大型工程中的水利水电测绘

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组稿/余恬怡

 

历史的开拓者:三峡工程中的水电测绘


    1994年12月14日,是多少水电测量人永生难忘的日子。
    这一天,作为世界上综合规模最大的水利水电工程,三峡工程正式宣告开工。此后近二十年间,无数水电测量人走进这大江两岸,伴随着他们的智慧与汗水,一座世界水电的标杆工程在长江西陵峡段冉冉崛起。
其中,水利部长江水利委员会(下称长江委)和水电中南、西北、东北、华东勘测设计院等监理单位,以及以中国葛洲坝水利水电工程集团公司(下称葛洲坝集团)和中国电建集团各工程局临时组成的联营体——湖北宜昌三峡工程建设三七八联营总公司、青云水利水电联营公司、宜昌三峡三联总公司等为主的国内实力较强的施工队伍,纷纷投入到这浩浩荡荡的三峡工程建设大潮中,即使面临着极端艰苦的施工条件,仍为三峡工程的勘测、设计、施工及监理管理工作奋战不懈,不仅确保了工程的质量与速度,更助这座2309.5米的“世界第一坝”突破多项世界水利工程记录,为长江防洪、发电、航运等方面带来了巨大的综合效益。
    采访中,每当谈及参与重大工程建设的经历时,许多水电测量人几乎都会不假思索地回答这两个字——“三峡”。在中国水利水电工程的历史中,三峡工程无疑是最浓墨重彩的篇章;而在三峡工程的建造史中,测绘的力量,则也是不可或缺的重要力量。

开创第三方测量管理新模式
    三峡大坝雄踞在三峡西陵峡内的宜昌市夷陵区三斗坪上,与下游不远处的葛洲坝水电站形成梯级调度电站,是世界上规模最大的水电站,同时也是世界上目前建设的最大水坝。自1993年到2009年,这17年间,三峡工程采用“一级开发,一次建成,分期蓄水,连续移民”的建设方案共分三个阶段进行,包括枢纽工程、输变电工程及移民工程三大主要工程。
    工程开工不久,第一个问题就摆在了水电测量人面前。
    三峡工程施工测量既包括了施工方、监理方及业主方3支测量队伍,各个施工单位中又同时包含了铁道、建筑冶金等多支系统外的队伍,不同队伍之间各有一套施工测量的习惯与经验,并分别使用不同部门的规程规范。在此前提下,各施工测量队伍之间应该如何统筹合一,共同迎战这个施工区范围广、工程项目多且规模大、测量精度要求高的世界级水利水电工程?
    中国水利水电第四工程局测绘中心(下称水电四局)总工程师荣燮阳敏锐地意识到了这个问题。他认为,各施工测量队伍要统一技术标准、有序地分工协作,就需要建立一套完整、严格的施工测量管理体制。经过仔细慎重的考虑,他给时任中国三峡工程开发总公司总经理陆佑楣(现为中国工程院院士,中国大坝委员会主席)写了一份报告,详细阐述了成立第三方检测(测量中心)对工程的投资控制和质量控制带来的好处。以这份报告为契机,三峡工程由此开创性地成立了中国工程建设史上第一个第三方检测单位——三峡工程建设管理部测量中心(下称三峡测量中心),由荣燮阳担任中心主任。
    中国三峡总公司建设部先制订了“长江三峡工程施工测量管理细则”,厘定了各级施工控制网的布设和管理、原始地形资料、施工放样、工程量结算、竣工测量资料的处理、施工测量的技术标准等要点。其中,三峡测量中心承担了三峡工程首级施工测量控制网、二级加密控制网以及各种专用控制网的统一建立和每年度的复测工作,统一了施工控制网的精度,使各个分包商承担的各个单项建筑的测量控制网都纳入到了这个统一的高精度控制网中来,避免了各自为政所带来的形体衔接的误差,保证了施工测量的质量,为工程施工的有序开展做出了重要贡献。
    正是这样一个小小的建议,对三峡工程乃至后来多个水电工程的测量工作产生了巨大的影响。水电四局测绘中心副主任刘宏兴介绍,就直接投资控制而言,三峡测量中心累计核减了各个参建单位上报的不合理工程量达500多万方,为国家节约了1亿多元的投资,而测量中心20年的合同总额也不过4000多万。“至于测量中心对工程质量控制所创造的隐形价值,则是无法用金钱来衡量的。”他说道。
    2013年,荣燮阳等撰写的《三峡水利枢纽工程测绘保障》研究荣获全国优秀测绘工程奖银奖。“第三方测量中心管理模式的开创,在水单测绘的历史上是一个标志性事件。自三峡工程之后,几乎所有水电工程都采用了这一管理模式,并一直延续至今。”水电四局勘测设计研究院院长武斌忠说道。这二十多年间,不仅水电工程,许多高速公路、高铁、地铁工程都借鉴了三峡工程的第三方测量管理模式,成立测量中心,为众多工程建设创造了巨大的效益。

