打捞强国梦 中国沉船打捞技术实现关键一跃

来源:微信   发布时间:2017-07-17 09:50:47 

——写在烟台打捞局“大吨位沉船整体打捞探测、起浮技术及装备”项目成功预验收之际

2007年,烟台打捞局成功打捞世界上最大的挖泥船“奋威”轮。

沉船三维点云模型。

沉船打捞虚拟现实显示窗口。

2009年,烟台打捞局成功打捞“畅通”轮艉段。


  国家“一带一路”“海洋强国”“海运强国”重大战略的加快实施,以及专项特殊任务和海上维权行动的开展,对提升深远海救捞能力和应急服务保障能力提出了新要求、创造了新机遇。交通运输部党组书记杨传堂明确要求,“准确把握交通运输发展黄金时期的深刻内涵,在建党一百周年之际,救捞能力和水平要达到国际先进水平,走到世界前列。”

  国家战略的迫切需求,部领导的严格要求,让全体救捞人动力十足,吹响了攻破大吨位大沉深船舶整体打捞技术的号角,并取得丰硕成果。近日,我国打捞系统再传喜讯,由交通运输部烟台打捞局承担,大连海事大学、交通运输部天津水运工程科学研究院、广西柳州欧维姆公司参与研究的交通运输部科技项目——“大吨位沉船整体打捞探测、起浮技术及装备”项目经过3年的艰苦攻关,6月16日成功进行预验收。

  大连海事大学的专家表示,该项目的成功预验收,标志着我国大吨位大沉深船舶整体打捞技术取得突破性进展,向着部领导所提的“救捞能力和水平要达到国际先进水平”要求迈出了关键性的一大步,将有利于我国拓展海外打捞市场,助力“一带一路”“海洋强国”和“海运强国”战略实施。

  A

  打捞强国梦照进现实

  大吨位大沉深船舶的整体打捞技术及装备,代表着一个国家的最高打捞水平,是打捞强国的显著标志。2014年,交通运输部高瞻远瞩,启动“大吨位沉船整体打捞探测、起浮技术及装备”科研项目,烟台打捞局以雄厚的科研技术实力成功中标,项目的实施为我国打捞强国梦的实现奠定了技术基础。

  2001年,荷兰Mammoet公司成功从108米水深打捞起俄罗斯1.4万吨级的“库尔斯克号”核潜艇。如此大吨位、大沉深船舶整体打捞,在当时我国打捞行业引起了不小轰动。

  “如果换成我们,能打捞这么大吨位的沉船吗?能打捞这么深的沉船吗?多久才能达到这样的水平?”我国打捞专家一次次扪心自问,一次次惆怅忧叹。

  大吨位大沉深船舶整体打捞代表着一个国家的最高打捞水平,长期以来,该项技术及装备一直被西方发达国家垄断,我国几乎无话语权。随着“一带一路”及“海运强国”战略的实施深化,大吨位大沉深船舶整体打捞技术及装备的重要性日益凸显。

  专家认为,研究大吨位大沉深船舶整体打捞技术及装备已刻不容缓。近年来,世界各国对船舶经济性和环保要求不断提高,船舶大型化趋势已经成为造船界和航运界的共识。2.1万标箱的集装箱船、30万吨级的原油船、40万吨级的矿石船纷纷投入运营,超大型船舶的时代已经来临。

  随着大吨位船舶增多,海上应急抢险打捞形势愈加严峻。“一旦出现大吨位船舶在我国港区或主航道沉没,因打捞能力不足,将会出现‘一船沉没、全港瘫痪’的状态。”烟台打捞局局领导告诉记者。

  这种担心并不是多余的。2004年8月23日,5万吨满载运煤船“鹏洋”号在香港妈湾水道触礁搁浅,使香港进入广州、深圳的唯一深水航道严重受阻;2006年12月2日,万吨级挖泥船“银锄”轮在黄浦江南浦大桥附近意外自沉,时刻威胁着来往船舶的安全;2007年3月8日,在天津港唯一的主航道上,当时世界最大的挖泥船“奋威”轮与一艘世界最大的集装箱船相撞,世界第六大港天津港面临全港瘫痪的严重危机。

