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大国重器,中国的天鲲号是目前亚洲最大、最先进的自航绞吸挖泥船,被美誉为快速造岛神器。
大型重型挖泥船在国际上属于高技术、资金密集型基础装备,无论是世界最大人工深水港——天津港的开挖,还是长江深水航道的疏浚,都离不开大重型挖泥船的高效作用。
全球也只有荷兰、比利时等少数几个国家掌握了自主设计、建造的关键性的核心技术,而重型挖泥船也大都被作为国家战略装备进行统一管理。(疏浚的意思:是疏通、扩宽或挖深河湖等水域,用人力或机械进行水下土石方开挖工程。)
天鲲号从设计到制造,拥有完全自主知识产权,是国内第一艘采用全电力驱动型的自航绞吸挖泥船。其挖掘能力位居世界先进行列,特别是输送能力达到世界第一! 天鲲号在适应恶劣海况能力方面全球最强,拥有国际领先的自航绞吸船智能集成控制系统。
天鲲号绞吸挖泥船是由中国船舶工业集团公司第708所设计,上海振华重工集团启东公司建造。根据天航局方面提供的数据资料,天鲲号船长140米,宽27.8米,最大挖深35米,总装机功率25843千瓦,设计每小时挖泥6000立方米,绞刀功率6600千瓦。
在2017年11月3日,被誉为造岛神器的亚洲最大绞吸挖泥船天鲲号在江苏启东下水。船体配备了油缸式柔性重型钢桩台车系统,可适应3米高的波浪。
在2018年6月8日,亚洲超大重型自航绞吸船天鲲号在浙江花鸟山海域进行为期3天的海试。6月12日,疏浚重器天鲲号首次试航成功。
2018年11月23日,天鲲号开赴大连开展挖岩试验,试验围绕高产量、低能耗的技术要求展开,共进行了绞刀在岩床上的挖掘姿态试验、不同性能的刀齿试验、绞刀转速试验、极限横移拉力试验、正反刀挖掘试验五个方面的试验。最终,天鲲号成功完成挖掘60兆帕岩石强度的试验,超过挖掘岩石硬度50兆帕的设计标准。
天鲲号厉害之处一:亚洲最强大的挖掘系统、最大功率的输送系统和当前国际最先进的自动控制系统,泥泵输送功率达到17000千瓦,达到世界最高功率配置,在远程输送能力15公里,为世界之最。
天鲲号挖泥船满载时排水量为17000t,设计航速12kn,装机总功率25843kW;配置一台水下泵、两台舱内泥泵,最大排距15000m。
可通过装驳装置实现单水下泵装驳作业;吸/排管径1000/1000mm,挖深6.5-35m;挖泥船配置了通用、粘土、挖岩和重型挖岩等4种类型的作业时用的绞刀,适用于在挖掘淤泥、粘土、密实砂质土、砾石、强风化岩以及单侧抗压强度45MPa的中弱风化岩,标准疏浚能力6000m3/h。
天鲲号挖泥船根据不同的地质条件,配置通用、黏土、挖岩及重型挖岩4种不同类型的绞刀,可以开挖单侧抗压强度50兆帕以内的岩石。
天鲸号和天鲲号工作原理:船尾在下桩以后,在船头会伸出一根长长的桥梁,而桥梁的头部就是作业用的绞刀。这根钢梁重量高达1100吨,所以,制造时其重量要能压得住绞刀,才能让绞刀绞得动很坚固的岩沙。在正常运转后,绞刀就以桩为圆心,做扇形摇摆,击碎岩石泥沙,而击碎的岩石泥沙则通过船上的高效离心泵吸入,并通过管道再吹出去。
天鲲号不仅能够远距离输泥沙,配置的通用、黏土、挖岩及重型挖岩4种不同类型的绞刀,使得它比天鲸号具有更强大的开挖能力,甚至可以开挖海底硬度更高的岩石。所以,天鲲号可以做到在一个星期时间内,就能在岛礁上搭起一个水立方面积大小的沙石堆。