突破世界级施测难题
    2016年9月18日,三峡大坝上游海拔150.5米高的高峡平湖上缓缓驶来了一艘“长江三峡9号”游轮。但今天,这艘“长江三峡9号”所走的航线似乎和往常有些不一样。
    船长陈国海驾驶着游轮,沿着引航线,有些紧张地驶向了三峡升船机承船厢;待船体完全进入后,载着江水和游轮的承船厢如同一台巨型电梯开始垂直下行。陈国海有些惊讶地发现,如果不是眼前的景象正不断地变化,他甚至都感觉不到自己驾驶的这艘游轮正在下降中——船体太平稳了。
    进入承船厢30分钟后,游轮就到达了三峡下游海拔65.2米的江面。陈国海算了一算,从下游靠船墩到上游靠船墩,所用时间不过1小时。而在过去十几年,船舶每次经过三峡船闸过坝,都要花费3到4小时。
    这一天是三峡升船机正式试通航的日子。作为三峡工程的“收官之作”,三峡升船机从构想到建成,背后是几代水电测量人长达大半世纪的辛苦论证与建设。
    上世纪五十年代,长江委在国内升船机资料几乎空白的情况下,就对三峡升船机设计方案启动了漫长的勘测、科研、设计与论证工作;长江委所属四台钻机和第七地形测量队也先后进入三峡地区,开展测量工作。这五十多年间,从初步设计、暂时缓建,到反复比选、再次论证,三峡升船机工程的建设方案经历了“一波三折”的设计过程。2007年6月,在三峡工程正式开工13年后,长江水利委员会勘测规划设计研究院(下称长江设计院)终于编制完成了“长江三峡水利枢纽升船机总体设计报告”——至此,在几代测量人的努力下,长江设计院精心勘察、小心论证和大胆设计了六十余年的三峡升船机设计方案终于尘埃落定了。
    然而,跨过这第一座大山并不意味着可以就此松一口气,摆在众人眼前的还有续建工程中的世界级建设难题。承接了该工程施工测量任务的葛洲坝集团勘测设计有限公司(下称葛洲坝勘测设计公司)刚一上马,就面临着多项测量技术难题。葛洲坝勘测设计公司副总工程师、项目实施负责人罗琛指出:“三峡升船机测量工作最大的难点在于几乎没有可供借鉴的经验,仪器的选择和方法的改进都要在摸索中不断前进。”于是,在施工测量方案顺利通过由中国长江三峡集团公司组织的国内知名测量专家组的评审后,葛洲坝勘测设计公司就立刻调集精兵强将,驻扎现场,开展技术攻关。
    如何对建筑主体的隐秘部位进行测量,是一大难题。
    三峡升船机所在位置地形条件复杂,要布设足够的控制网点来满足每个部位的测量,可谓难于登天。为解决这一问题、提升测量的精度和效率,项目组通过多次对比试验验证最终采用了激光天顶仪投测方法,进行仓面混凝土模板验收及埋件定位测量。“垂直升船机对土建施工精度要求极高,激光天顶仪能很好地控制混凝土的形体偏差,具有高精度、易操作、效率高等特点。”罗琛介绍。采用该方法,项目组成功使投测平面基准点点位最终误差小于1毫米,甚至超过了国内采用高精度全站仪投测的极限距离。
    在8年多的施工过程中,这种测量问题数不胜数,但葛洲坝勘测设计有限公司却一路披荆斩棘;既然关键施测技术没有前人的经验可借鉴,那他们就干脆自己充当“开路人”。建设过程中,施工团队曾经面临一个世界级的技术难题:升船机两侧要建设过百米平整无缝的薄壁,德国人坚持要用金属材质。但老水电人反复研究,成功创造了“无裂缝混凝土”的业界奇迹,不仅大幅提高了作业工效,还由此开拓了水工建筑物混凝土施工测量新技术领域,为国内乃至国际上同类型工程的施工测量提供了范本。
    三峡升船机成功试通航的当天,长江设计院院长钮新强难掩心中的激动,自豪地以“空前绝后、举世无双”八个字来向现场媒体形容这一工程的重要地位。在成功试通航这半年间,三峡升船机已累计通过船舶886艘次、货物通过量达22万多吨(截至2017年3月18日)。伴随着三峡工程的顺利运行,对于许多曾为项目设计与建设奉献了无数个不眠夜的水电测量人而言,悬在他们心头多年的“大石”终于可以落地了。

