7月18日，廣東珠海的中交港珠澳大橋島隧工程項(xiàng)目部調(diào)度中心，大屏幕上的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)圖清楚顯示，我國(guó)南方41年來(lái)最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”已經(jīng)登陸?？?，這意味著這一超級(jí)臺(tái)風(fēng)將不會(huì)“光臨”正在緊張建設(shè)中的港珠澳大橋工地。

　　懸著的心還沒(méi)放下，另一個(gè)消息傳來(lái)，菲律賓以東洋面生成了新的臺(tái)風(fēng)“麥德姆” ，這會(huì)不會(huì)影響港珠澳大橋建設(shè)中一個(gè)月以來(lái)最好的窗口期？

　　這兩個(gè)信息是國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心為港珠澳大橋島隧工程提供的專(zhuān)項(xiàng)預(yù)報(bào)。

　　在世界上獨(dú)一無(wú)二的超級(jí)工廠里，制作一個(gè)個(gè)長(zhǎng)180米、重約8萬(wàn)噸，尺寸類(lèi)似于一幢60層樓房的巨大混凝土沉管，然后把它運(yùn)輸?shù)绞┕ずＳ?，安裝到精心準(zhǔn)備的海底基槽中，一節(jié)節(jié)對(duì)接起來(lái)，形成一個(gè)海底隧道，專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)叫沉管隧道。這便成為當(dāng)今世界上土木工程界最難的工程之一——港珠澳大橋島隧工程。

　　大家都知道，衛(wèi)星發(fā)射需要天氣“窗口” ，這里也需要“窗口” 。一個(gè)8萬(wàn)噸龐然大物在大海中長(zhǎng)距離浮運(yùn)，并在海底40多米的指定位置進(jìn)行精確安裝，將會(huì)受到千變?nèi)f化的風(fēng)、浪、流等多種因素的影響。因此就要選擇一個(gè)風(fēng)平浪靜、海流舒緩的時(shí)間段，這就是“窗口期” 。綜合考慮天氣、海浪、海流復(fù)雜性以及工程建設(shè)本身的各種約束，一個(gè)月中只有兩個(gè)窗口期。

　　16日至20日期間，國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心一直在不斷分析臺(tái)風(fēng)“威馬遜”及“麥德姆”的發(fā)展態(tài)勢(shì)以及對(duì)施工區(qū)的影響，經(jīng)過(guò)對(duì)海浪、海流情況進(jìn)行的分析和預(yù)測(cè)，中國(guó)交建總工程師、中交港珠澳大橋島隧工程項(xiàng)目部總經(jīng)理林鳴和他的團(tuán)隊(duì)確定了20日和22日兩個(gè)對(duì)接窗口時(shí)間。

　　找準(zhǔn)這個(gè)窗口期花了三個(gè)多月。

　　國(guó)家級(jí)預(yù)測(cè)機(jī)構(gòu)專(zhuān)門(mén)為港珠澳大橋島隧工程建設(shè)提供專(zhuān)項(xiàng)預(yù)報(bào)，雖然已經(jīng)接近兩年，但這次預(yù)報(bào)對(duì)國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心來(lái)說(shuō)也是一個(gè)前所未有的挑戰(zhàn)。即便參與過(guò)“雪龍?zhí)?rdquo;和“蛟龍?zhí)?rdquo;項(xiàng)目，國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心現(xiàn)場(chǎng)預(yù)報(bào)員孫虎林仍然認(rèn)為，為港珠澳大橋第11節(jié)沉管安裝提供預(yù)測(cè)是他參與的難度最大的項(xiàng)目。

　　海底暗流帶來(lái)的新挑戰(zhàn)

　　為了給沉管安裝提供充足的準(zhǔn)備時(shí)間，海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心需要提前10到15天提供海面氣象預(yù)報(bào)。然而， 7日以上的天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性相對(duì)較低。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家， 7日以上天氣預(yù)報(bào)的精確度也要大打折扣。同在深海，“蛟龍?zhí)?rdquo;氣象預(yù)報(bào)只需要提前3天。

