本報記者 米金升 實習記者 任明朝 通訊員 陳向陽

　　7月18日，廣東珠海的中交港珠澳大橋島隧工程項目部調度中心，大螢幕上的颱風預報圖清楚顯示，我國南方41年來最強颱風“威馬遜”已經登陸海口，這意味著這一超級颱風將不會“光臨”正在緊張建設中的港珠澳大橋工地。

　　懸著的心還沒放下，另一個消息傳來，菲律賓以東洋面生成了新的颱風“麥德姆” ，這會不會影響港珠澳大橋建設中一個月以來最好的窗口期？

　　這兩個資訊是國家海洋環境預報中心為港珠澳大橋島隧工程提供的專項預報。

　　在世界上獨一無二的超級工廠裏，製作一個個長180米、重約8萬噸，尺寸類似于一幢60層樓房的巨大混凝土沉管，然後把它運輸到施工海域，安裝到精心準備的海底基槽中，一節節對接起來，形成一個海底隧道，專業術語叫沉管隧道。這便成為當今世界上土木工程界最難的工程之一——港珠澳大橋島隧工程。

　　大家都知道，衛星發射需要天氣“窗口” ，這裡也需要“窗口” 。一個8萬噸龐然大物在大海中長距離浮運，並在海底40多米的指定位置進行精確安裝，將會受到千變萬化的風、浪、流等多種因素的影響。因此就要選擇一個風平浪靜、海流舒緩的時間段，這就是“窗口期” 。綜合考慮天氣、海浪、海流複雜性以及工程建設本身的各種約束，一個月中只有兩個窗口期。

　　16日至20日期間，國家海洋環境預報中心一直在不斷分析颱風“威馬遜”及“麥德姆”的發展態勢以及對施工區的影響，經過對海浪、海流情況進行的分析和預測，中國交建總工程師、中交港珠澳大橋島隧工程項目部總經理林鳴和他的團隊確定了20日和22日兩個對接窗口時間。

　　找準這個窗口期花了三個多月。

　　國家級預測機構專門為港珠澳大橋島隧工程建設提供專項預報，雖然已經接近兩年，但這次預報對國家海洋環境預報中心來説也是一個前所未有的挑戰。即便參與過“雪龍號”和“蛟龍號”項目，國家海洋環境預報中心現場預報員孫虎林仍然認為，為港珠澳大橋第11節沉管安裝提供預測是他參與的難度最大的項目。

　　海底暗流帶來的新挑戰

　　為了給沉管安裝提供充足的準備時間，海洋環境預報中心需要提前10到15天提供海面氣象預報。然而， 7日以上的天氣預報準確性相對較低。在西方發達國家， 7日以上天氣預報的精確度也要大打折扣。同在深海，“蛟龍號”氣象預報只需要提前3天。

　　兩年前，國家海洋環境預報中心為中交港珠澳大橋島隧工程項目部派出專項組，在北京設有一個研究工作組，在項目部設立一個現場工作組。針對整個施工範圍內的氣象、波浪、海流進行觀測與分析。專項組一方面通過詳細的觀測積累基礎數據，另一方面通過建立綜合模型來實現精確預報。

　　據中交港珠澳大橋島隧工程項目部副總經理、設計總負責人劉曉東介紹，來自於風雲衛星基礎數據和現場觀測的數據輸入到遠在北京的超級電腦，作出預測後，再和來自現場的實際數據對比，用來優化預報模型，並不斷校驗模型的可靠性。只有這樣，才能確定沉管浮運安裝的最佳時段。這要求幾乎和衛星發射一樣。

　　2013年5月，港珠澳大橋沉管隧道成功安裝第一節沉管。國家海洋環境預報中心功不可沒。在根據此前模型預測提供的窗口，到2014年3月，港珠澳大橋由淺入深成功完成了10節沉管。第10節沉管最深處在43米處。“窗口期”預報越來越成熟，安裝作業越來越規範。

　　或許這只是挑戰的開始。在第10節沉管安裝之後，項目部意識到，海流對安裝有意料之外的影響。

　　為什麼？其機理是什麼？

　　沉管安裝一般都是幾十個小時連續高強度作戰，誰也不能休息。安裝成功之後，大家都會補個覺。第10節沉管安裝完成後，林鳴和他的團隊睡不著了。4次專題討論會， 10多次對沉管安裝的所有細節進行排查。項目決策團隊都在思考一個問題：對這樣一個全新的超級工程，認識上是否還存在盲點？

