世界最大全電驅可拆裝環保絞吸船——“浚瀾”船今年4月在官廳水庫清淤試點工程中投用。

“浚瀾”船采用了獨特的模塊化設計。圖為“浚瀾”船在岸邊拼裝。

一名工作人員在“浚瀾”船駕駛艙內操作。

官廳水庫全景。受訪單位供圖

　　京冀之交，官廳水庫猶如一顆璀璨的藍寶石，鑲嵌在燕山腳下。水面上，船長付海宏帶著6名船員，緊盯“浚瀾”船作業情況，適時記錄、作出調整。

　　“浚瀾”船是目前世界最大、最先進的全電驅可拆裝環保絞吸船，集“綠色、高效、智能、環保”的設計理念于一體，擁有多項“獨門絕技”。作為中國交通建設集團有限公司為官廳水庫治理量身定制的“清淤利器”，該船前不久已正式投入官廳水庫清淤試點工程。

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

　　獨特模塊化設計提升疏浚能力

　　建于20世紀50年代的官廳水庫，總庫容41.6億立方米，是新中國成立后我國自行勘測、設計、施工的第一座大型水庫，在保障流域生態安全、防洪及綜合治理與生態恢復建設等方面發揮了巨大作用。盡管已“年過七旬”，官廳水庫仍擔負著重要使命——根據《北京城市總體規劃（2016年—2035年）》，2035年，官廳水庫將恢復飲用水源功能。

　　然而，水庫現狀卻并不樂觀。由于建庫以來未進行過系統性治理，官廳水庫淤積泥沙總量已達6.5億立方米，且中重度及以上底泥污染區域總面積達2300萬平方米。清淤擴容勢在必行。

　　“官廳水庫清淤試點工程已于2024年4月正式啟動，該試點工程包括陸上疏挖和水下清淤，其中水下清淤區域包含攔門沙坎、重金屬區和壩前漏斗區三個部分，清淤工程量達930.62萬立方米。”中交天津航道局有限公司官廳水庫清淤試點工程項目部常務副經理閆志生介紹，前期投入的4艘絞吸船主要集中在攔門沙坎、重金屬區作業，“浚瀾”船投產后極大地提高了清淤能力，目前已基本完成這兩處作業區水下清淤任務的50%。接下來，“浚瀾”船不僅要領銜清理上述區域，還將承擔壩前漏斗區域的全部作業任務。

　　把壩前漏斗區交給“浚瀾”船有著特殊考慮。閆志生進一步解釋，該區域形似漏斗，是水庫下游疏水泄洪洞前的沖刷區，也是淤泥淤積平均厚度最大的水下區域，目前平均厚度已達16米、最深達32米，傳統疏浚船舶由于挖深不足，很難完成清淤任務，但對于“浚瀾”船而言卻易如反掌。

　　針對官廳水庫水下清淤區域面積較廣、挖深大、土質復雜、輸送距離遠等特點，設計團隊為“浚瀾”船“升級”了裝備模塊，以提升施工能力。“獨特的模塊化設計，就像是給‘浚瀾’船配備了可延展的‘大長腿’，增加拼裝相應模塊后，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與裝備研發中心主任楊正軍介紹，對于官廳水庫這類不具備通航條件、船只無法通過水路直接抵達的情況，“浚瀾”船特有的模塊化設計，能夠以“積木式拼裝”的方式抵達各個作業點。

　　靈活的運輸方式為“浚瀾”船施工作業奠定了良好基礎，而讓它能成為“清淤利器”的關鍵之一，則是大功率、高效率的疏浚能力。據了解，“浚瀾”船配備了世界“江河湖庫”疏浚裝備領域當前最強的電力驅動挖掘輸送系統，絞刀功率可達600千瓦，挖掘效率是以往裝備的3倍，每小時的標準疏浚量可以達到2000立方米，相當于每小時挖空一座標準游泳池。

　　“官廳水庫庫底的土質包括淤泥、硬質黏土、中等密實砂土等7種難挖掘土質，這是水庫與平原湖泊最大的區別。”楊正軍解釋道，軟硬不均的土質要求絞刀“吃軟又吃硬”，研發團隊為此采用國際先進的薄片化設計理念，自主研制了五臂通用絞刀，在進一步提升15%挖掘效率的同時，確保絞刀作業時能如“水下金剛鉆”一般，以更好應對各類土質的考驗。

　　疏浚作業光挖掘破碎水底的淤泥還不夠，還需要將泥沙傳輸至堆場。為了給大功率絞刀尋找合適的“搭檔”，研發團隊針對水庫的特殊工況，自主研制的新一代泥泵較上一代國產泥泵輸送效率提升10%以上，疊加水下泵和艙內泵“串聯接力”，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、零泄漏實現綠色施工

　　“打造世界最先進、最綠色環保的絞吸船”，是研發團隊為“浚瀾”船確定的一個目標定位。在他們看來，以“全電驅”成就“浚瀾”船的綠色環保設計理念再適合不過。

　　“全電驅”指的是全船主要動力由功率集中管理的電站提供，所有施工設備，包括艙內泥泵、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驅動。“國內很多水庫兼具水電站功能，周圍有良好的供電條件。采用全電驅動力，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，避免設備漏油，從源頭上降低水體污染的風險。”楊正軍解釋道。

