党的二十大报告指出，“科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力”。一航局党委主动融入国家创新大局，围绕重大工程建设谋划关键核心技术攻关，推动原创技术策源地建设，着力建强沉管产业链。
今年“科技月”活动主题为“坚定创新自信，推进高水平科技自立自强”。科学技术部、党委工作部联合策划推出“一航科技”背后的故事。本期推出《世界首制沉管运输安装一体船研发投用纪实》。
10月21日，深中通道E22管节精准对接，标志着全线所有标准管节安装完成，距全线贯通仅剩“一步之遥”。经过2020年6月至今的实战检验，沉管运输安装一体船“一航津安1”出色实现了各项预期功能。
深中通道是继港珠澳大桥后又一世界级跨海集群工程，其沉管隧道长5035米，由32节双向8车道钢壳混凝土沉管相接而成，是目前全球最长、最宽的钢壳沉管隧道，从建设立项开始，就面临一个又一个亟需解决的世界难题。
时间回到2013年。港珠澳大桥沉管隧道施工开始不久，一航局作为我国外海沉管隧道施工的首倡者和国家队，同步参与深中通道有关技术方案论证工作。与港珠澳大桥沉管隧道相比，深中通道沉管隧道面临钢壳结构新形式、尺寸超宽、浮运距离超长、航道封航时间长等许多新难题，已有装备无法满足施工要求。研发新的方案和装备，成为必由之路。
从“零”到“一”的跨越
为了攻克这一世界级施工难题，一航局迅速组建了涵盖设计、研究、装备、施工等专家和工程师的专题研发团队。
起初，研发团队提出把港珠澳大桥使用的“津安2”“津安3”安装船切开加宽，以匹配深中通道沉管的宽度。但“津安2”“津安3”无法自航，需拖轮在左右两侧拖带，已有航道宽度无法满足安装船和拖轮编队航行需求。若进一步拓宽航道，粗略估算，挖泥量将达4000万立方米，无论经济效益还是社会效益，都难言优越。此后，研发团队又提出了新造自航式半潜船方案，拖带沉管并完成安装，但这一方案因造船周期长、作业风险大被搁置……
2016年，在一次专家讨论会上，研发团队成员提出把两艘安装船加宽连成一体，再给一体船装上“腿”，令其自带动力的设想。这个想法让大家眼前一亮，会议室的氛围变得热闹起来。在激烈的讨论中，一体船的研究方向逐渐清晰。此后经过三个月的深入细化，一体船的建设方案逐渐成型。
“相较于‘津安2’和‘津安3’，新的一体船体现了四个‘一体’。”一航局总技术顾问李一勇解释说，“首先，这是一艘具有航行能力的船舶，船体结构是一体的；其次，它集沉管浮运和沉放安装功能于一体；第三是动力一体，便于操作也更节能环保；第四是船舶和沉管是一体的，船和沉管通过刚性连接，组合为一个整体，体现了沉管浮运安装一体化施工工艺。”
一体船方案一经发布，就获得业主单位和业内专家的高度认可，称赞“这又是一次重大的创新和跨越”。研发团队接续完成了船体结构的工艺方案，确定了各项工艺参数，相继联合国内外知名科研机构开展数模、物模试验，就一体船动力、航行及沉管沉放等关键课题进行可行性论证。
“从2013年启动研发到2016年取得根本突破，再到2017年完成可行性论证，我们几乎把所有可能采取的方案进行了‘摸排’，这条从‘零’到‘一’的科技创新之路，终于迎来了‘柳暗花明’。”李一勇不禁感慨。
从“蓝图”到“实践”的探索
2018年7月，一体船正式进入建造阶段。这艘世界首制的“巨无霸”，主船体采用双体船船型设计，集沉管浮运、定位、沉放和安装等功能于一体，船长190.4米，船宽75米，型深14.7米，甲板面积与两个足球场相当。
“‘一航津安1’具备自航功能，配有2套9280千瓦主推进系统和8台大功率侧推，主机和侧推的尺寸和功率均创国内同等设备之最，可满足带标准沉管浮运下深水静水航速5节的要求，并具备DP动力定位功能，在带沉管工况下可抵抗1.6节横流。”一航局副总工程师李增军介绍。同时，一体船还具备航迹追踪及偏移纠偏功能，在设计、建造及施工管理系统方面均实现了自主研发，实现了外海沉管机械化、无人化、自动化浮运安装作业。相比传统管节浮运安装方式，可减少浮运航道疏浚量1500万立方米，节省造价数亿元。
