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海上巨无霸“天鲲号”到底有多牛?

毛振华 | 瞭望智库特约观察员

发布日期:2018-07-18

近日,被誉为“造岛神器”、有着亚洲最大绞刀功率的重型自航绞吸挖泥船 “天鲲号”,成功完成首次海上航行试验,向着成为一艘真正的疏浚利器迈出了关键一步。

近日,被誉为“造岛神器”、有着亚洲最大绞刀功率的重型自航绞吸挖泥船 “天鲲号”,成功完成首次海上航行试验,向着成为一艘真正的疏浚利器迈出了关键一步。

至此,这艘海上巨无霸基本完成建造工程,今年8月就将正式交付投资和设计方中交天津航道局有限公司(下称“中交天航局”)使用。

重型挖泥船属于高技术含量、资金密集型国家重要基础装备。无论是世界最大人工深水港天津港的开挖,还是长江深水航道的疏浚,都离不开重型挖泥船的身影。

全世界只有荷兰、比利时等少数几个国家掌握自主设计、建造的核心技术,重型挖泥船也多作为国家战略装备统一管理。

那么,作为疏浚利器,作为重型装备加速国产化的代表,“天鲲号”究竟有什么厉害之处?

 

1.中国在自主创新上又向前迈进一大步

无论是苏伊士运河开挖、巴拿马运河拓宽、还是远海岛礁建设,一系列工程都离不开钢铁巨轮——重型绞吸船的身影。遗憾的是,在相当长时间里,重型挖泥船不是我国想造就能造的。其核心技术掌握在了荷兰、比利时等少数几个国家手中,重型挖泥船也大都作为国家战略装备统一管理。

中国现代疏浚业起源于天津,已走过120年历程。不过,在中交天航局投资建造的“天鲸号”诞生前,我国重型挖泥船进口比例高达八九成。

注:中交天航局的全称为中交天津航道局有限公司,由始建于1897年的海河工程局发展而来,历史已逾百年,是国家大型港口与航道工程企业。

中国一直都是疏浚大国,却不是疏浚强国。在中交天航局内部有一个关于“黄金换船”的故事,将这种窘境形容得淋漓尽致。1966年,为了从荷兰引进自航耙吸船“津航浚102”轮,中交天航局花费了折合4吨黄金的高价。

姑且不说国外卖不卖,即便是从国外进口的重型挖泥船,通常也不是技术最先进的,在关键工程中掉链子的状况时有发生。这时就不得不租用国外现役挖泥船,但这样一来又会产生新的问题。国际上主要的疏浚公司会利用它们在国际上的垄断地位,使租用价格居高不下。如果是关键位置的疏浚工程,敞开怀抱让外国企业介入还涉及到泄露国家水文、地质等重要地理数据。

过去依赖进口,根本原因就是因为关键技术吃不透、攻不下,买到的还是西方淘汰的挖泥船及技术。中国只有实现重型挖泥船的自主研发、建造,才能突破封锁,不受制于人,实现我国河道疏浚、航道开挖、海疆建设的独立自主。

从“天鲸号”开始,我国重型挖泥船的自主化已迈出关键一步——“天鲸号”是由国外设计、国内建造的现役亚洲最大绞吸挖泥船。

而中交天航局新近下水的“天鲲号”,是“天鲸号”的姊妹船,在自主创新上又向前迈进了一大步。作为首艘国内设计建造、拥有完全自主知识产权的重型自航绞吸挖泥船,“天鲲号”标志着我国已经能够自主设计建造新一代的重型自航绞吸挖泥船,实现了该船型关键技术的突破。

中国成为世界上少数几个能够用自己的设备和技术疏浚航道、吹填造地的国家之一。

2.历时两年半,从图纸变成现实

“天鲲号”本质上是一艘工程船。不过,远远不同于一般的搬运沙石铁矿的工程船,重型挖泥船技术含量高、资金密集,是一个国家的重要基础装备。

挖泥船是专门用来挖取水底淤泥的设备,根据工作方式分为绞吸式挖泥船、耙吸式挖泥船、反铲式挖泥船等种类。绞吸式挖泥船工作时,先利用转动着的绞刀绞松水底的土壤,与水泥混合成泥浆,经过吸泥管吸入泵体,并经过排泥管送至排泥区。直观来看,绞吸式挖泥船都拖着一根长长的“脐带”,一端连着船体,另一端连接排泥区。

2011年10月,工信部、财政部联合批复了“5000千瓦绞刀功率绞吸式疏浚船关键技术”研究项目。

这个项目由中交天航局牵头组织,中船工业第708研究所、上海交通大学等多家单位参加研究,强强联合组成研发生力军。历时五年,研究项目顺利通过工信部验收,基本设计图纸通过了中国船级社批准。

