[导读]三峡大坝升船机是三峡的奇迹，也是中国的奇迹。
一个“超级电梯”在三峡大坝的左岸诞生。
连船带水15500吨重量的游轮，在40分钟左右被提升113米，相当于翻越40层楼。轮船过三峡大坝可以“坐电梯”了！创造如此奇迹的是被誉为“三峡工程收官之作”、“世界水电奇迹”的世界大型升船机三峡升船机。
三峡升船机是三峡工程的永久通航设施之一。目前三峡工程的永久通航设施中“两线五级船闸”已运行多年，靠此船舶通过三峡大坝则需要3个小时左右。
“大船爬楼梯，小船坐电梯”——可以这样形象地描绘船舶过三峡大坝的两种方式。“楼梯”是三峡双线五级连续船闸，“电梯”则是三峡升船机。三峡升船机与双线五级船闸联合运行，将增加枢纽的通过能力，充分发挥三峡工程的航运效益。
11月1日，三峡工程2016年175米试验性蓄水结束，这也标志着从9月18日开始的三峡升船机试通航第一阶段结束。根据交通运输部长江航务管理局《关于三峡升船机试通航工作方案》，试通航分为四个阶段。
三峡升船机历经六十多年论证研究和近十年施工，在此过程中，中国全面掌握了大型齿轮齿条爬升式升船机建设核心技术，进一步奠定了世界水电强国的地位，中国长江三峡集团公司（简称三峡集团）也用这一奇迹工程再次令世人瞩目。
“钢丝绳”还是“齿条”这是个问题
升船机听起来“高大上”，实际并不“新鲜”——早在1788年，英国就建造了世界上早的机械化升船机。进入20世纪，现代化大型升船机开始出现。1934年，德国尼德芬诺齿轮齿条爬升式升船机使升船机发展进入新的历史阶段。此后，升船机工程技术日益进步，目前仅我国就有60多座升船机，主要分布于浙江、湖南、湖北、福建等地。
齿轮齿条爬升式和钢丝绳卷扬提升式是世界垂直升船机主要采用的两种设计型式。在三峡升船机建设中，研究论证和方案比选占据了相当长的时间，这也是整个工程关键的问题之一。
“我们经常见到的高楼垂直电梯是卷扬提升形式的典型代表，”三峡升船机工程首倡者之一、中国工程院院士陆佑楣说，“它是一个厢体，靠平衡重机构和上面的卷扬机作为动力机构来运行，由卷扬机提供的动力克服摩擦力来驱动轿厢上下运动。”然而，三峡升船机的规模显然比一般电梯大很多，钢丝绳卷扬提升的设计方案，无法从根本上解决安全可靠性的问题。
“三峡升船机要通过3000吨级的船，这个吨位的客船可以载员1000多人。升船机提升重量15500吨，平衡重也是15500吨，两个加起来30000多吨，这个庞然大物绝对不能出问题。”陆佑楣分析道：“如果用钢丝绳卷扬方案，一旦船厢漏水，整个升船机系统就失去了平衡，非常危险。”
“事实证明了这一点，钢丝绳卷扬提升方案进行了两次试验，结果都是承船厢倾覆。”从三峡升船机新方案比选、论证、设计到实施建设、建成试通航的十几年里，杨清以时任三峡集团副总经理、三峡集团升船机技术专家组组长的身份，分管、指导并经历着三峡升船机的建设工作，他介绍道。试验里的情况，是绝不能出现在三峡升船机运行中的。作为业主单位的三峡集团，开始质疑钢丝绳卷扬提升方案，并寻求其他解决之道。
1995年4月，国家决定缓建三峡升船机，但设计研究工作并未停止。这期间，设计科研人员不断完善方案，进行了大量的试验。在此基础上，为进一步提高升船机的安全可靠性 。
2003年，70岁的陆佑楣来到德国，考察与他“同岁”的尼德芬诺升船机。这次考察给他留下了深刻印象，也坚定了三峡建设者采用齿轮齿条爬升型式的信心。
“尼德芬诺升船机建于二战前，虽然已经投运70年，但没有出现过一次事故，我们认为这种型式是很安全的。回来以后国内专家又反复讨论研究，大家都同意采用齿轮齿条爬升式的方案。”陆佑楣回忆。
2003年9月，国务院三峡工程建设委员会同意“全平衡、齿轮齿条爬升、长螺母柱短螺杆安全系统一级垂直升船机”技术方案，并恢复三峡升船机建设。
钢丝绳还是齿轮齿条，至此终于有了答案。