2019年6月1日，一体船顺利出坞，标志着世界上安装能力最大、沉放精度最高、施工作业最高效、性能最先进的海底隧道沉管施工专用船舶取得重大阶段性成果，并正式命名为“一航津安1”。出坞后，“一航津安1”按计划，历时一年，先后完成了管系、电缆及电气设备安装，并开展设备调试、系泊试验及航行试验等工作。
2020年6月16日，2万吨的“一航津安1”“抱着”8万吨重的沉管，在伶仃洋上徐徐启航，它将在海上航行近50公里，经历7次航道转换，才能到达深中通道安装海域，完成首次沉管安装作业。
当船航行到新建浮运航道中滩时，建设者们都打起了精神。“这里航道狭窄，水深较浅，稍有不慎，船就有搁浅风险。”李一勇回忆说。在经过最后一个转向区时，不明原因的横流陡增，一体船与航线的倾斜角度持续扩大，极易跨出航道搁浅。“开启无人驾驶模式！”船机总指挥沉着下达指令，启用自动驾驶模式，按照设定航线稳定航行。下午6点，伶仃洋上陆续亮起灯光。一体船顺利把首节沉管带到距深中通道西人工岛附近240米处，工作人员开始系泊作业。一体船再次开启全自动稳船功能，牢牢悬停在沉管基床正上方。控制室的新型测控系统，如行车记录仪般，显示着一体船及航道周边环境。
随着沉管一点点下放，测量塔实时计算沉管三维动态，指挥人员精准掌握沉管在海底的具体位置。“100厘米、90厘米……”在拉合系统作用下，E1管节一点点向对接端靠近。历经34个小时的奋战，沉管顺利实现与西人工岛暗埋段对接，完成“海底初吻”，实现了世界海工领域的新跨越，为一体船首秀划上圆满句号。
从“满足要求”到“零误差”的追求
8万吨沉管在30余米深的海底，实现毫米级对接，难度堪比“天宫”对接。为了打造滴水不漏的百年品质工程，一航局建设者追求卓越的脚步从未停止。
测量是工程的眼睛，是沉管高精度安装的基础。首节沉管安装前，一体船自动循迹系统曾出现GPS卫星信号突然丢失的情况。没有了卫星信号，一体船在茫茫外海就像失去了眼睛，风险陡增。这更加坚定了团队启用北斗定位系统的决心。
建设者在一体船9层楼高的测量塔上，装置了北斗卫星天线，收集的信号通过接收器传到监控电脑上，电脑里同步加装了根据沉管浮运安装工序自主研发的测控系统。这套软硬件“组合拳”实现了系统之间的转换，可接收GPS和北斗两种信号，实时计算沉管三维动态，作业人员可精准掌握船管在海底的具体位置。经比对验证，两套系统定位精度相当，但北斗系统能够接收到的卫星数量更多，稳定性更有保障。
2020年8月27日，深中通道首个深水区管节E3抵达沉放水域，北斗系统第一次亮相。就在沉管对接的关键时刻，项目团队分别用北斗系统和GPS系统采集数据，两者竟存在较大出入。
失之毫厘，差之千里。时间一分一秒过去，潮水渐渐达到沉管安装最佳高度，安装窗口期转瞬即逝。到底采用哪一个数据？测量团队顶着压力，用多种方法进行核算。“结果显示，北斗数据优于GPS，我们果断使用北斗系统作为沉管继续安装的唯一依据。”一航局深中通道项目部测管中心主任成益品回忆说。
夜幕下的伶仃洋万籁俱寂。E3管节最终与E2沉管精准对接。测量塔数据及潜水员测量数据均显示，安装精度满足设计要求。至此，北斗系统成功引进跨海沉管隧道施工领域。
如今，北斗系统已护航22节沉管精准对接，更创下了连续7节沉管毫米级安装的世界纪录。建设团队站在外海沉管隧道测量的最前沿，正朝着年内完成所有管节精确安装的目标冲刺。
“一体船从概念提出到成为现实，依靠的是一航局70多年水工建设历史积累形成的优秀传统和经验，凝聚了研发团队的集体智慧，也是在多家单位的大力协同配合下实现的，更是国家强盛、时代进步，我国整体工业水平飞跃的见证。”李一勇感慨地说。