开发地理信息应用与服务
    除了枢纽工程与输变电工程的施工建设,移民工程也是三峡工程的主要建设内容之一。工程总投资中用于移民安置的经费甚至占到45%,其重要程度可见一斑。
    跨越两个世纪、历时18年、涉及居民140万……三峡移民工程所涉范围之广、规模之大、安置难度之高、遗留问题之突出,无疑对移民工程的规划管理和决策提出了极大的挑战,也让移民工程被众多媒体称为三峡工程最大的难点。而随着三峡工程逐步进入后期,百万移民的安置规划的任务就更重了。对于三峡工程业主而言,既要保障工程建设的顺利推进、又要提高规划管理及决策效率,同时还要考虑管理成本的控制,通过信息化手段建立一套高性能的移民规划管理信息系统成为了不二之选。
    长江设计院下属长江空间信息技术工程有限公司(下称长江空间公司)此前在三峡工程中承担了众多施工监测的项目,这一次,它因为在地理信息系统应用与开发方面的丰富经验受到了重庆市移民局的关注。
    2004年,长江空间公司受重庆市移民局委托建成了一套水库移民数据库和应用系统——“长江三峡库区重庆市移民规划信息系统”。建设中,长江空间公司充分发挥所长,利用遥感数字、地理信息系统和网络数据库技术等先进技术,在系统中实现了移民安置规划相关的地图、数据库和报告文档等数据的管理、查询、显示、分析计算和显示输出等功能。系统建成后顺利通过组织验收,很快便交付重庆市移民局和16个相关区县移民局使用;它所提供的数据和功能,尤其是数据资料管理、查询、淹没分析、孤岛计算等功能,成功地使各区县移民局得以更准确及时地掌握库区移民动态,并提高了三峡库区移民管理工作的精度及效率。
    在三期工程即将结束之际,2009年2月10日下午,长江设计院迎来了一批重要的客人——湖北省副省长郭生练一行。会议室的大屏幕上一张一张地播放着三峡和金沙江地区的三维地图,郭生练副省长坐在台下,凝神地听着长江空间公司遥感院范青松博士的介绍,一边不住地点头。他们此次到访的目的,是为了调研长江空间公司最新研发的“三维空间地理信息平台”成果。
    随着测绘地理信息技术的快速发展,长江空间公司也开始为三峡工程的后续工作谋求更深层的地理信息服务及应用。三维空间地理信息平台,正是长江空间公司在水利水电工程信息服务领域深耕多年的成果;它集成了基础地理数据库、移民专题数据库、环境专题数据库、中间成果数据库、元数据库及管理数据库,能够将高清晰的仿真场景展现在眼前,可辅助三峡工程等水利水电工程在移民调查、地质灾害调查和对外交通以及施工布置中的应用。
    “我们的水利工程信息服务经历了四个阶段,第一阶段是纸质地形图,第二阶段是电子地形图,第三阶段是三维模型,到了第四阶段也就是现在,我们提供三维空间地理信息平台,整合地理信息数据及其他信息数据,为整个流域提供综合管理平台。”长江空间公司总工程师马能武介绍道。从2009年至2015年,空间公司先后形成“水利水电工程地理信息数据库管理系统”、“水利水电工程地理信息数据库管理系统”等多个成果,为三峡库区移民安稳致富、库区生态环境保护和地质灾害防治等后续工作的顺利开展,以及其他水利水电工程的规划管理提供了关键性的辅助工具,创造了巨大的综合效益。

 

三峡工程右岸地下电厂开挖测量

三峡升船机施工现场

 

南水北调中线工程

南水北调工程:水电测绘的运河之战


    “南方水多,北方水少,如有可能,借点水来也是可以的。”1952年,面对滔滔河水,毛泽东主席站在黄河边的邙山上首次提出了南水北调的宏伟设想,一场浩大的水利工程开始酝酿;
    2014年,一泓丹江碧迢迢北上,如同一条巨大的地上“天河”穿越了中国人口最密集的中原腹地直抵京城,并随着最后一道闸门的徐徐开启迅速涌入了颐和园团城湖明渠,惠泽豫冀津京20多座大中城市亿万居民。
    南水北调工程,这一人类史上规模最大的调水工程,从短短21字的构想变为现实,当中跨越了62年。在这半个多世纪的艰苦鏖战里,从中央到地方、从南方到北方,来自五湖四海的众多水电测量队伍纷纷汇聚在南水北调的大舞台上,用手中的测量仪器、用不辞劳苦的日日夜夜、用测量人的智慧,保障了工程建设的精度、质量和进度,为运河的长流不息贡献了重要力量。

