大国重器“运安一体船系列报道”：从零到一的研发跨越
鲁网7月7日讯 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，中交一航局全体人员集思广益、群策群力，历时三年多时间研发出世界首制运安一体船，用自主科技创新解决了深中通道施工“卡脖子”难题，引领世界跨海沉管隧道施工进入智能化时代。从研发构想到论证建造，从试用操作到优化创新，大国重器史无前例创新的背后，是科研、施工、监造、监测等各个团队的合力奔赴，是筑港摇篮的技术积淀和集体智慧的结晶。近日，记者从驻青央企中交一航局第二工程有限公司了解到“运安一体船”建设的背后故事，全方位解读一体船世界首创背后鲜为人知的故事。
运安一体船系列报道之研发团队：从零到一的跨越
“经过2020年6月至今的实战检验，一体船实现了预期功能，甚至在某些方面比预想得还出色。”今年4月27日，深中通道E18管节在伶仃洋海底顺利安家，并创下连续6节沉管毫米级安装的世界纪录，全国水运工程建造大师李一勇感慨地说。
深中通道沉管隧道长6.8公里，由32节双向八车道钢壳混凝土沉管相接而成，是当今世界最宽沉管隧道和世界首次大规模应用的钢壳沉管隧道。可从建设立项开始，深中通道就面临一个又一个亟需解决的世界难题。
三年积淀的灵感
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，就参与到深中通道有关技术方案的论证工作中。深中通道沉管隧道，面临钢壳结构新形式、尺寸超宽、浮运距离超长、航道封航时间长等许多新的难题，没有现成的装备满足要求。研发新的方案和装备，成为必由之路。
为满足施工要求，一航局迅速组建了以李一勇为首，涵盖了设计、研究、装备、施工等专家和工程师的研发团队，并分别成立了以李增军、张乃受等为主要成员的天津小组，以刘德进、苏长玺、冯海暴等为主要成员的青岛小组，各自开展研究攻关。团队内部、团队之间“争论”成为常态，会议也是每周必开的状态。团队成员已记不清有多少加班的夜晚，一次，将近晚上12点，青岛小组成员在回家路上越聊越兴奋，干脆直接调头返回办公室，直到将近天明。
研究的第一个方向，是把港珠澳大桥使用的“津安2”“津安3”安装船切开加宽。但随之而来又带来一个新问题：现有航道宽度不足，需进行航道拓宽。据粗略估算，挖泥量将达到4000万方。不论经济效益还是社会效益，都难言优越。此外，同时还面临造船周期长、航道封航时间长等问题。
后来，研发团队又提出了新造自航式半潜船的方案，拖带沉管并完成安装。但如此大体量的船舶，需要对原有预制厂进行加深，同时在出运和安装现场都挖出特别大的下潜坑。无掩护水域，航母级沉管进行长时间下潜作业，一旦流速、波浪等条件变化，可能带来致命风险。沉管下船后，还需拖带到安装隧址处，也存在巨大风险因素。
同样，半潜船的造价和建造工期问题，也不容忽视。“以上两种方案，反复研究论证持续了数年，但效果都不是很理想。研发团队想要实现的一个目标，就是全面突破原有传统方案，在满足现场施工条件的同时，把挖泥方量降下来，更大程度地满足经济效益和社会效益。”李一勇回忆。
在三年反复研究论证中，还尝试过隧址处预制舾装方案、大铲岛预制浮运方案等，但都因种种原因未达预期，也没有形成共识。时间来到2016年，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连成一体，再给船带上“腿”（自带动力）？灵感迸发往往在一瞬间，这个提议马上让专家眼前一亮，会议室的氛围变得热闹起来。
“珠江口航速最低要求5节，动力要配足。有10公里的航道是横流，需要有抵抗横流的侧推系统。”“遇到狭窄的航道可用DP定位，自动循迹可以保持航线准确，能降低人工操作误差。”“除了安装沉管，还要预留空间，兼顾多样化的使用需求。”“航道宽度不能超过160米，要保证方案有竞争力，就要进一步缩减航道宽度，应成为不再突破的红线。”……不知何时，窗外下起了大雨。研发团队当即分工，几个成员再次通宵细化。
从2013年启动到2016年9月取得根本突破，研发团队基本上把可能采取的方案进行了系统“摸排”。从0到1的科技之路，也是走过“山穷水复”后，才迎来“柳暗花明”的过程。一体船的研究方向，逐渐清晰。
在反复研究中推进
经深入细化，研究方向逐渐明晰。“一体船的‘一体性’主要体现四个方面：首先是船体结构上的一体，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。‘津安2’‘津安3’只能用于安装，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，更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，组合为一个整体，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。
三个月时间转瞬即逝，2016年12月，一航局主要领导带队，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。研发总负责人李一勇提出了明确的目标和路径，以及方案的技术细节和可能出现的问题。果不其然，汇报方案一经发布，业主单位领导和专家就给予了高度认可，称赞这又是一次重大的创新和跨越。
方向确定后，团队完成了有关船体结构的工艺方案，确定了各项工艺参数，完成了一体船的可行性论证，并委托有关船舶设计单位进行了设计论证。从2017年初开始，研发团队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，进一步明确设定的目标值。期间，研发团队与科研机构就一体船动力、航行及沉管沉放等关键课题进行了反复的研究论证，并与设计单位、业主单位等相关单位深入沟通。
2018年7月，一体船正式进入建造阶段，并于2019年6月1日顺利出坞，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。
站在科技的肩膀上
在一次次细化中，一体船“一航津安1”的形象逐渐清晰：主船体采用双体船船型设计，集沉管浮运、定位、沉放和安装等功能于一体，船长190.4米，船宽75米，型深14.7米，甲板面积相当于两个足球场。
“‘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-1动力定位功能，在带沉管工况下可抵抗1.6节横流。”公司时任科技部总经理李增军介绍。
同时，还可以具备航迹追踪及偏移纠偏功能，航迹可保持在85米以内，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。相比传统管节浮运安装方式，可大幅减少浮运航道疏浚量1500万方，节省造价数亿元。
出坞后，“一航津安1”按计划进行管系、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。一年后的2020年6月16日，“一航津安”迎来首秀，顺利浮运安装深中通道首节沉管，实现了世界海工领域的新跨越。
科技研发，是“天时、地利、人和”的集合，受制于当时的配套产业链及科技发展水平，也离不开一个团队从决策到研发的魄力和执行力。这些，都是成就一体船的重要因素。“一体船从概念的提出到最终的落地成为现实，依靠的是一航局70多年水工建设历史积累形成的优秀传统和经验，凝聚了研发团队的集体智慧，也是在多家单位的大力协同配合下实现的，更是国家强盛、时代进步，我国整体工业水平飞跃的见证。”在李一勇认真地说，一体船的建成，有背景、有基因、有市场需求，是一航人在传承和创新中一步一步从积淀中结出的硕果。（本网记者）