  除了货船,我国大吨位军舰也“下饺子”似的下水或入列,这些都对我国船舶打捞技术及装备提出了更高要求。“有时候捞不捞得起来,不只要算经济账,更要考虑到整体的国家形象。”烟台打捞局局领导说。

  放眼世界,西方发达国家抢险打捞技术正在向大吨位、大深度、信息化、智能化、快速化方向发展。他们依托先进的打捞技术及装备,在沉船整体打捞能力上具有极强的国际竞争力,甚至可以说,他们垄断了全球大吨位大沉深船舶整体打捞市场。

  “我们要打破国外垄断,实现打捞强国梦!”我国打捞专家们发出强烈的呼声。

  2014年,交通运输部正式启动“大吨位沉船整体打捞探测、起浮技术及装备”科技项目,这一项目寄予了国人的打捞强国梦,全国三大打捞局纷纷踊跃竞标。最终,烟台打捞局凭借雄厚的科研技术实力一举中标,承担研发任务。

  B

  填补多项国内技术空白

  这是一个需要创新、也充满创新的时代。以烟台打捞局、大连海事大学、天津水运工程科学研究院及广西柳州欧维姆公司单位核心技术专家组成的项目组,勇于创新、善于创新,在推进“大吨位沉船整体打捞探测、起浮技术及装备”科技项目的过程中,填补多项国内技术空白,取得了丰硕的成果,已申请计算机软件著作权3项、发明专利3项、实用新型专利1项,在国内外期刊发表高水平论文20余篇。

  “大吨位沉船整体打捞探测、起浮技术及装备”科技项目包括“大吨位沉船水下姿态及损伤探测关键技术研究”“大吨位液压链式起重技术与装备研究”“沉船打捞计算机模拟和辅助决策技术研究”及“超高压水射流船体开孔技术与装备研究”四个课题。经过3年的艰苦攻关,目前已通过预验收,今年9月将正式验收。

  以烟台打捞局为第一承担单位,大连海事大学、天津水运工程科学研究院等部属科研单位及广西柳州欧维姆公司积极参与,项目研制了水下低照度摄像机,解决了低照度环境下的大吨位沉船船体及损伤难以清晰观测的问题;开发了计算机数据调度与沉船打捞过程数据监控平台,实现了大吨位沉船打捞方案的高效设计与打捞过程实时监控;研制了高耐波性液压链式同步起浮智能控制装备,提升了我国沉船整体打捞的吨位与水深能力水平;研制出水下沉船连续磨料水射流开孔作业装置,能够实现水深100米环境下30毫米厚度钢板的高效冷态开孔作业,开孔直径520毫米范围内连续可调。

  据大连海事大学的专家介绍,该科技项目将实现沉船信息搜集全面精准、打捞方案制定科学有效、打捞过程可视可控、打捞吨位深度大幅提升、水下开孔安全高效,技术上填补了多项国内空白。

  “该项目的研究成果必将推动大吨位沉船抢险打捞技术水平的提高,进一步强化我国海上抢险打捞综合能力,并对促进我国水上交通运输畅通安全保障建设和发展起到巨大的推动作用,具有重大的经济、社会和环保效益。”该专家表示。

  烟台打捞局局领导告诉记者,该项目的实施,取得了一批具有自主创新的研究成果,打破了国外对我国一些关键技术的封锁。更重要的是,该项目具有广阔的应用及产业化前景,可满足国家交通运输安全领域重大战略需求,对增强我国应对海上突发事件能力,构建覆盖全面、装备精良、监管有力、反应快捷、运转高效的海上交通运输安全生产和应急体系具有重要作用,将确保“在建党一百周年之际,救捞能力和水平要达到国际先进水平,走到世界前列”目标的顺利实现。

  C

  全面精准获取沉船信息

  沉船信息的掌握对于打捞方案的制定起着至关重要的作用,然而沉船越大、沉得越深,沉船信息的获取越难,“大吨位沉船水下姿态及损伤探测关键技术研究”课题取得的成果,将帮助打捞工程师们解决沉船信息获取难这一短板问题。

