江蘇啟東港,浩蕩千里的長江在此蜿蜒入海,一航局投資研發、振華重工建造的“打樁神器”——140米級打樁船“一航津樁”停靠在港口南側。“一航津樁”是世界樁架高度最高、吊樁能力最強、施打樁長最長、樁徑最大的專用打樁船。藍天白云映襯下,紅白相間的樁架高聳入云,格外搶眼。
在筑港人的眼里,打樁船就是他們強有力的臂膀。建國初期,一航局依靠當時最先進的蒸汽錘,打破了只有外國人才能在中國建設港口的歷史。本世紀初,一航局引進了全國首艘700噸全回轉、多用途打樁起重船“天威號”,填補了當時我國大型多用途工程船舶的空白,在東海大橋施工中展示了強大威力,贏得“筑港精銳”美譽。
然而,隨著工程建設的腳步逐漸走向深海,公司已有的船舶裝備無法滿足深海、高浪、強風海域的施工需求,建造一艘超大型打樁船的想法在中交人心里扎根。
2020年2月,一航局組成“一航津樁”建造組,深入全國各地調研。從天津到深圳,再到常州、揚州、南京,建設者的腳步印在了無數艘打樁船的甲板上。經過多方溝通論證,船舶的樣子逐漸從模糊的想象變成手中精確的圖紙。
“一航津樁”型長124米、型寬39米、型深8米、樁架高142米,最大作業樁重達700噸、最大作業樁長118米+水深、最大作業樁徑6米。作為全世界最先進的專用打樁船,“一航津樁”實現了多項首創革新:實現了打樁船全電力“一鍵啟動”便捷操作;首次采用全電力輔助推進;配備了自主研發的施工管理控制系統,采用“北斗+近岸4G+衛星通信”組合技術,實現了數字化管理、智能化施工、綠色化運行。“一航津樁”能夠勝任大型樁基、風電導管架樁、風電單樁等施工,將在大型港口、跨海大橋、海上風電等工程建設中發揮關鍵作用。
“一航津樁”的樁架長達142米,接近12層樓高,想要將這么長的樁架順利安裝在船上,模型設計、制造、焊接等每一個步驟都必須精益求精。建造組嚴格把控每一個環節,建立起一套將焊接評定、工藝順序、材料選擇等環節包含在內的、從人到船的質量管理體系,并優化了艙室布局,使得船舶整體布局更加合理。
將12層樓高的樁架分段建造、移運、吊裝,是振華重工團隊的任務。對于振華重工團隊負責人何銀棟來說,將這么高的樁架分成幾段建設,不只是一個簡單的數學問題,怎樣分割最為科學合理,是他首先面對的難題。
一航局建造組、振華重工團隊與鎮江船舶設計研究所等多次采用3D建模技術,統籌進行數據計算。“我們綜合考慮振華重工啟東船廠起重能力、車間容量、船塢空間及建造成本后,決定將樁架劃分為5個分段,每個分段包括1至3個平臺,總計14個平臺,并對可行性展開驗證。”何銀棟說。
樁架重量問題直接影響行船安全和施工可行性。為控制整船重量,建造組要求樁架的每一個結構件焊接前都必須過秤,重量符合要求才能進行下一步安裝。在與設計院和供應商充分溝通后,一航局建造組決定采用新型高纖鋼作為核心制作材料,同體積下,這種材料重量僅為傳統鋼材的一半,隔熱性和耐腐蝕性更強。但樁架滑輪組安裝前過秤時,重量仍然超出設計標準的80%。為了保證樁架順利安裝,建造組連夜討論方案,通過優化滑輪組結構減輕了滑輪組重量。“在建造過程中,我們每一個步驟都‘斤斤計較’,正是這樣才保證了打樁船的萬無一失。”一航局建造組組長高小東說。
新材料有明顯的重量優勢,但焊接溫度要求極高,陰雨天施工難度較大。為了保證每道焊縫的質量,振華重工現場施工人員采用了電加溫至260度左右的焊接準備,還采用保溫毯或保溫棉等對焊縫進行2小時保溫處理,并安排專業質檢組隨時監控并記錄相關數據。經過不懈努力,焊后報片檢驗合格率達98%以上。
樁架建造完畢后,要與底腳軸和座孔對接,并且對接誤差不能超過1毫米。“如此大體積、高精度的樁架安裝還是世界首例,要找準支點、精確對接,就好比給一座山找一個針尖大的支點,并保證其穩立不倒。要完成這樣高精度施工,船機協調甚至天氣條件都必須需滿足嚴格的要求。”高小東說。
建造組協調多艘船機,指揮著這場海上的“針線活兒”。吊裝現場兩艘起重船共同施力,將樁架從甲板上吊起,“往左,再往左!”建造組積極協調起重船與船上工作人員,大家一同注視并尋找著這個“龐然大物”的精準落點。兩天兩夜的“穿針引線”作業后,樁架終于與座孔順利對接,偏差不到1毫米。
建造組為“一航津樁”設計了一顆“智慧大腦”。通過信息化的船舶綜合施工管理系統,實時監測并控制船舶的運轉狀態和打樁過程,不管是下達打樁等重要指令,還是船上的鋼纜、絞機等設備的操作,都可以一鍵完成。原先需要5名工人協作配合完成的工作,現在只需要1名工人操作。
通過對液壓系統進行電力控制,“一航津樁”的動力系統實現了電力驅動,成為全球首艘全電力控制的打樁船,避免了傳統打樁船柴油機直接驅動費力、能耗大的缺陷,更加智能環保。
為了讓“一航津樁”在承擔大型深海樁基施工時,在茫茫深海中不會迷失方向,建設者給它安裝了我國自主研發的北斗導航系統。航行時,北斗系統將提供無死角智能導航;作業時,在近岸區域通過網絡精準定位,在外海實現“厘米級”定位,完全能夠滿足樁基施工。“如果出現特殊情況,即便是在沒有通訊信號的外海,北斗系統獨特的短報文收發技術,也可以實現和岸基的通訊傳遞,瞬間信號滿格。”高小東介紹,“北斗系統既可以為我們提供定位服務,也是我們的一道安全防線。”
此外,北斗導航還能與“智慧大腦”聯動,實現類似汽車自動駕駛的功能。在一定范圍內,只需設置好坐標船,就能自主航行到位,既提高工作效率,又節約燃料。
建造者還給“一航津樁”穿上了“風火輪”。傳統打樁船的移動必須依靠絞放錨攬,方向單一且靈活度不高,“如果能讓打樁船自己動起來,就可以在一定范圍內自由移動,不論是施打樁基還是躲避風浪,都要靈活得多。”為了實現這一設想,建造組為“一航津樁”設計了一套獨創的輔助推進系統,讓它具備一定的自航能力。配合減小風浪影響的動力定位系統,可實現船舶原地定位、定向航行,猶如踩上“風火輪”一般,大大減少了它對支持性船舶的依賴。在減少施工成本,提高施工效率的同時,也使它獲得了一定的應急處置能力,能夠從容面對和處理突發事件。
4月11日,隨著起重機構全部安裝,“一航津樁”進入載重試驗關鍵階段,4月25日,驗證測試全部完成,海上首秀的時刻就要到來。未來,“一航津樁”將在大型港口、跨海大橋、海上風電等工程建設中大顯神威,為中交水工的金字招牌再添光彩。