三峡升船机大幅刷新世界纪录——世界最大升船机铭刻“中国制造”

9月18日，三峡工程的收官之作——三峡升船机启动试通航。随着承船厢的平稳上升，塔柱上一个个海拔高度刻度被超越，中国人用15500吨的最大提升重量、113米的最大提升高度以及132米×23米×10米的承船厢尺寸等数据，超越比利时斯特勒比升船机、德国尼德芬诺升船机等行业“大佬”，将升船机的世界纪录大幅刷新。

“迟到”的新纪录，见证着超越者的艰辛曲折

比利时斯特勒比升船机，最大提升重量8800吨，最大提升高度73米，是三峡升船机之前世界最大的升船机；德国尼德芬诺升船机，最大提升重量4300吨，最大提升高度36米，是齿轮齿条爬升方案方案的代表。

今天的三峡升船机，较之于彼时世界最大的斯特勒比升船机，最大提升总重提高近一倍，最大提升高度提高近二分之一，分别达到15500吨和113米，相当于1万多辆中型家用轿车的重量和40层楼左右的高度。而与斯特勒比升船机的钢丝绳卷扬提升方式不同，三峡升船机出于安全等因素考虑，采用的是尼德芬诺升船机的齿轮齿条爬升方式。而与自己同型的尼德芬诺升船机相比，三峡升船机在提升总重、提升总高度上，都是三倍以上于对方。

对于这样巨型、复杂的工程机械装置，各种参数量级的提升，带来的是设计、制造、施工难度几何倍数的增加。三峡升船机要以如此大的幅度超越曾经的世界第一，其难度可想而知。

但回望国内，升船机起步晚，上个世纪90年代后才开始大规模兴建大中型升船机，目前在全国12个省份里有60多座。国内大型升船机驱动方式全为钢丝绳卷扬提升方案，最大提升高度不到70米（广西岩滩电站升船机），最大提升重量不足6000 吨（福建水口电站升船机），其距离同型的斯特勒比升船机尚有不小的差距，对于各项参数更高、驱动方式完全不同的三峡升船机，其经验借鉴和技术参考的作用极其有限。

规模第一、没有先例、难度巨大。即使三峡工程的业主和国内外的水电专家，也都为三峡升船机的建设紧捏一把汗。原中国三峡总公司副总经理秦中一将三峡升船机的开创性和难度形容为“一步登天”。我国水电泰斗、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”。

时间见证了三峡升船机的建设难度。三峡升船机自上世纪50年代开始研究论证，70年代后期进入选型设计阶段，初步设计于1993年通过审查。但由于这座未来世界第一的升船机体型巨大，原设计采用的钢丝绳卷扬提升方案，受到了安全可靠性的质疑。1995年5月，国务院三峡建委决定缓建三峡升船机，重新进行方案比选及论证设计。8年后，国务院三峡建委同意三峡升船机齿轮齿条爬升方案，三峡升船机建设得以继续。

经历缓建-复建的三峡升船机项目，其间历经一次次设计、建设的巨大困难挑战，这个预想中并不是收官之作的项目，成为了三峡工程的“最后谜底”。

这么难值不值？三峡人选择了坚持不放弃

三峡升船机作为三峡枢纽工程初始设计中的一个建设项目，却在三峡枢纽工程开工后被叫停。原设计方案采用的国内大型升船机一直使用的、也是世界上最主流的钢丝绳卷扬提升方案，受到一些专家，特别是三峡集团的质疑。三峡集团认为要确保安全必须彻底改变方案，但这意味着设计方必须放弃多年来在钢丝绳卷扬提升方案上的技术积累，推倒现有设计，去实施另外一个自己并不熟悉、难度更大的解决方案。

可想而知，这样的分歧会引发不同观点专家间怎样激烈的争论甚至争吵。

长时间的争执不下，导致决策者中出现了一个可能全盘否定升船机的置疑：是否有必要花这么大精力实施三峡升船机项目？的确，在大家为选型争论不休的时候，三峡工程一期、二期工程正高效率地进行着，而本应同步进行的三峡升船机项目，却连机型选型都拍不了板。在一些专家中，认为双线五级船闸已能保障通航需求，不如放弃升船机建设的声音出现了。