  茫茫大海中,沉船犹如一根绣花针,想找到极难。即使有海事部门提供的经纬度位置信息,想找到准确位置仍困难重重。

  以“5·7”空难为例,飞机失事后,残骸就在大连港锚地里,当时我国扫测技术非常落后,60多艘船在找,最后是烟台打捞局通过拖扫的办法找到了残骸。“这种方法非常传统,就是两艘小船后面拴一根长的钢丝,钢丝两端各拴一个重物沉在海底,然后两船拖着往前跑,有异物时钢丝就会被挂住,然后让潜水员下水去摸。”当时参与打捞的一名工程师告诉记者。

  除了沉船位置,沉船是正坐、倒扣还是侧躺,以及有没有破损,破损在哪,这些信息对于打捞方案的制定至关重要。有时候就因为一个细节没有掌握,可能导致整个打捞工程功亏一篑。以前用船载多波束测深仪探测沉船的姿态时,由于沉船表面的凹凸不平,所得到的沉船数据中假点多,分辨率不够精细,且由于船载多波束声呐是水面扫描,在沉船底部和侧面存在扫描盲区,所获取的沉船三维信息不完整。

  “要是能有一套设备将沉船的全部水下姿态给完全展现出来就好了。”打捞工程师们常这样感叹。

  “大吨位沉船水下姿态及损伤探测关键技术研究”课题很好地解决了这一问题,帮助专家们圆了梦。

  现在,项目团队将多波束测深系统和三维声学扫描声呐有机结合获取沉船三维点云模型能为打捞方案设计提供更加全面充分的数据。采用多波束测深系统,主要以船载方式获取沉船上侧面的点云数据来探测沉船位置和姿态,而用水下ROV搭载三维声学扫描声呐则能够在水下根据不同物体反射的频率,判定沉船四周侧面及其周边物体的基础数据,对提高打捞成功率具有重要作用。

  除沉船的姿态信息外,沉船中的局部损伤信息对于打捞方案的制定也十分关键。比如说舱体的洞有多大,需不需要封堵,在制定方案时就需要获得精准的信息。以前,这些信息主要靠潜水员用双手去摸,可水底经常是非常浑浊的,潜水员下去也是盲人摸象,难以获得准确信息。另外,对船体局部信息进行高清晰观测主要依赖可见光摄像机,由于水体浑浊,水下成像效果较差,根本无法满足需求。

  现在,项目团队研制出水下低照度摄像机,解决了浑水难以摄像的难题。“在黑暗的环境中,用手机拍照一片漆黑,可是用我们的低照度摄像机去拍却比较清晰。”该专家介绍说,用当前世界最先进的康斯伯格公司生产的水下低照度相机拍出来的图也没有他们的清晰。“这就证明我们这项技术处于世界领先地位了。”

  为获取更清晰的图片,项目团队还成功研发了水下图像增强技术,可以将低照度相机拍出来的图像进行深度处理,消除水体散射引起的图像模糊,增强了图像的对比度,提高了图像的清晰度。

  D

  科学高效制定打捞方案

  获取沉船信息是打捞工程的第一步,制定科学的打捞方案是第二步,这一步十分关键,将决定打捞的效果,甚至成败。“沉船打捞计算机模拟和辅助决策技术研究”课题取得的成果将帮助打捞方案制定者们实现“经验打捞”向“科学打捞”的跨越,提高打捞的效率与成功率,节省打捞的成本。

  一艘沉船能否打捞成功,关键在于方案,一个好的方案,不仅能确保打捞成功,而且能最大限度的节省人财物投入,尽快完成打捞工程。以前,方案制定者拿到沉船信息后,需要靠人工计算,建设相关模型,费时费力,还容易出错。

  “沉船打捞计算机模拟和辅助决策技术研究”课题成果将有助于工程师科学高效制定沉船打捞方案。

  据介绍,项目团队开发了一个可视化集成监控平台,可接入打捞过程分析软件(GHS)、水动力软件(HYDROSTAR)、强度校核软件等,获取沉船、打捞工程船、提升力及海洋环境气象等信息,相当于把一个个数据“孤岛”打通,实现了数据共享。

