世界最大全電驅(qū)可拆裝環(huán)保絞吸船——“浚瀾”船今年4月在官?gòu)d水庫(kù)清淤試點(diǎn)工程中投用。

“浚瀾”船采用了獨(dú)特的模塊化設(shè)計(jì)。圖為“浚瀾”船在岸邊拼裝。

一名工作人員在“浚瀾”船駕駛艙內(nèi)操作。

官?gòu)d水庫(kù)全景。受訪單位供圖

　　京冀之交，官?gòu)d水庫(kù)猶如一顆璀璨的藍(lán)寶石，鑲嵌在燕山腳下。水面上，船長(zhǎng)付海宏帶著6名船員，緊盯“浚瀾”船作業(yè)情況，適時(shí)記錄、作出調(diào)整。

　　“浚瀾”船是目前世界最大、最先進(jìn)的全電驅(qū)可拆裝環(huán)保絞吸船，集“綠色、高效、智能、環(huán)保”的設(shè)計(jì)理念于一體，擁有多項(xiàng)“獨(dú)門絕技”。作為中國(guó)交通建設(shè)集團(tuán)有限公司為官?gòu)d水庫(kù)治理量身定制的“清淤利器”，該船前不久已正式投入官?gòu)d水庫(kù)清淤試點(diǎn)工程。

　　“浚瀾”船的“獨(dú)門絕技”是如何練成的？與其他絞吸船相比，這一“清淤利器”有何獨(dú)特之處？從“浚瀾”船的設(shè)計(jì)者與使用者口中或許能找到答案。

　　獨(dú)特模塊化設(shè)計(jì)提升疏浚能力

　　建于20世紀(jì)50年代的官?gòu)d水庫(kù)，總庫(kù)容41.6億立方米，是新中國(guó)成立后我國(guó)自行勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工的第一座大型水庫(kù)，在保障流域生態(tài)安全、防洪及綜合治理與生態(tài)恢復(fù)建設(shè)等方面發(fā)揮了巨大作用。盡管已“年過(guò)七旬”，官?gòu)d水庫(kù)仍擔(dān)負(fù)著重要使命——根據(jù)《北京城市總體規(guī)劃（2016年—2035年）》，2035年，官?gòu)d水庫(kù)將恢復(fù)飲用水源功能。

　　然而，水庫(kù)現(xiàn)狀卻并不樂(lè)觀。由于建庫(kù)以來(lái)未進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)性治理，官?gòu)d水庫(kù)淤積泥沙總量已達(dá)6.5億立方米，且中重度及以上底泥污染區(qū)域總面積達(dá)2300萬(wàn)平方米。清淤擴(kuò)容勢(shì)在必行。

　　“官?gòu)d水庫(kù)清淤試點(diǎn)工程已于2024年4月正式啟動(dòng)，該試點(diǎn)工程包括陸上疏挖和水下清淤，其中水下清淤區(qū)域包含攔門沙坎、重金屬區(qū)和壩前漏斗區(qū)三個(gè)部分，清淤工程量達(dá)930.62萬(wàn)立方米。”中交天津航道局有限公司官?gòu)d水庫(kù)清淤試點(diǎn)工程項(xiàng)目部常務(wù)副經(jīng)理閆志生介紹，前期投入的4艘絞吸船主要集中在攔門沙坎、重金屬區(qū)作業(yè)，“浚瀾”船投產(chǎn)后極大地提高了清淤能力，目前已基本完成這兩處作業(yè)區(qū)水下清淤任務(wù)的50%。接下來(lái)，“浚瀾”船不僅要領(lǐng)銜清理上述區(qū)域，還將承擔(dān)壩前漏斗區(qū)域的全部作業(yè)任務(wù)。

　　把壩前漏斗區(qū)交給“浚瀾”船有著特殊考慮。閆志生進(jìn)一步解釋，該區(qū)域形似漏斗，是水庫(kù)下游疏水泄洪洞前的沖刷區(qū)，也是淤泥淤積平均厚度最大的水下區(qū)域，目前平均厚度已達(dá)16米、最深達(dá)32米，傳統(tǒng)疏浚船舶由于挖深不足，很難完成清淤任務(wù)，但對(duì)于“浚瀾”船而言卻易如反掌。

