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中国打桩船惊艳全球

3月1日,在世界三大强潮海湾之一的杭州湾海平面上传来“砰砰”巨响,一根长98.5米、直径1.8米、重约94.2吨的钢管桩被精准植入海底。将这根巨型钢管钉入海底岩层的,正是今年年初刚刚交付的全球最大打桩船“二航长青”轮。这是它海上生涯的首秀。

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打桩船是什么

打桩船,作为一种特殊的水上施工设备,其主要功能是将桩材打入水底,以增强地基的稳定性,为水上建筑和设施提供坚实的基础。

在实际应用中,打桩船的多功能性使其成为水上基建的必备神器。跨海桥梁的建设离不开打桩船,例如港珠澳大桥的建设过程中,打桩船被用于打桥墩桩基,确保桩基能够深入海底地质层,提高桥梁的稳定性和承载力。在港口码头的建设中,打桩船通过打出又深又大的桩基,使码头结构能够承受船舶停靠和货物装卸带来的压力和冲击。海上风电场的建设同样需要打桩船,风力发电机的桩基必须深入足够深的海底,才能确保其稳定性和安全性。海洋油气平台的建设则对打桩深度提出了更高要求,在软黏土为主的海底环境下,桩基需要打入海底以下80到150米。

打桩船的工作原理与陆地上的打桩机相似,但规模和复杂程度要大得多。确定打桩的位置后,打桩船会先伸出几条长长的桩腿,这些类似帝王蟹的“长蟹腿”会插到水底的泥沙里,把船牢牢地固定住。稳定后,甲板上的起重机会把桩吊起来,竖直地立在水里后,船的顶部会升起一个巨大的“锤子”——桩锤。工作时,桩锤被吊起来,然后突然落下,重重地、反复地砸在桩头上。每砸一下,桩就会往下陷一点,慢慢地被打到水底的泥沙里,并一直打到足够深的地方。

打桩船的发展历程可以追溯到20世纪初。早期的打桩船主要依靠蒸汽动力拉动打桩锤,那时的打桩锤甚至还有木质的。到了20世纪中期,现代打桩船逐渐成型,采用钢制箱型结构,并引入柴油发动机作为动力源。这一时期的打桩船在结构上更加坚固,动力也更加稳定,能够适应更复杂的水上施工环境。

20世纪后期,随着全球贸易一体化的加速和海洋油气开发的兴起,打桩船开始向大型化、专业化方向发展。这一时期的打桩船不仅能打竖桩,还能打各个角度的斜桩,适应不同地质条件的需求。进入21世纪,打桩船技术迎来了智能化和信息化的革新。现代打桩船配备了高精度的定位系统和实时监测设备,能够实现精准打桩和施工过程的自动化控制。

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“二航长青”轮的诞生

起初,我国打桩船完全依赖进口,不仅遭遇技术瓶颈,还承受着高昂成本的重压。随着中国经济迅猛发展,基础设施建设持续推进,尤其沿海地区的港口、桥梁、高速公路等建设项目如火如荼,对打桩船的需求与日俱增。在强劲市场需求的驱动下,中国打桩船行业规模迅速扩张。国内企业纷纷加大自主研发与创新投入,全力突破国外技术封锁。历经不懈努力,逐步打破了国外技术垄断的局面,并培育出一批颇具影响力的领军企业,在打桩船领域占据了重要的市场地位 。

“二航长青”轮正是在这种情况下问世的。“二航长青”打桩船是由中交第二航务工程局有限公司(中交二航局)牵头研发的打桩船,是目前世界上桩架最高、吊桩能力最大、施打桩长最长、抗风浪能力最强的打桩船,可打最大桩重700吨、直径7米的桩基。

“二航长青”轮总长130.5米,宽40.8米,深8.4米,支撑起高达150米的桩架,是目前全球最高的打桩船。这一超大桩架的设计,使得它能够在更深的水域进行作业,满足各种大型工程项目的需求。在实际施工中,桩架的高度直接决定了打桩的深度和范围,更高的桩架意味着更大的作业灵活性和更高的施工效率。

该船能够吊起最大重量达700吨、直径7米的桩基,为海上风电等需要大型桩基的项目提供了有力支持。在海上风电场的建设中,风力发电机的桩基需要承受巨大的风力和海浪冲击,因此桩基的尺寸和重量都远超传统项目。另外,“二航长青”轮配有4 个20吨重的海军锚及6个18 吨重AC-14 大抓力锚,7级风以下可正常作业,超大吊桩能力使得“二航长青”轮能够在复杂海况下完成高难度的打桩任务,确保风电场的稳定性和安全性。

