时光流入2021年，新冠疫情呈现反扑之势，我们又得宅家防疫，能不外出就不外出。现实世界里的旅游不去了，清闲之际，步入电脑影像世界，重逛以前去过的地方，捎带做一些整理。昨天，“逛”到广州城，看到城里著名的地标建筑广州塔，看到朋友们日游花城、夜游珠江时与广州塔的留影，倍感亲切。
这座总高600米的国内第二高塔，其塔身造型由底部平面椭圆形，向上逐步收缩，并且逆时针旋转，转了135度，扭成454米高的“纤纤细腰”，其柔性美一扫世界高塔们的刚性形象，人称“小蛮腰”，我看应该誉为高塔女神才对。 我对这位女神的亲切感，不仅因为曾多次偕友观瞻过，留下美好印象，更因为作为广州塔钢结构施工方上海建工集团机施公司的一员，参加了它那高156米、重2000吨的天线桅杆安装过程，使其雄峙于454米高的主塔顶上，达到610米的高度；后来又参加了将其高度调整为600米的过程。这些经历，都是有故事的，今天就浅忆其中最令我难忘的一个故事“粗手如何做细活？” 2）下段由塔式起重机组装在主塔顶部，称为组装段，长75米，重约1360吨； 3）上段拼装于组装段的空芯筒里，称为提升段，长92米，重约640吨； 5）提升设备将提升段垂直提升，抽出组装段的空芯筒； 6）提升段升到设计标高位置，根部与组装段固接，天线桅杆安装完成。 天线桅杆的提升设备是计算机同步控制的液压提升系统，由1座总控室和4组提升器组成，每组提升器包括5台50吨液压千斤顶和1台液压泵站，总提升力1000吨。计算机控制液压提升系统在动力车间做调试和检测。右面是20台液压千斤顶，左面是4台液压泵站及其分控箱，后面远处是总控室 ▲529米高的天线桅杆组装段顶部，设置了提升平台，布置了液压提升系统（GZ3D仿真系统截图）▲ 天线桅杆的提升历时三天，第一天提升23.5米，第二天提升27米，第三天提升15米。2009年4月25日，累计提升65.5米的天线桅杆精确到位，垂直度为1/5000，顶端偏移量20-30mm，完全符合设计要求。 在话说第一天的意外之前，先说说天线桅杆三天提升的总体情况：天气状况不太理想，提升设备也有少许故障。第一天小雨，冒雨提升，期间发生工地突然断电1次、泵站故障1台次、锚具检测器故障2件次；第二天中雨，冒雨提升，期间发生泵站故障1台次、锚具检测器故障2件次；第三天大雨转中雨，上午因风速大于17米/秒，超过了7级风，不提升；下午风速降到10米/秒，相当于5级风，开始提升前发现，因防雨措施不到位，液压千斤顶的缩缸限位开关全因大雨进水而短路（干燥后恢复正常），1个长度传感器损坏。 其实，对于钢结构现场施工来说，这些都是“家常便饭”，自有应对预案和备份配件，因此提升施工的全过程还是比较顺利的。然而在第一天提升约15米时，发生了意料之外的情况。 当时发现提升段上升时，与组合段内腔的导轮可能碰擦（导轮用于防止提升段抽出组合段时“卡轨”以及抗倾覆），原因是提升段的水平偏移大了，侧向一边，显然是计算机同步控制没有跟上。于是立即停机，通过“单点调整”修正了提升段的姿态，消除了累积偏差。 我意识到“老革命遇到了新问题”，回看控制系统记录的各项施工数据后，明白了问题的症结所在。那在现场是不可能马上解决的，便启用应对预案，在电脑自动控制的同时施加人脑干预，由总控室许勇在各吊点累积偏差增大时，在控制屏上对电脑输出信号进行微调，将“电脑自动驾驶”改为“人机协同驾驶”，使提升得以继续进行。 与此同时，我将这一意外情况和自己的判断，报告了提升总指挥吴欣之（时任上海建工集团副总工、广州塔项目技术负责人），他问我是否可以通过修改控制软件来解决问题，并决定将偏差控制目标由吊点高差改为吊点负载。 当时，我是该提升的副指挥和计算机组组长，虽然发生问题的原因在硬件而不在软件，但是通过软件来弥补也是可行的，而且控制软件就是我设计编制的。于是便承担了软件修改工作，当天晚上下班后，在宿舍里一直干到凌晨三、四点钟。
组合段空腔里的提升段下部 ▲
查看提升段根部底锚的安装情况 ▲
组合段空腔里的提升段上部 ▲
提升总控室被吊运到主塔顶部平台上 ▲
布置在主塔顶部平台上的提升总控室 ▲
提升总控室的工作情形，左为总控室“正驾驶”王云飞，右为总控室“副驾驶”许勇，控制台上是计算机控制系统分屏显示器和控制板。上部大屏幕是天线提升三维仿真监控器 GZ3D ▲