　　港珠澳大橋工程投資超過700億元，近6公里的沉管隧道由33節沉管在海底次第對接而成，是整個工程的核心，任何一節沉管出了問題，都會對工程建設産生致命的影響、對工程120年的使用壽命産生致命影響。而且，這項偉大的工程，在實際範圍內可資借鑒的東西少之又少。全世界100多條沉管，超過40米水深的很少，深水安裝長度超過2公里的更少。港珠澳大橋沉管隧道槽深30米左右，這在全世界還是第一次；深水安裝的長度超過3公里，在全世界也是第一次。

　　就像過電影一樣，每個人都在不斷地思考，每個人又都未能找到答案，壓力逐漸集中到了林鳴身上，他要為整個團隊找到方向。這位在橋梁建設界經歷無數大風大浪並且在港珠澳大橋島隧工程建設前三年經歷多次重大技術闖關的宿將，也感受到了前所未有的煎熬，他一遍又一遍地“過電影” ，還是沒有找到解決問題的辦法。

　　長時間專注于這一問題，對他的身心健康産生了影響。劉曉東發現，開會或者聽工作彙報時，經常感覺到林鳴會走神；身邊的人看到林鳴憔悴了許多，也覺得他一段時間變得急躁起來。林鳴後來也意識到，必須從中跳出來，於是他開始強迫自己幹一件毫不相干的事情，每天學一段時間英語。

　　有一天，有人提到，在2012年對珠江口主航道海流流速進行測量的時候曾經發現過一個反常現象：一組測量數據顯示沉管安裝基槽裏的海流流速大於正常流速。當時以為這是一個測量誤差。

　　林鳴馬上決定，對沉管基槽中的海流作進一步分析。

　　劉曉東説，海流的一般規律是，水面下三分之一處的流速最大，越接近海底越小。按照這一規律，沉管能否安裝是根據水面下三分之一處的流速來決定。如果海流過大，對付一個8萬噸的大傢夥，施工裝備可能會拉不動、穩不住、停不了。因此，海流流速也是國家海洋預報中心專項預報的核心內容之一。

　　沿著這一個線索的研究找到了突破口。劉曉東説，港珠澳大橋沉管隧道是世界上一個大規模的深埋沉管隧道，水深有10多米，然後在海床上挖出一個最深達30米的深槽，沉管就要埋在這個深槽裏。分析發現，第10節沉管隧道安裝時，水下40米處的流速要遠遠大於水下10米處。這個深槽中的海流不符合一般規律。

　　這一奇特的現象突破了專家們的傳統認知，“從來沒遇到過這種現象，常理難以解釋” ，孫虎林説。

　　不符合規律的海流，專業術語叫紊流。國內外對紊流的研究均屬空白。

　　國家海洋環境預報中心必須要把基槽中的紊流研究明白，並作出精確預報。中交港珠澳大橋島隧工程項目部副總經理尹海卿作了個比喻，比如北京舉辦奧運會，就要對8月份的天氣進行分析預報，這是一個大範圍相對模糊的預報；另外在開幕式之前，就要對這一天下午4點到晚上的幾個小時內，鳥巢上空的氣象作出精確預測。港珠澳大橋沉管隧道建設也有兩個預測系統，一個是施工大範圍內海流的預測；另外一個是沉管安裝範圍內幾百平方米海流的精確預測。

　　一開始，預報組認為這個預報難度太大。在項目部的堅持下， 2014年6月，國家海洋環境預報中心再次成立專項組，中心領導牽頭，涉及幾乎所有的業務部門，全力展開工作，所用電腦1秒鐘的計算能力達到了60萬億次。

　　專項組首先根據現場需求建立預測模型、進行初步預測，然後通過把結果和現場實際測量數據對比，來不斷校驗、優化模型，直到預測越來越接近實際情況。

　　尹海卿説，新問題的出現對預測提出了更高的要求，是一個小範圍精確預報，這對預報工程來講，難度很大。針對現場的海流變異，安裝沉管既要避開上面流大的時候，也要避開下面流大的時候，尤其是兩個管節必須要在水底流速最小的時候才能對接，這就要求既有大的窗口期，又有小的窗口期。

　　對海洋環境預報中心來講，也是個全新的任務：好比讓一個鍛鑄刀劍的鐵匠製造一個繡花針。加班加點一個多月，項目組有了基本穩定的預報。期間，國家海洋環境預報中心總工等技術專家多次到現場督戰。模型確定後， 6月29日，13套深槽海流觀測儀器自浙江杭州由專車運至觀測現場，展開管節基槽內測流工作，為提高對接窗口預報精度。

　　大塊頭需要大智慧

　　對於林鳴來説，難題還沒有解決。有了國家海洋環境預報中心的專項支援，自己就有了海流的完整資訊，但是，在海流的作用下， 8萬噸的沉管從海面沉放到40多米海底的過程中，會是怎樣的狀態？這是個更嚴重的問題。