　　兩年前，國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心為中交港珠澳大橋島隧工程項(xiàng)目部派出專(zhuān)項(xiàng)組，在北京設(shè)有一個(gè)研究工作組，在項(xiàng)目部設(shè)立一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)工作組。針對(duì)整個(gè)施工范圍內(nèi)的氣象、波浪、海流進(jìn)行觀測(cè)與分析。專(zhuān)項(xiàng)組一方面通過(guò)詳細(xì)的觀測(cè)積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，另一方面通過(guò)建立綜合模型來(lái)實(shí)現(xiàn)精確預(yù)報(bào)。

　　據(jù)中交港珠澳大橋島隧工程項(xiàng)目部副總經(jīng)理、設(shè)計(jì)總負(fù)責(zé)人劉曉東介紹，來(lái)自于風(fēng)云衛(wèi)星基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的數(shù)據(jù)輸入到遠(yuǎn)在北京的超級(jí)計(jì)算機(jī)，作出預(yù)測(cè)后，再和來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比，用來(lái)優(yōu)化預(yù)報(bào)模型，并不斷校驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目煽啃?。只有這樣，才能確定沉管浮運(yùn)安裝的最佳時(shí)段。這要求幾乎和衛(wèi)星發(fā)射一樣。

　　2013年5月，港珠澳大橋沉管隧道成功安裝第一節(jié)沉管。國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心功不可沒(méi)。在根據(jù)此前模型預(yù)測(cè)提供的窗口，到2014年3月，港珠澳大橋由淺入深成功完成了10節(jié)沉管。第10節(jié)沉管最深處在43米處。“窗口期”預(yù)報(bào)越來(lái)越成熟，安裝作業(yè)越來(lái)越規(guī)范。

　　或許這只是挑戰(zhàn)的開(kāi)始。在第10節(jié)沉管安裝之后，項(xiàng)目部意識(shí)到，海流對(duì)安裝有意料之外的影響。

　　為什么？其機(jī)理是什么？

　　沉管安裝一般都是幾十個(gè)小時(shí)連續(xù)高強(qiáng)度作戰(zhàn)，誰(shuí)也不能休息。安裝成功之后，大家都會(huì)補(bǔ)個(gè)覺(jué)。第10節(jié)沉管安裝完成后，林鳴和他的團(tuán)隊(duì)睡不著了。4次專(zhuān)題討論會(huì)， 10多次對(duì)沉管安裝的所有細(xì)節(jié)進(jìn)行排查。項(xiàng)目決策團(tuán)隊(duì)都在思考一個(gè)問(wèn)題：對(duì)這樣一個(gè)全新的超級(jí)工程，認(rèn)識(shí)上是否還存在盲點(diǎn)？

　　港珠澳大橋工程投資超過(guò)700億元，近6公里的沉管隧道由33節(jié)沉管在海底次第對(duì)接而成，是整個(gè)工程的核心，任何一節(jié)沉管出了問(wèn)題，都會(huì)對(duì)工程建設(shè)產(chǎn)生致命的影響、對(duì)工程120年的使用壽命產(chǎn)生致命影響。而且，這項(xiàng)偉大的工程，在實(shí)際范圍內(nèi)可資借鑒的東西少之又少。全世界100多條沉管，超過(guò)40米水深的很少，深水安裝長(zhǎng)度超過(guò)2公里的更少。港珠澳大橋沉管隧道槽深30米左右，這在全世界還是第一次；深水安裝的長(zhǎng)度超過(guò)3公里，在全世界也是第一次。

　　就像過(guò)電影一樣，每個(gè)人都在不斷地思考，每個(gè)人又都未能找到答案，壓力逐漸集中到了林鳴身上，他要為整個(gè)團(tuán)隊(duì)找到方向。這位在橋梁建設(shè)界經(jīng)歷無(wú)數(shù)大風(fēng)大浪并且在港珠澳大橋島隧工程建設(shè)前三年經(jīng)歷多次重大技術(shù)闖關(guān)的宿將，也感受到了前所未有的煎熬，他一遍又一遍地“過(guò)電影” ，還是沒(méi)有找到解決問(wèn)題的辦法。