深入高原勘查选线
    南水北调工程建设的主要目的,是为了解决我国北方地区,尤其是华北地区黄淮海流域的水资源短缺问题。作为我国跨区域调配水资源的重大战略性工程,南水北调工程总投资额5000亿元,有东线、中线、西线三条调水线路,干线总长度达4350公里(其中东、中线一期工程干线总长为2899公里),涉及4.38亿受益人口,被誉为地上“天河”、国家“龙脉”。
    自上世纪50年代南水北调工程构想提出后,各方建设者做了大量野外勘查及测量工作,进行了50多种方案分析比较,最终形成了东线、中线和西线调水的基本方案。按照总体规划,南水北调工程通过东线、中线和西线三条调水线路与长江、黄河、淮河和海河四大江河的联系,构成以“四横三纵”为主体的总体布局,以实现中国水资源南北调配、东西互济的合理配置格局。但工程规模宏伟,受益范围及受益人口均是世界之最,工程从方案设计到施工建设都面临着诸多世界性难题。
    在三条调水线路中,布设在我国最高一级台阶青藏高原上的南水北调西线工程,是解决中国西北和华北部分地区干旱缺水的战略性工程,调水线路选线和大坝选址至关重要。
    为了给工程方案设计提供科学基础和依据,早在南水北调工程构思之初,黄河水利委员会勘测规划设计研究院(下称黄河设计院)就来到了海拔3500米以上青藏高原东南部开展前期勘测工作。1952年8月,黄河水利委员会会派出查勘队,查勘了黄河源头和从长江上游通天河调水到黄河源的引水线路——这是南水北调的首次查勘。其后,查勘队在平均海拔4200米的环境下对西线工程上线做了48年的勘测工作,但因海拔高可工程性差、调水量小等因素被搁置。
    2001年起,下线勘测设计工作启动,历时八年结束。工程选线的第一步工作就是测绘地形图,查勘队采用航空遥感、精化大地水准面等测绘技术完成了该区域的数据采集及地形图制作,并通过信息化手段将测绘成果资料建设成基础地理空间数据库,为西线工程的规划设计提供空间数据支持。此外,查勘队还建立了统一的测量控制网,完成了对调水线路、坝址、渡槽、隧洞和库区的基本控制测量成果。
    在长达50多年的勘测中,队伍克服高原高寒缺氧、气候恶劣、交通不便等诸多极端艰苦的挑战,完成了大量的查勘、测绘、规划、设计等前期工作,为西线工程的科学选线、选址、精确工程计算等规划设计工作提供了坚实的科学支撑。

用测绘精神迎战风雪
    2002年12月23日,《南水北调总体规划》通过国务院批复。四天后,勘测论证50多年的南水北调工程伴随着江苏省三阳河、潼河、宝应站和山东省济平干渠工程施工现场同时响起的马达轰鸣声而正式宣告开工。
    南水北调工程首先启动了东线第一期和中线第一期工程建设。一批控制性工程相继开工后,留给施工前期勘测的时间更少了。在此情况下,2005年5月,长江水利委员会勘测设计研究院(下称长江设计院)承担了中线第一期工程的穿漳河工程、陶岔至沙河南段工程的初步设计,并成为中线干线工程初步设计的技术总负责单位,迅速集中火力,调集精兵强将开展内外业工作。
    虽然中线工程建设不同于西线工程的前期勘测工作需要面对高原极端环境,但在中线工程1432公里战线上奋战的水电测量人依然面临着环境对体力及测量技术的诸多挑战。
    2005年6月起,长江设计院下属长江空间信息技术工程有限公司(下称长江空间公司)投入了近200名测量技术人员进行陶岔—沙河南段的地形及断面测量工作。在一片荒芜的野地里,每个测量队员进出测区及运载测量设备的唯一交通工具就是一辆自行车;一旦下雨自行车无法在泥路上前行,为了尽快赶到测区,队员们往往只能把自行车寄放在附近乡亲的家里,自己扛着仪器,深一脚浅一脚地踏着泥泞徒步前进。
    但冬天的寒风才是对测量队员们最大的考验。一位测量队员回忆道:“冬天在野外作业,北风呼呼地吹,穿再多的衣服风都能穿透,冷得全身发抖。有的同志手被冻伤了,裂着一个个冰口,疼得钻心,脸上也冻出一个个冻疮。”可即便在这样的困难的条件下,也没有一个人喊一声苦,所有人都仍坚守岗位,手握冰冷的仪器,一丝不苟地观测。正是有了队员们的毅力和坚韧,长江空间公司用半年时间顺利完成了全段240公里的地形测量、6个大型建筑物的地形测量、近5000个断面测量以及16个料场的地形测量,交出了一份满意的答卷。

