從港珠澳大橋到深中通道，這些超級(jí)工程背后都有這個(gè)世界最大沉管智慧工廠 的身影。

要在海底鋪設(shè)一條6.7公里的海底隧道，需要33節(jié)沉管。這樣長(zhǎng)度和龐大工程量的海底隧道工程在世界上是首例?！?/span>深埋長(zhǎng)距離海底隧道、軟弱地基上的離岸人工島建設(shè)都極具挑戰(zhàn)，同時(shí)它還要滿足120年設(shè)計(jì)使用壽命，并可抗擊8級(jí)地震，其設(shè)計(jì)和施工難度在世界范圍內(nèi)都是罕見的。”時(shí)任中國(guó)交建總工程師、港珠澳大橋島隧工程項(xiàng)目總經(jīng)理、總工程師林鳴說道：“33節(jié)沉管的預(yù)制，只要失敗一節(jié)，就意味著整個(gè)工程失敗，我們決不能有絲毫的懈怠。中交人有責(zé)任，也有智慧、有能力完成這項(xiàng)世紀(jì)工程的建設(shè)。”

33節(jié)巨型沉管共需要30萬噸鋼筋，100萬立方米混凝土，相當(dāng)于8座828米高的迪拜塔。超級(jí)沉管需要一座超級(jí)工廠。

2010年12月28日，正是南國(guó)濕冷的冬季。當(dāng)?shù)谝宦暠坡晱墓鹕脚ｎ^島響起，四航建設(shè)者開始了土石方的開挖。

這座“夢(mèng)工廠”的核心是沉管預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)廠房建設(shè)及配套生產(chǎn)設(shè)備安裝、深水塢、淺水塢建設(shè)。建設(shè)者要在物資匱乏、作業(yè)面狹小的孤島上完成10個(gè)足球場(chǎng)面積的爆破開挖作業(yè)，建起一座機(jī)構(gòu)復(fù)雜、標(biāo)準(zhǔn)要求高的現(xiàn)代化工廠。“工期緊，機(jī)械設(shè)備上島不方便，開挖方量大，我們必須日夜不停地趕工。”

僅用了14個(gè)月，四航人共完成20個(gè)節(jié)點(diǎn)任務(wù)，廠區(qū)總爆破開挖量約200萬立方米，混凝土澆筑量約為13萬立方米，鋼結(jié)構(gòu)安裝量約為3000噸，在牛頭島平地建起一座世界級(jí)的沉管預(yù)制廠，為島隧工程建設(shè)工作全面轉(zhuǎn)入沉管預(yù)制和浮運(yùn)沉放打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。預(yù)制廠建成投產(chǎn)后，項(xiàng)目部按照自我管理、持之以恒、不斷優(yōu)化和勤儉節(jié)約的原則，全面實(shí)施“6S”現(xiàn)場(chǎng)管理制度標(biāo)準(zhǔn)化管理。“通過制度細(xì)化來完善項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化管理，是項(xiàng)目部管理提升的重要經(jīng)驗(yàn)。”時(shí)任項(xiàng)目經(jīng)理、現(xiàn)任四航局副總經(jīng)理梁杰忠說道，“此外，我們?cè)诠芾砝砟钌弦肓恕?S’管理并將其‘本土化’，以此激發(fā)管理潛能。”預(yù)制廠內(nèi)，極目望處，一排排鋼筋整整齊齊地堆放，一架架機(jī)器泰然自若地運(yùn)轉(zhuǎn)，一個(gè)個(gè)穿戴整齊的工人有序工作，設(shè)備一塵不染。56萬平方米的工廠，沒有一塊垃圾，沒有一根煙頭，一切都彰顯著“6S”標(biāo)準(zhǔn)化管理之美。項(xiàng)目部還對(duì)廣大參建人員開展職業(yè)技能培訓(xùn)和“6S”管理內(nèi)容專項(xiàng)培訓(xùn)，提高員工的自覺性，“沒有高素質(zhì)的員工，就沒有高質(zhì)量的產(chǎn)品”。 

完成港珠澳大橋沉管隧道建設(shè)任務(wù)之后，四航建設(shè)團(tuán)隊(duì)重整行裝再出發(fā)，再次肩負(fù)起建設(shè)深中通道沉管隧道的重任，將原港珠澳大橋沉管預(yù)制廠進(jìn)行智能化改造升級(jí)，建成世界最大智慧工廠，自主研發(fā)高流動(dòng)性自密實(shí)混凝土、智能臺(tái)車組、智能澆筑機(jī)和深中通道智慧管理系統(tǒng)，解決了8萬噸沉管移運(yùn)速度和自密實(shí)混凝土澆筑的百年質(zhì)量難題。

