港珠澳大橋背後的科技創新元素

超大鋼圓筒振沉築島。

港珠澳大橋收費站。

這是一座人類建設史上迄今為止里程最長、投資最多、施工難度最大、設計使用壽命最長的跨海公路橋樑，為了實現抗風能力16級、抗震能力8級、使用壽命120年，設計施工團隊為之創新研發了31項工法、31套海洋裝備、13項軟體、454項專利。2015年英國《衛報》將港珠澳大橋稱為「新世界七大奇蹟之一」。

今年9月17日，經歷了強颱風「山竹」的16級陣風襲擊後，監控信息顯示大橋安全、正常，索力、位移、震動等關鍵指標都在設計範圍內，被國內媒體譽為「大國豐碑」。

大橋通車前夕，記者再次踏上這座連接香港、珠海、澳門三地的超大型跨海通道，探訪奇蹟背後的科技創新元素。

世界首創兼容不同制式的識別收費系統

識別三地車牌只需0.3秒

過了珠海公路口岸，驅車2分鐘就來到了港珠澳大橋收費站。收費站大棚上，「港珠澳大橋」招牌端莊大氣；大棚下面，左右各10個進出口通道已經處於工作狀態。

當記者驅車以每小時20公里的速度通過匝道時，只聽到ETC傳來「嘀」的一聲，車子幾乎沒有停下就順利通過了匝道。

「這個收費系統可不一般，是世界首創的兼容不同制式的識別收費系統。」中國鐵建電氣化局集團有限公司聯合體港珠澳大橋交通工程總經理部總經理蔡俊福說。據介紹，大橋通車後，通行的車輛不僅有統一格式車牌的內地車輛，還有車牌格式多樣的香港、澳門兩地車輛。在實行人工或刷卡收費時，內地車輛的收費是在左側，港澳車輛是在右側，這個只要在每個車道左右兩邊都設置人工窗口就可以解決。但是在使用自動識別系統收費時，內地的車輛是ETC收費模式，香港和澳門的車輛是「快易通」收費模式，要在每一個車道上對兩種不同收費模式的車輛一次性完成快速自動扣費，就必須要有一個可以兼容兩種收費模式的系統。

蔡俊福說：「兩種收費模式的軟體和代碼區別很大，要使二者兼容，如同在血型和組織相容較低的兩人間進行器官移植，難度可想而知。」

此外，與內地嚴格統一的車牌格式不同，港澳車牌號碼更加個性化，字母和數字組合花樣繁多，給軟體計費準確性帶來更大挑戰。

項目部從軟體代碼及軟體程序著手攻關，並專門邀請香港快易通的技術專家參與開發，多次進行專題研討，根據實驗測試情況不斷修改，僅對測試版本的程序修改就達到136版，歷時兩年，終於在世界首創出兼容不同制式的收費系統。

2018年1月，經過累計1110次的模擬測試，港珠澳大橋收費站自助收費系統的車牌平均識別時間從500毫秒縮減到337毫秒（約0.3秒）。

說到大橋交通工程中的技術創新，蔡俊福表示，這個收費系統只是大橋交通工程自主研發的三項頂尖技術之一，另外還有強大的BIM系統以及橋樑上的電纜伸縮裝置。

其中BIM系統除了使大橋達到漸變的亮燈效果外，還可以通過直觀的三維模式，使大橋設備管線一覽無遺，實現了隨時查看空間管理及設備維護數據流、實時更新數據，便於快速定位和查找故障點，助力大橋的運營維護。

「這種技術，在世界上可以說是前無古人。」蔡俊福對該系統的投入使用顯得頗為自豪。

自主研發工程船實現毫米級精準作業

大國重器創造港珠澳大橋的「極致」

當我們從西人工島驅車穿越海底隧道前往東人工島時，中交聯合體港珠澳大橋島隧工程項目副總工程師、質量總監劉亞平介紹起海底隧道的建設情況：「如果說，島隧工程被稱為交通行業的珠穆朗瑪峰，那麼最終接頭的安裝就是『登頂』。幫助中國建設者成功完成『登頂』任務的是我們自主研發的海洋裝備『振華30』起重船。」

助力大橋建設者成功「登頂」的「振華30」被譽為大國重器，也可將它稱為1.2萬噸自航全迴轉起重船。該起重船具備自航、吊裝、定位、大型接待四大突出功能，尤其是該船的吊裝、定位功能，完全由振華重工自主研發。其單臂固定起吊能力1.2萬噸、單臂全迴轉起吊能力達7000噸，這相當於它能夠同時吊起45架空客A380飛機，因此，「振華30」起重船也被稱為世界上最大的起重船。

為了確保如此大型的船舶在海上吊裝時的穩定性，該船利用14套螺旋槳的DP2動態定位系統、10根鋼絲錨泊系統以及船舶上的壓載水，將起重船的搖擺幅度控制在厘米級範圍內。使用這套系統，在吃水超過17.6米的深海區，即便船舶50%的部分出現故障，也可以無需錨纜，長時間保持精確定位，保障航行中的安全。