信息化变革为工程提速
    然而站在这个浩大而复杂的工程跟前,水电测量人深刻意识到,要从前期勘测到设计施工满足工程的高要求,不仅要埋头苦干,还必须借助技术创新的力量。
    “在整个水利建设领域,南水北调遇到的规划设计、工程建设以及技术创新的难题,都是行业内的前沿课题。”长江设计院总工程师刘子慧说道。作为我国乃至世界最大的调水工程,南水北调仅中线工程涉及的范围就超过了30万平方公里,贯穿四大江河。如此庞杂的大流域水资源调度及管理,无疑对测量队伍的规划设计工作提出了新要求。
    面对挑战,不少水电单位开始进行信息化探索。
    2009年,长江空间公司利用南水北调中线干线的基础地形数据、航空遥感数据及工程设计规划等数据,采用先进的三维虚拟现实技术、交互控制管理技术及数据库管理技术,构建出了一套三维可视化系统;在工程中,无论是勘察测绘、土方开挖,还是场地规划、道路设计,系统都能快速实现三维建模、设计及分析。
有了这套系统,一些技术难度较高或地形复杂的工程就可以先利用三维可视化系统进行试验,预测施工过程中可能出现的各种问题;从前需要四五人花两三个月才能做完的工作,借助这个系统一个队员不到一周时间就能完成,极大地提高了工程建设的效率。
    与此同时,黄河设计院也展开了“南水北调工程建设与管理基础信息项目”的建设。2010年起,黄河设计院利用先进空间科技手段,以及地理信息系统、虚拟现实、流服务、中间件等技术,构建了统一的南水北调工程基础信息管理与应用服务平台,形成了一大批南水北调的遥感影像、航空影像、电子地图、工程三维模型、工程特性移民社经资料、图册、数据库、信息系统、三维可视化场景等基础性、战略性信息资源,为南水北调工程建设和运行管理提供了全面服务。
    有人将南水北调工程建设比喻为百米赛跑的“竞技场”,而建设者则是这2000多公里的赛场上的“参赛选手”,他们在各自的战线上排除万难,最终都朝着同一个终点冲刺。如今,历经50年考察论证与11年建设的南水北调工程已经成功抵达了第一个终点:2014年12月12日,汉江水从从鄂豫交界的丹江口水库北上1000多公里后抵京,沿一段885米的明渠奔腾着涌向颐和园团城湖,并通过自来水管网进入首都千家万户。南水北调中线工程、东线工程(一期)通水两年来(截至2016年12月12日),已有8700万北方人喝上了南方水。
一位家住北京大兴区市民在喝上汉江水后说道:“感觉水变甜了,水流也强了。”这简单的一句话,或许就是对无数水电测量人这半世纪努力的最好证明。

小浪底“调水调沙”现场

小浪底水利枢纽工程:水电测量人的黄河安澜梦


    黄河宁,则天下平。
    从大禹治水开始,孕育了五千年华夏文明的黄河就一直与国家民族的命运紧密相连;黄河安澜,关系着大河两岸千万人口的生命财产安全。而在中华民族漫长的治黄历史里,有这么一座水利枢纽工程的兴建对我国治黄事业的发展起到了至关重要的作用——自它建好以后,黄河再未断流,两岸的百姓也从此再没见过黄河河床的颜色。
    它就是横亘在在洛阳以北40公里黄河干流上的小浪底水利枢纽工程。
    作为目前黄河上规模最大的综合性水利工程,小浪底工程地处万里黄河最后一道峡谷出口,集减淤、防洪、防凌、供水灌溉、发电等为一体,在治理黄河总规划中发挥着承上启下把控黄河水沙的关键作用。从2001年竣工至今,小浪底已经在奔腾的黄河干流上岿然屹立了十六年,背后凝注的不仅是钢筋混凝土,还有几代水电设计与建设者的智慧与心血。

40年勘测,绘就宏伟蓝图
    在河南省孟津县的小浪底水利枢纽风景区里有一个名为《建设者之歌》的纪念广场,去过那儿的游客大概都知道广场上有七个造型各异的雕塑。
    但许多游客不知道的是,这七个雕塑象征着的正是小浪底工程中业主、设计、监理以及施工单位。其中,主体雕塑是承托着一块巨石的三根柱子,寓意“三足鼎立”,代表着主方、设计方、施工方三方共同承担建设了小浪底工程。主体雕塑的旁边还有一个巨大的黄色铅笔雕塑,它象征着能精心绘出精美“图画”的工程设计者——黄河水利委员会勘测规划设计研究院(2003年改制为黄河水利委员会勘测设计有限公司,下称黄河设计院)。
    为了不负重托地打好这一仗,黄河设计院临时成立了小浪底设计分院,将测绘队伍中的大部分精干力量都投入到小浪底项目中。1953年,新中国刚开展黄河全面治理规划不久,黄河水利委员会就组织了力量进驻小浪底坝址进行系列勘探和测量工作。但上世纪的小浪底坝址仍是荒芜一片,交通不便且设备简陋,勘测队员平日只能住窝棚、钻窑洞,在这样艰苦的条件下坚持了40余年。
    经过多次往返坝址勘测以及无数次论证与修改,1981年3月,黄河设计院终于完成了《黄河小浪底水库初步设计要点报告》,确定了枢纽要以枢纽以防洪、减淤、发电、洪水和防凌为开发目标,同时还确定了水库及电站的具体设计等内容。
    设计方案明确后,通过招标,国家拨款与世界银行贷款共同建设投资的小浪底工程确定分别由以意大利英波吉罗公司为责任公司的黄河承包商,以德国旭普林公司为责任方的中德意联营体,以法国杜美思公司为责任方的小浪底承包商,以及由中国水电十四局、四局和三局组成的“FFT”联营体分别承建四个标的工程。
1994年9月,构思半个世纪、勘测设计40余年的小浪底工程,在时任国务院总理李鹏的主持下宣告开工,正式拉开了这一国家重点工程大规模建设的序幕,同时也翻开了治黄史上的新篇章。

