三峡工程谜底 世界水电奇迹 ——记者实地感受三峡升船机的“三峡速度”

2011年7月，建设中的三峡升船机工程形象。郑斌摄

11月6号上午，搭载着多家媒体的客轮缓缓驶进三峡升船机。这标志着三峡工程建设的收官之作——三峡升船机正式进入试通航阶段。

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。第一阶段从2016年9月18日至三峡水库2016年试验性蓄水结束，三峡升船机运行时间每天8时至17时。

三峡升船机船厢有效尺寸长120米，宽18米，水深3.5米，容积约相当于4个奥运会标准泳池。船厢总重（含水体）约15500吨，最大提升高度113米，上游通航水位变幅30米（145米-175米），下游通航水位变幅11.8米，上游最大涌浪高正负0.5米，下游最大水位变率正负0.5米每小时。

三峡升船机被形象地称为“船舶电梯”。只需约37分钟，3000吨级船舶就可以完成近40层楼房高度的垂直升降。作为三峡工程的永久通航设施之一，三峡升船机是客货轮和特种船舶的快速过坝通道，可在一定程度上提高三峡工程的通航调度灵活性和通航保障能力。

三峡升船机试通航初期，船舶排水量不超过3000吨，主尺度控制在长105米，宽16.8米，吃水2.65米范围内，水面以上高度不大于18米，对船舶载运货物种类也有相应限制，其通航船型通过能力尚需要在后续实船试航和试通航中逐步验证。

9月18日，三峡升船机开始试通航。本报特约记者刘华摄

“一步登天”敢为人先

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最早的机械化升船机。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。

“现代升船机诞生于上世纪，并不是新鲜事物。但我们的创新之处在于，将过去的成熟技术运用在了由中国人建设的世界规模最大的升船机工程上。”三峡升船机工程首倡者之一、中国工程院院士陆佑楣指出。

建设三峡升船机旨在为3000吨级客货轮提供快速过坝通道。升船机运行时，承船厢与其中的水和船一同提升过坝，总重量高达15500吨。三峡升船机过船规模和提升重量两大指标均居世界首位。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。

1994年，三峡升船机工程基础开挖。彭雄才摄

钢丝绳还是齿条这是个问题

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，这也是整个工程最关键的问题之一。

上世纪五十年代起，国家就委托长江委牵头，对三峡升船机设计建设进行论证。上世纪八十年代，由原国家科委牵头组成的考察组赴欧洲实地考察各类升船机。在此基础上，长江委等有关设计单位进行了深入论证。在考虑客观环境、建造难度和成本等因素后，长江委推荐采用全平衡钢丝绳卷扬一级垂直升船机方案。“这一方案虽然得到了多数专家的认可，但也有人对它的安全可靠性持有疑虑。”陆佑楣透露，“常见的高楼电梯就是这种型式，采用这样的设计，一旦船厢漏水，升船机系统就失去了平衡，非常危险。”

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，经多方比选，专家认为，钢丝绳卷扬提升型式和齿轮齿条爬升型式在技术上都是可行的，但后者的安全可靠性高于前者。

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，最后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。

三峡升船机竣工试通航 记者实地感受“三峡速度”-2009年，航拍三峡升船机。本报特约记者郑斌摄

用全球资源建奇迹工程

2007年，三峡升船机总体设计方案通过审查；当年年底，升船机复建工程开工。

“复建工程刚开工时，施工现场就是个大水坑。大家看了心里都很忐忑。”全程负责三峡升船机建设项目管理的三峡集团机电工程局副局长吴小云回忆。
虽然在三峡二期工程中，升船机的一些基础工程已同步建设，但主体工程在当时仍是“白纸一张”。为了“在白纸上作画”，三峡集团组建了一支汇聚业界最强力量的团队。这支队伍各司其职、配合默契，其中不乏中外合作的经典案例，工程设计就是其一。

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。

2004年，三峡集团与德方联营体签订设计合同。“按照规定，德方需在2005年底提交设计报告。但在具体设计过程中，中德双方发现很多技术问题要经过验算和再研究，于是再次开展攻关，直到2007年下半年最终设计成果才开始提交。”吴小云介绍。

记者从三峡集团了解到，在具体工作中，虽然中德双方设计人员各司其职，但又“通力合作”，以可靠设计打造一流工程是参建各方共同的目标。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，我们用上了全球最好的资源。

三峡升船机齿条、螺母柱出厂验收资料图片

被“累坏”的试验机

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。有专家曾经表示，三峡升船机的设备制造安装难度不亚于工程设计。

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。

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。最终，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。

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，用三峡工程中又一典范事例树立了中国水电和长江航运的新高度。

（编辑：刘喻斯）