煙臺打撈局大噸位沉船整體打撈技術取得重大突破

2017-07-18 15:46:12

來源：中國交通新聞網

液壓鏈式提升器。

　　科技興局，在交通運輸部煙臺打撈局“十三五”規劃中，被賦予了和主業立局、市場強局同等重要的地位，標志著提升科技創新能力已成為該局當前和未來戰略布局的重中之重。

　　日前，由煙臺打撈局承擔的交通運輸部重點課題“大噸位沉船整體打撈探測、起浮技術及裝備”項目（簡稱“大噸位沉船打撈”項目）通過預驗收，并完成海試。研究歷時三年，是在交通運輸部的大力支持下，集合行業內外資源共同參與完成的力作。

　　“大噸位沉船打撈”項目包含4個子課題，解決了我國大噸位沉船整體打撈過程中面臨的沉船探測、起浮等核心問題，重點突破了大噸位沉船水底姿態探測、沉船船體損傷高清晰觀測、模擬沉船打撈的計算機處理、可視化監控與指揮、鏈式液壓同步提升技術、冷態磨料水射流開孔等重大關鍵技術。該項目申請計算機軟件著作權3項、發明專利3項、實用新型專利1項，在國內外期刊發表高水平論文20余篇，顯著提升了我國大噸位沉船搶險打撈綜合技術能力，有助于提升我國快速處置大噸位船舶遇險、沉沒等重特大事件的能力，進一步提高了海上交通安全和應急保障水平，樹立起一個負責任的大國形象。

　　近年來，隨著全球低碳經濟發展，船舶大型化發展趨勢愈加明顯，大噸位船舶和艦艇不斷增多，海上應急搶險打撈形勢愈加嚴峻。一旦大噸位船舶在我國港區或主航道沉沒，打撈能力不足可能造成“一船沉沒、全港癱瘓”。這給我國海上專業打撈隊伍敲響了警鐘。

　　面對如此嚴峻的形勢，“大噸位沉船打撈”項目的順利完成，可謂是我國救撈水平提升的一場及時雨。課題經費由部撥款500萬元，煙臺打撈局自籌1500萬元。研究過程由煙臺打撈局聯合大連海事大學、部天津水運工程科學研究院、廣西柳州歐維姆機械股份有限公司共同完成。

　　真金白銀的投入，聯合跨行業、跨地域科研人員與工程師共同參與、傾心鉆研，這對于已經完成轉制改革、時刻面臨市場競爭壓力的煙臺打撈局尤為不易。其背后，是該局對供給側結構性改革的順勢而為，是對海洋工程未來趨勢的理性判斷，是對自身轉型發展與能力建設的主動自覺，更是對中國走向深藍、建設海洋強國的一份責任與擔當。

　　“目前西方發達國家沉船打撈技術正在向大噸位、快速打撈方向發展，必須大力提升我國大噸位沉船應急搶險打撈能力和技術水平，以保障我國港口、航道等戰略資源的安全。海洋工程在海洋業務中處于最尖端的領域，未來水下仍有無限探索的空間。煙臺打撈局今后還將繼續加大科技投入，希望能夠與中國救撈同行一道，盡早占領世界救撈領域戰略高地。”煙臺打撈局相關負責人告訴記者。

　　言必信，行必果。近年來，煙臺打撈局持續強化科技信息化支撐作用，一批以“大噸位沉船打撈”項目為代表的新技術、新工藝研發應用成效顯著。

　　一邊是忠誠履行公益性搶險打撈職責，努力適應國家和社會越來越高的應急救援保障期待，關鍵時刻發揮關鍵作用；另一邊是在競爭激烈的國際救撈市場參與充分競爭，通過科技引領闖市場、增效益。煙臺打撈局已經啟程，在科技興局的路徑下探索前行。

　　大噸位液壓鏈式起重技術與裝備研究

　　拉力無限提升更深更穩

　　老辦法解決不了新問題，傳統的浮筒、浮吊打撈方法，受海況、空間等條件的限制，越來越難以完成深水條件下大噸位沉船打撈作業。

　　近年來，煙臺打撈局在深水大噸位沉船打撈領域，不斷探索實踐，并聯合企業、院校積極開展科研攻關：從2009年“暢通”輪打撈工程中應用的鋼絞線液壓千斤頂，到如今課題研制成功的鏈式千斤頂。這些液壓提升裝置的應用，對深水大噸位沉船打撈整體技術的提升，起到了至關重要的作用。

