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“产学研用”合力打造国之重器

文| 展尧 日期: 2020-03-30 浏览次数: 10

1 月10 日, 在2019 年度国家科学技术奖励大会上,以中交疏浚集团及旗下公司为核心单位完成的《海上大型绞吸疏浚装备的自主研发与产业化》项目被授予国家科学技术进步奖特等奖,这标志着我国海上大型绞吸疏浚装备的核心设备和总装建设已形成自主技术体系,疏浚企业、高等院校、科研院所、造船厂在应用、研发、设计、制造方面有机结合,构建了产学研用高效协同的一体化创新链,海上高端装备再添国之重器,疏浚行业再添尖刀利器,经济发展再添新动能。

历经120 余年实践与创新,中国疏浚装备实现了从无到有,从小到大,从弱到强的伟大变革,为推动我国经济发展和城市建设发挥了关键作用,为实施海洋强国、交通强国、美丽中国等国家战略提供了装备保障,为践行“一带一路”倡议,推动沿线国家设施联通、贸易畅通、民心相通贡献了中国的疏浚力量,并使我国成为少数几个掌握关键技术装备建造主动权的国家,步入世界疏浚强国行列。


百年匠心攻克疏浚装备核心技术

博观而约取,厚积而薄发。海上大型绞吸疏浚装备是实施疏浚航道、吹填成陆、港口建设等工程建设的特种工程船,能挖掘海底各类岩土并同步远距离输送,具备在恶劣海洋环境中抗风浪、高强度、高可靠、高效率的连续作业能力,结构复杂、技术含量极高。上世纪70 年代“三年大建港”期间,为满足国家建港需求,中交疏浚所属天津航道局、上海航道局和广州航道局三家单位加快了购置和建造中小型挖泥船的进程,到1978年拥有主力挖泥船舶已达58 艘,通过不断消化吸收引进装备技术,对挖泥船的运行机理和建造工艺积累了大量经验。

如果说上世纪是为满足施工而做的独立探索,那么进入新世纪就是有组织的系统科研攻关。中交疏浚天航局总工程师顾明说:“建造挖泥船是一个多专业、多学科组成的系统工程,需要长期研究,并跟生产实际紧密结合。”2000 年起,各航道局从组建主攻挖泥船船型开发设计小组开始,相继成立了绞刀、泥泵、自动控制系统等专业研发小组,在核心部件和关键技术领域不断突破。

泥泵相当于挖泥船的“心脏”,技术先进的国外公司出于垄断原因不单独出售,从一般的公司买来有改进需求却被对方“敷衍了事”。被迫之下,中交疏浚上航局经深入研发,于2006 年为“新海鳄”配备了自主泥泵。中交疏浚天航局联合清华大学、河海大学等多家单位成立泥泵设计建造组,致力于攻关大型泥泵,在进行大量国内外泥泵调研、理论研究、水力、结构分析、材料试验、生产设计的基础上,结合长期使用泥泵积累的经验,不断总结、完善,于2010 年10 月在国内成功研发设计生产出优质、高效、耐磨的大型泥泵TK1200,一举打破欧美对大型泥泵的垄断,且造价仅为进口泥泵的40%。

相对泥泵,绞刀就相当于“牙齿”,能否“挖得快”全靠它。过去依赖进口,只能一把绞刀包打天下,但遇到“刁钻”的土质时,就会大幅降低挖泥效率,甚至无法施工。随着上世纪90 年代技术攻关的开启,中交疏浚成功研制出4400KW功率以下的绞刀,随后在2011 年又联合中船工业第七〇八研究所、上海交通大学等单位申报了“5000KW 绞刀功率绞吸式疏浚船关键技术”研究,打响了我国自主研发重型自航绞吸船的攻坚战。

有了“心脏”和“牙齿”等硬件,关系到综合效率的控制系统当然不能缺席。2002 年,中交疏浚上航局在荷兰建成当时世界最先进、自动化程度最高的大型耙吸挖泥船“新海龙”,其先进的设备、高精的技术含量、现代化的电脑操控系统、科学高效的作业功能,让中国疏浚造船界感觉到了差距,受到了震动。

疏浚挖泥船在控制系统方面具有特殊性,据上航局董事长侯晓明介绍:“上航局成立了六个小组进行专题研究,中国疏浚企业最终攻克了挖泥船的‘大脑’和‘中枢神经’——船舶自动监控系统。此后,几乎所有的国产挖泥船都用上了中国人自己的监控系统。国外100 多万欧元的报价,也逐渐降到了30 万欧元。”此外,中交疏浚技术装备研究中心还组建了包括自控、软件、流体、岩土、机械数个专业专家的研发团队,成功研发了具有完全知识产权的综合控制系统。进入智能化时代,中交疏浚开发的无人智能疏浚系统也已投入实船应用测试,成为全球疏浚信息技术的领跑者。

