现代海缆工程关键问题及对策

现代海缆工程关键问题及对策摘要：基于现代条件下海缆工程的高标准和严要求，对影响工程质量的关键问题进行了系统梳理，并从建设管理、施工技术、工程装备及监理手段等方面提出了科学全面的对策措施，对进一步提高我国海缆工程质量具有实际的指导意义。一、引言海底光缆通信作为洲际之间、岛屿与大陆之间、岛屿与岛屿间通信手段，以其大容量、高可靠性、低损耗、抗电磁干扰能力强、保密性好等特点,在国际通信和国防通信中起着极其重要的作用。目前，全球超过95%的国际话音、数据和图像采用海底光缆传输，几乎100%的跨洋互联网是通过海底光缆传输的。随着互联网业务的高速发展，全球海底光缆的建设不断提速，目前全球已投入使用的海底光缆超过200条，并保持着每年约4万公里的需求。2006年12月26日，台湾南部海域发生里氏7.2级的恒春地震导致中美光缆、亚太2号光缆、环球光缆、亚欧3号光缆、C2c光缆、东亚光缆等数条国际性海底光缆断裂，造成了不可估量的损失和影响。在我国，近年来发生的海缆故障也不少见，不但带来了较为严重的后果，有时还会因为责任难以划分耽误维修，并造成后果扩大化的恶劣影响。为了尽可能避免上述情况的发生，提高海缆工程质量必然是最为经济实惠、现实可行的首选项。二、现代海缆工程的特点一是海缆承载的功能越来越多：为充分发挥海缆的综合作用，做到效益最大化，许多衍生功能开始附加到海缆工程之中，如：水下信息栅格、水下分支、水文探测、水下警戒、RO岐持系统等。二是施工难度越来越高：水下功能的拓展必然带来水下设备的多样化，针对不同设备施工方法和工艺都是不同的，这就大大增加了施工难度。三是施工标准和要求越来越严：可以想象，承载多种功能的海缆施工必然比单纯通信功能的海缆施工要有更高的标准和更严格的要求。四是故障损失大：动辄几十、几百G的通信速率，众多的业务量，一旦故障损失就是巨大的。五是投资费用高：一方面海底光缆造价很高，另一方面海上施工费用很高。一般小型工程几百万元，中大型工程则几千万元至几亿元。六是维修代价高：维修比新建代价高是共识，多业务海缆的维修比单一通信功能海缆的维修代价相比又有巨大的增加。所以，提高海光缆工程的质量，降低故障率，才是根本的解决之道。三、影响现代海缆工程质量的关键问题（一）勘察的“全面性”现代海洋工程较多，水下情况复杂，一次海缆施工可能产生几次甚至十几次交越；施工水域越来越深，底质调查难度也越来越大；水下影响工程的障碍物也越来越多。所有这些都要求前期勘察全面、细致。选择一条相对安全可靠、经济合理、便于施工的海底光缆路由是保证海缆工程质量的第一道防线。勘察的目的是为海缆工程的路由选择、设计、施工以及维护提供基础资料。其任务是查明海光缆路由区的海底地质条件、海洋水文气象环境、腐蚀性环境参数和海洋规划与开发活动等方面的工程环境条件。这些条件对于海底光缆的安全和施工的质量是至关重要的。在海洋勘察工作前，需要进行路由预选，要预选一条较好的路由，需要收集已有的与路由有关的资料。海洋勘察常出现这样的问题：（1）没有掌握路由海区捕捞渔船数量、捕捞方式、抛锚区域等渔业活动情况，致使路由选择不可靠，造成海光缆被船只捕捞网具和抛锚损坏。这是海光缆故障的主要原因。（2）收集资料不全，预选路由没选好。在勘察时为了节省成本，不愿进行路由改选，造成应该避开的不良地质无法避开，即不是最佳路由。这容易造成海光缆自然外力损坏。（3）由于勘察技术水平有限，测得的数据不准确，造成路由数据不准确，致使施工困难，无法保证质量。（二）设计的“精细性”精确、细致的设计是一个完美工程的开始，技术方案要成熟、路由选择要科学、线路计算要准确、工艺要求要合理、施工方案要周密。在初步设计和施工设计的交叉范围内，初步设计能确定的就一定要明确，否则到施工设计中会产生变数；不能明确的不能过分要求，但要指出问题和可能的解决方案，在施工设计中进一步确定，做好衔接。施工作业是按设计图纸实施的，所以设计是保证工程质量的第二道防线。设计中常出现的问题是：（1）路由选择不合理，造成海光缆在同一位置多次发生故障，不得不改道。（2）保护措施不合理、不到位，使海光缆没有起到保护作业，或过度保护，造成浪费。（3）设计不科学，不能满足施工要求，施工中多次进行设计变更。（三）控制的“轻巧性”海光缆是比较娇气的通信设备，更别说接头盒、分支器、中继器、接驳器等设备了，而且还要在恶略环境下运行二三十年，施工的第一个要求就是要轻拿轻放，海缆落地后最好的效果是各处的残余张力均为零，否则会增加光纤的疲劳度，降低使用寿命。