中国科技报 5小时前
[成 果] “清淤利器”会“开刀”能“思考”
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世界最大全电驱可拆装环保绞吸船“浚澜”在官厅水库投入使用,用于清淤试点工程。该船由中交集团自主设计建造,具备强大的电力驱动挖掘输送系统,每小时可疏浚2000立方米,挖掘深度可达25米,并可拆装运输。此外,“浚澜”船采用环保设计,包括新型环保绞刀和高压岸电接入模块,实现零碳排放,同时配备“智慧大脑”控制系统,实现自动化疏浚作业,并能根据不同土质自主优化作业参数。

💡“浚澜”船是世界最大全电驱可拆装环保绞吸船,由中交集团自主设计建造,主要用于官厅水库的清淤试点工程。

✨该船配备了可拆装疏浚装备领域最强的电力驱动挖掘输送系统,绞刀功率达600千瓦,挖掘效率高,挖掘深度可达25米,加装深水模块后最大挖深可达60米。

💧“浚澜”船采用环保设计,配备新型环保绞刀,通过精确调整外罩开口大小,实现泥水分离,减少水体污染,同时采用高压岸电接入模块,实现施工作业零碳排放。

🧠该船配备“智慧大脑”控制系统,可以根据不同土质自主优化作业参数,实现远程操控、监测甚至无人化作业,并能通过学习积累作业数据,优化后续作业流程。

🛠️“浚澜”船采用模块化设计,可拆装运输,适用于官厅水库不通航的特点,分拆后的模块可以通过陆路运输至作业地点,对于通航水域,则可以直接拖航。

——世界最大全电驱可拆装环保绞吸船投入使用

正在官厅水库开展作业的“浚澜”船。受访单位供图

    ◎本报记者 都 芃

    5月的官厅水库,风平浪静,碧波荡漾。岸边不远处,一艘红黄相间的“大家伙”正在水面上四处游弋。虽然水面之上波澜不惊,但水下早已是一派热火朝天的景象。快速旋转的绞刀正将水底淤泥打碎成“泥浆豆腐脑”,紧接着,泥泵强大的吸力将泥水混合物抽吸上来,经过长长的排泥管不断输送至远处堆场。中交天津航道局有限公司疏浚装备中心主任杨正军告诉记者,这艘正在作业的“大家伙”是由中交集团自主设计建造的世界最大全电驱可拆装环保绞吸船——“浚澜”船。不久前,“浚澜”船在官厅水库清淤试点工程正式投入使用。

    量身定制的疏浚装备

    绞吸船的工作原理是通过巨大的绞刀将水底淤泥进行挖掘破碎,再借助泥泵将底泥吸入封闭管道,最后远程传输至堆场。其主要用于各类江河湖库清淤工程。

    官厅水库位于永定河河北省与北京市交界处,是新中国成立后我国自行勘测、设计、施工的第一座大型水库,也是永定河上最大的控制性水利枢纽工程,对保障流域生态安全、防洪及综合治理与生态恢复建设等均具有重大意义。

    但由于长期未进行系统性治理,官厅水库淤积泥沙总量已达6.5亿立方米,防洪供水以及生态涵养功能严重下降。清淤扩容、升级改造成为官厅水库持续发挥功能的必要选择。

    杨正军介绍,官厅水库清淤试点工程计划清除库底污染底泥1153.87万立方米,该工程面临挖深大、土质复杂、输送距离远、环保要求高等诸多技术难题。

    “针对官厅水库的特点,我们为‘浚澜’船配备了可拆装疏浚装备领域目前最强的电力驱动挖掘输送系统,绞刀功率可达600千瓦,能够轻松开挖中高强度的土质,挖掘效率是以往装备的3倍。”杨正军说,“浚澜”船每小时的标准疏浚量可以达到2000立方米,相当于每小时可挖出一座标准游泳池。此外“浚澜”船专为深水湖库清淤设计,挖掘深度可至25米,加装深水模块后最大挖深可达60米。

