李萍　郭清宸

5月2日，建設中的“世紀工程”港珠澳大橋迎來重大節點，海底沉管隧道實現最後對接，全線成功合龍。有一雙“眼睛”始終注視着整個過程，這就是航空工業計量所的“海底天眼”——管節運動姿態實時監測系統。

港珠澳大橋是國家重大基礎設施項目，是集橋、島、隧為一體的超大型跨海通道，投資超過700億元。這是世界最長的跨海大橋，世界最長的海底沉管隧道,世界上最長的鋼結構橋梁。想要實現這麼多“世界之最”，必然要面對諸多的“世紀之難”。而這其中，最具挑戰性的工程是海底沉管隧道建設工程。全世界100多條海底沉管隧道，超過40米水深的不多，深水安裝長度超過2公里的更少。港珠澳大橋的沉管隧道，長度超過5公里，要實現近50米深水處對接安裝。這在全世界範圍內尚屬首次。

海底沉管隧道建設遇“難”

港珠澳海底沉管隧道全長5664米，由33節沉管組成。沉管標準節長180米、寬38米。要將一節一節的沉管精確地沉入海底近50米深的基槽中。每一節沉管有8萬噸。世界最大的美國“尼米茲”核動力航母滿載排水量為9.1萬噸，中國“遼寧”號航母滿載重量6.75萬噸，就是說，港珠澳大橋的海底隧道相當於放入33個航母重量的沉管。這是33個海上“巨無霸”。每節沉管由鋼筋混凝土築成，對接的誤差不能超過10cm。而且整個過程受洋流、海嘯等等各種影響，情況非常複雜。

港珠澳大橋島隧工程項目總經理部在開工初期，有一定的預期，並採取了一些措施。2013年7月30日，港珠澳大橋島隧工程第一節180米沉管完成了海底安裝。但是，隨着管節安裝一步一步地走向深海，海底不可見的各種因素對於管節的測控、定位、對接和安裝等都提出了更大的挑戰。2014年3月24日，建設方在靠近主航道不足70米、最大水深43米的深水區，實現了第10節沉管對接安裝後，發現存在重大的隱患，必須要採取更加精確的實時對接監測方案，以保證萬無一失，否則工程將不能繼續下去。

建設方開始在全球範圍內，尋找解決之道。

荷蘭某世界著名隧道沉管浮運、沉放及對接專業公司開價近1億歐元，按照當時匯率相當於10多億元人民幣。對方只是提供技術諮詢服務，既不負責安裝，也不提供設備。國內很多高校、研究所也束手無策。

2014年5月26日，建設方打聽到航空工業計量所曾經攻克了“神舟八號”與“天宮一號”對接的計量難題。

2014年5月27日，建設方派出代表——中交天津港灣工程研究院技術人員到航空計量所尋求幫助。儘管沒有深海振動測量的先例，但計量所建有64項國防最高標準（含兩項國家副基準），擁有國內一流、國際領先的國家級重點實驗室和強大的計量測試技術水平，曾為國家眾多重大工程提供計量保障。特別是在動態計量測試領域，在國際上都形成了相當的影響力。先進的國防軍工計量技術、豐富的重大項目成功經驗、深厚的技術儲備，讓中交天津港灣工程研究院技術人員眼前一亮：相信她，一定行！

尖端計量助力大橋建設

面對“難”題，計量所迅速成立了副所長周自力為組長,力學室高級工程師邵新慧為核心的項目組。

8萬噸的沉管，在深水中振動的幅度微小且緩慢（加速度小於10-5g），屬於超低頻長周期振動。一次擺動，100多秒擺動10厘米，擺動頻率0.01赫茲。超低頻振動信號對傳感器頻響性能要求非常高，微小幅值測量容易受到噪聲和零漂的影響，信號處理難度大，很難精確測量，在國內尚屬空白。經過反覆研究論證,邵新慧等同志在一個月內就拿出一套經過實驗室驗證的初步方案：建立一個管節運動姿態實時監測系統。為保證沉管對接不超過10cm，在現場實時監測誤差將不超過1cm。

簡單來說，就是在管節的前後端分別設測試點，獲得沉管所受到的動態數據，監測各個方向的加速度、角度、角速度等等，實現超低頻運動姿態測量，再及時上報沉管沉放的總指揮。總指揮在實時姿態和天氣海況均符合要求的時候，發出下沉命令，並且在下沉過程中，根據實時監測的數據調整管節下沉速度。

隨後，邵新慧等同志在管節存放的深塢區進行現場模擬運動對比實驗，採用加速度傳感器間接測量位移，驗證了測試方案的可行性。

2014年7月2日，中國交通建設股份有限公司總工程師、港珠澳大橋島隧工程項目總經理林鳴來到計量所，聽取了方案匯報，並決定由計量所牽頭負責沉管沉放姿態監控項目、中交天津港灣工程研究院配合。7月6日，港珠澳大橋島隧工程項目總經理部召開專家評審會。會上，計量所的方案得到了評審專家的一致認可。會議要求計量所馬上實施方案，並提出7月14日到現場安裝，17日第11節沉管封門、調試，20日浮運的要求。

時間緊任務重，邵新慧和組員們開始了攻堅克難的歷程。實驗室和現場環境還是差距頗多。準備各種設備、儀器、儀表和傳感器等，到現場了解第一手資料。

2014年7月21日，成功為第11節沉管對接提供精確的計量保障之後，建設方完全折服於計量所高超精湛的計量測試技術。後續的所有沉管均由計量所提供計量保障。

為了保證對接，邵新慧等同志與建設方隨時保持聯繫，平均每個月到現場一次，一次就要十餘天。每次飛機、汽車、輪船交通工具齊上，也要輾轉兩天才能到現場。因為每個月只有兩三天是下沉窗口期。所有準備工作必須在之前完成。監測數據，解決突發難題，遇到特殊情況還要拿回實驗室進行數據分析。現場的工作環境非常惡劣，沉管人孔的十幾米牆梯，又窄又高。春夏秋冬無論何時，管節里濕度都非常大，幾分鐘就已經汗流浹背，而研究人員一忙就是十幾個小時。

這一干就是三年。三年的時間，如白駒過隙。這是一場與時間的賽跑，更是一次人類與自然的較量。

科技要發展，計量須先行

三年的時間，計量所研究人員運用自主研發的沉管運動姿態監測系統全程對管節的運動位移和角度等姿態進行實時測量，成功破解了精度控制難題，保證了沉管隧道工程圓滿收官。

這是繼為神舟八號與天宮一號對接提供計量保證之後，計量所研究人員再一次依靠高超精湛的技術，攻克了港珠澳海底深水沉管隧道對接測量的難題。

這是計量所將國防先進的計量技術服務於國家重大項目工程的又一次成功實踐。計量所用實際行動踐行着寓軍於民、航空報國的精神。作為國防第一計量測試技術研究所，計量所將繼續一如既往地探索計量前沿技術，提升計量服務水平，為國防軍工、為國家重大工程、為國民經濟建設提供更加堅強有力的計量保證。（魏宇鵬　攝）