海底光缆海上施工是隐蔽工程，看不见，摸不着，全凭布缆设备准确控制。粗放的施工作业方式，对海底光缆的寿命影响很大，这种影响可能在近期内表现不出来，但时间一长就会出现，最常见的就是光纤疲劳老化，发生断芯。所以规范施工是保证海缆工程质量的第三道防线。（四）落地的“准确性”经详细勘察和精确设计确定的路由应是最优路由，所以在施工时一定要保证海缆准确落在设计路由上，否则前面的努力就白费了，一定要避免设计者殚精竭虑、施工者随心所欲的情况。对于复杂的海底地形，特别是海底陡坡，其“准确性”表现在能否使海光缆准确地伏贴在海床上，而不出现悬空。在陡坡上一旦出现悬空，势必造成海光缆与海底的不断摩擦，时间不长就会损坏。（五）保护的“实在性”特殊地段之所以要保护，正是因为其位置特殊，海缆可能处于高风险状态，所以对其要增加特殊保护，而且要实实在在的保护到位。在实践中也发生过登陆段包封水泥冲落、埋设海缆露出的情况，这可能是海洋活动发生了变化，但也不排除保护工程不到位的情况。（六）监理的“严格性”海缆施工结束后对设计参数完成情况的检测非常困难，应属隐蔽工程一类。海缆施工路由、控制张力、布防速度、埋设深度等问题只有在施工时实时发现、随时纠正，事后再发现已经基本上没有处理办法了，严重影响海缆寿命和施工质量。负责任的监理是保证海缆工程质量的第四道防线（七）资料的“细致性”详细、齐全、保存完好的竣工资料是海缆全寿命维护保障的根本，对工程质量的复查、故障责任的划分、后期维护的支撑都非常有意义。但在实际工作中也经常发生竣工资料不完整、数据记录不齐全、资料保管不到位的情况，人在资料在、人走资料无的情况也时有发生。四、相应对策针对上述关键问题，结合海缆工程的组织实施过程，针对以上情况所要采取的对策是：建设单位科学管理，施工单位认真实现，工程装备全力支撑，工程监理严格核查。应注重解决以下几个方面的问题：（一）开展科学、严格的工程管理如前所述，全面的勘察、精细的设计是一个工程顺利、高质量完成的根本。边勘察、边设计、边生产的做法在一般情况下是不可取的，即便是在特殊情况下，因时间紧、任务重、工期严而要采取超常的管理模式，也应该按科学规律办事，阶段衔接可以紧密，但前后次序、因果关系决不能错，否则会为后期工作留下隐患。（二）培养高素质的施工队伍施工环节是工程设计的实现阶段，成败与否、质量高低最根本取决于人的因素，训练有素、严格要求、技能高超、认真负责的施工队伍是工程成功的首要条件。一个合格的施工队伍要有高质量的施工设备、严格的规章制度、各种工况下的操作规程、周密的事故控制程序、详细的数据和资料采集、流畅的智慧管理架构等。对每一次施工都有详细的施工流程，并贯彻到每一个施工岗位、每一个施工人员，在整个施工期间、各种工况下，每一个施工人员都能随时知道自己应该出现在什么位置、做什么工作、下一步的工作内容。这样才能做到指挥清晰、执行到位、工作高效、减少差错。（三）规范、可靠的工程施工海缆工程的最终完成是通过实际的施工过程体现的，这一过程是施工人员与施工装备协调配合的过程，施工装备就是施工人员手里战斗的武器，是高质量工程的根本物质保障基础，没有合格的施工装备，高质量的工程就是无源之水、无本之木、空穴来风。1根据不同的工程工况采取最佳的控制设备海缆工程工况一般为：定张力布放、定余量布防、手动回收、定深埋设等。海缆布放时一般使用直线式布缆系统（如轮胎式布缆机），具有海缆置入简单（直接侧向置入）、布放速度快（可达6至10节）、中继器接头盒通过方便（可逐对张合轮胎对）、噪音低的优点，而履带式布缆机噪音较大、通过接头盒只能采用挤出方式（单台）；海缆回收一般采用鼓轮式布捞缆机，液压式鼓轮机具有力量大（30至50吨）、大速比范围内稳定工作、无极变速等优点。变频式轮胎机、鼓轮机在低速大扭矩时发热比较严重，不利于长时间工作。埋设时一般使用水喷式埋设机，一般应具有埋设深度大、埋深调节灵活、海缆置入退出方便、水下信息监测齐全的特点。2提高施工控制的精准性和稳定性张力布缆时海缆落地点的张力应尽量小，定余量施工时海缆布放速度和长度应尽量准确。这就要求布放控制设备的张力和速度控制精确、稳定。设备能力应体现在两个方面：一是设备本身控制能力，即能准确实现操作人员的设定状态，又能在工作中保持平滑、稳定；二是在外界环境变化时应能及时进行跟踪调整，以准确实现施工设计要求。在手动操作的条件下，要实现实时跟踪调整操作人员的劳动强度会比较大；相反，自动跟踪则更为合理，操作人员只需设定和监控设备状态，实时跟踪调整交由计算机自动执行，大大降低劳动强度、提高施工控制精度和质量。