2019年4月11日，李克強總理與克羅地亞總理一起遠程操控海洋高新園區(qū)企業(yè)上海雄程海洋工程股份有限公司旗下“雄程1號”打樁船為佩列莎茨跨海大橋打下一根鋼管樁。此新聞受到世界媒體的廣泛關(guān)注。作為船舶領(lǐng)域的小眾船型，打樁船也進入了人們的視野。從目前來看，隨著對能源資源需求的不斷增長以及陸地資源的逐步緊缺，人類活動不斷向海洋延伸，世界各國紛紛把海洋作為獲取能源資源和發(fā)展經(jīng)濟的重要方向，通過海洋油氣開發(fā)、海上風(fēng)電開發(fā)、港口碼頭建設(shè)、跨海大橋建設(shè)等發(fā)展向海經(jīng)濟。經(jīng)略海洋，裝備當(dāng)先。伴隨著海洋工程建設(shè)快速發(fā)展，打樁船已成為海洋工程建設(shè)中不可或缺的重要基礎(chǔ)裝備，發(fā)展空間也在不斷擴大。
發(fā)展現(xiàn)狀
海上打樁作業(yè)一般由大型起重船或平臺作為載體，利用其上的起重機通過液壓錘吊打方式進行海上風(fēng)電高樁承臺樁、導(dǎo)管架樁以及大型橋梁樁基等施工。例如，荷蘭“Seaway Yudin”號和“Seaway Strashnov”號起重船，在裝配液壓打樁錘后都曾用于海上石油導(dǎo)管架平臺和海上風(fēng)機安裝的打樁作業(yè)。隨著大型海上樁基礎(chǔ)施工作業(yè)的增多和施工環(huán)境的變化，專業(yè)化的打樁船開始興起，現(xiàn)用的打樁船主要由起重機、船體、樁腿和樁靴、抱樁機以及升降系統(tǒng)等組成，船體為鋼箱型結(jié)構(gòu)，在甲板的端部裝有打樁架，可前俯后仰以適應(yīng)施打斜樁的需要，打樁船一般為非自航船，用推（拖）輪牽引就位。
20世紀(jì)70年代，我國開始從海外進口打樁船以滿足市場需求。新世紀(jì)以來，我國和東南亞地區(qū)海上工程建設(shè)項目日漸攀升，南海、東海的油氣開發(fā)，海上風(fēng)電場建設(shè)、跨海大橋、港口碼頭建設(shè)等，都需要大型打樁船提供基礎(chǔ)支撐，因此我國打樁船的設(shè)計建造能力也獲得了快速提升。2003年，中交三航局投資建成國內(nèi)第一艘樁架高度超過90米的樁架式打樁船。此后，一些工程公司相繼建造或引進了多艘超大型打樁船，以滿足大型碼頭、跨海大橋工程建設(shè)的需求。2014年，上海雄程船舶工程有限公司建造了當(dāng)時亞洲最大的打樁船“雄程1號”，船長78米，型寬36米，型深6.2米，樁架高度128米，最大能施打直徑5米、單樁重量450噸的鋼管樁。2018年，招商局重工開始為中交三航局建造能適應(yīng)外海惡劣海況下施工要求的130米打樁船。
表1 部分打樁船的主要情況
海上打樁工程施工難點之一是樁柱的安裝。將直徑3～8米重達500～2000噸甚至更大的樁柱插入泥線以下，即所謂“打樁”，不僅需滿足樁柱的吊高、吊重和位置的要求，還要保證樁柱的垂直度，即垂直于海平面。值得注意的是，因為抱樁機是安裝在船體上，因此要求船體在打樁全過程不能移動，過去曾用拋錨絞車來穩(wěn)定船體，但由于它是柔性系統(tǒng)，無法保證船體固定不動，不適用于打樁作業(yè)，已被淘汰。
從目前來看，保證船體穩(wěn)定性的方式主要有兩種，一是將打樁船自身帶有樁靴的樁腿深深插入泥中使其在海上風(fēng)浪涌襲擊下保持穩(wěn)定，二是打樁船的船體（中空浮體）“座底”，即下船體（中空浮體）坐在水下泥層面上，由泥層和下船體承載船的重量并依靠與泥層的摩擦力以及同時插入泥中的小樁（無樁靴）保持水平方向的穩(wěn)定。由于船體座底后會引發(fā)水下泥土表層荷載發(fā)生新變化等一系列問題，因而當(dāng)前世界上仍普遍采用可抬離水面的插樁式打樁船，以在施工過程中來穩(wěn)定船體自身。
然而，插樁式打樁船雖能較好的實現(xiàn)打樁作業(yè)，但作業(yè)程序復(fù)雜嚴(yán)格。一方面，在插樁時，每只樁腿插到位后，仍需經(jīng)過加載“預(yù)壓”工序以保證它有高度可靠的地基承載能力，而船體本身重量（即便注水）往往不足以同時對四只樁腿完成預(yù)壓，常使用對角壓載（同時只壓兩只樁腿），這對船體結(jié)構(gòu)強度提出很高要求，增加了船體結(jié)構(gòu)重量。并且，樁靴對地基條件要求較高，一般會座落在海底以下數(shù)十米；另一方面，打樁作業(yè)時樁靴往往被十幾米厚砂土覆蓋，拔樁時要借用船體的浮力，只能逐只進行拔樁，這都會嚴(yán)重影響打樁施工效率。