  利用该平台,将提高沉船打捞方案的制定效率,直观展示打捞作业的工作过程,及时评估具体作业工况变化时对整个打捞方案的影响。“以前用人工计算,建一艘船舶模型得花一天时间,现在将数据输入GHS软件,借助软件辅助计算,时间可缩短为一小时。”专家告诉记者,通过这一平台,打捞方案的制定时间大大缩短。平台还使用了最新的虚拟现实技术,可对打捞方案进行验证评估。“通过动画演示,找出方案不妥的地方,哪里不妥就改哪里。”

  这一平台在打捞过程中的作用也十分突出。“以前只能显示图像,工程师根据经验进行打捞,现在数据通过传感器实时传到平台,整个打捞过程通过动画同步演示,十分直观。”

  平台还设有报警系统,使得打捞的安全性大大提高,打捞效率也大大提升。比如船舶起浮过程中钢丝应均匀受力,一旦拉力超过一定值,平台就会自动报警,提醒工程师对打捞方案进行调整。专家介绍说,以前就曾有过打捞沉船时,因钢丝负荷过大,一根钢丝崩断,所有钢丝相继断裂,打捞失败的案例。

  “有了这一平台,我国打捞就实现了从经验模糊打捞到科学精准打捞的转变。”专家如是说。

  据悉,未来这一平台的实时画面还可以直接接入陆上指挥平台,打捞专家可在陆上掌握现场情况并实时指挥。

  E

  打捞吨位深度大幅提升

  要想打捞大吨位、大沉深船舶,打捞装备必须能提供足够的抬浮力,传统打捞方法具有局限性。“大吨位液压链式起重技术与装备研究”课题取得的成果,理论上能满足任何吨位任何沉深的整船打捞,这一技术在国际上处于领先水平。

  大吨位、大沉深船舶的整体打捞,代表着一国的打捞水平。目前,国内在打捞沉船时,广泛采用浮筒打捞法和浮吊抬浮打捞法,而这两种方法均存在局限性,沉船打捞综合技术仅停留在60米以浅、最大整体打捞吨位2-3万吨的水平,在打捞大吨位船舶时常望“船”兴叹。

  以烟台打捞局为例,该局最大的浮吊船是5000吨(在建,2017年底出厂),这意味着采用浮吊抬浮打捞法时单船最多只能打捞5000吨以下的沉船,如果考虑到海上的风浪、淤泥等影响,能打捞的船舶吨位就更小了。

  如果说打捞大吨位船舶难,那么打捞大吨位大沉深的船舶就难上加难了。

  国外发达国家是如何打捞大吨位大沉深沉船的呢?以“库尔斯克号”核潜艇打捞为例,当时荷兰采用了全新的液压深沉补偿同步提升作业方法,取得较好的效果。

  在国内,2009年烟台打捞局首次利用计算机控制液压同步提升(多个液压千斤顶钢绞线提升)技术打捞“畅通”轮艉段,并取得成功,实现了打捞技术的重大突破。不过,由于缺少耐波性设计和多缸协调同步集成监控技术,在打捞过程中出现过负载不均衡的危险。另外,液压千斤顶钢绞线提升技术打捞深度仅限于驳船宽度,这项技术未能彻底解决大沉深船舶打捞的难题。

  通过开展“大吨位液压链式起重技术与装备研究”课题,项目团队彻底解决了上述短板问题。

  改进后的大吨位液压链式起重装备与原来的液压钢绞线提升技术相比,有明显的优势。“以前大钢丝和千斤顶通过钢绞线连通,钢绞线的长度与驳船宽度有关,这就意味着打捞深度也跟驳船的宽度有关,如果水深很深,可能就没有那么大的驳船能够满足需求。”专家介绍说,现在改为链式之后,理论上,只要链子足够长,可以满足任何水深的打捞,只要在船上安装足够多的千斤顶,任何吨位的沉船都能打捞。

