走近大国重器 | 清淤利器

  生态清淤智能化一体平台船“太湖之星”。

  春日太湖，梅梁湖区碧波荡漾，岸上繁花如云似霞。

  “太湖美呀太湖美，美就美在太湖水。水上有白帆呀，水下有红菱哪，水边芦苇青，水底鱼虾肥……”一曲《太湖美》，惹得游人醉。

  曾暴发蓝藻水华、水质恶化的太湖，经多年整治，如今重现碧波万顷。去年，太湖水质藻情达2007年以来最好水平，湖心区水质首达Ⅲ类水标准。

  底泥清淤是治理太湖的关键。今年3月，在太湖治理的“主战场”江苏无锡，随着新一轮太湖生态清淤梅梁湖区工程开工，中交天津航道局有限公司（以下简称中交天航局）自主设计研发、我国拥有完全自主知识产权、世界首创的生态清淤智能化一体平台船“太湖之星”投入使用。

  专为太湖清淤量身定制的“太湖之星”，在设计、建造、装配过程中，实现了哪些创新，攻克了哪些难题？记者日前采访了有关专家和工程项目负责人。

  更高效的“小型‘天鲲号’”

  疏浚浓度是普通环保绞吸船3倍，日清淤量约两个半国际标准泳池体积

  太湖底泥以流泥和淤泥为主，淤积深度0.5米以上的底泥量超2.4亿立方米。实验室数据显示，太湖淤泥含有大量磷、氮元素及有机质等营养物质，为蓝藻增殖提供了丰富条件。而且，淤泥还会降低水深，减缓水体流速，削弱湖泊自净能力……正因如此，推进太湖流域水环境综合治理，重在清淤。

  太湖北部的梅梁湖，是底泥蓄积量及污染物含量相对较高的区域。

  “在太湖流域水环境综合治理中，新一轮太湖生态清淤梅梁湖区工程是工程量最大的清淤工程，湖区清淤面积约28.9平方公里。”中交天航局新一轮太湖生态清淤梅梁湖区工程项目党支部书记王冰介绍，工程将对梅梁湖中度及以上的污染底泥进行清淤和处置，在60个月的工期内清淤约834.1万立方米。

  国际标准泳池要求长50米，宽至少21米，深1.8米以上。按照这一标准测算，这些淤泥能填满4400多个国际标准游泳池。

  “太湖之星”便是能高效推进如此巨大工程量的“科技治太”清淤利器。

  从太湖北岸的码头乘船前行，烟波浩渺中，远处正在作业的“太湖之星”越来越近，逐渐清晰。

  “‘太湖之星’主要由新型智能环保清淤船‘太湖浚清1号’、除杂调絮船‘太湖之星1号’、脱水减容船‘太湖之星2号’三艘作业船组成。”中交天航局新一轮太湖生态清淤梅梁湖区工程项目总工程师房岩介绍。

  20分钟后，记者随工作人员登上“太湖之星1号”。

  “那就是‘太湖浚清1号’。”房岩指着不远处的一艘作业船说，“它在水下的螺旋绞刀不停挖掘抽吸湖底的淤泥，通过一条长长的输泥管道，把高浓度淤泥源源不断地输送到‘太湖之星1号’。”

  受地形、水位等影响，太湖淤泥分布面积广、泥层薄，这要求环保清淤船既要挖得快，还要移得快、定位准，能灵活作业；太湖是长三角的“母亲湖”、重要的水源地，其清淤工程要求更低碳、更环保……这样的工况条件、工程要求，难不倒“太湖浚清1号”。

  “‘太湖浚清1号’是依托中交天航局自身技术储备而设计的。它运用了国之重器‘天鲲号’的先进技术，装配有变频电机驱动泥泵、自动挖泥和远程控制系统，可以说是一个小型的‘天鲲号’。针对太湖工况，它做了相应技术调整。”中交天航局装备中心主任杨正军介绍。

