科技日报记者 孙 瑜
“横空出世，莽昆仑，阅尽人间春色。”盛夏六月，名字取自该词作的世界首台千吨级运架一体架桥机“昆仑号”，正在崇山峻岭间搬运重梁，修筑大道。
“‘昆仑号’是我国目前科技含量最高、功能最多、应用场景最广泛的高铁箱梁铺架设备。”中国铁建所属中铁第五勘察设计院（以下简称“铁五院”）机械公司总工程师、“昆仑号”研发团队技术负责人万鹏告诉科技日报记者，“昆仑号”填补了千吨级高铁箱梁运架设备的全球空白。
近日，第二十五届中国专利奖评审结果公示，“昆仑号”桥梁运架机获得中国专利金奖。
研发千吨级高铁箱梁运架设备
多年来，我国高铁桥梁建造普遍采用重900吨、长32米的简支箱梁，这些箱梁推动了我国350公里时速高铁建设。然而，随着400公里时速高铁建设提上日程，箱梁需要实现从32米到40米的跨越。
“根据研究试验数据，如果在传统24米或32米箱梁上运行400公里以上时速高铁，可能会产生‘共振区间’。”万鹏说，振动不仅会给乘客带来不适，还会加速桥梁性能衰减。
40米箱梁不仅可避免“共振区间”，且更具经济性。“与32米箱梁相比，架设40米箱梁每公里可减少6个桥墩，大幅降低高铁桥梁造价。”万鹏介绍，在复杂地形地质条件下，如跨越河流、沟谷的高墩桥梁以及软基沉陷地区建设深基础桥梁，也需要更大跨度、更大吨位的简支箱梁。
箱梁好造，架设却难。铁五院副总工程师梁志新告诉记者：“在‘昆仑号’研发成功前，我国桥梁运架装备极限只能达到32米，世界范围内也没有匹配40米型新箱梁的架桥设备。那时，郑济铁路和福厦铁路已经设计了千吨级、40米箱梁，配套架桥装备必须在工程建设前研制出来。”
2016年，中国铁道科学研究院启动“高速铁路大跨度简支箱梁建造关键技术研究”，铁五院承担其中“高速铁路40米预应力简支箱梁运架成套施工设备研制”课题。
瞄准架设40米箱梁、服务400公里时速高铁建设的目标，铁五院开始了千吨级高铁箱梁运架设备“昆仑号”的研发。
导梁方案由“下”变“上”
“在架桥机设计中，上导梁或下导梁方案都是可行的，我国设计架桥机以往多采用下导梁方案。”梁志新说，从运输经济性来看，下导梁方式更节约燃料；从工况适应性、总体性价比和市场前景来看，上导梁方案更佳。
经过激烈讨论，设计团队决定“做面向市场的科研”。在距架桥机交付时间仅剩几个月的紧张时刻，他们放弃了原本已顺利通过评审的下导梁方案，启动了上导梁方案设计。
导梁由“下”变“上”，看似是由“举”到“提”的动作变化，却意味着要进行无数次重新演算。“上导梁架桥机的研发对于我们来说是颠覆性的、‘从0到1’的过程。”万鹏说，团队聚集在会议室彻夜讨论技术方案，反复打磨技术细节。
整体技术路线改变，困难重重。万鹏举例：“换成上导梁方案后，主梁承重要求变高，原有钢材的承载能力和抗疲劳能力无法满足需要。”
设计团队决定联合宝武钢铁研发新型钢材。经过集智攻关，他们共同研发出GT785钢材，将主要结构受力件板材厚度保持在50毫米，强度和冲击功率提高至785兆帕、120焦耳。“GT785钢材强度达到了适用于建造潜艇的级别，保障了主梁强度与韧性。”万鹏说。
面对常规焊接工艺难以解决的焊缝开裂等问题，团队邀请钢铁研究总院等业内专家出谋划策，并派设计员“驻厂办公”，以确保工艺“钢衣无缝”。
通过广泛合作和技术创新，架桥机关键零部件实现全定制，有效满足了2000米小曲线、30‰大坡道、桥隧通用等技术要求。
2020年5月，长116米、高9.2米、重约千吨的“昆仑号”诞生。
可满足多种工程建设需求
2020年6月，“昆仑号”在我国首条跨海高铁——新建福厦铁路湄洲湾跨海特大桥建设现场首次亮相。仅用218天，这个“大力士”就顺利完成湄洲湾跨海大桥架设任务，与传统设备相比，其安全性和工效大幅提高。
“相较于以往的分体式架桥机，‘昆仑号’集提梁、运梁、架梁三道工序于一体，施工速度提升25%左右。”万鹏说。
在万鹏眼中，“昆仑号”不仅是能适应各种艰苦条件的“钢铁侠”，还是一专多能的“全才”。他介绍，普通架桥机进隧道前需要先进行拆解，通过后再重新组装，而安装了先进雷达探测传感器系统的“昆仑号”不仅无需拆分，还能在全黑的隧道内自动纠偏，实现自动过隧。同时，“昆仑号”能在隧道进出口实现“出隧道即架桥”。在隧道中遇到巨大溶洞时，它也能就地架桥，极大提高了山区高铁线路的施工效率。
“‘昆仑号’施工作业还可兼容原有24米、32米梁以及非标梁，一机多用。”万鹏介绍，“昆仑号”未来还将扩展应用场景，在起重运输、大型水利工程等建设工程中发挥作用。
值得一提的是，围绕“昆仑号”，铁五院还开发了千吨级分体式架桥机、过隧运梁车、搬梁机、轮轨式提梁机等，组成千吨级高铁桥梁运架施工装备完整产业链。
目前，“昆仑号”系列架桥机已在杭衢高铁、黄黄铁路、新建沪宁合高铁等20多条线路中应用，架设箱梁数量超万片，在铁路40米梁架设领域市场占有率达75%。
“铁五院十分重视知识产权布局。我们的每一个专项都设有知识产权专员，开展专利导航分析、布局规划、转化运用等工作，持续加强成果转化过程中的知识产权保护。”铁五院副总工程师王合希表示，目前，“昆仑号”已形成专利组合56件，直接创造经济效益约2亿元。
“昆仑号”目前正在进行新一轮智能化改装，通过提高智能化驾驶水平、实现多种传感器的数据融合处理等，使其自动化控制、落梁精准度更高，满足更多样的场景需求。
