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过三峡大坝:大船爬楼梯,小船坐电梯

发表于 01/05/2020 三峡工程| 转发给朋友 | 浏览次数:27

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交通发布 2020-04-30 20:14:51
三峡高科技|大船爬楼梯,小船坐电梯

安全高效运行的三峡双线五级船闸和三峡升船机2019年通过量达1.48亿吨。

“科技,是真正的第一生产力!”日前,站在三峡大坝上,看到船闸闸门开开合合,升船机上上下下,船舶“大船爬楼梯,小船坐电梯”,有序而繁忙,交通运输部专家委员会委员齐俊麟感叹道。

伴随着2003年三峡成库、三峡船闸运行,三峡通航人担负起国之重器的通航管理重任,“一切为了通航、一心服务船方”的初心始终不变:一方面,组织近百人的高精尖人才队伍,展开“三峡—葛洲坝梯级通航运行关键技术与应用”全套技术研究,并于2019年最终完成;一方面,实行必要的工程措施,开展有效的管理创新,挖潜、再挖潜,让船闸通过能力稳步提升。

三峡高科技|大船爬楼梯,小船坐电梯

葛洲坝枢纽安全运行近40年,科技助力其通航效益不断提升。

诸多创新成果、发明创造,让三峡—葛洲坝梯级枢纽自动控制技术、智能系统“从无到有,从有到优”,两坝船闸管理从“人海战术”到智能通航蜕变,不断赢得船东、船员的交口称赞。

特别是党的十八大以来,实现了“零死亡、零沉船、零污染”目标。“安全、畅通、绿色、高效、和谐”的水运大通道,为新时代长江这条巨龙的腾飞,增添了无比强大的力量!

高精尖队伍联合攻关 船行三峡越走越顺

“在长达19年的科技攻关里,一系列原创性成果,给三峡—葛洲坝超高水头梯级枢纽的安全、高效、稳定运行加装了强有力的‘安全阀’!”齐俊麟欣慰地表示。

他清晰地记得,2003年三峡水利枢纽蓄水后,“高峡出平湖”,形成了670公里优质库区航道,水运成为长江上游地区运输方式的首选。

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三峡航段平安高效、船流如织。

59公里的三峡航段里,逐渐有了“两坝一峡一机十三闸”,成为长江干线连接中上游的“咽喉要道”;形成的坝上库区航段、两坝间急流航段和坝下天然航段三段梯级航道,连续最大落差达140米,加上特有的“四滩一弯一关”之险,被世界公认为最复杂的通航环境。

事关国家战略安全、黄金水道通畅、经济社会发展,这里具有天然的“四高”特征:政治敏感度高、安全风险度高、民生关联度高、社会关注度高,一直处于全国乃至世界的“聚光灯”下。

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三峡-葛洲坝两坝间航道。

更为重要的是,三峡库区水位从67米、135米、156米到175米,加上2018年起过坝船舶实施100%安检,要求越来越严格,运行维护管理任务越来越艰巨。

运行之初,无经验可循。面对多闸运行联控、通航调度控制、通航保障等诸多难题,如何破解?

十几年来,三峡通航管理局(简称三峡局)联合交通运输行业11家科研院所、3家国内知名创新企业,以“借鉴经验、自主开发,立足当前、适度超前”为原则,组建了近百人的高精尖人才队伍,深入开展“三峡—葛洲坝梯级通航运行关键技术与应用”课题研究,并于2019年完成。

众多原创性科研成果,构建了“四大体系”(安全高效通航运行理论方法体系、自动控制与智能调度技术体系、关键设备设施服役状态评估与快速检修技术体系、通航安全保障技术体系),解决了船舶通航行为规范化、过闸快速化、通航调度智能化等诸多难题。

更让齐俊麟感到欣慰的是,在此过程中,无数科研工作者始终初心不变,坚守科研第一线,用一项项凝聚着汗水和智慧的发明创造,让两坝船闸通航能力提速、再提速,更让三峡—葛洲坝通航建筑物实现“从用好到好用”“从管好到好管”的蝶变,船东满意度达90%以上。

曾经咆哮的江水,已变得平静;曾经纷乱的航行,已变得有序;险象环生成为过去,“川江不夜航”成为历史;船舶通航行为规范、过闸快速、通航调度智能……

“自16岁就在长江跑船,如今已40年,我是三峡河段每一次大事件的亲历者和见证人,变化最大的是这十几年。船行三峡越来越安全,航道越走越顺。这里树立了通航典范,创出了世界奇迹!”长航集团有限公司总船长何伟赞许道。