為切實提高打樁作業(yè)效率，上海振華重工近年來在總結(jié)多艘插樁式打樁船設(shè)計建造經(jīng)驗的基礎(chǔ)上研發(fā)設(shè)計了新型座底自升式打樁船，該型船取消了樁靴，并且增加了下浮體。在漂浮狀態(tài)時，下浮體收入船體之內(nèi)，既可以短程調(diào)遣也可以拖帶遠航，在打樁時，仍由安在下浮體上的四只腿，將它抬離水面4～5米，以減小風(fēng)、浪、涌對船體的沖擊。未來，預(yù)計取消插拔困難的樁靴后的新型打樁船運用到實際工程項目后，或?qū)⒋蠓鹊靥嵘a(chǎn)效率，大大提高其市場競爭力和經(jīng)濟效益。
運營市場格局
目前，全球打樁船船隊的區(qū)域分布較為集中，其中船隊規(guī)模前三甲的國家分別是美國、中國和新加坡，市場份額分別為21.5%、11.1%和11.1%。另外，日本、荷蘭、印尼、意大利和阿聯(lián)酋等國家也擁有較為可觀的打樁船數(shù)量。從具體的船東來看，美國的General Construction、Bisso Marine、Manson Construction和Broussard Brothers，印尼的Indo Straits以及中國的振華重工均是全球主要的打樁船船東。
從船隊的船齡結(jié)構(gòu)來看，當(dāng)前全球在役的打樁船的平均船齡為32年，其中船齡在20年以上的打樁船數(shù)量為170艘，占船隊總規(guī)模的65.1%；船齡在10年以下的打樁船數(shù)量為55艘，占比達21.1%。由此可以看出，當(dāng)前投入運營的打樁船船隊老齡化嚴(yán)重，并且隨著海上施工條件和人類開發(fā)活動范圍的不斷變化，老舊船舶的打樁作業(yè)能力難以與實際市場需求匹配。
圖1 全球打樁船船東國家分布情況
表2 全球打樁船船東船隊排名情況
建造市場格局
圖2 全球打樁船船隊船齡結(jié)構(gòu)
20世紀(jì)80年代以前，全球打樁船建造市場基本由歐洲、美國和日本等國家和地區(qū)主導(dǎo)。在這一時期，我國對于打樁船的裝備需求主要通過海外進口來滿足。伴隨著我國海洋油氣開發(fā)項目、筑港工程任務(wù)的增多，我國船廠開始進入打樁船設(shè)計建造領(lǐng)域。特別是本世紀(jì)以來，在政府力推海洋經(jīng)濟發(fā)展的背景下，我國打樁船的設(shè)計建造能力不斷增強，并達到了國際領(lǐng)先水平。2018年6月，江蘇大洋海裝為上海雄程海工開工建造130米大型打樁船，這是在原128m打樁船的基礎(chǔ)上進一步提高技術(shù)水平，再一次刷新世界記錄并占領(lǐng)打樁船技術(shù)新高度。從打樁船建造業(yè)績來看，中國、美國、日本、新加坡和荷蘭等國家均有顯著的打樁船建造業(yè)績。其中，中國和美國多為本國船東訂單，日本和新加坡打樁船需求量較小，多承接國外船東訂單。
從主要船廠的建造業(yè)績來看，中國的振華重工、美國Todd SY、荷蘭Rotterdam、Droogdok、日本Kanrei Zosen KK和新加坡F.E.-Levingston SB等船廠均建造了數(shù)量較為可觀的打樁船。從目前的手持訂單情況來看，全球共有三艘打樁船在建，分別由招商局重工（江蘇）、江蘇大洋海裝和韓通船舶重工負(fù)責(zé)建造，并且均為國內(nèi)船東，這將使我國海洋工程基礎(chǔ)施工能力得到進一步提升。
圖3 全球打樁船建造船廠國家分布情況
表3 全球打樁船主要建造船廠業(yè)績排名情況
隨著國際油價的穩(wěn)步回升，海洋油氣開發(fā)熱情得到持續(xù)修復(fù)，并且全球能源消費結(jié)構(gòu)向清潔化發(fā)展趨勢明顯，海上風(fēng)電扮演的角色愈發(fā)重要，港口碼頭和跨海大橋的修建也不斷改善著海運和陸路交通條件，由此帶來的海洋工程項目建設(shè)活動勢必增加。打樁船作為支撐海洋工程建設(shè)的重要裝備，或?qū)⒂瓉硪粋€新的發(fā)展機遇期。對于我國而言，在能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級背景下，國內(nèi)海上天然氣資源開發(fā)力度不斷加大，海上風(fēng)電項目建設(shè)也不斷提速，催生了大量打樁船的市場需求，同時隨著“一帶一路”倡議的深入推進，中國裝備走出國門的機會越來越多，中國已然成為世界打樁船市場格局中重要的一極。
