晏国泰创新工作室:为跨海巨龙插上“钢铁羽翼”
2025年3月21日15点,杭州湾的海风裹挟着咸涩水汽,掠过世界最长跨海大桥——杭州湾跨海大桥。在距离海面162米的混凝土索塔上,一组银灰色的高空检修平台“凌云号”正沿着高耸入云的主塔平稳地攀援而上,工作人员正在开展0.05毫米级的混凝土裂缝检测修复和索塔涂装等养护工作。
这是中交二航局建筑科技分公司研发的可视化桥塔检修作业平台。就在这一天,该智能化作业平台正式亮相,首次成功应用于杭州湾跨海大桥,标志着桥梁维保行业传统吊篮施工作业方式即将退出历史舞台,智能化发展又向前迈了一大步。
“科技是第一生产力,能够迅速引领行业发展。”作为杭州湾大桥检修平台技术研发团队负责人,晏国泰骄傲地说道。
直面解决索塔维保难题
杭州湾跨海大桥自2008年5月1日通车以来,服役已达17年之久,累计通行车辆已超2亿辆次,是长三角经济一体化的重要纽带。
作为全球三大强潮海湾之一,杭州湾年均6级以上风力达179天,盐雾侵蚀强度超内陆20倍。极端的气候条件给大桥维保工作带来了巨大的考验。
17年来,杭州湾大桥养护师傅们履职尽责,有条不紊地开展大桥维保工作,守护大桥生命健康。但是,一个难题始终困扰着他们。
原来,索塔维保工作受限于使用吊篮的作业方式,存在诸多痛点。据统计,约80%的高空维保作业都是依赖工人在摇晃的吊篮中完成。这意味着工人需要长期暴露在高风险环境中,安全隐患突出。此外,吊篮作业成本高昂,单次吊篮部署成本高达8万元,年度维护费用超过120万元,并且每次部署作业还需封闭1条车道长达6小时,年均影响交通时间总长达到48天。尽管投入巨大,但吊篮作业效率低下,质量难以保证,且存在40%的作业盲区,尤其是索塔内转角、检修通道下方等关键结构部位和距海面90-120米的高腐蚀风险区域难以覆盖。
“不要以传统工序故步自封,桥梁维保行业也要与时俱进,实现技术和装备的迭代升级。”在进行杭州湾跨海大桥混凝土性能维护与提升工程招标前,业主单位明确提出要求:要直面索塔维保难题,研发运营阶段索塔塔柱高性能检修平台。
作为中交二航局建筑科技分公司该项目投标技术方案负责人,晏国泰深感责任重大。他带领晏国泰创新工作室的技术骨干们,多次实地勘察杭州湾大桥现场,与同济大学等高校单位密切交流,进一步明确了研发课题:一款模块化、可变尺寸、具备抗风防坠功能的高空作业平台,并根据这一课题制定投标技术方案。
2023年9月18日,在十余家顶尖工程单位的角逐中,建筑科技分公司凭借优质的技术方案中标,扛起了这项改写桥梁索塔维保历史的创新重任。
匠心打造智能检修平台
9月30日,在杭州湾项目开工动员会上,时任分公司副总经理李少芳掷地有声,对团队提出了更高的要求:“我们要立足‘桥梁维修加固行业引领者’的发展定位,实现杭州湾大桥优质履约,更要以检修平台研发为支点,撬动桥梁维保行业变革发展,践行分公司的使命担当。”
压力就是动力,会议结束后,晏国泰带着创新工作室的技术骨干们一起住进杭州湾大桥项目驻地。
技术团队开启了“白加黑”“5+2”的工作模式。他们首先对国内外27座斜拉桥和悬索桥的索塔维修施工项目进行系统研究,发现现有的载人检修设备设计粗糙,在标准化、模块化、可视化等方面仍有很大的提升空间。要实现运营阶段不中断交通且不设置桥面防护设施的条件下进行索塔检修,需要解决四大关键技术问题:预制拼装可拆卸技术、平台与索塔适配性技术、超高空作业下抗风稳定性及防坠物技术、平台安全控制与预警技术。
