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港珠澳大桥全线正式通车!科技力量托举“新世

2018-10-25 09:43 [热点关注] 来源于:iot101君 编辑整理
导读:港珠澳大桥是一座名副其实的科技大桥,在这些世界级挑战的背后,是一系列创新攻坚和科技支撑的强力驱动。
站在珠海景色最美的滨海道路——情侣路上向东远眺,全长55公里的港珠澳大桥宛若一条蛟龙,横卧在伶仃洋的碧波之上。龙身从珠海洪湾这端起,穿行30多公里后,消失于海中,经过海底6.7公里穿行后,再次跃出水面,直达香港。
这是一座人类建设史上里程最长、投资最多、施工难度最大、设计使用寿命最长的跨海公路桥梁!
这也是一座能抵抗8级地震、抵御16级台风,使用寿命高达120年的超级大桥!
这还是中国交通史上技术最复杂、建设要求及标准最高的综合性超级工程!
它被誉为桥梁界的“珠穆朗玛峰”,世界桥梁建设史上的“王冠”,英国《卫报》甚至盛赞其为“新世界七大奇迹之一”。
今天(10月24日)上午九点,举世瞩目的港珠澳大桥迎来全线正式通车的历史性时刻。
通车后,它将大大缩短香港、珠海、澳门三地之间的距离。珠海至香港的交通时间将由现在的水路约1小时、陆路3小时以上缩短至约30分钟。从此,港珠澳“1小时生活圈”将指日可待,珠三角也将形成世界瞩目的智慧城市群!
这一令人惊叹的世界性成果的背后,自然少不了科技力量的驱动。
“港珠澳大桥是一座名副其实的科技大桥,在这些世界级挑战的背后,是一系列创新攻坚和科技支撑的强力驱动。”港珠澳大桥管理局总工程师苏权科表示,自2003年前期筹备工作开始至今,以国家科技支撑计划项目研究为主线,200多家科研单位、上千名科技工作者围绕港珠澳大桥的建设,共开展科研专题研究300余项,终于托举起这座世界级工程。
不只是一座“桥”
港珠澳大桥并不是一座严格意义上的“桥”,而是一个桥梁与隧道的组合体,在桥梁与隧道之间,通过珠江口伶仃洋南北两侧的两个离岸人工岛进行连接,而港珠澳大桥的难度也正来源于此。
那么,港珠澳大桥究竟为什么要设计成这样呢?这主要是考虑到了船只的通航问题。
港珠澳大桥的桥隧转换人工岛
广州港是世界著名的繁忙大港,每天都有上万艘船只穿过港珠澳大桥所处的伶仃洋进出广州港,其中不乏有许多万吨巨轮。这些巨轮体积大、吃水深,人们担心港珠澳大桥会如同一道巨大的屏障,阻断这条黄金海运航线。但是如果把桥梁架高,又会影响附近香港机场的飞行安全。
上下都有限制,那怎么办呢?