　　長(zhǎng)時(shí)間專(zhuān)注于這一問(wèn)題，對(duì)他的身心健康產(chǎn)生了影響。劉曉東發(fā)現(xiàn)，開(kāi)會(huì)或者聽(tīng)工作匯報(bào)時(shí)，經(jīng)常感覺(jué)到林鳴會(huì)走神；身邊的人看到林鳴憔悴了許多，也覺(jué)得他一段時(shí)間變得急躁起來(lái)。林鳴后來(lái)也意識(shí)到，必須從中跳出來(lái)，于是他開(kāi)始強(qiáng)迫自己干一件毫不相干的事情，每天學(xué)一段時(shí)間英語(yǔ)。

　　有一天，有人提到，在2012年對(duì)珠江口主航道海流流速進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過(guò)一個(gè)反?，F(xiàn)象：一組測(cè)量數(shù)據(jù)顯示沉管安裝基槽里的海流流速大于正常流速。當(dāng)時(shí)以為這是一個(gè)測(cè)量誤差。

　　林鳴馬上決定，對(duì)沉管基槽中的海流作進(jìn)一步分析。

　　劉曉東說(shuō)，海流的一般規(guī)律是，水面下三分之一處的流速最大，越接近海底越小。按照這一規(guī)律，沉管能否安裝是根據(jù)水面下三分之一處的流速來(lái)決定。如果海流過(guò)大，對(duì)付一個(gè)8萬(wàn)噸的大家伙，施工裝備可能會(huì)拉不動(dòng)、穩(wěn)不住、停不了。因此，海流流速也是國(guó)家海洋預(yù)報(bào)中心專(zhuān)項(xiàng)預(yù)報(bào)的核心內(nèi)容之一。

　　沿著這一個(gè)線索的研究找到了突破口。劉曉東說(shuō)，港珠澳大橋沉管隧道是世界上一個(gè)大規(guī)模的深埋沉管隧道，水深有10多米，然后在海床上挖出一個(gè)最深達(dá)30米的深槽，沉管就要埋在這個(gè)深槽里。分析發(fā)現(xiàn)，第10節(jié)沉管隧道安裝時(shí)，水下40米處的流速要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水下10米處。這個(gè)深槽中的海流不符合一般規(guī)律。

　　這一奇特的現(xiàn)象突破了專(zhuān)家們的傳統(tǒng)認(rèn)知，“從來(lái)沒(méi)遇到過(guò)這種現(xiàn)象，常理難以解釋” ，孫虎林說(shuō)。

　　不符合規(guī)律的海流，專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)叫紊流。國(guó)內(nèi)外對(duì)紊流的研究均屬空白。

　　國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心必須要把基槽中的紊流研究明白，并作出精確預(yù)報(bào)。中交港珠澳大橋島隧工程項(xiàng)目部副總經(jīng)理尹海卿作了個(gè)比喻，比如北京舉辦奧運(yùn)會(huì)，就要對(duì)8月份的天氣進(jìn)行分析預(yù)報(bào)，這是一個(gè)大范圍相對(duì)模糊的預(yù)報(bào)；另外在開(kāi)幕式之前，就要對(duì)這一天下午4點(diǎn)到晚上的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，鳥(niǎo)巢上空的氣象作出精確預(yù)測(cè)。港珠澳大橋沉管隧道建設(shè)也有兩個(gè)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，一個(gè)是施工大范圍內(nèi)海流的預(yù)測(cè)；另外一個(gè)是沉管安裝范圍內(nèi)幾百平方米海流的精確預(yù)測(cè)。

　　一開(kāi)始，預(yù)報(bào)組認(rèn)為這個(gè)預(yù)報(bào)難度太大。在項(xiàng)目部的堅(jiān)持下， 2014年6月，國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心再次成立專(zhuān)項(xiàng)組，中心領(lǐng)導(dǎo)牽頭，涉及幾乎所有的業(yè)務(wù)部門(mén)，全力展開(kāi)工作，所用計(jì)算機(jī)1秒鐘的計(jì)算能力達(dá)到了60萬(wàn)億次。

　　專(zhuān)項(xiàng)組首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求建立預(yù)測(cè)模型、進(jìn)行初步預(yù)測(cè)，然后通過(guò)把結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比，來(lái)不斷校驗(yàn)、優(yōu)化模型，直到預(yù)測(cè)越來(lái)越接近實(shí)際情況。