深中通道沉管隧道采用鋼殼混凝土組合結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)為國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用，國(guó)際上首次大規(guī)模使用。該結(jié)構(gòu)形式就是鋼板包著混凝土，類似“三明治”結(jié)構(gòu)，不易產(chǎn)生裂縫漏水現(xiàn)象。在施工工藝上，鋼殼混凝土沉管隧道是鋼板隔倉(cāng)內(nèi)封閉式澆注，澆注隔倉(cāng)多，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)由2255個(gè)約4-16立方米封閉隔倉(cāng)構(gòu)成，牛頭島預(yù)制廠需要完成4萬個(gè)不同規(guī)格隔倉(cāng)施工，高流動(dòng)性自密實(shí)混凝土總用量達(dá)66萬立方米。

設(shè)計(jì)師對(duì)深中通道隧道100年壽命提出了苛刻的要求，每一個(gè)倉(cāng)格了里鋼殼和混凝土間的縫隙只能有5毫米的脫空。要在這樣一個(gè)“龐然大物”里頭封閉的環(huán)境下完成混凝土澆筑工作，既看不見，又要求混凝土澆筑完成后與面板緊密貼合，難度可想而知。

必須走自主研發(fā)道路。四航局技術(shù)團(tuán)隊(duì)為直觀獲取混凝土在鋼模中的流動(dòng)狀態(tài)，按沉管倉(cāng)格尺寸打造全透明的有機(jī)玻璃模型，進(jìn)行全方位模擬，還拍攝錄像反復(fù)研究，在實(shí)踐中研究能滿足鋼殼質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的混凝土材料。

“光是為了找到最好的原材料，我們就跑遍了這方圓數(shù)千公里，晚上做夢(mèng)都是混凝土?！彼暮骄稚钪型ǖ理?xiàng)目試驗(yàn)室主管孫帥說道，“解決了影響混凝土性能的單個(gè)敏感因素后，還要繼續(xù)研究溫度、時(shí)間、澆筑泵管、設(shè)計(jì)性能指標(biāo)等多個(gè)因素相結(jié)合對(duì)混凝土的作用，必須確?；炷列阅苋f無一失。”

面對(duì)傳統(tǒng)澆筑設(shè)備適用性差、沉管預(yù)制工期緊和工人操作誤差等問題，四航局技術(shù)團(tuán)隊(duì)突破傳統(tǒng)工程思維，整合工程和機(jī)械的的技術(shù)資源，自行設(shè)計(jì)一款智能化澆筑設(shè)備——智能澆筑機(jī)，工程師稱它為建筑界混凝土施工首臺(tái)機(jī)器人。

自主研發(fā)制造的智能澆筑機(jī)，它設(shè)有液壓行走底盤，八支液壓腿可實(shí)現(xiàn)前后左右四向移動(dòng)；設(shè)有兩級(jí)回轉(zhuǎn)，臂長(zhǎng)達(dá)12.3米的澆筑臂，一次澆筑可完成約25米直徑的區(qū)域作業(yè)；配合先進(jìn)漿管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水泥送漿速度和澆筑高度實(shí)時(shí)可控。雖然智能澆筑設(shè)備的底盤厚重，但尺寸小巧，澆筑臂長(zhǎng)，可以靈活在沉管內(nèi)部行走作業(yè)，是一臺(tái)可以24小時(shí)澆筑作業(yè)的“超級(jí)蜘蛛人”。

為提高設(shè)備的精度，四航人同時(shí)選擇從軟件上適配——建立數(shù)據(jù)庫，攻克智能澆筑系統(tǒng)的核心算法，用系統(tǒng)的程序算法修正設(shè)備誤差。然而每一個(gè)動(dòng)作的疊加，系統(tǒng)的運(yùn)算量便是以指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，工作量龐大。四航研發(fā)團(tuán)隊(duì)開啟了馬拉松式的調(diào)試，進(jìn)行龐大基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的漫游。調(diào)試的過程艱難但令人興奮，一次次的偏差伴隨著精度的一次次提高，最終研發(fā)人員攻克了智能澆筑程序的核心算法，并一舉將尋孔精度提高至10毫米以內(nèi)，比設(shè)計(jì)需求提高了4倍！四航人再一次做到了別人眼中的不可能。