全线联控智控 船闸好管好用

三峡双线五级船闸,一个闸室有问题,一线都不能动;多线、多级、多专业,组织协调相当困难。为了两坝船闸运行可靠、安全,船舶运行调度科学高效,几代科研人员进行了不懈努力。

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三峡船闸全景。

“三峡船闸控制系统的每一项数据,都是经过精确计算出来的。看似一个简单公式,从设想到运用,要经历好多年!”谈起“安全高效通航运行理论方法体系”研究,参与其中的长江勘测规划设计研究有限责任公司机电院副总工程师段波感慨。

据介绍,随着“水涨船高”“水落船低”,过闸船舶由此实现“上下楼梯”。这需要三峡双线5级、葛洲坝3个单级船闸精准地充水、泄水、开门、关门等,以减少人为误差,提高运行效率。涉及的变数、面临的技术难题众多,一代代科研人为之付出了辛勤的汗水。

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三峡双线五级船闸。

段波介绍,在三峡工程蓄水前,国家“八五”“九五”科技攻关时,三峡船闸运行控制系统的科技攻关工作就在一步步推进。经过多年努力,以“硬件冗余”“软件容错”为原则,研发出的“三峡—葛洲坝船闸集散自动控制系统”,实现了高可靠性、极低的故障率。自运行至今,未发生一起因设备原因而使通航受影响的事件。

“在此过程中,相关部门密切配合、通力合作,为讨论一个公式、一套软件而加班加点,已是家常便饭。”段波说。

三峡船闸的设计,是基于计划经济体制下以船队为主的运行环境,规划2030年通过量达到亿吨。按照设计标准,一闸室能过6至7个船队,10分钟左右进闸。然而,改革开放后“有水大家行船”,过闸船舶变成以单船为主,单船进闸距离拉大,进闸时间最初高达1小时!

如此效率,如何满足日益增长的船舶过坝需求?挖潜提效筑通途!

“通过多年的科技创新,船闸通过能力被一分钟一分钟地挖掘出来。”三峡局副局长陈冬元介绍道。

他们研发了“同步移泊技术”,通过“单船同步进闸”组织方式,实现同闸同排船舶像船队一样“捆绑”进闸、出闸、在闸室间移泊,三峡船闸单线从初期一昼夜运行7至9闸次,提升到16至17闸次;

他们优化船闸阀门运行控制参数,实现两坝船闸最优运行控制,最大化利用闸室面积与水深;

他们还实施了“葛洲坝三闸合一”“船闸机电水一体”的科研探索……

目前,葛洲坝和三峡船闸实际一次过闸平均载重吨位达1.77万吨(设计1.02万吨);过闸船型标准化率达85%,闸室面积利用率由55%提高到70%;三峡过闸船舶吃水控制标准从3.3米提高到4.3米;过闸船舶平均单位能耗从蓄水前的每千吨公里7.6千克下降到每千吨公里1.9千克……

远程科学调度 通航顺畅有序

畅通是最大的民心。

作为长江中上游的节点,云贵地区90%的生产生活物资从三峡航段通过。而两坝间59公里复杂的通航环境,世界上独一无二;汛期呈山区河流特性,落差大,礁石多,水流紊乱,加上发电、防洪调峰等,过坝交通组织的复杂程度难以想象。

“最早没有经验,出现了一些状况,媒体报道,领导追问,压力很大。”陈冬元回忆说。

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现代化的三峡通航指挥中心,在保障黄金水道安全畅通中发挥重要作用。

2006年前,各船公司在宜昌设有专门负责过闸申报的办事机构,采取电话、传真等方式申报,三峡局调度部门人工汇总,再根据经验编排计划,然后反传给船公司,速度慢、很繁琐。通过智能调度平台的研发、应用,船方可通过高频电话、手机、互联网等多途径申报,系统自动生成调度计划,全过程公开,既实现了申报、调度高效,也降低了廉政风险。船公司也取消报闸办事处,节省了大量资金。

更为重要的是,调度范围从70多公里到541.8公里,上至重庆云阳,下至荆州石首,大幅减少了近坝水域待闸船舶数量,让通航更有序、更顺畅。

“有了智能调度系统,过闸船舶实现远程申报,就像买了‘预售票’,何时能进核心水域,何时能安检,何时能过闸,船员心中有数,船公司知道船舶动态,既直观方便,又安全有序。”陈冬元表示。

他举例说,三峡坝上重庆云阳待闸船舶七成是重庆籍,船员八成是重庆籍。以前要过三峡船闸,船舶都挤到近坝水域锚泊,船员不能回家、不敢请假。现在船舶申报后,就知道具体过闸时间段,船舶留足值班船员后,当地船员就可以回家和家人小聚。贴心的服务,让船员纷纷把“满意”票投给了三峡通航。多年来,三峡通航船东满意度一直排在长航系统前列。

