港珠澳大桥岛隧工程预报保障团队:伶仃洋上铸丰碑

作者:记者汪涛  来源:中国海洋报   发布时间:2018-05-24 09:17:48   [打印本页] [关闭窗口]

  700多年前,伶仃洋上诞生了传诵千古的不朽诗篇《过零丁洋》。今天,依旧在这片海域,一项史无前例的工程——港珠澳大桥正在创造着新的奇迹。而在奇迹的背后,始终站立着这样一个保障团队,他们用精准的海洋环境预报为港珠澳大桥施工建设“遮风挡雨”,开创了我国重大海上工程建设预报保障先河,这个团队就是国家海洋环境预报中心港珠澳大桥岛隧工程预报保障团队。

  世纪工程的“选择”

  即将通车的港珠澳跨海大桥犹如一道美丽的彩虹,连接着内地和香港、澳门。而整个工程中最具挑战性的就是双向6车道的沉管隧道工程,国外专家评价其为“破世界纪录的工程,工程难度直逼技术极限”。其中,沉管浮运和安装是岛隧工程的核心环节,对所在海域的天气、海浪、海流有苛刻的要求。

  “造价昂贵的8万吨沉管一旦出坞意味着没有退路,必须在合适的天气、海浪、海流、潮汐的条件下才能施工,也就是要找到同时满足几个因素叠加形成的作业保障窗口期。一个月最多有两个短暂的潜在‘窗口期’。”港珠澳大桥岛隧工程项目总经理兼总工程师林鸣说,“要完成这一‘技术极限’,确保工程的顺利进行,就必须要有精准的海洋环境预报做保障。”

  但项目施工海域伶仃洋是珠江进入南海的一段喇叭状海口,海况复杂,再加上容易受到台风影响,复杂的海洋环境给海洋预报保障工作提出了极高的要求。谁能接受这一挑战?

  一开始,建设方曾到丹麦考察,想请具有此类工程保障经验的丹麦水利研究所为大桥提供海洋环境预报保障服务。然而,对方开出的1.2亿欧元高价大大超出工程预算。

  “难道我们国家就没有能完成这项任务的单位吗?”回国后,林鸣经过多方了解和调研,最终联系上了国家海洋环境预报中心。

  随后,国家海洋环境预报中心经过严格的招投标程序,接受了中交港珠澳大桥岛隧项目部的请求,承担对接窗口保障系统的研制任务。为此,预报中心成立了由经验丰富的预报科研人员组成的预报保障团队,中心领导亲自挂帅,总工程师全程现场指挥。2011年,预报中心与港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部签订合作协议。2012年,预报员进入施工现场,开展海洋环境日常业务化预报。

  “承担这么大工程的预报保障我们也是第一次,而且预报保障的难度及复杂性大大超出我们的想象。”国家海洋环境预报中心总工程师王彰贵回忆道。

  创造“零”失误奇迹

  长距离海底隧道位于大桥建设难度谱系的最上端。决战在此打响。

  2013年5月6日,港珠澳大桥岛隧工程计划沉放海底隧道第一个沉管。海浪预报数据显示:浪高0.9米,超过施工限值0.1米。

图为王彰贵在沉管作业现场

  施工方在沉管出坞浮运安装的决策上有些迟疑,但考虑到海浪预报有误差,在参考了国外海底隧道沉管沉放水流及浪高的指标后,最终下决心按照原计划沉放。第一节沉管的沉放最终顺利完成。

  “对海洋预报而言,预报准确率达到90%已属不易。但对港珠澳大桥岛隧工程来说,1%的预报误差有可能导致沉管安装的失败,后果不堪设想。浪高增加0.1米或者水流每秒增加0.1米都是关乎成败的临界点。安装每一节沉管都不能出错。”王彰贵说,“因此,把不确定的要素预报转变成确定的工程保障,这需要我们在观念和技术上有所创新。”

  为此,国家海洋环境预报中心为超越0.1米的预报误差值进行了技术攻关,建立了无缝隙预报技术及预报推演技术,用提前2小时到两周不间断预报的方法,同时根据前一天的观测数据并结合数值预报,分析未来一天的变化,最终解决了施工窗口临界误差的问题,创造了32根管节和最终接头施工安装的预报保障“零”失误的奇迹。