注:中国船级社是国家的船舶技术检验机构,是我国唯一从事船舶入级检验业务的专业机构。

中船工业第708研究所操刀设计,上海振华重工启东海洋工程股份有限公司承建的“天鲲号”于2015年底正式开工。

一艘重型挖泥船的建造通常有五大节点:开工、下水、码头系泊试验、海试、交付。

从2015年12月开工至今,“天鲲号”全船建造历时两年半,去年11月已经正式下水。

最近的这次海上试航,经长江口北角开往浙江花鸟山海域进行,历时近4天。

从实际运行状况看,海试全面检测和验证了船舶动力系统的可靠性和稳定性。航速测定、停船试验、回转试验、抛锚试验、操舵装置试验等都经过了实操考验。除了航行时需要进行慢车、停车、全回转、溺水救生等一系列紧急动作外,还对雷达、电罗经、磁罗经等助航辅助设备进行了调试校正。

经过这样一个过程后,“天鲲号”终于从图纸变成了现实中的国之重器。再经过挖泥设备测试后,“天鲲号”就能交付中交天航局,开启星辰大海般的宏伟事业。

3.造一艘“天鲲号”并不比造国产航母容易

一些曾参与“天鲲号”设计建造的工程人员感慨,“天鲲号”核心装备的建造难度不亚于国产航母。

工程船舶建造周期一般在一年左右,监造组人员多为8到9人。而“天鲲号”监造组配员多达16人,建造周期远超一年。

桥架双耳轴设计、油缸可倾倒设计……一系列科技创新点对船舶建造提出了更精密要求。监造组通常职责是对建造进度和质量总体把控,这一次为了确保质量,“天鲲号”中交天航局监造组承担了更多工作,分为船体组、轮机组和电气组,与船厂密切配合。

设计的中桥架耳轴材料,寻遍国内各大供应商无法买到,继续寻找必将影响建造工期。监造组灵活转换思路,联合设计单位和船厂经过3天通宵达旦的分析论证,终于找到了可行的替代材料。

钢桩台车系统是绞吸挖泥船的标配。船舶作业时,需要将钢桩插入海底,从而实现精准挖泥。钢桩台车系统的受力水平,直接决定船舶适应恶劣海况的能力。这个关键设备建造过程也充满了波折。

为最大程度提升钢桩台车受力能力,监造组想到了使用柔性技术。不过,该技术被国际公司封锁,我们只能自己想点子自己造。

由于技术难度大,厂家都不敢接活,监造组就与厂家一起攻关,设计图纸改了20多回,方案研讨会开了无数次,终于攻克难关。

国家级期刊《航海技术》是这样说的,“天鲲号”配备了由我国自主设计制造的目前世界上最先进的油缸式柔性重型钢桩台车系统。

从设计研发到成功海试,累计包含11项建造子课题的“天鲲号”,刷新了国产疏浚装备建造的新纪录。

4.鲲之大,不知其几千里也

《庄子·内篇·逍遥游第一》 有言:北冥有鱼,其名为鲲。鲲之大,不知其几千里也。取名“天鲲号”的我国自主设计建造的重型挖泥船究竟有多大呢?

站在位于江苏启东的船厂码头上仰视“天鲲号”,这时候才能近距离领略到亚洲最大自航绞吸挖泥船的雄姿,也才会对中国自主创新突破有更切身的感受。

“天鲲号”全船长140米,宽27.8米,最大挖深35米,总装机功率25843千瓦,设计每小时挖泥6000立方米,绞刀额定功率6600千瓦。“天鲲号”的尺寸大小、绞刀功率和总装机功率也是全亚洲最大的,装备了亚洲最强大的挖掘系统、最大功率的输送系统和国际最先进的自动控制系统。

其泥泵输送功率达到17000千瓦,为世界最高功率配置,其吸泥管和排泥管连接起来,最长能达到15千米,每小时能将6000立方米的“泥巴”通过管道运送到15千米开外,运送距离为世界之最。

这些数字只是数字,无法给我们更直观的感受,由于距离交付还有几个月时间,缺少实战经验,“天鲲号”究竟有多大挖掘能力,用它的姊妹船“天鲸号”来类比最具可参照性。

作为现役亚洲第一的绞吸式挖泥船,“天鲸号”装备了当时亚洲最强大的挖掘系统,绞刀功率达到4200千瓦。

“天鲸号”在吹填作业时,能以每小时4500立方米的速度将海沙、海水的混合物排放到6公里外,每天吹填的海沙达十多万立方米。它每小时可挖掘的海底混合物,可以填满一个标准足球场大、半米深的坑,称它削岩如泥毫不夸张。自2011年投入使用以来,它在国内多个重点项目建设中显示出强大威力,特别是在挖掘岩石与长排距疏浚工程中创造了显著的效益,南海岛礁施工更是一战成名。