    “浚澜”船不仅能挖,还能运。为了保护水库周边环境,挖掘出的淤泥要进行远距离输送堆放。为此,“浚澜”船配备了自主研制的新型泥泵,该泥泵较上一代泥泵输送效率提升10%以上。工作时,水下泵先将泥水混合物吸入舱内,随后舱内泵通过连接的管道一口气将淤泥“快递”到5公里外,两者“串联接力”,输送效率和距离都得到大幅提升。

    此外,为了应对官厅水库不通航、船只无法通过水路直接抵达的特点,“浚澜”船采用独特的模块化设计,能够实现“乐高积木”式拆装。分拆后的九大模块可以通过陆路运输,抵达各处作业地点。对于通航水域,“浚澜”船则可以直接在A级航区内拖航,实现来去自如。

    会“思考”的“水下手术刀”

    功率大、效率高,只是“浚澜”船的特点之一。官厅水库作为北京市总库容超过40亿立方米的两座水库之一,环保作业要求高。如何在清淤时保证水体不被淤泥污染,也是绞吸船设计时必须考虑的问题。

    杨正军告诉记者:“简单来说,我们的绞刀配有一个外罩。外罩的开口大小可以根据切泥的厚度进行精确调整,让整个切泥过程都在封闭空间内进行,从而实现泥水分离。绞刀挖掘轨迹平整、空间定位精准,堪称‘水下手术刀’。”他介绍,团队通过理论分析、数值模拟、模型试验等综合分析方法,实现了对水、泥、机具的耦合分析,制定了绞刀的精准动态控制策略。凭借研制出的新型环保绞刀,“浚澜”船的挖掘作业如同一场精准的外科手术,能够将水体扰动降至最低,有效避免了水体污染。

    此外,“浚澜”船配备了高压岸电接入模块,可以采用全电力驱动挖掘系统,实现施工作业零碳排放。在水下工作的设备更是采用了电力驱动取代液压驱动,从源头上确保不对水库水质造成影响。

    “浚澜”船不仅“四肢”足够发达,“头脑”同样不简单。

    “别看‘浚澜’船是个大块头,其实操作起来简单又智能。”杨正军说的正是“浚澜”船内置的“智慧大脑”控制系统,它可以根据不同土质自主优化作业参数,对船体进行远程操控和监测,甚至实现无人化作业。

    在挖掘作业前,施工团队会收集挖掘区域的土质类型、水下地形等影响作业效率的关键信息,借助疏浚BIM(建筑信息模型)开展数字化建模,生成底泥排送距离、作业区域、运行路径等作业数据,录入该船的控制系统。此时,“浚澜”船便仿佛有了导航地图,可以按照预设好的路线和施工参数等进行自动化疏浚作业。

    虽然听起来简单,但杨正军告诉记者,“浚澜”船在作业中所面临的水下情况千变万化。例如,官厅水库的土质就有淤泥、黏土、粉土、砂土等多种,工况挖深在3至25米不等。此外,水流速度、浪高、风速等也在随时变化。为此,“浚澜”船会随时调整其作业时的切厚、绞刀转速、横移速度、水下泥泵转速、舱内泥泵转速等参数,适应不断变化的环境状况。

    除了能自主作业,“浚澜”船配备的“智慧大脑”还可以不断学习、进化。借助配备的多型传感器,“浚澜”船可以记录作业时的土质信息、施工参数、设备运行参数等数据,并将相关数据沉淀为数据库,这样,“智慧大脑”就有了“记忆”。在此基础上,根据后续不同作业需求,“智慧大脑”可以自主学习过往数据,从而优化后续作业流程。

    杨正军表示,官厅水库的工况在国内众多水库中具有一定代表性,“浚澜”船能够在官厅水库成功应用,意味着其可以适用于国内80%以上的水库疏浚工程。

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