　　以全電驅作為動力配置，“浚瀾”船并非獨一份。近年來，隨著綠色、環保理念融入船舶生產制造各個環節，全電驅技術在沿海大型絞吸船領域得到推廣應用。以我國自主設計并建造的“天鯤號”為例，作為國內率先采用全電驅動力的重型自航絞吸船，其優秀的可靠性、靈活的動力調配性和寬廣的工況適應性，得到了業界的認可，這也為“浚瀾”船的動力設計提供了必要技術支持。

　　但將全電驅設計用在可拆裝環保絞吸船上，可不是“復制粘貼”這么簡單，而是凸顯了場景化定制的研發思路。

　　全電驅的可拆裝環保絞吸挖泥船，其設備數量更多，為了能夠同時滿足全電驅、陸路運輸的要求，每個分段尺寸和重量都有限制，研發團隊既做“加減法”又做“乘法”——先根據功能和運輸環境，將燃油系統、液壓系統、封水系統、泥泵系統等設備進行分類布局；再以陸路運輸要求為框架，結合船體結構設計，調整設備尺寸，擴容艙內和甲板利用空間；最后優化船舶布置空間，確保各設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，官廳水庫有一項重要功能是跨流域生態調水。這就要求清淤作業不僅要挖得快，還要清得凈，才能保證其水體不受影響。

　　除了配備環保動力裝置，研發團隊還開發了“浚瀾”船的綠色施工技能。例如，研發了全封閉淤泥新型環保絞刀，相當于為絞刀配備“隔離罩”，可實現“零泄漏挖掘”。楊正軍向記者介紹，通過對水、泥、機具的耦合分析，可根據切泥的厚度精準控制外罩的開口大小，確保切泥過程都在封閉空間內進行，從而實現泥水分離。

　　又如，自主研制了電學層析成像技術，通過微弱電流檢測輸送管道中漿體的濃度變化，并利用特定數學手段逆推被測物體內部的電特性參數分布，從而實時監測管道中情況的變化，及時反饋水下作業狀況。“與傳統放射源檢測技術相比，電學層析成像技術就像是給輸送的漿體做CT，看得更全面、更細致。”楊正軍說。

　　“智慧大腦”自主優化不同工況作業參數

　　“浚瀾”船總長67米，寬11.95米，總裝機功率4520千瓦。盡管船只體格頗大，操作卻十分簡單。

　　“浚瀾”船調試期間，付海宏每天總會在駕駛艙內待上很長一段時間，目不轉睛地盯著艙內的大屏幕。“隨著設備運轉，挖掘效率、輸送流量、輪機運行等各項參數都會同步顯示在屏幕上，哪兒出現什么問題一目了然。”讓他不禁點贊的，還有完成作業任務后的“成果小結”，“能夠自動顯示排距、產量，都不用人工再去計算，十分方便。”

　　通過一個屏幕，了解船載各設備的作業狀態，如此便捷智能的疏浚作業環境，得益于研發團隊為“浚瀾”船搭建的“智慧船舶疏浚監控系統”。它如同“浚瀾”船的“智慧大腦”，不僅可以按照預設參數自主運行，還能根據不同土質自主優化作業參數，對船舶進行遠程操控和監測，甚至實現無人化作業。

　　據了解，“智慧船舶疏浚監控系統”由智能感知系統、自主決策系統、遠程操控系統、變頻驅動系統四大部分構成。其中，智能感知系統可以通過高精度傳感器網絡，實時監測土質、水流、設備狀態等數據。在楊正軍看來，它就像“浚瀾”船的一雙“眼睛”，在監測船舶作業運行狀態的同時，也在“學習”，并將“學習”成果形成相關數據庫，再通過“感知-決策-執行”閉環運用在自主決策系統中。

　　楊正軍進一步解釋說，智能感知系統“學習”的內容，主要是不同工況條件下的土質信息、疏浚作業的各項參數。船只在作業施工時，上述數據會自動被記錄，并在進行下一段施工時，自動分析比對工況變化，調整絞刀轉速、橫移速度、水下泥泵轉速等參數，從而保證船舶高效運轉。

　　記者了解到，“浚瀾”船的無人化作業主要是為土質參數明確、環境穩定的區域作業，或深水、污染底泥區等人員難以近距離操作情況設計。在官廳水庫清淤試點工程中，該船目前已在庫區成功進行多次無人化作業測試。

　　“近二十年來，隨著國內絞吸挖泥船裝備技術不斷進步，有力地推進了我國絞吸挖泥船裝備的國產化進程。‘浚瀾’船的‘智慧大腦’在推動我國疏浚技術革新的同時，也刷新了我國高端疏浚裝備‘智造’新高度。”楊正軍表示，目前研發團隊正致力于研發基于數字孿生的虛擬調試功能，通過3D建模預演施工過程，同時探索與北斗導航的深度融合，實現絞吸船作業的高精度定位與路徑規劃。（記者 陳瑤 初英杰）