　　尹海卿說(shuō)，新問(wèn)題的出現(xiàn)對(duì)預(yù)測(cè)提出了更高的要求，是一個(gè)小范圍精確預(yù)報(bào)，這對(duì)預(yù)報(bào)工程來(lái)講，難度很大。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的海流變異，安裝沉管既要避開(kāi)上面流大的時(shí)候，也要避開(kāi)下面流大的時(shí)候，尤其是兩個(gè)管節(jié)必須要在水底流速最小的時(shí)候才能對(duì)接，這就要求既有大的窗口期，又有小的窗口期。

　　對(duì)海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心來(lái)講，也是個(gè)全新的任務(wù)：好比讓一個(gè)鍛鑄刀劍的鐵匠制造一個(gè)繡花針。加班加點(diǎn)一個(gè)多月，項(xiàng)目組有了基本穩(wěn)定的預(yù)報(bào)。期間，國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心總工等技術(shù)專(zhuān)家多次到現(xiàn)場(chǎng)督戰(zhàn)。模型確定后， 6月29日，13套深槽海流觀測(cè)儀器自浙江杭州由專(zhuān)車(chē)運(yùn)至觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，展開(kāi)管節(jié)基槽內(nèi)測(cè)流工作，為提高對(duì)接窗口預(yù)報(bào)精度。

　　大塊頭需要大智慧

　　對(duì)于林鳴來(lái)說(shuō)，難題還沒(méi)有解決。有了國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心的專(zhuān)項(xiàng)支持，自己就有了海流的完整信息，但是，在海流的作用下， 8萬(wàn)噸的沉管從海面沉放到40多米海底的過(guò)程中，會(huì)是怎樣的狀態(tài)？這是個(gè)更嚴(yán)重的問(wèn)題。

　　整個(gè)安裝靠纜系控制，就好像吊鉛球一樣，吊得越高，線就越長(zhǎng)，鉛球越容易擺動(dòng)。沉管是靠水面上的安裝船的纜吊著緩緩下沉、安裝，在海流作用下，沉管會(huì)發(fā)生擺動(dòng)，這就要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)沉管的姿態(tài)，確保安裝不能有一絲偏差。

　　尹海卿說(shuō)，管子入水之后，怎樣運(yùn)動(dòng)，速度和加速度是多大，橫向搖了還是縱向擺了，擺動(dòng)頻率是多少，這些信息需要實(shí)時(shí)掌控，擺動(dòng)大了，就要停下來(lái)穩(wěn)一穩(wěn)。

　　掌握這些信息，就要眼睛。

　　沉管這個(gè)大家伙，振動(dòng)的幅度很小，振動(dòng)又非常緩慢，專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)叫低頻長(zhǎng)周期振動(dòng)。尹海卿說(shuō)，一個(gè)擺動(dòng)可能要100多秒，一共就擺動(dòng)了10厘米，很難精確測(cè)量。清華大學(xué)、上海交大等高校的研究所都有高精度的振動(dòng)測(cè)試平臺(tái)。但是聯(lián)系了多家科研機(jī)構(gòu)都說(shuō)干不了。要么是沒(méi)有技術(shù)，要么是沒(méi)有設(shè)備，要么是沒(méi)有合適的方法。尹海卿也曾聯(lián)系國(guó)家地震檢測(cè)機(jī)構(gòu)尋求幫助，但是那里的傳感器也只能測(cè)量0 . 07赫茲的振動(dòng)。而沉管的擺動(dòng)頻率可能會(huì)是0 . 01赫茲。

　　2014年5月27日，北京香山北麓一棟不起眼的小樓里，中航工業(yè)北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所研究員邵新慧接到了電話，港珠澳大橋島隧工程請(qǐng)求技術(shù)支援，檢測(cè)深海沉管運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。

　　這個(gè)名不經(jīng)傳的機(jī)構(gòu)，業(yè)務(wù)卻絕對(duì)是“高精尖” ：為航空航天提供計(jì)量測(cè)試技術(shù)保障與支撐。為土木工程提供技術(shù)服務(wù)，是不是有點(diǎn)牛刀小試？不過(guò)邵新慧覺(jué)得心里沒(méi)底，十余年的工作經(jīng)驗(yàn)里，都是在做天上的傳感測(cè)量，從來(lái)沒(méi)有在深水里做過(guò)震動(dòng)測(cè)量，更何況這次是水下40米。幾番思索下，邵新慧決定迎接挑戰(zhàn)。