  除杂调絮船“太湖之星1号”局部。 由中交天航局提供

  “太湖浚清1号”采用的双钢桩台车系统、新型环保绞刀及10千伏岸电接口，是国际首次应用于环保清淤船，能大幅提高挖掘宽度、行进速度，实现高浓度挖泥、高浓度输送及绿色低碳作业。其中，新型环保绞刀的设计更适合挖掘浅层高浓度淤泥，而且对湖水的扰动很小。

  总长56米，型宽7.9米，型深2米，吃水1.2米，最大挖深14米……“太湖浚清1号”体量不算大，作业效率却极高：它的摆宽达60米，是普通环保绞吸船的2倍；疏浚浓度达50%以上，也就是说1立方米泥浆中含泥量一半以上，是普通环保绞吸船的3倍；每小时可清淤600立方米，日清淤量5000立方米，大约2.5个国际标准泳池体积。

  更绿色的湖上“移动工厂”

  世界首次在水上完成生态清淤、除杂调絮、脱水减容、无害化处理等全部流程

  “太湖之星”由疏挖系统、除杂调絮系统及脱水减容系统三大系统组成。

  如果说“太湖浚清1号”是清淤作业时的“先遣兵”，“太湖之星1号”便是清淤作业的“中转站”。它的主要功能是筛除泥浆中的杂质、投加环保絮凝剂对泥浆进行调絮、分离泥浆和水，之后将泥浆输送到“太湖之星2号”。

  “太湖之星1号”上有一个1000立方米的除杂池，配备有4台振动筛。在双层筛网作用下，从“太湖浚清1号”输送来的淤泥被筛除贝壳、石块等大颗粒杂质，分离出细腻的泥浆。

  房岩指着船体中部的4个池子说：“它们是调絮池，体积分别为250立方米，共1000立方米，恰好匹配除杂池的体积。旁边是配料系统，这些高大的黄色罐体是集料罐，共有12个。罐中的环保絮凝剂将被输送进调絮池，让泥浆里的泥和水有效分离。”

  “太湖之星2号”与“太湖之星1号”紧紧依偎在一起。经过调絮分离后的泥浆，通过8套跨船柔性连接管路，从“太湖之星1号”传送到隔壁的“太湖之星2号”。

  “太湖之星2号”是清淤作业的“打包车间”。它由16组高效板框压滤机组成，通过物理方式压榨泥浆，实现脱水减容。榨掉约一半水分后形成的泥饼通过皮带机传送到驳船上，再运到陆地上处理。该船每天可产生固化淤泥2500立方米。余水经过回收和净化处理后，水质指标可达到Ⅲ类水标准，最终回到太湖。

  工作人员正在巡检脱水减容船“太湖之星2号”上的板框压滤机。

  “太湖之星”三艘作业船各司其职、相互配合，集生态清淤、淤泥固化和余水处理等功能为一体，具有作业灵活化、生产高效化、功能集约化、绿色低碳化、管理智能化等优势，堪称一座湖面上的“移动工厂”。

  杨正军介绍，“太湖之星”投用前，湖泊清淤需要将底泥运到陆地上进行脱水和无害化处理，占地多、周期长、运输难、花费高，还有流溢等风险，容易影响周边生态环境。太湖沿岸寸土寸金，834.1万立方米淤泥如果在岸上自然固化处理，需占地几百亩。即使固化后体积减小，通过车辆运输也会给交通安全等带来很大压力。

  “‘太湖之星’在国内首次将淤泥固化所需的环保絮凝剂投放系统、板框压滤系统由陆地‘搬’到水上。它在水上便可完成从生态清淤到除杂调絮、脱水减容、无害化处理等全过程，这在世界疏浚史上尚属首次，彻底解决了淤泥固化占用土地资源等问题。”杨正军说。

  如何将多种功能集成到船上，是研发团队面临的重大挑战。有赖于中交天航局此前研究的高浓度清淤和高浓度输送技术，泥浆含水量相对较少，除杂池、调絮池等不需太大；有赖于成熟的智能化管理系统，流程环环相扣，整体协同性高，各个设备无需太大规模便能高效运转……