　　“暢通”輪艉段打撈工程在我國沉船打撈史上寫下了厚重的一筆：當時難船艙室損壞嚴重，完全喪失內浮力，加之艙內積滿淤泥，無異于一坨萬噸級的“鐵疙瘩”。同時，機艙內重油滿倉，一旦泄漏，將造成重大海洋環境污染，因而解體打撈亦無施展之地。

　　將陸上用的鋼絞線液壓拉力千斤頂應用于打撈作業！煙臺打撈局在一籌莫展中大膽思考。

　　有了“靈感”，如何實施？煙臺打撈局遍訪全國機械制造商，最終與柳州歐維姆公司合作，一舉攻克了千斤頂在駁船上的固定、導向與生根等技術難題，成功研制了450噸拉力的液壓千斤頂系統，前后投資近3000萬元，生產出了打撈所需的28臺千斤頂系統。由此，“暢通”輪艉段打撈得以圓滿完成。

　　鋼絞線液壓千斤頂在打撈工程中的首次成功運用，為煙臺打撈局開拓思路、勇于創新、聯合攻關提供了成功的案例，增強了全局以科研為引領、提升中國打撈技術的決心，更為課題中鏈式千斤頂的成功研制打下堅實基礎。

　　如果說鋼絞線千斤頂解決了大噸位的問題，那么，鏈式千斤頂便解決了深水環境中大噸位沉船打撈的問題。在“暢通”輪打撈工程中，拉力千斤頂被分別固定在駁船一舷的甲板上，通過鋼絞線連接器，帶動鋼絲繩移動抬升沉船。千斤頂提升的長度受制于駁船寬度。目前，我國駁船最大寬度在70米左右，這就意味著鋼絞線的提升水深最大不足70米。能否發明一雙可以無限提升的“手”以滿足更大水深的打撈？鏈式千斤頂的研制被列入此次課題項目中。

　　鏈式千斤頂內的一根鏈條，就像一根拔河用的粗繩，沒有一雙強壯的雙手，根本無法控制它。

　　煙臺打撈局再次與柳州歐維姆公司聯手，不斷優化鏈式牽引車總體結構設計，持續完善鏈條夾持結構的合理設計和導向輪裝置研究，通過對結構強度和剛度反復進行設計校核試驗，加大對符合強度條件的鏈條抗腐蝕性、耐磨性的研究力度，最終研制出一種強大的夾持裝置，使鏈條在提升過程中保持平穩提升，環環相扣，不受長度限制。這一裝置的自主研制、獨立生產，一舉打破了國外技術的壟斷。

　　打撈沉船時，作業船舶會隨風浪上下浮動，這給沉船的同步提升帶來了很大干擾。在風浪作用下，抬升一千噸重物有時相當于平時抬升幾千噸的重量，千斤頂極易因超負荷而損壞，甚至加劇沉船破損。

　　為應對風浪影響，項目開展了波浪補償技術研究，并成功研制出緩沖穩定裝置。它如同一根“定海神針”，當風浪過大時，通過調整千斤頂的力量、空間感，再經由鏈條加以傳導，控制沉船位置和穩性，抵抗風浪加速度，即便風起浪涌，沉船也可以按照預設方案穩穩起浮。

　　研究概況

　　荷蘭馬蒙特公司采用液壓同步提升技術，成功打撈俄羅斯“庫爾斯克號”核潛艇。該公司采用26套液壓起重缸驅動提升鋼纜，每套起重缸配備波浪補償系統，有效控制了船舶搖擺對同步提升系統的影響。在國內，煙臺打撈局利用多組鋼絞線液壓千斤頂提升技術打撈“暢通”輪。由于風浪等的影響，曾出現過單根鋼纜受力過大的現象。

　　針對之前打撈工程中存在的問題，本項目對大噸位液壓鏈式起重系統中的關鍵技術和裝備展開研究，主要內容包括：鏈式液壓同步提升系統機構設計、多缸同步提升控制技術及波浪補償技術研究。