黄河上的测绘精神
    小浪底工程地处深山峡谷,不仅地质条件复杂,水沙条件也非常特殊,因此工程运用要求严格,被国内外水利专家称为世界坝工史上最具挑战性的工程之一,不仅技术难题众多,施工队伍还经常要面临各种恶劣气候及艰苦环境对意志的考验。
    中国水利水电第四工程局有限公司测绘中心副主任刘宏兴是个有着20多年工龄的老测绘人,但直到现在,他仍深刻记得自己刚参加工作时在小浪底从事测绘工作的种种艰辛。“刚到小浪底的时候,生活营地还没建好,我们就租住在老乡破旧的民房中。那时正是冬天,室外和室内竟然只有2度的温差。有一晚外面大雪飘零,我们宿舍的几个人冻得实在受不了了,就索性把床拼在一起睡,相互依靠对方的体温取暖。”
    在崇山峻岭中穿行,测量队员面临的艰苦还不止于此:饿了,就拿出炊具在山里找个背风的地方生火做饭;渴了,就在混浊的河沟里灌个大饱;扛着仪器跋山涉水,等到终于找到要查勘的控制点时,衣服早已被汗水浸透,脚底也磨出了一个个血泡……回忆起那段在黄河边上做测绘的岁月,一位测绘队员说道:“人是要靠点精神的,给我们以支撑的就是那种世代相传的黄河测绘精神。”
    与此同时,为了突破测量中遇到的技术难题,各个设计施工单位也使出浑身解数,将三维激光扫描系统、测量机器人、航测遥感等先进测量设备及手段运用在工程测量中,形成了获得全国优秀工程勘察奖的《黄河小浪底水利枢纽大坝外部变形测量》、《黄河小浪底水利枢纽施工控制网测量》、《黄河干流河道GPS控制网测量》等系列项目成果,为小浪底拦河大坝、泄洪建筑物和引水发电系统、机电安装工程的建成提供了重要的数据和技术支撑。
    1997年10月28日,在3000多名中外建设着和数万名干部群众的见证下,小浪底工程成功截流。2001年完工以来,小浪底工程已平稳运行近十六年,期间黄河从此再未断流,也再未发生大灾大患;黄河下游的防洪标准也从不足60年一遇提高到千年一遇。生活在黄河两岸的乡亲们感慨道:“河水再也没涨到过记忆中的高度,即使发生千年一遇的大洪水,我们也能安心入睡。”

为“调水调沙”出谋划策
    2016年6月29日,黄河小浪底水利枢纽工程水库闸门时隔一年再次打开,人造洪峰即喷涌而出。从三个明流泄洪洞倾泻而下的是清水,从另外三个排沙洞腾空而起的是泥沙;两排水龙巨瀑翻滚交织,气势磅礴,赢得岸边游客的阵阵喝彩。
    这正是河南省孟津县一年一度的黄河小浪底观瀑节。但游客们可能并不清楚,眼前上演的正是小浪底工程排沙减淤的创举。
    “黄河难治,根在泥沙。” 黄河水利委员会勘测设计有限公司测绘信息工程院院长朱圣世用一句话概况了黄河治理的痛点。与其他流域相比,黄河流域兴建水利工程就难在“治沙”二字。在小浪底工程之前的三门峡水利枢纽工程,正因在初期设计中对黄河水沙规律认识不足,1960年投入运营后一年半内就淤积了15亿吨泥沙,致使河床提升,河水甚至倒灌关中平原。
    有此前车之鉴,如何防淤减淤就成为小浪底工程设计建设中的“重头戏”。于是,水利异种部门与专家开始不断探索水库运用方式;黄河设计院还通过航测等手段采集数据并制成小浪底库区1:1万河道地形图,建立小浪底库区泥沙淤积信息系统;同时,黄河设计院还充当技术支撑,贡献了《三门峡水利枢纽改建及泥沙处理》等科研成果。
    多方努力下,“蓄清排浑”的运用方式最终被确定,解开了许多泥沙河流水库淤积难题,也形成了“上拦下排”的防洪运用方式。自2002年7月起,小浪底在每年汛期都会进行调水调沙,利用水库调节库容制造“洪水”,冲刷河道输沙入海,从而减少下游河道淤积甚至达到冲淤平衡,从根本上遏止河床抬高。经过19次调水调沙,黄河河槽现已下切2米多,成功打破“河淤堤高,人沙赛跑”的险局。
    2001年4月,历经10年艰苦建设和8年运行考验,凝结了几代人水电人心血和智慧的小浪底水利枢纽工程顺利通过国家竣工验收。如今,在减淤、防洪、发电等方面正创造出巨大的综合效益的小浪底水利枢纽工程已成为远近闻名的水利工程旅游观光点;无数水电人日以继夜的付出,也正通过这个世纪工程,守卫着黄河安澜的梦想。