分管升船机项目的原三峡总公司（今三峡集团）副总经理、升船机技术专家组组长杨清认为，这种置疑的出现，表明很多人对于建设升船机的目的和意义出现了偏差，这种偏差时至今日也还存在。作为三峡河段主要过坝手段的双线五级船闸，其双向饱和通过量可达每年1亿吨。而3000吨级的三峡升船机，预估年通过量1800万吨。仅从有限提升运力角度来讲，承担这么大的设计施工难度是不值得的。

“三峡升船机项目的设立初衷，就是为了让客船和特种船舶与其他普通过坝物资分流，进一步提升过坝人员物资和枢纽自身的安全。”杨清进一步解释，“三峡工程设计阶段，船闸设计年通过量远远大于当时的现实，设计单位是没有必要考虑提升通过量，而再安排升船机项目的。”

船闸闸室消防安全是航运界一个国际难题，为了确保三峡船闸消防安全，三峡双线五级船闸的闸门和闸室两侧都布置了大量的消防设施。三峡工程运行单位和消防单位也配备了大量的消防、救生专业装备和特种车辆。每年，三峡枢纽管理局都会组织消防、卫生、公安等各种力量，进行反恐、消防、救生等演练。在这样严密的安全管理下，三峡船闸安全运行十余年。

但无疑，若能实现客船、特种船舶分流到升船机，会大大降低三峡双线五级船闸这个过坝大通道的安全风险系数。毕竟，升船机承船厢里的消防难度要远低于船闸，人员逃生也较船闸更容易。

三峡集团和相关专家对于质疑方进行了理性的说服，很快，要求放弃升船机建设的声音小了。但争论并没有结束，另一个问题，也就是造成三峡升船机缓减的主要问题——三峡升船机选型问题，各方争论调门依然很高。

中国人说服欧洲老专家，比利时人投了对手一票

在初始设计方案中，三峡升船机是全平衡钢丝绳卷扬提升式垂直升船机，这是国际上比较主流的升船机方案之一。上世纪80年代，长江委进行三峡升船机设计工作时，参考的是当时世界提升高度最大的升船机——过船吨位1350~2000吨、提升高度73米的比利时斯特勒比升船机。

钢丝绳卷扬提升方案，原理类似楼宇内的电梯，利用卷扬机绞动钢丝绳，提拉承船厢实现上升和下降。但与电梯不同的是，承船厢远大于电梯轿厢，只靠一组钢丝绳和卷扬机既提升不动，也无法保持承船厢平衡。因此，三峡升船机原设计里是用8台卷扬机，将提升设备均匀布置在相应的位置。

单点提升，会有平衡问题，但是多点提升，必须确保8台卷扬机提升速率同步，否则，还是会有平衡问题。三峡升船机规模远远超过斯特勒比升船机，总提升量达到15500吨，最大提升高度113米。可以想见，船进入巨大的承船厢后，承船厢要保持重心平衡，使8组钢丝绳受力均匀，从而保证提升速率一致，是非常困难的。

事实证明了这一点，各方就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。

试验里的情况，是绝不能出现在三峡升船机运行中的。当时坚持原设计方案的专家，还是认为钢丝绳卷扬提升的方案是最合适三峡的成熟方案，可以在设计上进行优化完善，以提升安全性。但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。

从1999年开始，三峡集团多次派出专家奔赴欧洲考察各升船机项目。这一阶段，从安全性考虑，三峡集团倾向于采用齿轮齿条爬升及短螺杆长螺母柱安全保障系统方案（简称齿轮齿条爬升方案）替代原有的钢丝绳卷扬方案。齿轮齿条爬升方案的代表作是德国的尼德芬诺升船机，这座1934年建设的升船机，将现代升船机带入一个提升吨位大、提升高度高的新时代。