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)團(tuán)隊(duì)不僅自主研發(fā)出了脫空狀態(tài)不超過5毫米的高穩(wěn)健自密實(shí)混凝土，還在智能機(jī)器人的自動(dòng)化控制下，圓滿完成了首節(jié)沉管的澆筑任務(wù)，這也是世界上首次大規(guī)模采用自密實(shí)混凝土澆筑鋼殼沉管，奠定了中國(guó)鋼殼沉管預(yù)制的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)。

深中通道每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長(zhǎng)165米，重約8萬噸，超過“遼寧號(hào)”航空母艦的排水量。參照港珠澳大橋建設(shè)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，一節(jié)沉管每天頂推約30米，完成單節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)需要7天。為滿足工期要求，加快粵港澳大灣區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，深中通道全部沉管預(yù)制工作計(jì)劃于2022年底完成，項(xiàng)目要保證每月生產(chǎn)1節(jié)沉管，必須1天之內(nèi)完成鋼殼沉管在預(yù)制廠內(nèi)的縱移動(dòng)。

“當(dāng)時(shí)我們經(jīng)過了巨大革新才使港珠澳大橋頂推系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從30天到15天再到7天的提速，這已經(jīng)到達(dá)了極限?！彼暮骄旨夹g(shù)中心總經(jīng)理陳偉彬說，“但是現(xiàn)在用這套頂推系統(tǒng)做深中通道項(xiàng)目，難以滿足功效要求?！?/span>研發(fā)一套“專業(yè)化”鋼殼管節(jié)移動(dòng)系統(tǒng)，成為了項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的唯一出路。

“滾動(dòng)肯定比滑動(dòng)要省力，臺(tái)車就是這么一個(gè)構(gòu)思?！边@是四航局研發(fā)團(tuán)隊(duì)提出臺(tái)車移運(yùn)沉管方案的基本思路。但使用臺(tái)車組實(shí)現(xiàn)八萬噸管節(jié)的移運(yùn)，世界上沒有先例，在兩倍的安全系數(shù)要求下，整個(gè)臺(tái)車組所能承受的最大載重，要達(dá)到16萬噸，單臺(tái)臺(tái)車載重超過常規(guī)臺(tái)車最大載重的4倍，這個(gè)難度嚇倒了幾家非常有實(shí)力的研發(fā)單位。四航局航通公司承擔(dān)起這一重任，依托于最大載重只有200噸的船舶轉(zhuǎn)運(yùn)臺(tái)車的原型，勇敢地探索800噸臺(tái)車的研發(fā)。一年時(shí)間的堅(jiān)持， 智能臺(tái)車設(shè)計(jì)方案通過專家論證，正式投入使用！ 

“雖然我們已經(jīng)調(diào)試過很多次設(shè)備了，但畢竟沒有用臺(tái)車真正運(yùn)過6萬噸的東西。在沉管移運(yùn)完成前，那心都是懸著的。但實(shí)踐證明，我們真的成功了！”項(xiàng)目設(shè)備部部長(zhǎng)趙國(guó)臻激動(dòng)地說道。相較港珠澳大橋的首節(jié)沉管移運(yùn)的用時(shí)30天，深中通道的首節(jié)非標(biāo)準(zhǔn)段沉管移運(yùn)僅僅用了3個(gè)小時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)速度比港珠澳大橋速度快56倍。

2020年4月16日7時(shí)50分，牛頭島上的沉管智慧工廠一片肅穆，深中通道E2管節(jié)（標(biāo)準(zhǔn)段）靜靜地停放在澆筑車間內(nèi)，4列200臺(tái)智能臺(tái)車組蓄勢(shì)待發(fā)，將要迎來它的最大考驗(yàn)——8萬噸鋼殼重載移運(yùn)。最終歷時(shí)4小時(shí)30分鐘，E2管節(jié)平穩(wěn)地從澆筑區(qū)移運(yùn)到淺塢區(qū)，移運(yùn)效率約為港珠澳大橋沉管采用的傳統(tǒng)頂推方式的數(shù)十倍，再一次展現(xiàn)出四航速度。

如今，在牛頭島沉管智慧工廠，全新的自動(dòng)化生產(chǎn)線，智能化移動(dòng)裝備、混凝土澆筑機(jī)器人系統(tǒng)、智慧工地調(diào)度系統(tǒng)已經(jīng)代替了傳統(tǒng)的以手工操作為主的生產(chǎn)模式，鋼殼沉管的質(zhì)量和穩(wěn)定性也得以大幅提高，深中通道在港珠澳大橋跨海通道建設(shè)水平上，將再上一個(gè)臺(tái)階，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。