 

京沪高铁:用“水电力量”撑起“中国速度”

    2011年6月30日15时,在北京南站等候多时的G1次列车终于缓缓离开站台,首次踏上这趟长达1318公里的旅程。1小时43分后,列车以300多公里的时速平稳地驶上黄河南引桥,然后逐一经过泰安站、大汶河特大桥、曲阜站,并继续往南疾行。
    此时,列车上的20位中国水利水电建设股份有限公司(以下简称“中国水电”)代表坐不住了。他们齐刷刷地站了起来,为了不错过窗外站台的每一寸景象,都不约而同地睁圆了眼往外张望,一边向站台上的水电建设者们挥手致意,一边兴奋地向旁人介绍:“这是我们建的!”
    这一天,备受世界瞩目的京沪高铁历经三年多的建设后正式开通运营,串联起了我国北部和东部经济最发达的地区。但对于水电测量人而言,京沪高铁的成功运营却有一份别样的意义——它是见证了中国水电第一次走出自己的一亩三分地、成功从传统水电测绘跨越到其他领域的里程碑。
    作为铁路建设领域中的一支新军,以承建水利、水电工程为主业的中国水电,如何能在这一陌生的行业中发挥所长?面对这样的疑问,中国水电集团京沪高铁三标段项目部常务副总经理杨忠如是说:“高铁建设对我们而言是一个新的领域。施工过程也就是我们不断学习和探索的过程,在这之中我们将比别人付出多几倍的努力。”

汇众之力,从江河跨越到原野
    2008年1月起,中国水电与中国铁道建筑总公司、中国铁建股份有限公司、中国交通建设股份有限公司共同承建京沪高铁土建工程六个标段。其中,中国水电以142.7亿元中标的工程三标段(TJ-3)北起济南黄河南引桥,南至徐州,正线全长266.617公里,工程范围包括迁改、桥涵、路基、隧道等,是全线施工条件最为复杂、难度最大的标段之一。
    人们不禁疑惑:从未涉足铁路建设领域的中国水电,究竟如何胜任这个任务?
    杨忠也一直在思考这个问题。他意识到,其他承建单位在铁路建设领域中早已积累了丰富的经验,如果要与他们同场竞技,就不能继续沿用以往水电施工中的管理模式。考虑到施工团队汇聚了来自全国各地的13个参建工程局,杨忠提出了“举集团之力、汇集团之能”的管理思路,旨在最大限度地调动和整合各工程局的资源,提升整个中国水电施工团队的综合实力。
    工欲善其事,必先利其器。自2008年开工以来,中国水电集团及各工程局加大资金、技术、设备等硬实力的投入,在自有资金十分紧张的情况下,尽己全力为京沪高铁项目注资超10亿余元,同时配齐铁路施工大型设备和专用设备。向一个项目投入如此巨资,在中国水电几十年的建设史上尚属首次。“当时中国水电有两种选择,一是少花钱,满足京沪高铁一次施工即可;二是立足长远,为今后高铁施工夯实坚实的硬件基础。中国水电果断地选择了后者。”杨忠说道。
    此外,为了让水电人快速过渡成铁路专用人才,各工程局在大量吸引外部人才为的同时,还邀请了铁路建设中的佼佼者为全体参建人员进行专业技术培训,又引导水电人学习铁路建设规范、到其他标段和工区“取经”,将京沪高铁打造成了水电人的“高铁黄埔军校”。
    “多管齐下”的措施,加上自身的坚实基础,水电人很快便成功转身。部分工程局的建设项目因安全、质量行为规范,过程控制严格,工程实体质量良好,率先在京沪高速铁路工程建设安全质量考核中获得了首批“绿牌”(绿色通知单,具有样板作用);水电八局科研设计院京沪高铁项目部更成为全线唯一一家在测量工作上获得三块“绿牌”的单位,展现出了水电测量人不俗的实力。