　　大噸位沉船水下姿態及損傷探測關鍵技術研究

　　讓海底世界更清晰

　　沉船所處環境，水體往往比較渾濁，摸清沉船的水下姿態、局部損傷和水底底質情況，對于打撈方案的制定十分關鍵。

　　煙臺打撈局攜手企業和研究機構，推出“三大利器”，圓滿解決了上述問題。

　　在打撈工程前期準備階段，項目團隊將多波束聲吶系統和三維聲學掃描聲吶有機結合以獲取沉船三維點云模型。多波束聲吶系統，主要以船載方式獲取沉船上側面的點云數據，來探測沉船位置和姿態。而用水下ROV搭載三維聲學掃描聲吶則能夠在水下根據不同物體的反射頻率，判定沉船四周側面及其周邊物體的基礎數據，大大提升了設計方案的合理性。

　　如果說三維點云模型解決了沉船水下姿態的整體探測問題，那么水下低照度照相機的研制成功，便解決了局部損傷觀測清晰度的問題。

　　相關打撈專家介紹說，以前損傷探測往往依靠潛水員目測，或利用皮尺粗測量，需要使用水下照相機時，潛水員只能將裝滿清水的塑料袋放在船體破損處，再將相機貼在塑料袋表面，實施拍攝作業。即便如此，拍攝出的照片也存在較多噪點，影響決策人員判斷。損傷探測基本屬于盲人摸象。

　　如今，水下低照度照相機的研制成功，讓潛水員變身攝影師。在低照度環境下，該相機的性能與陸上相機相比，亦毫不遜色，在渾濁的水下，可以拍攝到人眼無法看到的景象，可謂“火眼金睛”。

　　此外，水底底質情況復雜，在開展打撈作業時，需對其進行判斷。例如，沉船部分插入海底或攻打千斤洞時，都需要判斷沉船周邊詳細地層狀況。剖面儀在打撈作業中的應用，使海底底質判斷難題迎刃而解。

　　研究概況

　　本項目針對大噸位沉船水下姿態探測中存在的問題，改進現有船載多波束聲吶沉船姿態探測方法，同時研究水下大噸位沉船姿態探測方法，將三維聲學掃描聲吶搭載于水下ROV載體，在不同的位置與角度對大噸位沉船進行探測，形成大噸位沉船的三維點云模型，獲取沉船的水下姿態。在此基礎上，研究將三維點云數據與可見光圖像進行融合，形成水下沉船的三維復合圖形，可用于綜合判斷大噸位沉船的姿態和局部損傷情況。此外，針對大噸位沉船高清晰觀測中存在的問題，項目成功研制水下低照度攝像機，可在渾濁水體中獲取較清晰的可見光圖像。

2009年，煙臺打撈局利用技術創新成功打撈“暢通”輪艉段。

　　沉船打撈計算機模擬和輔助決策技術研究

　　模擬全程打撈水下版“嫦娥登月”面世

　　大噸位沉船打撈需要投入大量人力和物力。借助計算軟件制定合理的打撈方案，可確保資源的有效、精準投放，事半功倍。

　　以往相關軟件之間無法實現數據共享，軟件數據相互調用和讀取，需要人力中轉。項目成功搭建了打撈方案輔助設計平臺，實現了實時數據的交互調用，較之以往，效率得到顯著提升。為打撈力量的快速、精準配備提供了支撐，提高了前期打撈方案設計效率，縮短了工作周期，節約了工程成本。

　　打撈方案輔助設計平臺融合了多個軟件，主力軟件包括打撈計算軟件（GHS）、水動力分析軟件（HydroSTAR）、局部強度校核三種軟件，可快速計算沉船打撈噸位、重量分布、浮態和穩性、拖航狀態、拖航阻力及風浪影響等方面數據。借助輔助設計平臺，軟件數據交互融合，對沉船狀態及打撈過程進行快速仿真、模擬和計算，大大縮短了方案制定時間。

　　該平臺的設計應用在國內外尚屬首次，也標志著我國打撈信息處理技術邁上了一個新臺階。

　　“嫦娥三號”緩緩展開一對銀翅的畫面，深深地印在國人心中。如今，依托項目開發的沉船救撈計算機模擬一體化集成監控平臺，水下版的“嫦娥登月”三維模型宣告面世。

　　打撈沉船時，潛水員在沉船關鍵部位布設傳感器，將采集的數據回傳至終端并驅動沉船三維模型，現場指揮在救撈母船上通過界面實時觀測沉船狀態信息，界面上同步顯示兜底千斤拉力、千斤頂提升力、沉船姿態、沉船提升速度等信息。數據與畫面高度交互，實現了打撈過程的可視化，為構建打撈決策指揮系統提供了重要數據圖像支撐。

