世界最大全電驅可拆裝環保絞吸船投入使用
◎本報記者 都 芃
5月的官廳水庫，風平浪靜，碧波盪漾。岸邊不遠處，一艘紅黃相間的“大傢伙”正在水面上四處遊弋。雖然水面之上波瀾不驚，但水下早已是一派熱火朝天的景象。快速旋轉的絞刀正將水底淤泥打碎成“泥漿豆腐腦”，緊接着，泥泵強大的吸力將泥水混合物抽吸上來，經過長長的排泥管不斷輸送至遠處堆場。中交天津航道局有限公司疏浚裝備中心主任楊正軍告訴記者，這艘正在作業的“大傢伙”是由中交集團自主設計建造的世界最大全電驅可拆裝環保絞吸船——“浚瀾”船。不久前，“浚瀾”船在官廳水庫清淤試點工程正式投入使用。
量身定製的疏浚裝備
絞吸船的工作原理是通過巨大的絞刀將水底淤泥進行挖掘破碎，再借助泥泵將底泥吸入封閉管道，最後遠程傳輸至堆場。其主要用於各類江河湖庫清淤工程。
官廳水庫位於永定河河北省與北京市交界處，是新中國成立後我國自行勘測、設計、施工的第一座大型水庫，也是永定河上最大的控制性水利樞紐工程，對保障流域生態安全、防洪及綜合治理與生態恢復建設等均具有重大意義。
但由於長期未進行系統性治理，官廳水庫淤積泥沙總量已達6.5億立方米，防洪供水以及生態涵養功能嚴重下降。清淤擴容、升級改造成為官廳水庫持續發揮功能的必要選擇。
楊正軍介紹，官廳水庫清淤試點工程計劃清除庫底污染底泥1153.87萬立方米，該工程面臨挖深大、土質複雜、輸送距離遠、環保要求高等諸多技術難題。
“針對官廳水庫的特點，我們為‘浚瀾’船配備了可拆裝疏浚裝備領域目前最強的電力驅動挖掘輸送系統，絞刀功率可達600千瓦，能夠輕鬆開挖中高強度的土質，挖掘效率是以往裝備的3倍。”楊正軍説，“浚瀾”船每小時的標準疏浚量可以達到2000立方米，相當於每小時可挖出一座標準游泳池。此外“浚瀾”船專為深水湖庫清淤設計，挖掘深度可至25米，加裝深水模塊後最大挖深可達60米。
“浚瀾”船不僅能挖，還能運。為了保護水庫周邊環境，挖掘出的淤泥要進行遠距離輸送堆放。為此，“浚瀾”船配備了自主研製的新型泥泵，該泥泵較上一代泥泵輸送效率提升10%以上。工作時，水下泵先將泥水混合物吸入艙內，隨後艙內泵通過連接的管道一口氣將淤泥“快遞”到5公里外，兩者“串聯接力”，輸送效率和距離都得到大幅提升。
此外，為了應對官廳水庫不通航、船隻無法通過水路直接抵達的特點，“浚瀾”船採用獨特的模塊化設計，能夠實現“樂高積木”式拆裝。分拆後的九大模塊可以通過陸路運輸，抵達各處作業地點。對於通航水域，“浚瀾”船則可以直接在A級航區內拖航，實現來去自如。
會“思考”的“水下手術刀”
功率大、效率高，只是“浚瀾”船的特點之一。官廳水庫作為北京市總庫容超過40億立方米的兩座水庫之一，環保作業要求高。如何在清淤時保證水體不被淤泥污染，也是絞吸船設計時必須考慮的問題。
楊正軍告訴記者：“簡單來説，我們的絞刀配有一個外罩。外罩的開口大小可以根據切泥的厚度進行精確調整，讓整個切泥過程都在封閉空間內進行，從而實現泥水分離。絞刀挖掘軌跡平整、空間定位精準，堪稱‘水下手術刀’。”他介紹，團隊通過理論分析、數值模擬、模型試驗等綜合分析方法，實現了對水、泥、機具的耦合分析，制定了絞刀的精準動態控制策略。憑藉研製出的新型環保絞刀，“浚瀾”船的挖掘作業如同一場精準的外科手術，能夠將水體擾動降至最低，有效避免了水體污染。
此外，“浚瀾”船配備了高壓岸電接入模塊，可以採用全電力驅動挖掘系統，實現施工作業零碳排放。在水下工作的設備更是採用了電力驅動取代液壓驅動，從源頭上確保不對水庫水質造成影響。
“浚瀾”船不僅“四肢”足夠發達，“頭腦”同樣不簡單。
“別看‘浚瀾’船是個大塊頭，其實操作起來簡單又智能。”楊正軍説的正是“浚瀾”船內置的“智慧大腦”控制系統，它可以根據不同土質自主優化作業參數，對船體進行遠程操控和監測，甚至實現無人化作業。
在挖掘作業前，施工團隊會收集挖掘區域的土質類型、水下地形等影響作業效率的關鍵信息，藉助疏浚BIM（建築信息模型）開展數字化建模，生成底泥排送距離、作業區域、運行路徑等作業數據，錄入該船的控制系統。此時，“浚瀾”船便彷彿有了導航地圖，可以按照預設好的路線和施工參數等進行自動化疏浚作業。
雖然聽起來簡單，但楊正軍告訴記者，“浚瀾”船在作業中所面臨的水下情況千變萬化。例如，官廳水庫的土質就有淤泥、黏土、粉土、砂土等多種，工況挖深在3至25米不等。此外，水流速度、浪高、風速等也在隨時變化。為此，“浚瀾”船會隨時調整其作業時的切厚、絞刀轉速、橫移速度、水下泥泵轉速、艙內泥泵轉速等參數，適應不斷變化的環境狀況。
除了能自主作業，“浚瀾”船配備的“智慧大腦”還可以不斷學習、進化。藉助配備的多型傳感器，“浚瀾”船可以記錄作業時的土質信息、施工參數、設備運行參數等數據，並將相關數據沉澱為數據庫，這樣，“智慧大腦”就有了“記憶”。在此基礎上，根據後續不同作業需求，“智慧大腦”可以自主學習過往數據，從而優化後續作業流程。
楊正軍表示，官廳水庫的工況在國內眾多水庫中具有一定代表性，“浚瀾”船能夠在官廳水庫成功應用，意味着其可以適用於國內80%以上的水庫疏浚工程。