据介绍，齿轮齿条爬升方案利用对称安装在承船厢两侧的齿轮与安装在承船厢室两侧塔柱壁上的齿条相互啮合，电动机经减速箱带动齿轮旋转，通过齿轮和齿条的啮合作用带动承船厢升降。安全装置采用螺旋锁定装置，就是利用对称安装的旋转螺母与保安螺杆相旋合。当承船厢产生较大的不平衡力时，驱动装置停止运转，由于螺旋的自锁作用，承船厢被锁定在保安螺杆上。所以，当齿轮齿条爬升式升船机在升降过程中发生事故时，驱动机构可自动停机，随后安全机构发生作用，船厢被锁定在螺母柱上。在业界，齿轮齿条爬升式升船机被认为是比较安全的升船机形式。

齿轮齿条爬升方案可以在承船厢出现不平衡载荷时自锁，自动确保安全，克服钢丝绳卷扬提升方案中承船厢可能因不平衡力倾覆的问题，显然在安全性上更有保障。但怎么说服坚持原方案的设计专家，三峡集团还需要权威的专家为“齿轮齿条方案更适合三峡”这一观点提供有力的支持。

一次，出访欧洲的杨清找到钢丝绳卷扬提升方案的代表——斯特勒比升船机的总工程师。这位老工程师当时也对中国人质疑自己的升船机提升方案充满抱怨。杨清向他讲述了三峡升船机面临的使用环境与斯特勒比所处的中心运河的巨大差异。对方意识到，在适应上下游水位大变幅、确保超大尺寸和超大吨位承船厢的平衡安全等问题上，钢丝绳卷扬提升方案确实没有办法能做到。老工程师甚至承认，斯特勒比升船机承船厢也是不平衡的，斯特勒比的这种不平衡扩大到三峡升船机这么大的承船厢上，确实存在安全隐患。这位比利时专家说：“我推荐德国尼德芬诺升船机的齿条齿轮爬升方案，这个更适合三峡。”

经过对方同意，杨清将两人对话录了音。回国后，在三峡升船机定型讨论会双方又一次吵得不可开交时，作为会议主持人不便发言的杨清，为了化解定型僵局，播放了这段录音。当三峡升船机的设计方听到自己设计对标对象的总工程师也认同齿轮齿条爬升方案，感性的坚持逐步退却，设计师们科学理性地接受了三峡集团的方案。

追求极致品质，“中国制造”定出“中国标准”

有些情况，大与小只是量的差别，比如建两层的楼房和建三层的楼房，只是用工用料不同；而有的情况，大与小则是质的不同，比如盖五层楼房和盖摩天大厦，整个建筑结构、材料应用都不一样。而三峡升船机和已有的升船机之间的区别，就类似后者，甚至更甚于后者。

说类似，是因为三峡升船机较之比其小的升船机而言，绝不是模型放大这么简单，设计、材料、建设等方面技术都是全新的。说有甚于，是因为三峡升船机因为太大，在建设中连可供参考的基本标准都没有，没有标准，又怎么设计、制造、安装、施工？

没标准，那就由自己立“规矩”。但让人没有想到的是，三峡集团没有用自立规矩的便利给自己“松快松快”，反而立下了让升船机所有参建者乃至业界都“惊呆了”的严苛标准。

且不论繁杂的、具体的各个细项标准，就看看三峡升船机项目设计、施工的几个大原则，就能让参建各方心头一紧。

原则一：零事故，复杂工况下自身不出问题

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。所谓任何特殊情况都能正常运行，三峡集团给出的定义就是无论地震、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。

制定这种很“绝对”的原则，并不是简单的高标准严要求，更不是狂妄自大感情用事。回顾三峡升船机建设动因，就是在船闸之外开辟旅客、特种船舶过坝通道。简单来说，三峡升船机除了通航设施的身份，还是一个安全设施。一个安全设施在特殊情况下的运用是不能加任何条件限制的。

如果升船机在运行中自身安全都保障不了，就承担不起载人船舶的过坝职责，发挥不了极端情况下船闸停航长江航运应急通道的作用，那么三峡工程在船闸之外兴建升船机的意义就不存在了。

基于这一原则，三峡集团为升船机定下了“首稳千闸次”的标准，即在升船机试通航后，确保持续稳定过船1000闸次，视为质量合格。这一标准，参照的是在三峡机组在业界首创的“首稳百日”（机组持续稳定运行100天）标准。