处于船头位置的绞刀头是重型自航绞吸船的核心装备。天鲲号的绞刀头直径达3.15米,头上布满非常尖锐的牙齿,单个刀齿造价就高达1500元。 绞刀头是由4200千瓦的变频电机来驱动的,可挖掘耐压强度高达40兆帕中风化及强风化的岩石。
40兆帕相当于什么概念呢? 其硬度与高强度混凝土的硬度差不多,可以说它能够削岩如泥并非夸张。
天鲲号最大的技术性突破,就是绞刀横摆的速度,它会随着泥沙浓度的变化而产生变化。目前世界上自动控制系统的横摆速度都是提前设定好的,而速度一提前设定好,问题就来了,因为有些区域泥沙浓度过高,就会造成堵管;而有些区域浓度降低,绞刀作业效率又会下降,因此,采取这套智能系统,问题一下子迎刃而解了。
此外,在挖掘边线、边坡时,也不会出现常见的因为绞刀惯性而产生的超挖现象。所以,这几项重大技术突破,完全可以让天鲲号实现效率及产能最大化,成为真正的大国疏浚重器。
天鲲号具备了双定位功能,属于独树一帜的全球首创。国外自航绞吸挖泥船都是单定位的,而‘天鲲号’除了钢桩台车定位,还有一套三缆定位装置,在世界上依然是独创。
如果与现役的亚洲第一大绞吸挖泥船天鲸号相比,天鲲号在性能上已经实现全面超越。天鲲号能够以每小时6000立方米的速度把海中的沙子、岩石还有海水混合物快速输送到最远15千米的地方,由此成为建设中国海疆的大国重器。
天鲲号是一个巨无霸,长达 140 米,宽 27.8米,绞刀一刀挖下去,最大挖深就可达到35米,总装机功率为25843千瓦,绞刀功率6600千瓦,每小时挖泥量高达6000立方米,也就是说,天鲲号一小时就可以挖一个一米深那么大的足球场,可见巨无霸的作业量胃口的很大的,远远超过一般的设备。
疏浚工程之前都是采取水下土石方开挖方式,最常用的手段往往是相对粗暴的爆破法,势必会对作业区域的海洋生物产生危害性影响,因此,目前此类施工手段已经被抛弃,目前挖泥船成了唯一的海上挖掘作业工具设备。天鲸号和天鲲号都是世界高超水准的自航绞吸挖泥船。
厉害之处二:天鲲号融合了当前世界最新科技,是国家工信部立项的科研项目,为双桨、双转动导流管、全电力驱动的自航绞吸挖泥船,全船布置、柔性钢桩台车系统等技术国际先进,三缆定位系统、航行视线问题解决等技术国际领先。
天鲲号驾驭舱有四十多平方米,并且高科技感十足,主动挖泥控制体系坐落在舱内正中,所有挖泥设备的操作模式都集中在大约两平方米的操作台上,驾驶员点击鼠标或按动按钮便可指挥操作一切程序。
天鲲号的双定位功能属于独树一帜的全球首创。国外自航绞吸挖泥船都是采取单定位的,‘天鲲号’三缆定位装置在世界上也属于独创。
厉害之处三:天鲲号装配了当前国际最先进的自动控制系统,并具有全球无限航区的航行能力和装驳功能,可实现自动挖泥、监控及无人操控,将极大提高作业效率,适用于沿海及深远海港口航道疏浚等工程。
厉害之处四:天鲲号完全是国内设计制造的,拥有完全自主知识产权,犹如当初西方质疑中国的高铁技术一样,很多欧美发达国家始终搞不明白,中国在重型自航绞吸船制造方面是怎样实现华丽转身的,其实西方国家的技术封锁能够激发国人自力更生的动力。
设计制造天鲲号,如此强大的动力来自于科研设计工作者不懈的努力,特别是组建于1950年的708研究所。
根据公开资料显示,708所是我国规模最大的船舶设计技术国家工程研究中心,覆盖了20多个专业。708所有多牛? 目前正在执行中国首次环球海洋综合科学考察任务的向阳红01号、千吨级海监船中国海监1001、3000吨级出口护卫舰都是他们设计的。
天鲲号是代表中国疏浚史上高新技术与重型装备制造高度融合的里程碑,必将助力中国成为真正意义上的疏浚强国。
为什么要设计制造天鲲号挖泥船?