  “零失误”的奇迹背后,是预报保障团队的辛苦付出。参与过沉管安装的人都清楚,跟船作业是件极辛苦的事。安装船上空间小、人员多,几乎没有睡觉和休息的地方,累了只能在椅子上坐着。几十个小时耗下来,身强体壮的年轻人也受不了。但每次上船,50多岁的王彰贵总是冲在最艰苦、最困难、压力最大的地方。

  随着沉管安装的持续进行,工程对海洋环境预报的依赖程度也与日俱增,王彰贵深感肩上的担子越来越重。起初,预报只是作为工程施工的参考。后来,预报数据成为沉管安装的决策依据,每次沉管安装,建设方都要等待王彰贵给出“施工窗口”。从2014年起,每次沉管出海沉放,王彰贵都会坚守在施工一线。林鸣多次对王彰贵说:“你在船上,我就踏实。”

  艰苦奋斗铸就预报杰作

  2014年3月,E10管节沉放后,工程师们发现:深水基槽内海流的异常带来巨大的冲力,这意味着沉管的安装操控更难掌控。施工方必须要找到巨大冲力来自哪里。

  在国家海洋环境预报中心,施工方得到了想要的答案。预报中心原主任王辉在和对方工作交流后指出,基槽海底地形改变对小尺度局部海流可能会产生影响,需加强监测预报。

  对此,国家海洋环境预报中心保障项目组迅速调整人力物力。为了赶在2014年7月20日E11沉管安装前解决问题,预报保障团队要在短短一个半月内需要完成仪器准备和调试、前期观测、预报系统搭建和检验改进、业务化运行等工作,而这通常需要半年甚至一年才能完成。

  为此,潘丰、尹朝晖、唐晨海、张炜、梅山等保障系统研制的骨干,白天设计方案,晚上调试仪器、编写软件,第二天继续测试改进。经过日夜奋战,预报保障团队在不到1个月的时间内就建成了包括实时观测和预报的沉管对接保障系统,有效保障了深水基槽沉管的顺利安装。

  “回顾那段经历,让我深刻感受到了‘及时、准确、开拓、奉献’的预报中心精神。而这种精神是在实干中体现出来的。”尹朝晖说。

  在这个过程中,预报保障团队也得到了国家海洋局第二海洋研究所许东峰团队的大力支持,在沉管施工区域开展了海流、海温及盐度的高密度现场观测,目的是收集施工区的水文信息,提高沉管施工临近预报的准确率。同时,提高了深基槽海流的精细化预报水平,预报间隔从原来2小时缩短到5分钟。这个被称之为“小窗口”的预报系统犹如一双“海中的眼睛”,成功地避开了大流速发生时段作业。

  “在安装E11管时我们第一次尝试这个系统,到了安装E12管的时候,系统逐步完善。可以说,这个系统目前已经成熟。”王彰贵说,国家海洋环境预报中心研制的“大窗口”与“小窗口”保障系统的软件,在施工方眼中市场价值巨大。

  虽然这一个风险排除了,但下一个风险又在等着他们。2015年8月24日,E20管节在基槽区域等待安装时,原本平静的海面突然出现2米的大浪,安装船和沉管出现了大幅晃动,并持续数分钟,给沉管和人员的安全带来极大的风险。这是沉管施工以来首次遭遇此异常波。为化解工程风险,刚从博士后出站的保障队员汪雷承担了该重任。他与王毅、张炜、杨幸星等其他成员一起,在短短一个月内,建立了异常波实时观测网与快速识别技术,为沉管施工又增加一道安全保险。

  在33根标准管节安装完成后,团队面临着一个更大的保障难题——最终接头施工窗口的制作。重达6000吨的最终接头要安装在第29节和第30节之间12米宽的缝隙中,与两侧管节间隙只有15厘米,施工犹如海底“穿针”。杨幸星领衔的保障组历经一年,研发出最终接头安装三维仿真数值模型,保障了最终接头的成功安装。

  众志成城撑起大桥建设“保护伞”

  “事实证明,当初的这个选择没有错。预报中心为项目方研制的各个海洋预报保障系统运行正常,精准度高,经受住了项目施工的考验,部分预报保障技术达到国际领先水平。”在港珠澳大桥岛隧工程2017年度海洋环境预报保障工作总结会上,林鸣这样评价道,“尤其是预报中心项目保障团队的奉献精神,更为所有参建单位树立了榜样。”