“一些国家的能源方面官员问我，现在很多机组供货商都在机组合同中标明首稳百日，这是什么意思？”杨清说，“今天，我们在三峡机组上确立的中国人的标准，已经成为国际标准，成为国际机电厂商标榜自己产品质量的标准，我相信首稳千闸次这一新的中国标准也会成为相关行业的国际标准。”

提出“首稳千闸次”这一标准的背景，是国内外大量升船机因为运行故障而长期停运，甚至因为建设质量无法投运的现实。提出“首稳千闸次”这一标准的当下，三峡升船机自复建后一鼓作气高质量完成建设，已经成功进入试通航的阶段。

原则二：要创新，但也要确保技术成熟

要建前所未有的工程，没有创新是不可能的，但三峡集团却强调，三峡升船机绝不用不成熟的技术。

一个显眼的例子：三峡升船机的齿轮、齿条等很多零件，比同型升船机大的多，德国厂商在加工过程中也产生了零件出现裂纹等瑕疵。面对这种情况，若想突破只能另寻新的技术。但三峡集团在寻找解决之道时，还是坚持宁可放弃更新更吸引人的方案，而选择更成熟、更稳定的方案。

现代社会中，任何技术上的问题都可以寻找到来自国内外众多团队的各种解决、支持方案。但是这些方案中，大多数是“纸上方案”，并未在实践中得到检验。真正可采用的成熟方案不多，甚至很多需要自己实践。

在三峡升船机建设中，三峡集团首先引进吸收国外升船机的成熟技术，在结合三峡升船机的要求，通过不断科研，培育新技术，进行再创新，在设计水平、制造工艺、建设标准等方面不断地提升，逐步达到三峡升船机的要求。任何一个技术，先考虑它是否成熟，即安全性，再通过科研试验，进行创新，提高其可行性和可靠性，最后才能应用在三峡升船机上。

原则三：用“绿色标准”控制安全

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。

而漏水正说明设备有缺陷，缺陷影响可能随着持续运行越来越大，最后造成故障。而任何情况下都能正常运行的原则又要求升船机施工、运行中不能有任何一个临时措施进行补救。所以只能从源头要求承船厢滴水不漏，不留任何隐患。

同样，噪音过大在升船机建设者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。

三峡升船机带动中国重大装备行业大进步

三峡升船机建设之前，国内升船机建设还停留在比较低的水平，能够过船的最大吨位不过300吨。而且很多升船机因为工程技术和建设质量等原因，处于停运、长期检修或运行状况不良的状态，这与国外升船机的发展水平是有很大的差距的。且不论2001年建成的斯特勒比升船机过船吨位达到1350~2000吨，就是德国人1934年就投运的尼德芬诺升船机，也能通过最大1000吨级的船只，而且良好运行至今。

中外升船机的巨大差距，反映出的是我国重大装备制造业的落后现实。

项目带来机遇，技术的进步需要工程的推动。三峡电站机组的国产化，就是三峡集团通过“引进-消化-吸收”的方式，利用国外先进技术大幅提升中国机组设计、制造、安装水平的成功范例。经过三峡工程洗礼，东电、哈电等机组厂商完全掌握了70万千瓦大型机组的全方面技术，并具备探索、研发更大容量机组的强大实力。现在，中国制造的水电机组，凭借自身具有的国际一流品质，在国际国内市场里占有越来越重的份额，成为中国制造“走出去”的亮点之一。

三峡升船机——另一个“世界之最”的工程项目，同样给国内相关产业以巨大的机会。

三峡升船机之前，中国的大型升船机全部采用钢丝绳卷扬提升方案，提升总重、总高都偏小，国内在设计三峡升船机上存在技术困难。为充分借鉴与吸收国外升船机建设方面的成功经验，在三峡集团的精心组织下，长江设计院和德国联营体联合开展三峡升船机设计。长江设计院负责升船机总体设计，包括上下游引航道、所有建筑物及相应的金属结构、机械设备和机电设备等的设计，并承担对德方设计成果的复核和审查工作。在联合设计工作中，长江设计院的设计能力得到锻炼和提高。中国工程院院士、长江设计院院长钮新强评价说：“中国人充分消化吸收德方设计成果，主导完成了我国首座齿轮齿条爬升式垂直升船机的设计，推动中国升船机设计达到世界领先水平。”