从1958年开始研究，到2003年国务院三峡工程建设委员会批准三峡升船机技术方案，在经历了近半个世纪的技术攻关和设计研究，并吸收国外的经验后，才确定为目前的升船机方案。在此期间，老一辈专家们提出的三峡升船机关键设备、塔柱结构等重大科研课题均纳入到国家“七五”“八五”，乃至“九五”科技攻关，并取得诸多丰硕的成果。
误差掌握在毫米级以内
一枚立起来的硬币在三峡升船机下降的过程中竟然纹丝不动，这吸引了大家纷纷围过来拍照。11月6日，记者亲眼目睹了这一场景。
三峡集团机电工程局副局长、三峡升船机项目负责人吴小云告诉记者：“由于日照的原因，塔柱要变形，船厢结构也要变形。通常结构施工的一般施工误差在几个公分是很正常的。但是三峡升船机的塔柱、钢筋混凝土结构已经相当于设备的一部分，整个平面位置误差，包括墙的截面误差、垂直度，都是控制在毫米级以内。”
在设计阶段，吴小云和升船机部通过深入研究振动台模型动力试验，在三峡升船机抗震设计中落实解决了有关设防标准、设计参数、承重结构塔柱的动力响应、船厢导向装置特殊结构、平衡重系统与塔柱之间的相互作用力等有关抗震设计技术难题。
对于高行程、重载的齿条、螺母柱与混凝土结构之间的连接，在设计上尚没有可供借鉴的工程经验。升船机部通过组织相关单位进行细致的结构计算、深入分析物理模型试验，采用了以预应力钢筋束传递水平载荷，以埋件与设备之间的梯形齿及灌浆材料、埋件上的焊钉传递竖向载荷的传力方案，满足了设计要求。
三峡升船机的建设集合了全世界升船机设计、建设、设备制造等领域的优秀资源。吴小云称其为“世界顶级连队”，“如果这个连队都建不好三峡升船机，那就意味着，当今的工程技术能力尚不足以建设好这个奇迹工程。”
三峡升船机由上游引航道、上闸首、船厢室段、下闸首和下游引航道五个部分组成。为充分借鉴和吸收德国在升船机建设领域的成果，三峡集团选择了设计经验丰富的德国“拉麦尔-K&K”设计联营体负责船厢室段的初步设计，而三峡枢纽工程的勘察设计单位长江设计院负责总成、上下闸首和船厢室段土建部分的设计。
从签订设计合同到拿出初步成果的这三年间，国内的水科院、长江设计院等单位也同步对德方方案的可实施性、安全可靠性等开展了背靠背的分析研究、评估论证。同时，三峡集团还委托各方专家在升船机设计、论证的各重要节点进行审查。此外，专项分析、模型试验、工艺试验等也一并展开。
“国内专家在科学评估的基础上对德方设计方案提出了优化意见，对他们给予了较大帮助，也得到了外方的认可。”吴小云说。“国内外几乎所有升船机建设领域的知名专家和技术人员都参与了三峡升船机的建设历程。可以说，我们用上了全球好的资源。”
规模决定建设难度。在此之前，世界上没有同等规模升船机的建设先例，敢为人先注定要付出更多的时间和心血，面临不少未知的考验。原中国三峡总公司副总经理秦中一曾用“一步登天”来形容其开创性和建设难度。我国已故水电泰斗、两院院士张光斗也曾担心三峡升船机难度太大，“不一定能建成”。尽管过程万般艰难，但三峡建设者还是做到了。
任何特殊情况都能正常运行
设计过船规模为排水量3000吨船舶，提升总重量约15500吨，提升高度113米。“三峡升船机技术难点除了过船吨位大、升降高度大以外，就是上游水位变幅大，下游水位变率快，运行中要在其范围内任意高度确保升船机的准确停靠……”著名通航建筑物专家、国务院三峡建委办公室技术与装备司原副司长田泳源接受记者采访时表示。
据田泳源介绍，三峡水利枢纽上游水位变幅大达到30米；下游受电站调峰、泄水等影响水位变化快，水位变率可达1米每小时。因而，三峡升船机的运行条件比其他水利枢纽或运河设置的升船机要复杂得多。这些特点，决定了其建设技术难度是前所未有。因此，三峡升船机在设计、制造、安装、运行等建设的过程中充满了探索性和挑战性。
“力求‘零事故’，任何特殊情况都能正常运行”——这是杨清他们制订的三峡升船机项目设计、施工原则。这一原则确立出来，有人叫苦不迭，也有人认为升船机部太狂妄。所谓任何特殊情况，用杨清的话来说，就是无论地震、火灾、断电、洪水任何情况，三峡升船机都绝不因本身原因造成人员被困或受到伤害。
承船厢必须滴水不漏不长青苔，设备运行噪声不能超过90分贝……三峡升船机在环境和噪音等方面，发展出一些自己独有的绿色标准。