“历时4年的研究、优化,汛期通航流量部颁标准今年施行,像对数表、三角函数表一样,既可以用于船舶交通组织、通航管理,又可以用于船方查询。船东甚至可以用它来反推船舶的过闸装货量!”谈起又一项由三峡局承担的行业标准,陈冬元高兴地说。

他清晰地记得,4年多来,三峡通航人与有关高校和科研单位合作,对每一类船舶、每一档流量标准都进行了实船测试、采取大样本分析,确保标准表上的每个数字都精准。而随船测试必须等待合适水流量,测试人员很多时候是半夜被送上船的。

不满足于常规集控运行,不止步于亿吨设计通过能力,多年来,三峡通航人坚持以科技为先导,努力推动两坝通航“远程申报、联合调度、匹配运行、无缝衔接”的全面实现,有效地控制了三峡工程近坝段待闸船舶数量,通过能力、安全保障稳步提升。

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船舶通过三峡船闸。

2011年,三峡、葛洲坝船闸通过量首次突破1亿吨;2019年,葛洲坝、三峡两坝通过量双双突破1.48亿吨,再创历史新高。其中,三峡船闸超过设计能力46%。

“三峡通,则长江畅。民生公司在这20年来取得的每一项成就,都来自于三峡局提供的这条安全、畅通、高效物流大通道!”民生公司副总裁张洪勇赞叹道。

全面感知监控 守护平安航程

安全是最好的民生,更是三峡通航的生命线。

三峡成库后,突风大、团雾多,通航安全难上加难。三峡通航人打造一体化通航安全保障技术体系,实现船舶航行全方位、全过程监控。

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中国工程院院士吴有生(右二)和齐俊麟(左二)在三峡船闸交流技术。

“2016年启动到2018年比较成熟,将原来分散的监管平台集成,实现了全河段‘看得见’‘听得见’,构筑起船舶航行行为全面感知系统。”三峡局通航安全处处长王晓春介绍。

如今,“九站一中心”组成通航安全一体化在线监管平台;只要在监控屏幕上鼠标一划,辖区船舶信息就能分类统计,客货船各多少,船员信息一目了然;依托系统,像失控船舶的“眼睛”一样能远程驾引指导,紧急施救;系统与运行、调度、船舶安检系统充分融合……

挑战还在升级。2013年10月1日,《长江三峡水利枢纽安全保卫条例》施行,对三峡安全提出更高要求;2018年6月1日起,根据交通运输部有关规定,船舶安全检查从5%抽查上升到100%必检,安检项目从“5+1”到“6+3”,被船员誉为“史上最严安检”。

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船舶通过三峡船闸。

每天平均过坝船舶达130艘次左右,如何提高安检效率?

三峡局搭建“综合服务区”平台,使安检时间从最初的40分钟缩短至30分钟以内,安检后待闸时间由原来的24小时压缩到10多个小时。

在过闸船舶安检站,记者看到,三峡通航人研发的船员身份自助核查设备前,一名船长轻轻一刷身份证,屏幕立马显示“审核通过”。

“以前虽是抽检,但若是计算安检的平均效率,现在效率似乎更高!”该船长笑着说。

“100%安检”政策实施后,安检员工作量达到过去的4倍之多。船舶吃水自动检测装置成为又一项提高过闸安检效率的“黑科技”。

“我们采用单波束水下扫测技术,船舶通过此装置无感,吃水深度立即测出,客观真实高精度,不但克服了人工检测误差大的难题,更有效打击了船舶超吃水过闸的违规行为。”王晓春说。

科技为先导创造的诸多新系统新设备,推动“智慧安检”,让同闸次船舶统一安检、统一过闸,并精确匹配闸次计划,有效保障了过闸船舶安全,提高了交通组织效率。

今年春节以来,三峡通航人还实行了安检计划“2+N”推送方式,让船舶即来即安检;正在探索“非面对面”安检,将更进一步提升安检效率。

全程监控、现场监管、过闸安检、锚泊巡查、安全预警、应急反应……以科技为支撑,管住了源头,聚焦了重点、难点,船流如织的三峡航段已逐渐成为极具安全感的平安航程。

创新快修技术 为全国树标准

“作为长江黄金水道的要塞,三峡船闸每检修一天,一线船闸停摆,每天就有近70艘船、约28万吨货物受阻,直接间接损失巨大!”已在科研战线工作15年的三峡局教授级高工李然,至今清楚地记得,2005年上岗第一天就被师傅覃祥孝带到三峡坝顶,进行了谆谆教导。