经过十余年的发展,如今,中交疏浚已经建立了一支由1 个国家工程研究中心、2 个国家级企业技术中心、2 个省部级重点实验室、4 个省部级企业技术中心、2 个博士后工作站,以及10个各类研发平台组成的科技创新队伍,逐渐攻克了泥泵、绞刀头、自动控制系统等一系列核心技术,疏浚机具和工艺实现了大幅进步,挖泥船的核心技术牢牢掌握在中国人自己手里。据统计,“十五”“十一五”期间,疏浚业累计获得70 多项核心专利技术,核心技术发生了质的飞跃,支撑了中国疏浚装备的升级换代。

与此同时,中国疏浚在国际疏浚行业的话语权和影响力显著增强。由中国交建牵头,中交疏浚及旗下三家航道局编制的5 项国际标准化组织(ISO) 标准正式发布实施,中国疏浚企业在国际标准化工作舞台上提供越来越多的中国智慧。


中国特色“产学研用”一体化

以企业创新为主体构建开放合作的创新体系,强化与创新链上下游的企业、高校、科研机构等进行联合创新,提升产业基础能力和产业链现代化水平,海上大型绞吸疏浚装备自主研发与产业化是以企业为核心开展研发的成功,是国家总体实力增强的体现。

基于适配性等因素,疏浚装备并不能像大型货轮一样标准化建造。“欧洲有专业的挖泥船造船厂,建造挖泥船有百余年历史。而中国在2000年前,由于挖泥船市场太小众,没有船厂和设计院专门研究挖泥船技术。因此,只有疏浚企业将积淀的经验、认识、知识融入到装备研发中,才能逐步实现挖泥船的自主研发。”中交疏浚副总裁刘树东如是说。

企业根据实际应用提出船舶整体设计方案或零部件的具体需求,基于应用场景及装备性能开展科研攻关,并联合高校、科研院所进行系统研发和船舶设计,最后由造船厂进行建造,形成各尽所能、优势互补的“产学研用”一体化模式。

得益于各方的通力协作和科研人员的辛勤投入,仅用两年左右,我国便成功自主设计建造了第一艘2500 立方米/ 小时绞吸挖泥船——“航绞2001”轮。此后,中交疏浚旗下公司分别联合国内高等院校、科研院所、造船厂等单位在国内率先成功建造了现代化大型绞吸挖泥船——“天狮”船、“新海鳄”轮,初步具备了国内自主设计建造大型绞吸船的能力,在打破国外少数公司垄断的同时,极大的降低了研发成本和装备造价。由此,中国疏浚企业迈开了大规模建造大型疏浚船舶的步伐,“天牛”系列、“滨海”系列、“新215”系列、“新海鹤”、“新海鲛”等一大批国之重器相继建成投产。

从2004 年中交疏浚上航局建成“ 航绞2001”到2010 年中交疏浚天航局投资设计建造亚洲最大自航绞吸疏浚装备4500 方/ 时“天鲸号”,当时绞吸疏浚能力一举跃居亚洲第一、世界第三,只用了不到短短六年时间,装备的更新升级标志我国大型绞吸疏浚装备设计制造跻身世界先进行列。2017 年,中交疏浚投资并联合设计建造的首艘拥有完全自主知识产权的重型自航绞吸式挖泥船“天鲲号”成功下水,融合了先进的挖掘、输送和控制系统,成为中国疏浚高新技术与重型装备制造高度融合的里程碑。至此,我国大型绞吸疏浚装备设计建造完全实现了自主化和产业化,全面覆盖全球各类型疏浚工程,多项技术达到世界领先水平,同时,在建造过程中大量采用国产设备,培育了成百上千家上下游中小企业,形成完整产业链,从根本上突破了疏浚船舶装备的可持续发展瓶颈。

海上大型绞吸疏浚装备已成功实施了港珠澳大桥、长江口深水航道整治工程、深中通道等国家重大战略工程,在上海洋山深水港工程、曹妃甸首钢工程和环渤海湾经济带、粤港澳大湾区建设中发挥了重大作用;与此同时,中交疏浚加快绿色发展,在一淀(白洋淀),两江(锦江、沱江),三河(永定河、汾河、蓟运河),四湖(抚仙湖、杞麓湖、异龙湖、星云湖)等具有代表性、标杆性的大型流域治理项目中全面发力;积极投身“一带一路”倡议,实施了斯里兰卡科伦坡港口城、沙特吉赞人工岛、马来西亚关丹深水港和巴拿马科隆集装箱港口等重大工程,促进国家和地区间互联互通,通过疏浚塑造了中国企业服务经济发展和履行社会责任的良好形象。

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