“二航长青”轮首次采用柴电混合动力系统,不仅提高了动力输出的效率,还减少了环境污染。

其核心部件油缸,重量达385吨,直径近2米,总长28米,推力达5000吨,实现了完全国产化。这一技术突破,打破了国外在超大超长油缸制造领域的垄断,标志着我国在打桩船核心部件研发上取得了重大进展。

通过实时感知水文参数、辅助决策、自动判别作业工序以及在线集合沉桩数据,“二航长青”轮实现了打桩过程的自动化监控。在茫茫大海中,定位精度至关重要。在北斗卫星的辅助下,该船实现了深远海上厘米级的高精度定位。这一技术的应用,使得打桩作业更加精准和高效,减少了人工操作的误差和风险。

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在打桩船领域完全领先欧美

相较于欧美等国际先进打桩船,“二航长青” 轮优势尽显,在多个关键层面脱颖而出,与国际同类船只彻底拉开差距,展现出强大的技术实力与卓越性能 。

日本TOA公司新下水的旗舰打桩船KAKURYU号是日本最先进的打桩船之一,船长76米,宽约30米,桩架高度80米,可将74米长的桩打入海中。然而,与“二航长青”轮相比,KAKURYU号在船体尺寸、桩架高度和吊桩能力上都存在明显差距。此外,KAKURYU号的定位精度仅为分米级,智能化程度较低,多依赖人工操作。

土耳其的DEMiRBAS 06号是欧洲较为先进的打桩船之一,已经服役20多年,主要从事近海作业,船长60米,宽20米,桩架高度54米,最大吊桩能力115吨,能打直径1.65米的桩。与“二航长青”轮相比,DEMiRBAS 06号的作业能力明显不足,尤其是在深海作业和大型桩基施工方面。

“二航长青”轮采用的柴电混合动力系统,不仅提高了动力输出的效率,还减少了环境污染。而国际同类船舶多采用传统燃油动力,在水上作业时对环境的影响较大。此外,“二航长青”轮的抗风浪能力更强,能够在更复杂的海况下稳定作业,而国际同类船舶通常只能在近海作业,抗风浪能力较弱。

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打桩船的经济与战略意义

根据国家统计数据,2024年,我国水利建设投资创历史新高,实施水利工程项目46967个,完成水利建设投资13529亿元、同比增长12.8%。大部分水利工程项目都离不开打桩船。因此,打桩船的国产化,不仅满足了国内需求,还为国内企业创造了巨大的经济效益。以“二航长青”轮为例,其交付使用后,将直接参与国内多个重大水上基建项目,包括跨海桥梁、港口码头、海上风电场和海洋油气平台的建设。

随着全球海洋开发的推进,海洋打桩市场规模持续增长。根据YH Research在2024年12月发布的一项关于全球打桩行业调研报告,2023年全球海洋打桩市场规模约436亿元,预计到2030年市场规模将接近756亿元,未来六年平均增长率超过8%。我国拥有核心技术的打桩船,不仅可以作为工程机械设备出口创收,还能带动相关产业链的发展,形成完善的产业集群。

随着传统能源逐渐枯竭,加之全球对环保愈发重视,各国围绕海洋中的石油、天然气、矿产,以及海上风能、潮汐能、波浪能等可再生能源的争夺愈发激烈。先进的打桩船等海洋工程设备,成为了海洋开发技术优势的关键象征。打桩船作为海洋资源开发的核心装备,能够为海上风电场、海洋油气平台等项目筑牢根基,助力各国在这场海洋资源的国际竞争中抢占先机。

在国际海洋竞争中,技术优势是关键。以“二航长青”轮为代表的一批大国重器,为中国在海洋开发领域积累了重要的技术优势。这不仅提升了我国在国际海洋工程领域的竞争力,还增强了我国在国际事务中的话语权。

打桩船在海洋安全及国防层面同样意义重大。海洋油气平台与海上风电场建设,既关乎经济利益,更关系国家能源安全。并且,打桩船可用于海底隧道建设、软土地基加固、堤坝与防洪工程等,能为国防设施建设提供有力支撑。在复杂的国际形势下,先进打桩船能够有效增强我国海洋领域的防御能力。

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