　　林鳴也赴北京專(zhuān)程拜訪中航工業(yè)計(jì)量所，一番交流后，港珠澳大橋建設(shè)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，也讓中航工業(yè)計(jì)量所感到意外。隨后，一個(gè)由副所長(zhǎng)牽頭、骨干成員組成的參與港珠澳大橋?qū)ｍ?xiàng)研究小組成立了。

　　沉管就像海底的大鐘擺，需要精確測(cè)量其左右、上下以及傾角方向上的擺幅。深水又導(dǎo)致了沉管運(yùn)動(dòng)的超低頻特點(diǎn)，如果傳感器沒(méi)有極高的靈敏度，壓根不可能測(cè)到。邵新慧曾參與某導(dǎo)彈項(xiàng)目，頻率精度只需要達(dá)到0 . 1赫茲。

　　沉管在安裝之前要進(jìn)行幾十個(gè)小時(shí)的準(zhǔn)備工作，測(cè)量?jī)x器在水中時(shí)間長(zhǎng)了可能會(huì)出現(xiàn)虛假波動(dòng)，即“零漂” ，影響測(cè)試結(jié)果。

　　這都要求，要選擇靈敏度極高的傳感器，才能實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。

　　中交港珠澳大橋島隧工程項(xiàng)目部也抽調(diào)水工領(lǐng)域?qū)＜医M成小組，與中航工業(yè)計(jì)量所專(zhuān)項(xiàng)組一同鉆進(jìn)了北京的實(shí)驗(yàn)室，廣泛調(diào)研后，對(duì)各個(gè)廠家的傳感器、陀螺等進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)六七天的實(shí)驗(yàn)，終于選出了滿足項(xiàng)目需求的設(shè)備。國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的微機(jī)械陀螺和高速度傾角傳感器，以及航空航天導(dǎo)航制導(dǎo)專(zhuān)用設(shè)備，共同組成了為港珠澳大橋量身定做的沉管運(yùn)動(dòng)姿態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)雖已初步成型，但這些設(shè)備是否真能測(cè)量出深海里的沉管微小運(yùn)動(dòng)“姿態(tài)” ？6月17日，中航工業(yè)計(jì)量項(xiàng)目組從北京前往珠海，奔赴港珠澳大橋項(xiàng)目，在桂山島進(jìn)行實(shí)地檢驗(yàn)。項(xiàng)目組模擬沉管水下振動(dòng)，用所選儀器進(jìn)行深水測(cè)量，并與全站儀的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果讓項(xiàng)目組十分欣慰。

　　7月6號(hào)，包含院士在內(nèi)的十幾位專(zhuān)家在中山開(kāi)會(huì)，最終確定采用中航工業(yè)計(jì)量的沉管運(yùn)動(dòng)姿態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

　　測(cè)量方案塵埃落定，接下來(lái)是緊鑼密鼓地籌備港珠澳大橋第11節(jié)沉管安裝測(cè)量工作。7月21日，港珠澳大橋島隧工程第11節(jié)沉管安裝中，邵新慧測(cè)得，沉管橫向擺幅在1毫米以內(nèi)，垂向擺幅在2厘米以內(nèi)。這一實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，就像深海中的眼睛，時(shí)刻緊盯沉管運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。得益于該系統(tǒng)，一旦沉管擺幅較小時(shí)，項(xiàng)目部能夠抓準(zhǔn)時(shí)機(jī)進(jìn)行對(duì)接。最終，第11節(jié)沉管實(shí)現(xiàn)了精確對(duì)接。

　　“能為世紀(jì)工程保駕護(hù)航，我很榮幸。 ”邵新慧笑道。對(duì)中航工業(yè)計(jì)量所來(lái)說(shuō)，港珠澳大橋項(xiàng)目是其首次進(jìn)行深水測(cè)量的重大突破，為今后低頻長(zhǎng)周期的測(cè)量提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。島隧工程項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)終于從近5個(gè)月的焦慮、無(wú)助中闖關(guān)成功。這段壓力幾乎讓他崩潰的日子中，林鳴有了兩個(gè)額外的小收獲：“我明白了為什么陳景潤(rùn)會(huì)撞到樹(shù)上，我也對(duì)精神病的形成機(jī)理有了一點(diǎn)體會(huì)。 ”