造的經驗。「每當颱風來臨時，港口的岸橋起重機要移到固定的位置，使用插銷讓起重機和地面合為一體。銷子直徑27.5厘米，每次對接銷子孔時，按下一次按鈕它自己就走5厘米，之後自動落下。為了完成這個動作，要有測量系統，控制馬達的轉速，安裝編碼器，還要有電控等。我們就把這個原理移植到管節沉放船上了。」何可耕介紹說。

總指揮的三個寶貝

在港珠澳大橋工地幾乎人人皆知，總指揮林鳴有三個寶貝，它們是兩艘管節沉放船「津安2號」和「津安3號」，另一個是「津平1號」——高精度深水自升式整平平台，而工程師們更願意稱它為拋石整平船。如果說「津安2號」和「津安3號」是對振華重工創新能力的檢驗，「津平1號」則是對振華海洋工程裝備製造工藝水平的測試。

33節管節要被放置在事前挖好的深水基槽的碎石基床上。先由巨大耙吸船的抓鬥，在水下挖出48米寬、最大48.5米水深的溝槽，之後鋪上層厚2米的石料，使用振動車震平後，再用碎石填平。5600多米沉管隧道基床需鋪設約56萬立方米碎石。

港珠澳大橋島隧工程E1管節碎石基床，採用的是人工鋪設作業，22名專業潛水員分成11組潛入14米水下，首先在海底放置導軌，高程誤差控制在±5毫米之間，再通過長度9.5米的刮刀進行精平。可以設想，如果另外32段等待對接的管節碎石基床以這種方式作業，最深處須潛入48米水下，將需要上百名潛水員潛入水底，鋪設近5公里的基槽，安全、效率、精度將成為巨大的不確定因素。

此前，總承包商中國交建曾經考慮引進一台專業設備，取代人工作業並提高鋪設效率，後經考察發現，全世界只有兩艘能擔此重任的船，一艘在丹麥，曾用於厄勒海峽大橋海底隧道施工；另外一艘在韓國，用於韓國巨加跨海大橋海底隧道工程。但是這兩條船都不符合港珠澳大橋海底隧道施工的要求，它們的工作水深分別是25米、40米。而港珠澳大橋海底隧道工程最大水深為48.5米。中國交建決定建造一艘新的拋石整平船。上海振華重工接受了這一任務。

完成任務的挑戰首先是工程對拋石的精度要求。「韓國的那艘船採用飄浮作業方式，船體在水裡受到的波浪干擾直接影響鋪設精度，而我們引入了石油鑽井平台抬升系統工藝，用四個樁柱把工作平台托出水面強化穩定性，保證了拋石精度的要求。」振華重工海上重工設計研究院項目經理尹剛說。

「津平1號」拋石整平船於2012年3月16日下水，它見證了E1與E2管節的對接。站在自重9000噸、長88.8米、寬64米的平台上，一艘運送碎石的工程船泊在旁邊，在俄羅斯格洛納斯衛星導航系統定位下，一根幾十米長的鋼結構導管深入水下，將碎石噴射到目標基床，達到96%的拋石精度，即在碎石基床上，隨機選取100個檢測點，96個點的平整精度達到要求。尹剛說：「這個是管節安裝成功的一個先決條件，一旦碎石基床某處出現不平整，將直接影響整個隧道的質量，只有高精度的基床才能實現高精度的管節對接。」

確保精度的關鍵在於船上的拋石管及附著其上的聲吶，它們讓拋石作業變得智能。就像水下探頭，基床上某一處坑深，拋石管就會多停一會，多倒些石料。其出色的表現讓船上的日本專家沖山楨雄驚嘆：「這樣精度的裝備在世界上也是首屈一指。」

「津平1號」以十天鋪一段完整管節基床的節奏，每天完成一個船位的作業移動，移動頻率遠遠高於石油平台。這就對抬升系統的動力與材料提出了更高要求。為了加快抬升的速度，工程師們研發了電動抬升系統，每抬升一次只需20多分鐘，而在此之前使用的液壓系統則需要3～4小時。為了製造具有高強度及優良低溫衝擊韌性的四根齒條，振華重工在挑戰精細加工的極限：四根90米長的齒條，實現加工垂直直線度

直線水平方向的偏移量稱為水平直線度，垂直方向則稱為垂直直線度。10毫米，或者說只有1厘米的誤差。尹剛對記者說，「當整個樁腿焊接、製造完成後，我們用浮吊把它吊起來往筒裡面插入，四根90米長的齒條一次性順暢地落下，振華重工製造的設備精度達到很高的水準。」

走出國門年幼生命的成熟水平

被命名為「津安2號」和「津安3號」的兩艘管節沉放船，以及「津平1號」拋石整平船，目前正在使用期，已經受到業內的高度關注。採訪時正在籌建中的費馬恩海峽（丹麥—德國）沉埋式隧道正在進入設備採購階段，該大橋橫跨費馬恩海峽，總長是港珠澳大橋的三倍。這條隧道位於德國費馬恩島的北端，用來聯結丹麥的洛蘭島，其中包括79個標準管節，每個標準管節長217米、寬42米、高9米，重達73500噸。來自比利時、丹麥、法國、德國、義大利、荷蘭、韓國和西班牙的公司組成了9個聯合體，就4個工程項目提交了17份技術標書。

丹麥一家國企負責這項造價高達76億美元的工程。該公司技術總監表示：招標旨在確保投標方了解我們的要求，而且我們藉此也了解各家的實力。他補充說明，是否能夠競標成功，取決於承包商的設計是否能在各種限制下發揮創造性。

據何可耕介紹，他剛剛訪問了德國、丹麥的兩個總承包商（兩個隧道的承包商會從相隔18公里的海岸兩端動工），五個標段中三個標段的承包商就振華重工的管節安裝船以及拋石整平船向振華重工表達過合作意向，下一步將進入施工方案及合同價格交流的階段。

在港珠澳大橋的建設工地，到處可見上海振華重工的產品，起重浮吊船、拋石整平船、管節沉放船、大鋼圓筒、管節製作模板……年幼的中國海洋工程裝備製造業，正以全力支撐「世紀工程」的建造。

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