　　整個安裝靠纜係控制，就好像吊鉛球一樣，吊得越高，線就越長，鉛球越容易擺動。沉管是靠水面上的安裝船的纜吊著緩緩下沉、安裝，在海流作用下，沉管會發生擺動，這就要實時監測沉管的姿態，確保安裝不能有一絲偏差。

　　尹海卿説，管子入水之後，怎樣運動，速度和加速度是多大，橫向搖了還是縱向擺了，擺動頻率是多少，這些資訊需要實時掌控，擺動大了，就要停下來穩一穩。

　　掌握這些資訊，就要眼睛。

　　沉管這個大傢夥，振動的幅度很小，振動又非常緩慢，專業術語叫低頻長週期振動。尹海卿説，一個擺動可能要100多秒，一共就擺動了10釐米，很難精確測量。清華大學、上海交大等高校的研究所都有高精度的振動測試平臺。但是聯繫了多家科研機構都説幹不了。要麼是沒有技術，要麼是沒有設備，要麼是沒有合適的方法。尹海卿也曾聯繫國家地震檢測機構尋求幫助，但是那裏的感測器也只能測量0 . 07赫茲的振動。而沉管的擺動頻率可能會是0 . 01赫茲。

　　2014年5月27日，北京香山北麓一棟不起眼的小樓裏，中航工業北京長城計量測試技術研究所研究員邵新慧接到了電話，港珠澳大橋島隧工程請求技術支援，檢測深海沉管運動姿態。

　　這個名不經傳的機構，業務卻絕對是“高精尖” ：為航空航太提供計量測試技術保障與支撐。為土木工程提供技術服務，是不是有點牛刀小試？不過邵新慧覺得心裏沒底，十餘年的工作經驗裏，都是在做天上的傳感測量，從來沒有在深水裏做過震動測量，更何況這次是水下40米。幾番思索下，邵新慧決定迎接挑戰。

　　林鳴也赴北京專程拜訪中航工業計量所，一番交流後，港珠澳大橋建設面臨的技術挑戰，也讓中航工業計量所感到意外。隨後，一個由副所長牽頭、骨幹成員組成的參與港珠澳大橋專項研究小組成立了。

　　沉管就像海底的大鐘擺，需要精確測量其左右、上下以及傾角方向上的擺幅。深水又導致了沉管運動的超低頻特點，如果感測器沒有極高的靈敏度，壓根不可能測到。邵新慧曾參與某導彈項目，頻率精度只需要達到0 . 1赫茲。

　　沉管在安裝之前要進行幾十個小時的準備工作，測量儀器在水中時間長了可能會出現虛假波動，即“零漂” ，影響測試結果。

　　這都要求，要選擇靈敏度極高的感測器，才能實現精確測量。

　　中交港珠澳大橋島隧工程項目部也抽調水工領域專家組成小組，與中航工業計量所專項組一同鑽進了北京的實驗室，廣泛調研後，對各個廠家的感測器、陀螺等進行驗證。經過六七天的實驗，終於選出了滿足項目需求的設備。國內最先進的微機械陀螺和高速度傾角感測器，以及航空航太導航制導專用設備，共同組成了為港珠澳大橋量身定做的沉管運動姿態實時監測系統。

　　系統雖已初步成型，但這些設備是否真能測量出深海裏的沉管微小運動“姿態” ？6月17日，中航工業計量項目組從北京前往珠海，奔赴港珠澳大橋項目，在桂山島進行實地檢驗。項目組模擬沉管水下振動，用所選儀器進行深水測量，並與全站儀的測量數據進行比對。實驗結果讓項目組十分欣慰。

　　7月6號，包含院士在內的十幾位專家在中山開會，最終確定採用中航工業計量的沉管運動姿態實時監測系統。

　　測量方案塵埃落定，接下來是緊鑼密鼓地籌備港珠澳大橋第11節沉管安裝測量工作。7月21日，港珠澳大橋島隧工程第11節沉管安裝中，邵新慧測得，沉管橫向擺幅在1毫米以內，垂向擺幅在2釐米以內。這一實時監測系統，就像深海中的眼睛，時刻緊盯沉管運動姿態。得益於該系統，一旦沉管擺幅較小時，項目部能夠抓準時機進行對接。最終，第11節沉管實現了精確對接。

　　“能為世紀工程保駕護航，我很榮幸。”邵新慧笑道。對中航工業計量所來説，港珠澳大橋項目是其首次進行深水測量的重大突破，為今後低頻長週期的測量提供了寶貴的經驗。島隧工程項目團隊終於從近5個月的焦慮、無助中闖關成功。這段壓力幾乎讓他崩潰的日子中，林鳴有了兩個額外的小收穫：“我明白了為什麼陳景潤會撞到樹上，我也對精神病的形成機理有了一點體會。 ”原標題:當前2014.07.31[第243期]