不畏寒暑,练就一身硬功夫
    京沪高铁是“中国速度”的代名词,而它的高速、平稳与舒适,靠的正是施工测量过程中毫米级控制精度的支撑。然而,中国水电承建的三标段正线长达266.617公里,测量内容多、精度要求高且工期时间短,对于水电测量人而言,这无疑一场对脑力与体力的双重考验。
    2008年1月,工程正式开工。为了赶在8天的规定时间内完成前期的勘测任务,十几个梯队近600个测量队员共同赶赴一线开展测量工作。时值隆冬,1月份正是北方最寒冷的时候,山东部分测量区域夜里的温度已经低至零下12度了。但为了赶上进度,许多测量队员都咬紧牙关奋战到深夜一两点,饿了,就就着水壶里早已结成冰的冰水啃煎饼;累了,回宿舍休息不到三四个小时后又再摸黑出发,往往手脚在冰天雪地中被冻得不听使唤了,还是毫无怨言地继续坚持。
    冬天寒风刺骨,然而夏天也不是好受的季节。进入7月后持续的高温让整个北方都酷暑难耐,大汶河桥上的温度甚至高达60摄氏度,半天下来测量队员们蓝色的工作服上都是满满的白色汗碱,药箱里消暑的藿香正气水也总是被一抢而光。但即使在这样极端艰苦的环境下,水电测量人依旧凭着一股执着的干劲坚持了下来。
    此外,京沪高铁的建设对精度要求极高,而精密的工程测量对施工环境的要求也高,风大、低温高温、阳光暴晒等情形都会影响测量数据。因此一些工程局测量队为了降低环境对数据精确性的影响,很多时候都选择在晚上工作。比如水电十四局三标段七工区项目部测量队员在沿线进行CPⅢ轨道控制网时,就经常以五六个人为一组在晚上作业,用手电筒照着12个棱镜,完成一站测量后再进行下一站。最顺利的时候,一晚上可以完成1公里控制网的测量。
    “战胜自我、超越自我”是水电人始终坚守的理念,在京沪高铁工程中,这八个字的内涵得到了淋漓尽致的展现。
    2009年3月18日,在京沪高铁西渴马一号隧道施工现场观摩会上,铁道部、京沪高铁建设领导小组、京沪高铁股份有限公司、全国各铁路局、各大客运专线业主单位以及铁路施工单位数百名专家对中国水电包括安全信息化在内的技术创新表示惊叹:一向“柔情”的水电人,怎么练就了这身“硬功夫”? ——正是凭借着不怕吃苦的拼搏精神,中国水电的施工成果得到铁道部、京沪高铁建设领导小组、京沪高铁股份有限公司及参建单位的一致赞誉。

创新引领,打造行业标杆
    京沪高铁正式开通运营这天,京沪高铁股份公司、京沪高铁现场指挥部总工程师赵国堂就坐在的G1列车的12车厢里。
    看着列车开始驶入三标段,他转头向媒体介绍道:“铁道部对中国水电承建的三标段越来越满意,凡是来参观的领导都要选择三标一个点,因为水电人把高铁这个活干得非常精细。过去大家都认为中国水电没干过铁路,但其实也恰恰因为这样,水电人脑子里才没有束缚和固有的东西,才认真、精细。”
    正如赵国堂所说,不受铁路建设既定思维束缚,将经验的劣势转化成创新的优势,是中国水电在京沪高铁建设中的过人之处。比如,水电七局在进行铁路调板调轨时,就跳出了传统铁路施工的既有思维,提出以相对轨检小车和绝对轨检小车配合取代单一的绝对轨检小车的想法,有效地提高了线上的作业速度。“我们的这一创新,使得中国水电率先完成调轨工作,同时还保证了完成质量。”为了形成差异化竞争优势,水电人利用水电施工中形成的独特技术优势打造差异优势,巧妙地将水电和铁路两个行业优势进行叠加,形成了“中国水电铁建”品牌特色。最终,三标段成为京沪铁路全线取得技术创新成果最多的标段,并在全线率先实现轨道铺通。
    2010年6月,在京沪高铁工程即将完工之际,铁道部副部长卢春房评价中国水电的表现时说道:“中国水电已经成为铁路建设的一支劲旅,在全线起到了表率带头作用。”从水电人勇闯铁路建设市场到不负重托成为行业标杆,作为起点,京沪高铁工程将见证着中国水电开拓非水电市场的远大征程。