我国已具备在世界任何地方建港的能力

发布时间:2016-05-15 分享:

进入21世纪以来,国际海洋运输船舶向大型化、专业化发展,港口基础设施也需要进一步提升水平,拓展功能,以满足经济社会发展需求。然而,我国沿海港口建设经过几十年快速发展,自然条件优良且适合建港的岸线绝大部分已被开发利用,原油、铁矿石、集装箱、煤炭等大型专业化深水码头面临无处可建的困境。

要解决这一矛盾,一是要打破常规,解决浅水深用的问题,二是走向深海、依托天然岛礁或人工岛建设离岸深水码头。但这两个问题对世界港口建设者来说,都是全新课题。

鉴于港口运输对国家交通运输发展的重要性,2006年,国务院颁布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》将“离岸深水港建设关键技术研究”列为优先发展的主题项目,即通过开辟海域建港、岛群或人工岛建港、长导堤深水码头、长航道浅水深用码头等离岸深水港建设,破解资源环境制约,实现我国港口建设的升级发展。

交通运输部在协调多个科研机构意见后,确定由中国交通建设股份有限公司(简称“中国交建”)作为“离岸深水港建设关键技术研究”课题项目牵头单位。至此,由中国交建总工挂帅,院士领衔,整合国内28家科研、设计、施工、建设单位的247名科技人员,投入研发经费1亿元,开始了产、学、研、用协同攻关。该项目成为建国以来我国水运工程最大的技术开发项目。

责任行动

建设离岸深水港,欧美日等传统海洋强国也没有成熟的技术,需要中国工程建设者在基础理论和应用研究领域的原始创新。

深水建港面临一个普遍的难题是,软黏土地基土在波浪动力作用下强度可能降低,从而危及海工结构物的稳定。随即,“波浪-防波堤-地基相互作用问题研究”成为“离岸深水港建设关键技术研究”项目中的一个研究重点。中国工程院院士、项目技术总负责人、中国交建所属中交第一航务工程勘察设计院技术顾问谢世楞和他的团队经过潜心研究,揭示了软黏土在波浪动荷载作用下的软化机理,并提出了判别软黏土动力软化的标准,这是世界海上软黏土地基结构设计的理论创新。课题研究还将海洋“搬进”实验室,首次成功地在离心机上模拟动态波浪对新结构的作用,揭示了波浪荷载作用下箱筒型基础防波堤的位移特性、破坏模式及影响因素。

在此基础上,课题研发了适用于深水港口建设的受力合理、便于施工、经济性好的新型重力式复合结构。中国交建副总裁、时任项目总负责人、总工程师孙子宇指出:“我们有很多办法完成工程,但我们要找到最经济的方法,这是我们工程师的使命。”这种结构节省材料,可以在陆基大量预制,再到外海去拼装,应用前景非常广泛,可以延伸到国家海洋权益相关工程建设。

“离岸深水港建设关键技术研究”项目还解决了大土木工程领域多年想解决而没解决的、基础性、共性的问题。中交天津港湾工程研究院有限公司教授级高级工程师黄传志,经过数十年工程研究和实践,提出了全新的地基极限分析理论与方法——广义极限平衡法。该方法能够快速而精确地计算出地基极限承载力,为码头、桥梁、大厦的设计安全奠定了坚实的理论基础,破解了世界岩土力学领域百年理论难题。天津大学著名土力学专家陈环教授感到震惊:“这个成果可以和上世纪50年代苏联塑性力学专家索科洛夫斯基提出的滑移线理论媲美!” 

在外海建设港口,安全是首先要考虑的问题。中交水运规划设计院有限公司总工程师、全国工程勘察设计大师吴澎等,邀请全国有经验的船长,在武汉理工大学的船舶操纵模拟实验室,先后开展了5000多组船舶模拟操纵试验,确定了转弯半径、弯道加宽等设计参数与船舶航速的关系,保障了深水航道的设计选线,做到安全、合理、高效。此外,专家们还研究了风暴潮对港口航道的安全影响,提出了风暴潮增水和波高的二维复合分布公式,为安全合理地设计码头提供了科学依据。

