“清淤利器”会“开刀”能“思考”

正在官厅水库开展作业的“浚澜”船。受访单位供图

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。