“天鲲号”疏浚能力则进一步提升,挖掘力更强,一个小时在海上填出一个足球场不在话下。而且,风化岩、岩石、淤泥、黏土等不同土质都能适应。从海底挖出的底泥最远可输送到16公里以外,具有很强的海上适应能力。“天鲲号”配置了通用、黏土、挖岩及重型挖岩4种绞刀,可以开挖单侧抗压强度50兆帕以内的岩石。能把土壤、卵石甚至岩石绞碎,比我国以前挖泥船能力提升了一大截。

绞吸式挖泥船可广泛用于河道清淤、湖泊疏浚、港池开挖和大型吹填造地工程等领域。比如,南海的海底有很多硬的珊瑚礁,一般的挖泥船都绞不动,天鲲号的绞刀就可以绞碎,疏浚南海航道。

由于“天鲲号”具有全球无限航区航行能力,未来或将随着航道公司远赴海外开展项目。称“天鲲号”为亚洲最大的自航绞吸挖泥船毫不夸张。

5.胸中有丘壑,眼里存山河

“大”还不是“天鲲号”最主要的特征,它在创新上的突破更为难能可贵。

“天鲲号”安装了国内最先进的绞吸挖泥船智能集成控制系统,有了这个“大脑”,可实时显示疏浚三维土质、推算潮位、管理能效、智能自动挖泥,真正做到了“胸中有丘壑,眼里存山河。”

“天鲲号”在全球首创双定位系统,用于定位的两根钢桩长55米、重达184吨。两根钢桩在作业时,不仅有定位功能,还是船舶的两条“腿”,可随时更换作业区。

在船体上层居住区域和主船体甲板之间,有多个气囊进行隔离。这是“天鲲号”首创的气动减震装置。148只柔性气囊在挖泥时充满气体,有效缓冲船体工作状态下的震动。

充分吸取“天鲸号”大风浪环境下海上作业的经验,“天鲲号”做了诸多改进。例如,船的桥架重量高达1600吨,可满足挖掘高强度岩石的需要;桥架配置了世界最大的波浪补偿系统,能确保船舶在大风浪工况下的施工安全;船上搭载的三缆定位系统,可适应4米高的波浪。

“天鲲号”还是国内第一艘采用全电力驱动的自航绞吸船,更有助于环境保护及节能减排。在智能海水冷却系统、海水淡化装置、折臂吊机等细节方面的创新突破更是言说不尽。

“天鲲号”在我国重型挖泥船领域的创新突破是全方位的,称得上创新的集大成者。也正因为此,“天鲲号”被认为是新一代建设中国海疆、共筑中国梦的国之重器。

6.海外擎起中国疏浚的旗帜

从整船进口,到国外设计国内建造,再到国内自主设计建造,这些年从无到有、从有到强,“天鲸号”“天鲲号”成了中国疏浚行业自主创新能力的试金石。

由中交天航局投资,联合上海交通大学及一家德国公司设计的“天鲸号”,迈出了我国大型疏浚装备国产化的第一步。正是依靠包括“天鲸号”在内的一艘艘国产现代化疏浚装备,我国首条人工复式航道开挖、世界上最大的人工深水港通航、国内面积最大的保税港区落成等一系列宏大工程才能真正落地。

这些工程对于“天鲲号”而言更是不在话下。“天鲲号”是响应“一带一路”倡议,为提升我国在国际高端疏浚市场竞争力而打造,是我们建设海洋强国的国之重器。

近几年,国产疏浚装备足迹覆盖越来越多“一带一路”国家。它们曾远赴马来西亚、俄罗斯、乌克兰等地,在海外擎起了中国疏浚的旗帜。

2015年4月25日,中交天航局的耙吸挖泥船“通远”轮、“通旭”轮经过40多天,途径太平洋、印度洋、大西洋以及苏伊士、基尔两大运河的12500海里超远距离航行,抵达俄罗斯圣彼得堡布朗克港项目工地正式施工。这是中国疏浚企业在欧洲承揽的第一个疏浚工程。

圣彼得堡布朗克港项目中,我们克服船舶超长距离调遣、工况复杂及整合五国疏浚资源等困难,经过233天紧张施工,提前完成施工任务。从根本上结束了圣彼得堡港依靠大船过驳装卸货物的历史,对提升圣彼得堡港的吞吐能力具有里程碑意义,同时更成为中国疏浚业践行国家“一带一路”倡议的成功典范。

2017年6月,“中巴经济走廊”首批项目——巴基斯坦卡西姆发电厂港池与航道疏浚吹填工程正式完工。该项目也由中交天航局负责施工,作为卡西姆港燃煤应急电站项目的配套工程,疏浚工程总量达479万方。建成后有助于缓解巴基斯坦卡拉奇市及周边省市的电力短缺现象,促进当地的经济和民生发展。

“天鲲号”正式投入使用后也将奋进在重大工程一线,在海内外擎起中国疏浚业自主创新的大旗。

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