　　針對(duì)官?gòu)d水庫(kù)水下清淤區(qū)域面積較廣、挖深大、土質(zhì)復(fù)雜、輸送距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)為“浚瀾”船“升級(jí)”了裝備模塊，以提升施工能力。“獨(dú)特的模塊化設(shè)計(jì)，就像是給‘浚瀾’船配備了可延展的‘大長(zhǎng)腿’，增加拼裝相應(yīng)模塊后，可將船只挖深從25米增至60米。”中交天津航道局有限公司疏浚技術(shù)與裝備研發(fā)中心主任楊正軍介紹，對(duì)于官?gòu)d水庫(kù)這類不具備通航條件、船只無(wú)法通過(guò)水路直接抵達(dá)的情況，“浚瀾”船特有的模塊化設(shè)計(jì)，能夠以“積木式拼裝”的方式抵達(dá)各個(gè)作業(yè)點(diǎn)。

　　靈活的運(yùn)輸方式為“浚瀾”船施工作業(yè)奠定了良好基礎(chǔ)，而讓它能成為“清淤利器”的關(guān)鍵之一，則是大功率、高效率的疏浚能力。據(jù)了解，“浚瀾”船配備了世界“江河湖庫(kù)”疏浚裝備領(lǐng)域當(dāng)前最強(qiáng)的電力驅(qū)動(dòng)挖掘輸送系統(tǒng)，絞刀功率可達(dá)600千瓦，挖掘效率是以往裝備的3倍，每小時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)疏浚量可以達(dá)到2000立方米，相當(dāng)于每小時(shí)挖空一座標(biāo)準(zhǔn)游泳池。

　　“官?gòu)d水庫(kù)庫(kù)底的土質(zhì)包括淤泥、硬質(zhì)黏土、中等密實(shí)砂土等7種難挖掘土質(zhì)，這是水庫(kù)與平原湖泊最大的區(qū)別。”楊正軍解釋道，軟硬不均的土質(zhì)要求絞刀“吃軟又吃硬”，研發(fā)團(tuán)隊(duì)為此采用國(guó)際先進(jìn)的薄片化設(shè)計(jì)理念，自主研制了五臂通用絞刀，在進(jìn)一步提升15%挖掘效率的同時(shí)，確保絞刀作業(yè)時(shí)能如“水下金剛鉆”一般，以更好應(yīng)對(duì)各類土質(zhì)的考驗(yàn)。

　　疏浚作業(yè)光挖掘破碎水底的淤泥還不夠，還需要將泥沙傳輸至堆場(chǎng)。為了給大功率絞刀尋找合適的“搭檔”，研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)水庫(kù)的特殊工況，自主研制的新一代泥泵較上一代國(guó)產(chǎn)泥泵輸送效率提升10%以上，疊加水下泵和艙內(nèi)泵“串聯(lián)接力”，能將淤泥一口氣“快遞”到5公里以外，輸送效率和輸送距離都得到大幅提升。

　　全電驅(qū)、零泄漏實(shí)現(xiàn)綠色施工

　　“打造世界最先進(jìn)、最綠色環(huán)保的絞吸船”，是研發(fā)團(tuán)隊(duì)為“浚瀾”船確定的一個(gè)目標(biāo)定位。在他們看來(lái)，以“全電驅(qū)”成就“浚瀾”船的綠色環(huán)保設(shè)計(jì)理念再適合不過(guò)。

　　“全電驅(qū)”指的是全船主要?jiǎng)恿τ晒β始泄芾淼碾娬咎峁?，所有施工設(shè)備，包括艙內(nèi)泥泵、水下泥泵、絞刀、液壓泵站等，采用由集中電站供電的各種電機(jī)驅(qū)動(dòng)。“國(guó)內(nèi)很多水庫(kù)兼具水電站功能，周圍有良好的供電條件。采用全電驅(qū)動(dòng)力，可以使船只接入岸電施工，在降低一半以上成本、減少碳排放的同時(shí)，避免設(shè)備漏油，從源頭上降低水體污染的風(fēng)險(xiǎn)。”楊正軍解釋道。

