“禹龙”号潜水器亮相，可搭载工程师近距离“问诊”大坝
水库大坝是保障国家水资源安全的重要基础设施。我国现有水库9.8万多座。其中，大型水库近800座，坝高100米以上超过200座，高坝大库安全运行极为重要。
突破100米级深水大坝安全保障技术壁垒，研制一款小型化载人潜水作业平台为大坝做水下“体检”，是国家重点研发计划“重大水利工程大坝深水检测及突发事件监测预警与应急处置”项目的目标之一。
（禹龙号在四川锦屏一级水电站进行试验）
“4年多来，我们先后完成了‘禹龙’号大坝深水检测载人潜水器的方案设计、总装建造、联合调试和水池试验，并在三个不同坝型的水库进行了示范性应用试验，共完成水下20多次巡检作业任务。其中，在四川锦屏一级水电站进行的试验中，最大下潜作业深度超过200米。”“禹龙”号潜水器项目负责人、南京水利科学研究院原副院长蔡跃波介绍。
12月5日，在雅砻江锦屏一级水电站召开的专家咨询会上，以中国工程院院士张建云为组长的专家组一致认为，“禹龙”号潜水器的研制，首次实现了水利水电行业深水复杂环境载人潜水检测装备从0到1的突破，攻克了大坝深水检测载人潜水器多项关键技术，实现了专家实时诊断大坝复杂病害的目标，为高坝大库安全维护与处治决策提供了装备技术保障。
搭载工程师近距离“问诊”大坝
上世纪80年代末，参与山东临沂一处大（2）型水库除险加固的经历，令水利部原副总工程师庞进武记忆尤新。
当时，专家根据经验判断该水库的防渗材料有问题导致漏水，要将水放空后进行处理。没想到，水放完后，却发现并不是防渗材料的问题。
“你想想，临沂是一个缺水地区，白白放掉大量水库水，下游两年的灌溉都会成问题。如果当时有载人潜水设备带专家下水进行检测判断，可能情况就不一样了。可以说，‘禹龙号’潜水器的研制成功，为大坝深水检测带来了一个突破性的技术手段和装备。”庞进武指出。
（“禹龙”号在浙江汤浦水库进行试验）
大坝水下检测技术进展，也一直是国家能源局大坝监察中心总工张秀丽关注的重点之一。实际工作中，她和同事们经常会碰到的一个难题是，无人潜水器（ROV）或者潜水员下潜拍回的照片，不一定是大坝工程师真正需要的，而懂大坝的工程师往往又不会潜水。
“多年来，我一直有个梦想，希望能有载人潜水设备搭载大坝工程师去大坝水下进行现场诊断，这将极大有助于相关问题的解决。经过现场观摩，我们看到‘禹龙’号实现了在大坝深水环境下载人潜水检测的目标，这对大坝检测来说无疑是一个重大的跨越，为行业打造了一项重器。”张秀丽说。
令专家们倍感欣喜的“禹龙号”潜水器，长4.7米，宽度和高度都在2.4米左右，总重6.6吨，是一种可搭载两位成员的潜水器，设计最大潜水深度为300米。
“‘禹龙号’具有90度开角的大直径球冠型观察窗，极大提高了观察视野及检测效率，搭载有专用的清洗及示踪工具，同时可模块化搭载三维成像、三维激光测距等作业工具，非常适合进行高坝大库的检测等工作。”“禹龙”号总设计师、中国船舶集团第七O二研究所研究员王磊介绍。
破解大坝深水环境载人深潜多项难题
为什么要研制“禹龙”号潜水器，研制中攻克了哪些技术难题，是蔡跃波经常会被问到的问题。
蔡跃波指出，下潜水深并不是大坝深水检测载人潜水器研制面临的核心难点，真正复杂困难的在于大坝水下环境水面狭窄、建筑物结构复杂、水体能见度低、泄引水建筑物附近水流速高。此外，从运输条件看，大坝检测载人潜水器只能通过铁路、公路运输，必须小型化、轻型化。
（“禹龙号”在浙江汤浦水库进行试验）
在大坝深水环境下发现大坝可能存在的缺陷，并对缺陷进行定性定量的检测面临诸多困难。蔡跃波指出，在大坝深水环境下实现精准水下定位，防止碰撞坝体；低能见度的情况下清晰识别观察目标，进行检查和定量探测；大幅提升抗高速水流能力，进行悬停作业，都是“禹龙”号潜水器研制过程中面临的技术难题。
由于水库大坝建筑物会对声音产生强烈反射，仅靠传统的声学定位方式难以满足大坝深水检测载人潜水器的定位需求。为破解大坝深水环境下定位难题，“禹龙”号潜水器项目团队，采用惯导、声学定位、浮标定位与物理标定相结合的多信息融合技术，形成一套组合式定位装置，实现精确定位。
“此外，从作业能力看，用于大坝检测的载人潜水器要进行坝面清扫淤泥、喷墨示踪、激光测距等工程作业，其中一些精细化的操作对潜水器的作业工具提出了较高要求。”蔡跃波说道。
开展不同坝型大坝水下检测示范应用
从2016年正式立项开始，“禹龙”号潜水器项目先后完成了方案设计、初步设计、详细设计、总装建造、联合调试、水池试验，在2020年6月进入到水库试验阶段。
在真实水库环境条件下检验潜水器全系统及设备功能和人员操作适应性，是“禹龙”号潜水器研制过程中的重要一环。
（“禹龙号”在浙江汤浦水库进行试验）
位于浙江绍兴的汤浦水库是“禹龙”号潜水器进行水库试验的第一站。汤浦水库大坝是一座面板坝，即用面板作防渗体设在上游坝面的土石坝。
根据试验要求，项目人员在汤浦水库开展基于面板坝的潜水器布放与回收试验。蔡跃波介绍，项目团队在汤浦水库进行了动力、姿态、导航、声呐探测、水下观察、通信、水下清理及缺陷探测示踪等多功能、多性能试验，试验结果达到预期目标，为后续深水环境试验与示范应用积累了经验。
（“禹龙”号在浙江新安江水电站进行试验）
顺利完成水库试验“首秀”后，“禹龙”号潜水器在浙江新安江水电站开展了基于重力坝的潜水器水下作业试验。重力坝是由混凝土或浆砌石修筑的大体积档水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段组成，主要依靠坝体自重来维持稳定。
2020年11月，“禹龙”号潜水器迎来了更大的挑战，在雅砻江锦屏一级水电站开展大深度示范性应用试验。锦屏一级水电站大坝最大坝高305米，是目前世界上最高的双曲薄拱坝，蓄水深度超过200米。
“11月12日，我和主驾驶员、702所高级工程师沈丹一起，搭乘‘禹龙’号潜水器下潜至200.7米深度，基本达到所在坝段的最底部，在该深度处完成了水下定位、附着物清理、喷墨示踪、激光测距等作业任务。继面板坝、重力坝试验之后，又完成特高拱坝示范应用，充分表明“禹龙”号潜水器适应能力广、作业能力强。”蔡跃波介绍。
针对“禹龙”号潜水器的后续研发，专家建议，进一步完善大坝深水检测成套技术研发，尽快形成装备标准化，促进成果的推广应用；加强水下检测与修补加固搭载工具与关键技术研发，提升智能化水平，进一步拓展“禹龙”号潜水器功能。、
（科技日报记者 唐婷）