中船重工承担了三峡升船机主体设备制造、安装、调试工程和系统集成工作。三峡升船机主体设备具有个体体量大、制造安装精度高的特点，比其擅长的船舶制造要求要高出许多。在三峡升船机结构型式调整、方案设计、技术攻关科研以及安装调试过程中，中船重工主动参加三峡升船机设计方案审查，积极进行技术攻关，在设备制造、安装、调试中通过了一次次攻关，大大提升了自身能力。中船重工三峡升船机项目副经理刘科青有感触地说：“通过三峡升船机技术攻关和设备制造、安装、调试工程，有力地推动了中船重工乃至中国装备制造业的发展，推动了航运事业、设备制造业和绿色环保业的进步。”

要驱动巨大的三峡升船机承船厢，齿轮齿条是关键。工程论证期间，中德双方在齿条热加工后都出现变形开裂的严重问题。行业内经验丰富的德国EMA公司高层也感叹挑战前所未有。三峡集团组织郑州机械研究所、二重集团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。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。

著名通航建筑物专家田泳源评价说，三峡升船机的建设，使我国大型装备在设计、原材料冶炼、加工、热处理、装配等方面的能力和工艺技术得到长足进步，推动我国水工机械制造水平上了一个大台阶。我国重大装备的成套制造、安装、调试的技术水平达到了世界先进水平。

听听三峡升船机的那些故事

“一口气”升船机：全世界大型升船机中，只有三峡升船机是从确定最终设计方案后一直不间断进行施工作业，直到试运行的。国内外的升船机几乎都经历过技术问题造成建设停滞、运行出现故障造成停运等情况。即使斯特勒比升船机和新尼德芬诺升船机，也都历经建设-停工-消缺等历程。特别是斯特勒比，中间停运了七八年。

累坏了试验机的齿条齿轮：升船机建设期间，有位老专家质疑三峡升船机齿轮齿条的抗磨损能力，专门找来试验机对三峡升船机齿轮齿条进行磨损试验。经过长时间运行（相当于实际运行70年），试验机承受不了坏了，可是齿条样品却没出现问题。老专家最后改变观点，支持三峡升船机方案。

大零件上的大进步：三峡升船机的一些金属机构巨大，即使精于金属加工的德国人也表示困难巨大。而同期，中国相关产业经过三峡机组、先进舰艇制造等考验，技术水平得到提升，出色地承担起了三峡升船机金结加工任务。业内人士反映，现在欧洲的金结加工厂在规模和技术上已不再有明显优势。经过三峡升船机建设“锻炼”的中国相关产业已经开始异军突起。

混凝土施工创造新奇迹：三峡升船机两侧是高逾百米的薄壁，这样又高又薄的混凝土建筑，在施工上存在很大的难度。三峡集团组织国内外相关专家进行反复研究，协调参建各方调整优化设计施工方案，终于创造了一个业界奇迹。混凝土施工完成后，专家们从上到下里里外外检查后证实：升船机混凝土施工未发现一条裂缝，打破了“不存在无裂缝的混凝土”的定论。

预想最严重情况，保证绝对的安全：为了保证安全，三峡升船机历经很多试验，甚至不乏一些听起来就让人感到恐怖的。其中有一个试验是模拟承船厢水漏空，船只沉在承船厢里的状况。由于升船机用平衡重抵消承船厢和厢内水体所受的重力，提升机构只是克服摩擦力做功。试验正是要验证一旦水漏空后，变轻的承船厢会否在配重的拉动下快速冲顶，造成严重事故。试验结果表明，升船机驱动设备自动停机，船厢被自动锁定在保安螺杆上，承船厢内船只人员安全。

技术引进变身技术交流：尽管三峡升船机选型于德国的尼德芬诺升船机，但德国人一直有个坚持，他们认为升船机就应该坚持全金属结构，使用混凝土和金属混合结构，不同材料的不同变形系数会造成严重问题。但中国人经过创新，在三峡升船机上实现了混合结构。德国人在合作中发现中国人方案很不错，将这一方法用在了新尼德芬诺升船机上了。