　　以全電驅(qū)作為動(dòng)力配置，“浚瀾”船并非獨(dú)一份。近年來(lái)，隨著綠色、環(huán)保理念融入船舶生產(chǎn)制造各個(gè)環(huán)節(jié)，全電驅(qū)技術(shù)在沿海大型絞吸船領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。以我國(guó)自主設(shè)計(jì)并建造的“天鯤號(hào)”為例，作為國(guó)內(nèi)率先采用全電驅(qū)動(dòng)力的重型自航絞吸船，其優(yōu)秀的可靠性、靈活的動(dòng)力調(diào)配性和寬廣的工況適應(yīng)性，得到了業(yè)界的認(rèn)可，這也為“浚瀾”船的動(dòng)力設(shè)計(jì)提供了必要技術(shù)支持。

　　但將全電驅(qū)設(shè)計(jì)用在可拆裝環(huán)保絞吸船上，可不是“復(fù)制粘貼”這么簡(jiǎn)單，而是凸顯了場(chǎng)景化定制的研發(fā)思路。

　　全電驅(qū)的可拆裝環(huán)保絞吸挖泥船，其設(shè)備數(shù)量更多，為了能夠同時(shí)滿足全電驅(qū)、陸路運(yùn)輸?shù)囊?，每個(gè)分段尺寸和重量都有限制，研發(fā)團(tuán)隊(duì)既做“加減法”又做“乘法”——先根據(jù)功能和運(yùn)輸環(huán)境，將燃油系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、封水系統(tǒng)、泥泵系統(tǒng)等設(shè)備進(jìn)行分類布局；再以陸路運(yùn)輸要求為框架，結(jié)合船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，調(diào)整設(shè)備尺寸，擴(kuò)容艙內(nèi)和甲板利用空間；最后優(yōu)化船舶布置空間，確保各設(shè)備模塊間連接便捷合理、重量分配適宜。

　　作為北京市主要地表水源地之一，官?gòu)d水庫(kù)有一項(xiàng)重要功能是跨流域生態(tài)調(diào)水。這就要求清淤作業(yè)不僅要挖得快，還要清得凈，才能保證其水體不受影響。

　　除了配備環(huán)保動(dòng)力裝置，研發(fā)團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了“浚瀾”船的綠色施工技能。例如，研發(fā)了全封閉淤泥新型環(huán)保絞刀，相當(dāng)于為絞刀配備“隔離罩”，可實(shí)現(xiàn)“零泄漏挖掘”。楊正軍向記者介紹，通過(guò)對(duì)水、泥、機(jī)具的耦合分析，可根據(jù)切泥的厚度精準(zhǔn)控制外罩的開口大小，確保切泥過(guò)程都在封閉空間內(nèi)進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)泥水分離。

　　又如，自主研制了電學(xué)層析成像技術(shù)，通過(guò)微弱電流檢測(cè)輸送管道中漿體的濃度變化，并利用特定數(shù)學(xué)手段逆推被測(cè)物體內(nèi)部的電特性參數(shù)分布，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道中情況的變化，及時(shí)反饋水下作業(yè)狀況。“與傳統(tǒng)放射源檢測(cè)技術(shù)相比，電學(xué)層析成像技術(shù)就像是給輸送的漿體做CT，看得更全面、更細(xì)致。”楊正軍說(shuō)。

　　“智慧大腦”自主優(yōu)化不同工況作業(yè)參數(shù)