其实，升船机的承船厢并非不能漏水，事实上，国内外的各种升船机都不同程度漏水，其中有一些漏的情形“挺惊人”。但这些升船机中的大部分也正常运行着。另外，升船机噪声长期以来也不太惹人注意，毕竟这么大的机电设备，噪音大些也没有什么特别的。
但杨清并不这么看，他认为三峡升船机正因为特别巨大，特别复杂，所以对于细微方面需要特别关注。“漏水说明有缺陷，缺陷影响可能随着持续运行越来越大，造成故障，而任何情况下都能正常运行的原则又要求我们施工、运行中不能有任何一个临时措施进行补救。”杨清说，“所以只能从源头要求承船厢滴水不漏，不留任何隐患。”
同样，噪音过大在杨清看来可能就是设备出现问题的表征，另外，噪音本身也是一种能量，这种能量若长期存在，也会对升船机这一庞大的精密设备造成损害。
环境生态的要求，在三峡升船机这里与工程质量要求和谐结合在一起，提升着升船机的安全性与可靠性。
刷新中国制造新高度
作为长年连续运行的过船设施，三峡升船机自身“体格”必须过硬。要保证其“身体素质”，除施工过程中的全面管控外，设备设施特别是机电设备本身的制造质量也很关键。
三峡升船机包括承船厢、齿轮、齿条等在内的关键设备几乎都由中国企业生产，但“中国制造”背后的艰辛坎坷和波澜壮阔却鲜有人知，要了解这些，先从一根齿条开始。
齿条是三峡升船机的核心部件，安装在塔柱结构上，单节齿条的制造成本高达100万元。在齿条、螺母柱制造采购招标策划时提出了“带样评标”，选择有着较强综合科研生产实力的厂家。工程论证期间，齿条热加工后的变形开裂问题成为“拦路虎”。针对这一问题，三峡集团组织国内外厂商进行了科技攻关和样品试制，在这一领域具有较大话语权的德国EMA公司也参与其中。
当时，很多厂商都在为齿条开裂问题犯难，德方的样件制造牵动着业界的目光。第一个样件铸造完毕，没有裂纹。难题到此似乎解决了。然而人们没想到的是，齿条样件运回国内却出现了延迟性裂纹！EMA公司高层不禁惊叹：“从来没有遇到过如此严峻的挑战！”“一位院士也曾经认为，用这种工艺几乎不可能铸造出不开裂的齿条。”吴小云介绍。
为攻克这一难题，三峡集团组织郑州机械研究所协助开展齿条机械开裂机理研究，中国第二重型机械集团公司也参与其中。这些单位在科学分析研究的基础上，对德方工艺中的齿条制造材质进行了调整。经过两年艰苦尝试，三峡升船机第一节不开裂的齿条终于制造成功。
2015年，为检验三峡升船机齿条制造质量，国家科技部委托郑州机械研究所进行做了1比1的齿条疲劳度试验，试验结果令所有人感到振奋——疲劳试验机都做坏了，而试验齿条依然没有出问题。经过试验测算，三峡升船机齿条的运行寿命可达七十年。过硬的质量为升船机长久、安全、可靠运行提供了根本保障。
“在升船机的制造阶段，三峡集团通过公开竞标的方式，在国内选择国内大型装备制造企业对齿条和螺母柱进行带试制样件进行投标，评标专家组对各承制单位试制样件进行检查评审，综合考虑质量状态和技术能力，以确定装备制造企业。同时，升船机船厢及驱动设备等主体部分则通过招标选择了在国内有过多个升船机总包经验的制造企业承担。”在谈到三峡升船机的装备制造时，田泳源说。这为其后三峡升船机装备的高质量建造，奠定了坚实的基础。
“通过三峡升船机的建设，使我国大型装备在原材料的冶炼、加工、热处理、装配等方面的制造能力和工艺技术实力得到了提高，推动我国水工机械制造水平上了一个大台阶，达到世界先进水平。通过三峡升船机建设也表明我国重大装备的制造成套、安装、调试的技术水平达到了世界先进水平。”田泳源说。
半个多世纪以来，三峡升船机从蓝图变为现实的道路并不平坦，但三峡建设者凭着百折不回的意志，用继三峡工程之后的又一典范工程树立了中国水电和长江航运的新高度。
这是三峡的奇迹，也是中国的奇迹。
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三峡升船机预订电话：07176223386、I3972005977