设计制造天鲲号挖泥船的重要性是不言而喻的,在八百多年前,荷兰人采用沙石填海造陆,使得荷兰国土中20%的土地都是大规模人工填海造出来的。
而古代疏浚,由于生产力低下,疏浚只能主要依靠简单的人力,时至今日,挖泥船疏浚成为了最主要的工具。
任何人不要轻视这个挖泥船,它在某种程度上意味着一个国家生产力的效率。比如科技大国日本,在重型自航绞吸船上不断地投入研发、不断更新,其结果,不仅通过巨无霸设备建造了一个又一个人工岛,而且通过填海造陆的方式,让日本国土面积不断增加。
再比如对南海建设眼红的越南,历来采用传统方式进行填海,因为没有先进的大型挖泥船设备,因此,最终填海效果大打折扣、效率低下。
中国疏浚公司在2005年之前,挖泥船都是依赖国外进口,并且挖泥船制造技术受到国外严密技术封锁,在此情况下,中国只能自力更生、自主研发、自主制造。
在中交天津航道局有限公司(简称天航局)投资建造的天鲸号诞生前,我国重型挖泥船进口比例高达八九成。
比如1966年,从荷兰引进自航耙吸船津航浚102轮时,天航局曾花费了折合4吨黄金的高价。从国外进口的超大型挖泥船往往不是技术最先进的,在关键工程中有时难以担当重任。
全世界之前只有欧洲几个国家掌握重型挖泥船设计建造技术,并作为国家战略装备统一管理,因此,欧洲国家的核心技术不但学不到、同时也买不来。
因此,2005年天航局相继启动了天狮船、天牛船的设计、研发、制造计划,由此迈出了自主设计建造大型绞吸式挖泥船的第一步。2007年9月,天航局正式成立工程船舶设计所。在此后10年时间,滨海型程途恒远系列、天鲸号等相继建成投产,使我国开始比肩全球挖泥船先进制造国家,为自主设计建造大型疏浚装备奠定了基础。
天航局制造的天鲲号是天鲸号的一对姐妹船,是首艘国内设计建造、拥有完全自主知识产权的重型自航绞吸挖泥船。标志着我国已经能够自主设计建造新一代的重型自航绞吸挖泥船,实现了关键技术的历史性突破,使中国成为全球少数几个能够用自己的设备和技术疏浚航道、吹填造地的国家之一。
和很多大国重器一样,天鲸号和天鲲号相继问世,让中国的疏浚业拥有了和全球四大疏浚公司相媲美的自己的挖泥船超级战舰。
全球挖泥船及四大疏浚公司
全球挖泥船建造市场之前一直被欧洲的造船厂所主导。全球市场份额被掌握在波斯卡里斯(Boskalis)、德米(DEME)、杨德努(Jan De Nul)和范奥德(Van Oord)四大欧洲疏浚公司手上。
一、荷兰波斯卡里斯
总部设在荷兰鹿特丹的波斯卡里斯,1971在阿姆斯特丹交易所上市,其业务范围涉及75个国家和地区。拥有雇员11,000多人,装备利用率89%。在 2014年,业务曾经在四大疏浚国家中排名第一。
智研咨询发布的《2017-2022年中国疏浚工程行业调研及未来前景预测报告》指出:波斯卡里斯在四家公司中业务结构最为均衡,发展注重质量 ,并在海洋能源、拖带及海上救助业务近年来快速发展,尤其是拖带业务成本低、收益高。
波斯卡里斯战略非常明确:成为疏浚及海洋工程领域的专家,其业务围绕客户需求进行全产业链综合解决方案布局。波斯卡里斯实行多品牌战略。
二、比利时德米集团
总部设在比利时安特卫普,德米集团是由两家比利时疏浚公司组建起来的控股公司,成立于1991年4月。其从事疏浚吹填业务可追溯到1852年,历经3个世纪。 德米集团拥有160年历史的疏浚与填海造地史。