　　“浚瀾”船總長(zhǎng)67米，寬11.95米，總裝機(jī)功率4520千瓦。盡管船只體格頗大，操作卻十分簡(jiǎn)單。

　　“浚瀾”船調(diào)試期間，付海宏每天總會(huì)在駕駛艙內(nèi)待上很長(zhǎng)一段時(shí)間，目不轉(zhuǎn)睛地盯著艙內(nèi)的大屏幕。“隨著設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，挖掘效率、輸送流量、輪機(jī)運(yùn)行等各項(xiàng)參數(shù)都會(huì)同步顯示在屏幕上，哪兒出現(xiàn)什么問(wèn)題一目了然。”讓他不禁點(diǎn)贊的，還有完成作業(yè)任務(wù)后的“成果小結(jié)”，“能夠自動(dòng)顯示排距、產(chǎn)量，都不用人工再去計(jì)算，十分方便。”

　　通過(guò)一個(gè)屏幕，了解船載各設(shè)備的作業(yè)狀態(tài)，如此便捷智能的疏浚作業(yè)環(huán)境，得益于研發(fā)團(tuán)隊(duì)為“浚瀾”船搭建的“智慧船舶疏浚監(jiān)控系統(tǒng)”。它如同“浚瀾”船的“智慧大腦”，不僅可以按照預(yù)設(shè)參數(shù)自主運(yùn)行，還能根據(jù)不同土質(zhì)自主優(yōu)化作業(yè)參數(shù)，對(duì)船舶進(jìn)行遠(yuǎn)程操控和監(jiān)測(cè)，甚至實(shí)現(xiàn)無(wú)人化作業(yè)。

　　據(jù)了解，“智慧船舶疏浚監(jiān)控系統(tǒng)”由智能感知系統(tǒng)、自主決策系統(tǒng)、遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)、變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)四大部分構(gòu)成。其中，智能感知系統(tǒng)可以通過(guò)高精度傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土質(zhì)、水流、設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)。在楊正軍看來(lái)，它就像“浚瀾”船的一雙“眼睛”，在監(jiān)測(cè)船舶作業(yè)運(yùn)行狀態(tài)的同時(shí)，也在“學(xué)習(xí)”，并將“學(xué)習(xí)”成果形成相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，再通過(guò)“感知-決策-執(zhí)行”閉環(huán)運(yùn)用在自主決策系統(tǒng)中。

　　楊正軍進(jìn)一步解釋說(shuō)，智能感知系統(tǒng)“學(xué)習(xí)”的內(nèi)容，主要是不同工況條件下的土質(zhì)信息、疏浚作業(yè)的各項(xiàng)參數(shù)。船只在作業(yè)施工時(shí)，上述數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)被記錄，并在進(jìn)行下一段施工時(shí)，自動(dòng)分析比對(duì)工況變化，調(diào)整絞刀轉(zhuǎn)速、橫移速度、水下泥泵轉(zhuǎn)速等參數(shù)，從而保證船舶高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　記者了解到，“浚瀾”船的無(wú)人化作業(yè)主要是為土質(zhì)參數(shù)明確、環(huán)境穩(wěn)定的區(qū)域作業(yè)，或深水、污染底泥區(qū)等人員難以近距離操作情況設(shè)計(jì)。在官?gòu)d水庫(kù)清淤試點(diǎn)工程中，該船目前已在庫(kù)區(qū)成功進(jìn)行多次無(wú)人化作業(yè)測(cè)試。

　　“近二十年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)絞吸挖泥船裝備技術(shù)不斷進(jìn)步，有力地推進(jìn)了我國(guó)絞吸挖泥船裝備的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。‘浚瀾’船的‘智慧大腦’在推動(dòng)我國(guó)疏浚技術(shù)革新的同時(shí)，也刷新了我國(guó)高端疏浚裝備‘智造’新高度。”楊正軍表示，目前研發(fā)團(tuán)隊(duì)正致力于研發(fā)基于數(shù)字孿生的虛擬調(diào)試功能，通過(guò)3D建模預(yù)演施工過(guò)程，同時(shí)探索與北斗導(dǎo)航的深度融合，實(shí)現(xiàn)絞吸船作業(yè)的高精度定位與路徑規(guī)劃。（記者 陳瑤 初英杰）