  专家告诉记者,液压链式起重装备还能实现同步起浮智能控制。“可以保证所有的千斤顶同时工作,也可控制单台进行工作,这就避免了负载不均衡的问题。”专家说。

  在课题研究中,项目团队还攻克了波浪补偿技术。“在海上打捞沉船时,受波浪上下颠簸影响,千斤顶或链条有可能超负荷,存在很大风险,现在通过加装波浪补偿装置,可以确保在波浪很大的情况下,起重装备受力仍较为稳定。”专家介绍说,这相当于增加了一个缓冲器,可以有效保护起重设备的安全。

  F

  水下开孔安全高效环保

  水下开孔,尤其是对深水沉船油舱进行开孔,一直是打捞界的难题。“高压水射流开孔技术与装备研究”课题取得的成果将让水下开孔作业更安全更高效更环保,使得我国深水开孔技术跻身世界前列。

  伴随着船舶大型化,沉船舱内的燃油量也越来越多,往往达到数百吨。如果打捞过程中,这些燃油泄露,将造成不可挽回的环境灾难。“正式打捞前,我们会先将油舱切割开孔,然后将里面的燃油抽干,再实施打捞。”大连海事大学的专家告诉记者。

  据介绍,以往切割采取的是液压切割锯切割,可操作起来极为不便。“这种方法需要潜水员下水操作,可潜水员每次潜水作业时间有限,每次用切割锯一点点切割,劳动强度大,效率不高,效果也不好。”该专家说。

  那能不能像陆地上一样,采取热切割呢?绝不行!“因为切割的是油舱,舱内油气遇明火极易发生爆炸。”

  用液压切割锯割费时费力,热切割会爆炸,那如何解决沉船水下切割难题?项目团队通过“高压水射流开孔技术与装备研究”课题,创新性地将陆上常用的高压水射流开孔技术引入水下,填补了国内技术空白。

  何为高压水射流开孔技术?简单说,就是在水里掺入矿砂,然后用高压水枪打出去进行切割。这项技术听起来简单,可是要运用到水下却极为困难。打个比方,步枪打出去的子弹速度大概有800米/秒,能够打到1000米以外的距离,可是打到水里,1、2米就没有任何威力了。“高压水枪在水里和空气里效果完全不一样,要将陆上技术引入水下,难度成几何倍级增加。”

  那么如何保证水枪在水里仍能切割呢?一是驱动装置很关键,要能提供足够的压力。二是做水枪的材料要求很高。三是对沙子的硬度要求高,但又不能太贵。

  项目团队攻坚克难,大胆创新。一是对水枪喷嘴结构进行改变,实现压力冲击,提高了切割效率;二是选用了石榴石这种材料,既满足了矿砂的硬度要求,成本也相对较低;更重要的是,该装备实现了船上远程操作。

  “以前用液压切割锯切割时,得潜入水下进行作业,现在只需要潜水员把装置安放好,然后在船上进行操作,遥控指挥装备切割。”专家介绍说,“我们的装备能够实现水深100米环境下30毫米厚度钢板的高效冷态开孔作业,开孔直径520毫米范围内连续可调。目前,这一技术填补了国内空白,在国际上也处于领先地位。”

  据介绍,由于与热切割不同,高压水射流开孔也被称为冷切割,未来将广泛应用于沉船油舱的开孔作业。

  唯改革者进,唯创新者强,唯改革创新者胜。“大吨位沉船整体打捞探测、起浮技术及装备”项目所取得的成果,是我国打捞领域科技创新的最新成果,为我国大吨位、大沉深船舶整体打捞提供了一整套的技术与装备,在实现我国打捞强国梦的征程中留下了深刻注脚。

  新常态带来新挑战,“黄金期”开启新征程。烟台打捞局将聚焦海洋强国和“一带一路”战略,围绕“四个交通”发展目标,不断实现创新驱动,推动科技滚动发展,助力“我国救捞能力和水平要达到国际先进水平,走到世界前列”的目标早日实现。

  本版图片由交通运输部烟台打捞局提供


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