  然而,并非所有的沉管安装都是一帆风顺的。台风是伶仃洋海域施工的一大难题。“好几次,我们就在两次台风的缝隙中施工,还有一次就在台风边上沉放,若不是王彰贵总工程师,一般人根本不敢作这种判断。”回忆起数次与台风交手的经历,岛隧工程五工区经理刘兆权依然激动,言辞之间是对中心保障团队的敬佩,“这不仅需要水平,更需要担当。”

  2014年7月,E11沉管安装的窗口期就恰好遇上了超强台风“威玛逊”和“麦德姆”前后夹击。为了尽快确定台风的影响范围和强度,准确判断项目施工能否如期进行,从7月20日到21日,预报经验丰富的老专家周连翔与气象保障组张彤、黄焕卿等人赴施工现场,增加会商频次,逐小时预测台风路径,分析台风对施工窗口的影响时段,终于在2个台风之间抢出一个施工窗口,确保了E11沉管的成功施工。

  2016年,东人工岛与海底隧道相接的E33沉管安装又遭遇了新的问题。台风就在施工海域外290公里处打转,施工面临巨大风险。如不施工,基槽泥沙淤积引起工程的返工,将使工期推迟数月。

  一般情况下,考虑到台风影响的不确定性,预报工作会偏保守,遇到这种情况就建议放弃作业。但数月的工期延迟对于港珠澳大桥来说意味着巨大的经济损失。经过认真研判后,预报保障团队给出确定的预报:“台风外围环流影响施工区,最大阵风6级,平均风力5级。”5级风,意味着可以施工。2016年10月7日~8日,在台风外围,E33管节顺利安装,创造了在台风外围活动下开展沉管安装的奇迹。

  世纪工程烙上海洋预报人印记

  预报中心先后有94人参与和投入港珠澳大桥预报服务保障工作,约占预报中心职工总数的1/3;海上观测有10人超100天,其中两人超200天;驻现场预报员中有8人超半年时间,有的甚至超过800天……梳理一次次任务,其背后凝结着预报保障团队每个成员的无私奉献和心血。

  人们常用“两点一线”来形容生活枯燥,这对于预报保障团队来说却不算什么,因为他们的生活就只有一点——港珠澳大桥岛隧工程指挥部。为了满足项目建设的实时海洋环境保障需求,预报中心需要派驻人员24小时值守在工程项目部。气象预报员周连翔、向勇、孙虎林、张弛,海浪预报员李洁、韦峰余、邢闯、徐富祥等都是常驻工区的预报员,值守时间都在半年以上。李洁这位“70后”的老预报员,曾创下一年中9个月的值守记录。

  为了摸清东岛头E33管节基床的泥沙规律,2016年7月~8月,保障团队队员张炜、汪雷、伊峰、于庆龙、李凯等十余人连续几十天进行了每天6次的高密度观测,每天只能断断续续地睡上一会儿。由于生物钟被打乱,完成任务上岸后,队员们经常半夜醒来。

  2017年4月,最终接头进行安装前试吊,冯立成、黄勇勇、季轩梁等6名成员接到通知,即刻抵达珠江口做最终接头的起重船“振华30”的抗流试验。连续三天三夜,他们漂在一艘小型潜水船上,困了就只能坐在椅子上睡一小会儿。“有一阵,海上下大雨,风也大,特别冷。”谈起当时的经历,汪雷已经淡然,“当时觉得苦,现在回想起来还有点怀念呢。”

  负责气象预报的黄焕卿从首个沉管开始到最终接头成功对接,已在现场完成了18根沉管的天气预报保障工作。对她来说,已经记不清有多少个昼夜值守在营地值班室。工作之余,黄焕卿有时会调侃自己:“气象预报员的幸福指数,是与能见度呈正比的。天气好,预报压力小,心情自然也好。”

  王彰贵说,港珠澳大桥岛隧工程环境保障是预报中心成立以来承接的难度最大、时间最长、投入人力最多的保障任务。我们团队的敬业、担当及奉献精神,获得了业主和建设方的高度肯定,预报中心已具备为重大涉海工程提供海洋环境预报保障的综合实力。

  “及时、准确、开拓、奉献”,这是海洋预报人的精神。如今,这种精神在港珠澳大桥的建设过程中不断发扬光大,为这座世纪工程最终落成写下了浓重的一页。