在叙述第一天问题的症结之前，先科普一下计算机同步控制的基本原理。 用计算机对多个对象进行同步控制，同步的指标可以是它们的行程、速度、高度、负载，等等。计算机不断地通过传感器，检测各个对象的这些指标，了解它们偏差多少；偏差超限时，通过算法，决定如何纠偏，纠偏的幅度是多少；接着通过输出电路，发出相应的电信号给这些对象，改变它们的状况，过快的就放慢，过慢的就加快，从而消除或减少偏差，使它们同步。 如果把计算机比作人的话，传感器就是眼睛，算法就是头脑，输出电路就是手脚。眼睛看清偏差大小，头脑决定纠偏方式，手脚做出相应的纠偏动作。 如果头脑决定的纠偏量是一，但手脚又粗又大，一动就是十倍、二十倍的幅度，那可怎么纠偏？ 提升第一天意外情况的原因就在这里。本次提升器采用变频控制，算法根据提升实际工况得出的最小纠偏量是±0.1Hz，可是变频器输出的单位增量却是±2Hz，20倍。也就是说，在这里，纠偏是细活，对应的却是粗手，要么不动，一动就是一大把，粗手怎么干细活？ 明白了问题的症结所在，面临的却是“只有粗手”的现状。造成这一现状有诸多原因。一、本提升采用泵站变频控制，虽然这并非新技术，但我们是首次应用，缺乏经验，竟用有级变速。我曾多次提出要无级变速，未果，如果当时坚持成功，那就可以精细控制，就是“巧手”而非“粗手”了（有了此次教训，后续工程变频器全都改用无级变速）。二、自1996年东航双机位机库工程开始，经过十多年的实践，我们对计算机控制钢结构整体安装技术已是驾轻就熟，这次有点大意了，事先没有做带载动态试验，如果做了，就会发觉有级变速是不适用的，2Hz的调节量也太大了。（想当初，有说 5Hz也可以的，真要那样，岂止是粗手！） 现在，不是“箭在弦上”，而是“箭已射出”，提升已经开始了，再要在硬件上将“有级变速”改为“无级变速”，难了，也就是说，面对细活，只有粗手，怎么办？ 我突然灵机一动，想到计算机上常用的“分时”方式。如果将一个液压行程的时长分为若干时段，部分时段纠偏，部分时段不纠偏，不就等效于缩小纠偏量了吗？例如，半数时段输出 2Hz，半数时段不输出，那么就整个行程来说，就是 1Hz了。考虑到液压行程的时长会随油缸速度而变化，而长度却是相对不变的，便改用“分程”的方式，将一个行程分为若干小段，再行分配。 真是“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”，我立刻在控制软件里增设“液压增益”功能，将液压行程分为4段，可以分别做1段、2段、3段的2Hz纠偏，等效于0.5、1.0、1.5Hz的增益，粗手可以尝试做细活了。 也许有人会说，你胆子真大，现场实施过程中也敢改软件，万一改错了，或者此处改的影响他处，出现“跷跷板”怎么办？这个我是早有准备，在编程时采用了面向对象、模块化等方法，每个局部的变量都与全局隔离，类似船舶隔舱效果，杜绝“跷跷板”，而且每次修改全部完成后，都做全程测试，确保万无一失。 第二天凌晨四点，我合上笔记本电脑，躺下，合眼……七点钟就从床上一跃而起……到了提升现场后，向吴总汇报了软件修改情况，更新了总控站和各分控站PLC（下位机）程序，请许勇在控制台监控器（上位机）的人机界面上做了相应修改，然后进行全套空载测试，确认安全无误后才开始天线桅杆的提升。 在提升中，新增的液压增益功能发挥了作用，计算机同步控制正常运行，第一天发生的控制系统超调、欠调现象很少再出现。但是“四分程”将最小调节量由2Hz等效缩小为0.5Hz，看来还不够，所以提升过程中我们还是盯着监控屏幕不敢松懈，惟恐再出现较大偏差。第二天晚上，我进一步修改软件，将“四分程”改为“八分程”，最小调节量进一步等效缩小为0.25Hz，第三天提升的同步控制效果非常好，全程“自动驾驶”，完全不用人工干预了。 在第二、三天提升时，还根据吴总指示，将吊点高差控制改为吊点负载控制（控制系统设置有多种控制方式，因此这一变动无需改软件，只需在监控屏上改变系统设置就可以了）。由于天线桅杆的结构是左右前后对称的，四组提升器的负载是均等的，再加上雨天条件下负载传感器比长度传感器可靠，因此改用负载控制，同步效果更好。 粗手终于做成了细活。第三天在风速平均12.8m/s、间歇达到16.8m/s的情况下，提升中的天线桅杆仍然保持着很好的垂直度，提升负载偏差<=0.3Mpa，提升高度偏差<=3mm，提升速度也从第一天的3.3米/小时，第二天的4.4米/小时，提高到4.6米/小时。以下三图清晰地反映了这三天提升质量分别是一般、好、很好，现场风速则是相反：小、中、大。 第三天还遵照吴总的要求，在控制软件中增加了“点动提升”功能，用于天线桅杆提升完成后的定位微调。天线桅杆的定位工作非常顺利，桅杆垂直度1/5000，顶端偏移量20-30mm，完全符合设计要求。注：广州塔天线桅杆提升安装的成功，是项目部全体同事的共同成就，本文只是笔者个人经历的回忆，难免错漏，更不能代表该项目的全部情况，特此说明。
吴欣之总指挥和同事们在总控室观看分析天线提升实况 ▼
天线提升控制系统的监控界面 ▼
天线提升的三维仿真监控器GZ3D，由上海机施公司和威英软件公司合作研发 ▼
天线桅杆提升中的广州塔 ▼
天线桅杆提升完成的广州塔 ▼
天线桅杆提升完成，总控室同事欢呼庆祝 ▼
上海建工集团领导视察总控室 ▼
广州塔天线桅杆安装就位仪式 ▼
广州塔天线桅杆安装成功的庆祝宴会 ▼
广州塔业主方领导和上海建工吴欣之副总工在庆祝宴会上致词 ▼
附注：