德米集团业务范围包括疏浚、填海造地、水利工程、海上石油服务、天然气和可再生能源与环境工程六大板块,集团核心业务是疏浚与填海造地以及水利工程。德米集团业务范围遍布全世界50多个国家,在五大洲都设有分部、子公司和代理处。
德米集团最大的优势在于不断创新、善于与当地合作伙伴合作。德米集团的主要市场在欧洲(40%) ,亚洲是第二大市场(30%),其次为中东(8.6%)、美洲(5.7%) 。德米集团年营业额曾经在四大疏浚公司中排名第二。
三、比利时杨德努
总部设在比利时安特卫普,比利时杨德努1900年由德努家族在比利时阿尔斯特创建。杨德努业务范围涉及60多个国家和地区。
杨德努是四家疏浚公司中较为独特的一家,坚持在疏浚业务上采取专业化、高端化经营路线,不愿接成本低、利润低的项目,避开低端竞争。杨德努的业务范围包含:疏浚及海事、海洋工程、土木工程、环境工程四大板块。疏浚业务收入中20~30%来自于欧洲,70~80%来自于其他地区。
杨德努拥有在四家国际疏浚公司中最强的装备技术研发能力,将设计环节掌握在总部,所有装备都是由自己总部研发中心来统一设计,然后交由合格的制造商来建造,因此能够根据自身优势来进行装备定制,并确保自己掌握关键核心技术,同时使整体建造成本达到最低。
杨德努将知识与经验看作企业的重要资产,投入大量资金进行内部培训体系的建设。
四、荷兰范奥德
总部设在荷兰鹿特丹的范奥德业务范围涉及超过50个国家和地区,其立足疏浚大力发展新兴业务。范奥德的战略是基于疏浚吹填工程、海洋工程和近海工程(油、汽、风能)三大业务市场,疏浚市场是其最大的市场(约占60~70 %) 。
范奥德的业务范围包含:疏浚吹填、海洋工程、海上风电工程三大板块。范奥德近年大力发展海底管线、抛石、海上风电场建设等新兴业务,其中海上风电业务在欧洲发展较快。
中国人经过不断的研发投入及辛苦努力,使得我国已经成为世界第一疏浚大国,并且年疏浚量一度超过10亿立方米,中国已经成为世界上少数几个掌握了疏浚前沿技术、能够自主开展大规模吹填造陆和航道疏浚工程的国家之一。
值得一提的是,随着国家海洋经济发展战略的不断推进,以中交集团为代表的中国疏浚公司不断向全球海外市场拓展,可喜的是在东南亚、中东、非洲的市场获得很大的发展,屡次斩获许多大型项目,成为四大欧洲疏浚公司的重要对手之一,中国人实现了从无到有、从小到大、从弱到强的转变。
特别是2017年,中国在中东欧获得首个疏浚项目,中国疏浚企业挺进了欧洲四大疏浚企业的传统势力范围。这项合同总价6200万美元项目是乌克兰南方港疏浚项目,也是目前中乌签署的规模最大的基础设施类项目。中国企业通过乌克兰项目进入四大欧洲疏浚公司的市场腹地,具有非常重要的战略意义。
由于该项目是乌克兰国内最大的疏浚项目,乌克兰政府希望借由这个项目加快乌克兰出口复苏,由国家财政出资保证项目的支付。
最终,中交集团旗下的中国港湾作为承包商击败了同样参与竞标的欧洲四大疏浚公司,最终的成功来自于具有竞争性的技术和价格优势。
中国的企业相比欧洲四大疏浚公司,优势除了管理成本控制较好外,管理水平更高、施工经验丰富、施工工艺流程创新做得更出色,因此有着更大的竞争优势。
天鲲号融合了国际最新科技,配备了当今世界最强壮的挖掘体系和最大功率的高效泥泵,长途输送等功能雄踞全球第一。该船的成功建造,实现了从中国制造到中国创造的华丽转身。
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