　　研究概述

　　2007年，煙臺打撈局在“奮威”輪打撈工程中，首次采用GHS軟件（計算沉船的浮態與穩性），大幅度提升了打撈方案設計的效率與精度，開創了國內打撈工程引入計算機輔助設計與計算的先河。

　　但軟件平臺功能單一、各軟件間數據格式不統一、數據跨平臺分析尚需人工完成等問題，限制了方案設計效率的進一步提高。為此，項目開發了沉船打撈方案計算機設計與模擬仿真系統，實現了多軟件之間的數據傳導與交換。

　　在過往沉船打撈工程中，傳感器采集的數據，以多種形式分別顯示在對應的終端設備上，決策者無法實時掌握全面數據。項目開發了一套通用的一體化集成監控平臺。該平臺將多種傳感器的數據信息融合顯示于單一的終端設備。此外，項目還研制出一種基于虛擬現實的實時監控技術，通過數據驅動的方式，在虛擬的環境中實時顯示打撈過程，實現了打撈過程的可視化。

海試現場。

　　超高壓水射流船體開孔技術與裝備研究

　　遠程遙控 “水刀”智能開孔

　　水面上下雖只有一線之隔，卻存有巨大差別。一顆在陸地射程可達1000米的子彈，在水中射程可能只有兩米左右。水的阻力對射程造成了極大影響。為實施沉船開孔作業并提高效率，項目開發了磨料水射流技術，簡單說就是在水中用高壓水流穿透3厘米厚的鋼板，即使面對巨大的水阻，也輕而易舉。

　　以往開孔作業是通過熱切割實施。熱切割的原理是火焰切割，這種方法雖然速度快，效率高，但火焰遭遇沉船中的油氣混合物，極易引起爆炸。與之相較，磨料水射流屬于冷切割，切割媒介由水和石榴石組成，切割形態如同一把水刀，在水中可快速實施開孔作業，切割油艙無任何爆燃隱患。

　　打撈技術專家表示，該裝置適用于水下100米的開孔作業，研究成果填補了國內相關技術領域的空白。

　　如今，潛水員只需下潛到開孔位置，將“水刀”通過磁性裝置吸附在船體上即可。技術人員在打撈母船上手持操控盒，根據鋼板厚度設置相應的切割速度，“水刀”便可在遙控下高速打擊船體表面，自動畫出完美的圓圈。切割完畢后，潛水員下水將切割裝置取出即可。

　　一把“水刀”，看似普通，卻經過了三年上百次試驗，實現了水下冷切割中國制造的華麗轉身。

　　研究概述

　　傳統的水下電氧切割和等離子切割等熱切割技術，在儲存有石油及易燃易爆危險品沉船打撈中不能使用。水下切割開孔任務只能倚賴工作性能良好的水下冷切割工具與系統。超高壓磨料水混合射流切割開孔技術采用高壓水驅動磨料高速打擊船體表面，實現對船體鋼板的高效切割。海水圍壓下，較大厚度船體鋼板的切割能力和切割效率問題，及切割裝置在復雜沉船壁面上的平穩固定問題，限制了磨料水混合射流切割系統在沉船船體切割中的應用。

　　項目開展了海水圍壓下冷態磨料高壓水射流切割特性研究，超高壓水射流開孔切割執行機構與沉船附壁結構設計，解決了上述問題，研制出了一套水下沉船船體冷態切割開孔及附壁固定裝備。

　　“十一五”以來煙臺打撈局科技成果概覽

　　1.將陸域技術“嫁接”到海上

　　2007年，在國內首次將陸基非開挖技術應用于海上沉船打撈攻打過底千斤洞工作中，替代潛水員水下人工作業，極大提高了攻打千斤洞施工效率，解放了人力資源，降低了作業安全風險，開創了救撈工藝新的里程碑。

　　2.運用計算機控制技術

　　2009年，在國內首次開創“計算機控制液壓同步提升沉船打撈技術”，并在“暢通”輪艉段打撈工程中成功應用。

　　3.不斷引入計算軟件

　　2008年，引進GHS、ABAQUS等工程軟件并將其首次應用到“暢通”輪打撈工程。2012年引進SACS軟件，為打撈方案的制定和工程決策提供了有力依據。

　　4.實現快速清障

　　2014年，引進大噸位水下打撈抓斗并制定了相關作業程序，大大加強了快速清障打撈能力。

　　5.攻克水下開孔難題

　　2014年，自行設計建造了新型水下液壓開孔機，進一步提高了安裝效率和開孔效率。