最终,工程师们得出了一个极富创造力的方案:修建一段海底隧道,再打造东西两个人工岛,将隧道与大桥连接起来。
港珠澳大桥示意图
▪人工岛
桥隧转换的关键在于修建人工岛。如果按照传统的抛石填海工法施工,工期少则2年,多则3年;在每天有四五千艘船只往来的航道安排大量船舶作业,安全风险极高;而且需要开挖800万立方米的海底淤泥,这必将对海洋环境造成很大的污染,也不利于中华白海豚的保护,因此建设团队必须找出一个快速成岛的办法。
在港珠澳大桥岛隧工程项目总经理林鸣看来,这样的超级工程只有创新才是唯一的出路。因此,早在2008年,他就提出利用大型钢圆筒进行外海快速筑岛的设想:将一组巨型钢圆筒直接插入并固定在海床上,然后再填砂形成人工岛。2009年9月,林鸣向四航院原总工程师王汝凯正式提出这个方案,并请他用三个月的时间证明该方案是否可行。最后,通过三个月对38个专题的研究,王汝凯确定方案可行,为林鸣的想法提供了有力的理论支撑。
筑岛所需的每一根钢圆筒直径为22米,截面积几乎和篮球场一样大;最高达55米,差不多是18层楼的高度;单体重约550吨,体量和一架A380空中客车相当。
这样一组庞然大物,如何进行制作、运输和振沉,对中国工程师来说是从未有过的挑战。
但是,中国交建强大的资源整合能力给林鸣带来了信心。他提出聚合中国交建系统内的优势资源,把钢结构制造、运输、安装、水下开挖结合起来,形成完整的产业链,快速推进人工岛建设。
就这样,钢圆筒在振华重工长江口长兴岛基地开工制作,然后装船运送至1600公里以外的伶仃洋施工海域;为了完成钢圆筒振沉,还联合国外公司研发制造了目前世界最大的八锤联动振沉系统。
从2011年5月15日,在西人工岛插入第一个钢圆筒,并创造了钢圆筒振沉施工垂直度偏差为1/500的最小世界纪录,再到2011年12月21日东人工岛最后一个钢圆筒振沉完成,建设团队仅用了221天,就用120个巨型钢圆筒围成了两个海上“小长城”,使“当年开工、当年成岛”的愿景变成了可实现的目标。
▪海底隧道
不只人工岛,海底沉管隧道同样也是庞然大物。5.6公里的沉管隧道由33个巨型混凝土管节组成,每个管节长180米、宽38米、高11.4米,重量达8万吨。
“要让这些管节在海底软基环境下对接安放,难度堪比航天器交会对接,需要精准的遥控、测绘、超算等一系列技术支撑。” 沉管隧道设计与施工关键技术课题研究负责人徐国平介绍,在水下近50米建设深埋沉管隧道,在国际上也被视为“技术禁区”。港珠澳大桥的岛隧工程是世界首例深埋沉管。“传统沉管隧道都是‘浅埋’,但港珠澳大桥的沉管顶部荷载超过传统沉管5倍,如果按照国外经验,采用节段式管节(柔性),有可能出现接头抗力不足、接头漏水等风险。”徐国平说,技术人员最终从理论上揭示了深埋沉管结构体系受力及变形机理,创新提出“半刚性”沉管新结构。这一方案与国外专家提出的“深埋浅做”方案相比,节省了工期。
“沉管隧道建成后,会不会渗水是成败的关键。因为33个管节之间有大接头,每个管节又有7个小接头。地基的不均匀沉降、剪力键的结构、止水材料的性能以及地震等因素,都有可能导致隧道漏水。”徐国平说,为了攻克这些难题,他们与多个单位合作攻关,就连制作止水带的材料也用了两年多时间自主研发。“国外类似沉管接头的正常漏水率是5%—10%,半刚性结构改善了沉管结构的防水性能,港珠澳大桥沉管隧道首次做到了无一处漏水。”
隧道建成之后,西门子智能控制技术则对海底隧道的运营至关重要。
遍布各处的传感器对隧道内的风速、温度、气压差,以及二氧化碳、氮氧化物和微颗粒的浓度等参数进行实时监测,当有相应指标超出预设范围,来自西门子的14套Simatic S7-400冗余PLC(可编程逻辑控制器)便会迅速对隧道内的风机作出控制,通过控制通风系统,保证在海底隧道内提供舒适、安全、畅通的行车环境。
此外,监控中心的工作人员还会根据隧道内的行车状况,下发指令至西门子PLC,控制隧道内的车道指示信号灯,指示现场车辆行驶。