工作室的灯光彻夜不息。经过5天连续的讨论和研究,技术团队创新性提出了“344”研发矩阵,包括三大系统设计、四项专项技术、四类专项试验,以及安全性、可靠性、可视化、通用性、快速化、适配性、灵活性等7大设计目标。
平台研发的过程是艰难的,技术团队们不断地发现新问题、解决新问题,对平台设计进行修正和调整。
“平台与索塔适配性设计、平台的安全控制和预警是最难啃的骨头。”90后工程师卞凡回忆道。但团队经过反复试验,最终解决了这两项难题。他们通过设置伸缩移动辅架,实现了平台与索塔的适配;通过设置抗风导向绳,做好平台软硬连接,实现了平台的抗风稳定性;通过增加5G传输、视频监控、风速监测、超重监控、北斗定位、远程监控等装置,实现了平台实时动态监控和超载预警的功能。
2025年1月7日,经过477天日夜研发,用于索塔检修使用的模块化抗风防坠高空作业平台的设计样稿13版定稿了。整套平台采用“回”字形设计,安全稳定。平台的主体结构采用了7075铝合金(密度仅为普通碳钢的1/3),并采用了绞盘方式进行平台伸缩,双管齐下大大地减轻了平台自重,可携带更多的施工材料。
当团队们满怀希望地进行平台首次试运行时,却发现,平台与索塔截面变化的适应性出现了问题:在索塔内侧(车道侧),平台与索塔贴合不紧密,工人无法顺利开展作业。
首次试运行不顺利,成员们显得有些气馁。
“不要紧,我们已经很接近成功了。解决完这个问题就行了!”晏国泰不停地给团队加油打气。
通过反复排查,团队发现问题出在了四个方面,包括:导向绳成自由状态没有收紧;固定导向绳的轮盘较小,导向绳跑出轮盘;平台的连接螺栓出现了滑丝等状况;在平台自重等综合作用下内侧平台远离了索塔。确定问题后,工程师程浩和卞凡就立马跑去现场,反复测量不同高度和不同受紧力作用下导向绳与索塔的距离,通过将现场的条件代入计算公式,测算出最匹配大桥施工的导向轮盘尺寸和导向绳收紧力。团队们立刻开始对平台进行优化调整,直到平台伸缩与索塔截面变化的适应性匹配到位。
重塑桥梁维保行业标准
2025年3月21日,历史性时刻来临。经过优化后的“凌云号”检修平台将在杭州湾跨海大桥首次亮相,正式投入使用。本次作业任务包括索塔裂缝进一步详查与修复,索塔表面涂装等养护工作。
在项目指挥中心,业主、监理、分公司等单位领导和项目工作人员都聚在一起,共同见证这一重要的时刻。
随着“凌云号”平台启动应用,大屏幕上不断显示平台传回的监控数据和现场施工数据。时间一分一秒地过去,当天实际工作高度就达到16m,比采用常规装备工效提升1/4(常规装备12m/天),整个索塔的时间可缩短5天。
当“凌云号”圆满完成工作任务,带着作业人员安全平稳落地时,指挥中心爆发出了雷鸣般的掌声,所有在场人员都在欢呼雀跃。
近日,“凌云号”模块化抗风防坠高空作业平台及其施工方法正式获得了国家知识产权局发明专利授权。这标志着,该项技术不仅攻克了杭州湾跨海大桥的维保难题,更开创性地为跨江跨海桥、山区峡谷桥等多样化索塔结构提供了“不中断交通”的普适性解决方案。
潮起杭州湾,云涌创新潮。从“人工吊篮”到“高空作业平台”,看似只是迈出了作业平台升级的一小步,实则是迈出了桥梁维保行业智能化发展的一大步。当“凌云号”的“钢铁羽翼”划破晨雾,世界看到的不仅是一座桥梁的焕新,还有中国科技工作者直面难题、创新发展的决心,更是中国建筑行业一流企业对“基建永续”的智慧解答。
创造这一切的荣光,正是杭州湾那群一直在践行“争科技领先 创管理一流”企业使命的二航建设者们。(文 刘婉婷/李宪瑞)