项目首创的集基床抛石、整平、检测为一体的机械化深水抛石整平船,能够在无掩护海域6级风工况下高效作业,基床整平精度满足行业规范细平标准±5厘米的要求,提高工效2.5倍以上,降低成本40%以上,是国际领先的深水基床整平技术;研发的自密实、自保水养护、抗裂、耐久、新型海工高性能混凝土成套技术,抗裂性能显著提高,养护时间减少50%以上,对远离陆地、缺乏淡水的离岸工程来说,是海上混凝土结构快速浇注、快速养护的关键技术;打破国外技术封锁,自主研发了水下高置换率挤密砂桩船、施工工艺和自动控制系统,攻克了外海深水条件下,快速加固水下软土地基的关键技术,该技术是目前国际上最为环保有效的水下软土地基加固手段;为环保利用深水超长航道的疏浚弃土,首次将大型绞吸船与大型接力泵船串联施工,研制了管道直径、海上排距和生产能力为世界之最的全封闭管道泥浆清洁输送系统。该系统被世界疏浚联合会确定为第19届世界疏浚大会现场观摩考察项目。

成果评价

历时数年研究积累与工程实践,“离岸深水港建设关键技术研究”项目终于破解了深水港无处可建的困境,让中国有了在世界任何地方建设港口的实力。

项目通过了交通运输部、中国船级社、中国航海学会、中国水运建设行业学会的验收、鉴定和检验,共形成了3项原始创新技术、7项集成创新技术和3项引进消化再创新技术。项目主要研究成果获得2013年国家科技进步一等奖,省部级科技特等奖3项、一等奖4项。获授权发明专利7项,其他各类知识产权18项。发表论文100多篇,出版专著5部。

中国科学院王光谦院士、中国工程院梁应辰院士、孙伟院士、陈吉余院士评价本项目:“解决了离岸深水港建设的一系列关键技术难题,创新难度大,创新程度高,成果总体达到了国际领先水平。”

项目是国务院国资委确定的央企创新驱动发展典型。科技日报在头版头条对本项目技术创新成果进行了全面的纪实连载报道,称赞“‘离岸深水港建设关键技术’使中国港口工程水平跃居世界第一,甚至到了‘孤独求败’的境界”。人民日报在头版头条对本项目创新效果给予了高度肯定。解放军报指出:“离岸深水港建设关键技术研究”取得突破,中国有了在外海建港的实力!新华社、工人日报、经济日报、中国交通报、中国建设报、中国科学报、中国经济时报等30多家主流媒体也对本项目创新成果进行报道并给予充分肯定。

市场应用

“离岸深水港建设关键技术研究”项目的主要创新成果均为自主创新的专有技术,被交通运输部采用,纳入《港口工程结构可靠性设计统一标准》和《水运工程设计通则》、《水运工程施工通则》及《海港总体设计规范》等13本国家和行业标准规范中,并向全球公开出版了英文版。一系列标准规范的颁布标志着我国深水港口建设技术迈入国际先进水平,为中国标准走出去,让世界工程打上“中国创造”的印记奠定了坚实基础。

项目使中国交建具备了可以在任何土质、任何复杂海况环境下,快速、经济、安全地建设外海港口和各类基地的技术能力,对我国扩大海洋权益维护范围,提高海洋资源开发水平意义重大。近年来,中国交建在我国的大连港、天津港、青岛港董家口港区、上海港洋山港区、广州港、黄骅港、曹妃甸等沿海深水港口工程建设中全面应用该项目研究成果。据初步统计,为业主节约工程投资10%以上,新增营业额350多亿元,有力地支撑和引领了我国交通行业“十一五”以来的离岸深水港建设。

该项目还对中国交建承接港珠澳大桥、参与远海岛礁开发等国家重点基础设施建设,承接巴西淡水河谷铁矿石码头设计、沙特扎瓦尔港、埃及塞得港、几内亚西芒杜铁矿石码头、秘鲁加莱诺铜矿石码头、巴基斯坦瓜达尔港设计施工等海外项目发挥了关键作用,还为交通行业“十二五”重大专项跨海通道建设、黄金水道建设、建管养一体化等打下了坚实基础。

通过“离岸深水港建设关键技术与工程应用”研究,中国交建培养了大批行业骨干和专业技术人才,其中,2名主要完成人入选国家百千万人才工程国家级人选,1名主要完成人当选全国工程勘察设计大师,1名主要完成人当选全国水运工程勘察设计大师。

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