DP2定位系統主要是依靠船底的14套螺旋槳推進器，通過調整控制系統的參數，螺旋槳從各個不同角度發力，直至與海水的力達到平衡，形成相對靜止的狀態。

2017年5月2日，在浩瀚的伶仃洋上，被譽為大國重器的「振華30」穩穩地將重達6000噸的最終接頭從「振駁28」上調到海面上空，並緩緩將其沉入海底。然後，在實施二次精調時，將沉放在海底基槽上的6000噸最終接頭再次吊起，並最終實現了毫米級對接，創造了港珠澳大橋精細化作業的「極致」。

除了「振華30」起重船助力大橋建設者創造最終接頭的「極致」對接外，在港珠澳大橋5664米海底沉管隧道施工過程中，中國大橋建設者自主研發的高精度深水自升式清淤拋石整平船「津平1號」在水下40多米鋪設5664米「石褥子」，實現2毫米內誤差的平整度；還有自主研發的「津安2號」和「津安3號」安裝船，在33節沉管安裝過程中，確保了8萬噸沉管的下沉速度控制在每秒小於1厘米，創造了E29管節的1毫米對接精準度。

鋼圓筒振沉圍護止水築島工法：

書寫「中國速度」的傳奇 保護海洋生態環境

站在大橋西人工島上向東眺望，約7公里外的海面上，一座清水混凝土結構的東人工島與其遙相呼應。

「這種島、隧、橋的組合設計，是建設者們當初無奈之下作出的選擇。為了在施工中不破壞海洋環境，建設者們在世界範圍內創新採用了超大鋼圓筒振沉圍護止水築島的工法。」採訪中，港珠澳大橋總設計師孟凡超向記者們講述了大橋建設者在東西人工島上書寫「中國速度」的傳奇故事。

受香港機場和海上航道的影響，港珠澳大橋只能在伶仃洋海域伶仃西航道處建設一條海底隧道，並在隧道兩端用島將海底隧道與海面橋樑連接起來實現轉換銜接。

可當時的工程勘察設計師並沒有發現周圍有可用的島嶼，這意味著只能進行人工造島，而且是要在地處國家級中華白海豚保護核心區，離岸近30公里、水深十餘米且軟土層厚達30米至50米的海域中建造兩個10萬平方米的離岸人工島。

這樣的人工島，如果按照傳統的拋石填海工法施工，工期少則2年，多則3年；在每天有四五千艘船隻往來的航道安排大量船舶作業，安全風險極高；而且需要開挖800萬立方米的海底淤泥，這必將對海洋環境造成很大的污染，也不利於中華白海豚的保護，因此建設團隊必須找出一個快速成島的辦法。

在港珠澳大橋島隧工程項目總經理林鳴看來，這樣的超級工程只有創新才是唯一的出路。因此，早在2008年，他就提出利用大型鋼圓筒進行外海快速築島的設想：將一組巨型鋼圓筒直接插入並固定在海床上，然後再填砂形成人工島。

2009年9月，林鳴向四航院原總工程師王汝凱正式提出這個方案，並請他用三個月的時間證明該方案是否可行。最後，通過三個月對38個專題的研究，王汝凱確定方案可行，為林鳴的想法提供了有力的理論支撐。

築島所需的每一根鋼圓筒直徑為22米，截面積幾乎和籃球場一樣大；最高達55米，差不多是18層樓的高度；單體重約550噸，體量和一架A380空中客車相當。

這樣一組龐然大物，如何進行製作、運輸和振沉，對中國工程師來說是從未有過的挑戰。

但是，中國交建強大的資源整合能力給林鳴帶來了信心。他提出聚合中國交建系統內的優勢資源，把鋼結構製造、運輸、安裝、水下開挖結合起來，形成完整的產業鏈，快速推進人工島建設。

就這樣，鋼圓筒在振華重工長江口長興島基地開工製作，然後裝船運送至1600公里以外的伶仃洋施工海域；為了完成鋼圓筒振沉，還聯合國外公司研發製造了目前世界最大的八錘聯動振沉系統。

從2011年5月15日，在西人工島插入第一個鋼圓筒，並創造了鋼圓筒振沉施工垂直度偏差為1/500的最小世界紀錄，再到2011年12月21日東人工島最後一個鋼圓筒振沉完成，建設團隊僅用了221天，就用120個巨型鋼圓筒圍成了兩個海上「小長城」，使「當年開工、當年成島」的願景變成了可實現的目標。

不到一年的時間，建設團隊完成了通常需要三年才能建成的兩個外海人工島建設，外國工程師稱「這種『中國速度』創造了世界工程史上的奇蹟」。但他們不知道，林鳴從開始構想鋼圓筒方案，到研究、設計和進行各種準備卻用了四年多的時間。

攻下這一難關，讓林鳴有些激動，現在回憶起來，他對自己當初的堅持感到十分欣慰：「壓力真的很大，有那麼多質疑反對的聲音，我和團隊堅持了下來，才能沒留下遺憾。」

創新的工法不僅為工程節約了時間，而且也有效地保護了海洋環境。據官方統計，由於在施工過程中採取了一系列保護中華白海豚的措施，工程完工後，附近海域有身份標識的中華白海豚數量由之前的1200隻增加到1800隻。

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