安全保障是隧道运营的重中之重。当隧道内的消防主机收到火灾信号时,西门子PLC便会迅速和消防系统联动预案,隧道内的风机、交通灯、泡沫液泵、水喷雾泵、声光报警器、气体灭火装置等设备便会根据火灾区域执行相应动作,保障隧道内的人员和车辆安全。西门子冗余PLC能够保证在两台CPU之间零秒切换,杜绝数据丢失,做到最大程度的安全保障。
信息化大桥,数字化大桥,智能化大桥
港珠澳大桥不只是物理世界里的奇观,更是一座信息化大桥、数字化大桥、智能化大桥。
▪信息化大桥
在港珠澳大桥珠海端入口处,高大崭新的龙门架可变信息情报板伫立在桥面,“港珠澳大桥欢迎您”从电子显示屏上闪现。
此次牵头承建通信项目的是中国铁塔公司,工程完结历时3年零2个月。经测试,在港珠澳大桥深达40余米的海底沉管隧道内,手机上的4G网络信号依然满格。
手机4G网络信号显示为满格(新华网 伍嘉炜 摄)
满格信号的背后,是强力网络建设。公网通信设计滞后且变更频繁,桥梁主体、隧道、人工岛三种覆盖场景的通信建设难、项目整体建设需跨越周期长……港珠澳大桥公网通信的设计和建设存在不少难点。
以桥梁主体通信项目为例,由于桥体结构的特殊性,基站设备只能安装在龙门架有限的空间,加上龙门架分布不均匀,大桥网络建设需要克服重重困难。
为解决这些难题,经过设计人员多次实地查勘调研,通过现场的模拟仿真,以及连同天线厂家仔细研讨、现场论证,最终实现大桥全桥梁段公网信号全覆盖。
▪数字化大桥
过了珠海公路口岸,驱车2分钟就来到了港珠澳大桥收费站。收费站大棚上,“港珠澳大桥”招牌端庄大气;大棚下面,左右各10个进出口通道已经处于工作状态。
港珠澳大桥收费站
当记者驱车以每小时20公里的速度通过匝道时,只听到ETC传来“嘀”的一声,车子几乎没有停下就顺利通过了匝道。
“这个收费系统可不一般,是世界首创的兼容不同制式的识别收费系统。”中国铁建电气化局集团有限公司联合体港珠澳大桥交通工程总经理部总经理蔡俊福说。据介绍,大桥通车后,通行的车辆不仅有统一格式车牌的内地车辆,还有车牌格式多样的香港、澳门两地车辆。在实行人工或刷卡收费时,内地车辆的收费是在左侧,港澳车辆是在右侧,这个只要在每个车道左右两边都设置人工窗口就可以解决。但是在使用自动识别系统收费时,内地的车辆是ETC收费模式,香港和澳门的车辆是“快易通”收费模式,要在每一个车道上对两种不同收费模式的车辆一次性完成快速自动扣费,就必须要有一个可以兼容两种收费模式的系统。
两种收费模式的软件和代码区别很大,要使二者兼容,如同在血型和组织相容较低的两人间进行器官移植,难度可想而知。此外,与内地严格统一的车牌格式不同,港澳车牌号码更加个性化,字母和数字组合花样繁多,给软件计费准确性带来更大挑战。
项目部从软件代码及软件程序着手攻关,并专门邀请香港快易通的技术专家参与开发,多次进行专题研讨,根据实验测试情况不断修改,仅对测试版本的程序修改就达到136版,历时两年,终于在世界首创出兼容不同制式的收费系统。
2018年1月,经过累计1110次的模拟测试,港珠澳大桥收费站自助收费系统的车牌平均识别时间从500毫秒缩减到337毫秒(约0.3秒)
▪智能化大桥
如果想要领略港珠澳大桥的绝美风光,搭乘穿梭巴士会是一个不错的选择。
半个月前,在位于珠海石花西路的广东港珠澳大桥穿梭巴士有限公司后勤保障基地里,首批10台车已经安装好三地牌照,准备近日开展运营测试。
这批穿梭巴士一共两款车型,分别是SCANIA低地台单层巴士和MAN超低地台双层巴士。全部喷涂金色面漆,车长达12米,十分霸气。
然而,吸引人们眼球的并不是巴士霸气的外观,而是其内在的智能系统。
据悉,穿梭巴士搭载了由驾驶行为监察器、驾驶辅助系统、智能车载主机组成的智能车载系统,与中心服务平台和调试指挥中心无缝对接。只要驾驶员眨眼频率高,打哈欠,系统马上就能把疲劳驾驶的信息传到后台,精准杜绝驾驶中的隐患。连“不目视前方”都会被后台记录在案,更别提开车打电话等危险动作。保证了旅客的人身安全。
看完以上种种,你是否也会为隐藏在港珠澳大桥之后的科技力量而感到惊叹?最后,让我们一起通过一张图来领略一下这座大桥壮观、震撼的景象吧~

(编辑:admin)

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