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2006年同步顶升系统完成研究并首次建功船闸检修,开启了三峡局专利技术申请的先河。

为了让停航少一天,李然加入了“人字门同步顶升研发”团队。因为船闸大修在即,重点是“人字门”——顶升起相当于14节高铁车厢、面积有两个篮球场大的重近900吨门体,然后查磨损、换配件,再安全回落。两坝船闸有36个这样“巨无霸”,仅检修程序就有几百道。

顶升一个,就得40名经验丰富的“腕”同步操作8个千斤顶,耗时一天。若偏差超过1毫米,轻则损伤门体,重则发生倾覆事故。

面对难题,研发团队提出,用机械、液压、控制集成于一体,用4个液压千斤顶实现自动高精度顶升,偏差不超过0.5毫米!期间屡败屡试,眼看时间仅剩三个月,如果研发成果错过那次检修,就要再等一年。

“必须按时搞定!”不服输的李然每天只睡三四个小时,连续22天扎在试验场,突破关键技术。最终,升降系统的研发抢在了检修前完成,并一举试验成功。

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2006年同步顶升系统完成研究并首次建功船闸检修。

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有了这套独门技术,原来需要40人一昼夜协同完成的高风险工作,只需一摁电钮,6个人1小时搞定。那年,停航检修时间从100多天压缩到50天。在此基础上,研发团队开发了以大型系列检修装备、工艺、工法为主的快速检修体系,船闸停航大修工期由50多天,再缩短到20天。

船闸门体结构设计使用年限为50年,葛洲坝船闸已经使用40年,接近服役末期,能否继续安全使用?

研发团队研究建立了三峡—葛洲坝通航建筑物运行维护保障体系,确保了通航建筑物的安全稳定运行。2019年,李然参与编写的《通航建筑物维护技术规范》由交通运输部发布,适用全国900多座船闸和升船机,给全国行业树立了标准。

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2016年9月,三峡升船机进入试通航。

2016年9月投用的三峡升船机,是又一项世界之最。运行时要提起1.55万吨、相当于20万人的总重量,且处在一个30米的跳变水位中。运行之初,因所停楼层水位变化大而存在安全隐患。

为把安全隐患“扼杀在摇篮”,李然和团队成员“量身定做”了一套船舶安全检测系统,对通过船舶的船速、吃水、位置,进行全方位检测,解决了升船机“水土不服”的难题。如今,船舶“坐电梯”过大坝,由420分钟缩短为50分钟,竖立的硬币纹丝不动……

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三峡升船机全貌。

“要看现代化,就去看三峡。”三峡通航人以敢为天下先的首创精神,以创新为驱动,以制度为保障,善作善成促发展。

这里,成为了全国首个内河枢纽通航技术研发基地;这里,有全国首个船闸行业特有工种职业技能鉴定站;这里,飘扬着引领行业的大旗,成为世界船闸技术大本营……

“三峡通航的科技创新,在行业内发挥了领军、示范、辐射作用,为中国乃至世界水利枢纽通航管理积累了宝贵经验!”评审专家、中国工程院院士张建云表示。

站在新的历史起点,谋划更大的新作为。“我们将始终坚持‘科技兴局’‘科技强局’,克难攻坚,勇于担当,在实施长江经济带发展和交通强国战略、‘四个长江’建设中当好先行,开启三峡通航高质量发展新篇章!”三峡局局长刘亮表示。

链接

数字里的科技力量

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通过不断挖潜扩能,三峡船闸自2003年通航以来,年通过量从初期的3430万吨到2011年突破1亿吨,提前19年达到设计通过能力。

2019年,三峡枢纽通过量突破1.48亿吨,三峡船闸超过设计能力46%;葛洲坝达1.53亿吨,双双再创历史新高。

三峡船闸年实际运行天数已超过350天(设计值335天),年通航率均保持在94%至98%之间(设计水平84.1%);

发明的系列装备和工艺、工法,让船闸大修停航工期由100天缩减到50天,再到20天。

通过科研攻关,制定了系列规范,让船舶通航行为规范、过闸快速、通航调度智能,船东满意度90%以上,船闸水域实现了“零沉船、零死亡、零污染”。

项目经中国航海学会组织科技成果评价,整体技术为国际领先水平,获省部级科技特等奖2项、一等奖4项、全国设计奖金奖1项、中国专利优秀奖1项。

项目产生7项代表先进生产力的行业标准、28项具有国内外领先水平的科技成果、授权发明专利16项、软件著作权29项,出版学术著作4部。

作者|周献恩 刘敏

图片|三峡通航管理局


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