3对施工参数进行全面、准确、实时的监控海缆施工过程中会产生出大量数据，这既包括施工数据，如：张力、速度、长度、埋深、路由等；也包括施工设备本身工作数据，如：电流、油压、背压、排量、姿态、角度、阀件位置、轮胎转速等。施工数据的作用主要体现在两个方面，一是用于实时判断施工是否符合设计要求，以及时调整设备工作状态和向操作人员发出提示和告警；二是用于施工结束后生成竣工资料，并可对工程状态和质量进行分析，判断是否满足设计要求，对出现和可能出现的故障位置划分责任和必要的及时关注。设备数据则主要用于在施工中实时判断设备状态是否与操作设置相符、各部位状态是否处于正常范围内，便于及时处理故障、避免更大损失。4重视施工过程中的自动化、智能化水平现代海缆工程施工已过了肩背人扛的年代，技术要求越来越高，海缆不能受多余的张力、路由不能有太大的偏差、在海底应精准的贴合，这都是靠人力操控很难实现的，高质量、自动化的施工设备必不可少。自动化、智能化的适度介入一可以保障施工的质量、二可以保证设备的稳定工作、三可以降低操作劳动强度、四可以对可能的操作错误、设备故障进行提前预判，保证施工安全、设备安全、人员安全。5提高施工设备的可靠性和可维性海缆施工只要一开工，每日的成本都是以几十万起步的，任何环节出问题耽误工期产生的损失都是巨大的。而施工设备更是所有环节中的关键，长时间、高强度在恶劣环境下工作，其高可靠性要求是不言而喻的。这就要求海缆施工设备一要在其设计生产阶段就严把质量关，冗余的设计、精选的器件、精密的加工、仔细的安装、精致的调试、严格的烤机都是质量保障不可或缺的环节。设备的可维性是在设计阶段就要充分考虑的，尽量模块化设计，故障时可重新分配负载，退出在线工作时不影响系统工作，迅速维修后可安全及时投入在线工作，使得设备即便发生故障也要尽可能少的影响整个施工工作。（四）发挥工程监理的重要作用监理是保障工程质量的最后一道防线，指望各个工程环节执行单位的自觉即是不合理的也是不合规的，如果把埋设工程做成敷设工程、把定余量工程做成定张力工程，那么既是工程的失败，更是监理工作的失败。做好监理工作就要做到：一是责任意识要强：这是毋庸置疑的；二是技术水平要高：海缆工程环节多、施工环境复杂、突发情况多、实时监测难，如果不是具有丰富海缆工程经验的监理人员，很难做到深入细致、面面俱到；三是力量配置要足：海缆工程进入施工阶段就是连续不间断的工作，环境恶劣、精神紧张、工作强度高，对施工人员和监理人员的精神和体力都是严峻的考验，不配备足够的人员，就不可能执行好监理任务；四是监测工具要全：监理是一项技术工作，很多问题都要靠数据说话，数据的来源和数据的处理就显得非常重要，仅仅依靠施工单位提供的数据有时可能显得不具有足够的说服力。首先施工单位的数据是否充分，其次数据采集方式和分析方法是否经过必要的认证，这都会影响监理的科学性和严密性，进而影响对施工质量的判断。必要的监测工具就是要解决这些问题，如光缆状态参数的全程监测和记录、海缆控制的张力速度的监测、埋设深度的监测、余量控制的监测、路由位置的监测等方面，都需要专门的、合格的监测和记录设备和软件。（五）制定科学、完善的工程标准可以使设计有目标、施工有规范、验收有标准，也是高质量海缆工程的保证。为了规范海缆工程施工，国家和军队出台了多项法规和标准，并不断修改完善，例如：国务院令第27号铺设海底电缆管道管理规定、国家海洋局令第3号铺设海底电缆管道管理规定实施方法、国土资源部令第24号海底电缆管道保护规定、海底电缆管道路由勘察规范、海底光缆规范、军用海底光缆线路工程通用要求等等。这些规范标准的制定，对于保证海缆工程质量起着重要作用。五、结束语海底光缆工程是一项高投入、高风险、高难度的行业，它的成败取决于三个基本条件：一是指挥有方、管理有序、技术过硬、作风优良的专业团队；二是性能可靠、技术先进、使用方便的海缆船及专用布缆设的有机结合；三是良好的作业海况条件。这也是保证工程质量最基本的条件。总的来说，海缆工程说简单也简单，说复杂也复杂。不管什么工程、不管什么要求，只想着能把海缆放下去，能让线路通起来，那海缆工程还是比较简单的，但这是低标准的工程。要想做出高质量的工程，通信质量高、海缆寿命长、后期故障少，这就不是简单可以做到的了。没有建设单位的科学管理、施工单位的认真实现、工程装备的全力支撑、工程监理的严格核查，高质量的海缆工程就几乎是不可能的。