  中交天航局新一轮太湖生态清淤梅梁湖区工程项目常务副经理张磊说，最难的是，不仅不能直接将陆地上的设备原样搬上船，还要在保证功能的同时满足内河航道要求，将三艘作业船从生产车间送到太湖。为了确定作业船的长、宽、高等数据，他们对每个设备、每个零部件都进行了反复试验。整个航道涉及106座桥、2个船闸，每一座桥梁、每一个船闸他们都要实地勘察，并结合不同的天气、水文条件，无数次测量航道数据的变化。

  从2022年9月正式投入设计研发“太湖之星”，到2023年10月建造完成并送至太湖，再到今年3月投入使用，研发团队在很短的周期内攻克了一系列难题，使其顺利开工。

  更聪明的“智能大脑”

  1人即可远程操控和监测，甚至实现无人化自动作业

  在岸上时，张磊便一直手持平板电脑，远程监控“太湖之星”各环节作业情况。他介绍， “太湖之星”有一个“智能大脑”——生态清淤智能管理平台，可实现岸基在线实时监测。

  进入位于“太湖之星2号”上的“太湖一体化平台智能控制中心”，3个大型电子屏幕上，实时显示着三艘作业船的作业场景，一名技术人员正在进行作业监测。电子屏幕上，日清淤量、淤泥固化量、余水处理量等关键工序数据以及整体作业进度清晰可见，各设备运行状态、人员到岗情况、周边水域环境等也一目了然。

  在控制中心内，可收集、传递各设备作业信息，分析作业状态，下达作业指令，显示各部位监控视频，实现数据收集、分析、监控、调度实时化。

  技术人员轻触管理界面，电子屏幕上出现环保絮凝剂制备过程监测控制有关数据。随着光标移动，各投药装置中环保絮凝剂重量、配方、加水量等数据，一一呈现在眼前。

  工作人员在太湖一体化平台智能控制中心查看设备运行情况。

  如果没有智能监测和远程控制，挖泥时很难根据工况实时调整作业参数，难以确保持续挖出并输送高浓度泥浆；如果没有在线监测，不能及时分析泥浆浓度等指标，难以准确判断投放环保絮凝剂的剂量、时机等；如果没有远程控制，光靠人工投剂，耗时长、不精细，存在人工、药剂等浪费，还会影响其他环节工效……杨正军介绍，通过“智能大脑”，他们将原本应用在部分工序的智能化设备统筹起来，实现对各个设备、各项功能的远程操控和监测，使“太湖之星”整体高度协同，更加高效运转，甚至能实现无人化自动作业。

  更聪明的“智能大脑”，让以往高度依赖人工、耗时漫长的湖泊清淤工程，变得绿色、高效。

  王冰介绍，从理论上来讲，仅需1人即可远程操控和监测“太湖之星”各个设备。加上船上的日常巡查维护人员，整个“太湖之星”仅需数名工作人员。

  “更高效、更绿色、更智能”，还体现在多个方面。

  三艘作业船既安装有柴油发电系统，又安装有岸电线路系统接口，采用油电结合的动力系统，可以根据不同工况，采用不同动力驱动。这是国内首次将这一动力系统应用于大型环保清淤船。在使用岸电作业时，可实现尾气零排放，更加绿色、低碳、环保。

  一体推进生态清淤与淤泥资源化利用。“太湖之星”产出的固化淤泥，将被运送到宜兴市徐舍镇锅底山，填充废弃矿坑。这里经过改良后，将成为高标准苗木栽植基地。此外，固化淤泥肥效较高，可以将其用于土地复耕、湿地修复、绿化回填。它还可以用来替代黏土生产烧结砖，以及用作筑路筑堤土方、工业掺合料等。

  用科技创新，唱响新时代的“太湖美”。杨正军介绍，从设计思路来讲，“太湖之星”虽是为太湖清淤量身定制，却广泛适用于泥层薄、表层淤泥受到污染、需要精细化治理的江河湖库。未来，将有望在我国内陆水环境综合治理中持续贡献力量。

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