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人有人的电梯，船也有船的电梯，升船机就是船舶电梯~

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作者 | 立心，工程技术从业者

大家都知道，人要上楼，可以选择爬楼梯或坐电梯，那么船舶要翻过大坝，是不是也有多种选择呢？是Yes，也可选择爬楼梯或者坐电梯，这里的“楼梯”指的是船闸，“电梯”自然就是升船机。

我们的三峡大坝除了五级船闸外，就还有一个的升船机。

船舶正在通过三峡升船机

（一）升船机让千吨级巨轮“坐电梯”翻大坝

升船机，顾名思义是为了让船舶顺利通过集中落差航道的通航建筑物。它的功能和船闸一样，但在实现原理上却又存在着很大区别，船闸是通过控制闸内水位升降来实现船舶上下，而升船机是用承船厢载着船舶垂直运动。

通常来说，船闸适用于低水头通航，升船机适用于高水头通航。水头是一种能量单位，即任意断面处单位重量水的能量，一般世界各地都是根据建设位置的水头大小来进行船闸和升船机的建设方案比选，不过，对于长江这样的“黄金水道”来说，大限度保障通航能力，提高运输效率才是为重要的，因此同时设置船闸和升船机也就理所当然了。

目前，升船机分类有很多种，根据承船厢承运船舶的方式，可以分为湿式和干式。湿式就是承船厢装着水，水承载着船，干式则是承船厢直接装着船，不过这种承载方式对船体结构不利，通常只适用于小吨位船舶。

根据承船厢的运行方向，还可以分为垂直升船机和斜面升船机。当然还有不要承船厢的，如法国蒙特西水坡式升船机。

一般来说，升船机都由上闸首、下闸首、承船厢(承船车）、支承导向结构和驱动装置等组成，其中闸首主要是用来隔开上下游航道和承船厢等躯体结构的挡水建筑物，承船厢就是用来承载船舶的主要设备。

和船闸相比，升船机有两个显著优点：

一，几乎不耗水。

升船机都是用承船厢装着一厢水上去然后装着一厢水下来，过程中不用像船闸那样通过水位升降来实现船舶上下，也几乎没有水量损耗，就凭这一点，它特别受水量小的河流和人工运河欢迎。

二，升降时间短。

由于船闸一般需要向闸室（泄水），特别是三峡这种五级船闸，逐级升降耗时较长，全部通过需要3个半小时左右，下行船舶长待闸时间曾达到34小时，对时间就是金钱的运输行业来讲，由此带来的时间和人力成本也不可小视。相比之下，通过三峡升船机，则只需要40分钟左右，时间成本大幅降低，经济效益更高。

（二）升船机的历史，可以追溯至2600多年前

早在公元前600年，古希腊科林斯城邦的国王为了让自家少绕点路，曾在连接伯罗奔尼撒与希腊大陆的科林斯地峡间建造过一条6公里长的航行滑道，这可以看作升船机的初形态。

在工业革命时期，升船机作为一种通航设施及其建造技术的典型代表，得到了长足发展。1788年，英国开特里建造了世界上座机械化升船机，此后，升船机便在欧洲各国“遍地开花”。

进入20世纪后，升船机发展进入快车道，世界各国都新建或者改建了多座大中型升船机，其中标志性工程便是1934 年德国建造的尼德芬诺垂直升船机，该升船机无论规模上还是技术上都达到当时的世界高水平。

在此之后，升船机发展进入全新阶段，规模越建越大，提升高度越来越高，种类越来越丰富。

尼德芬诺垂直升船机

（三）三峡升船机——世界规模大的垂直升船机

三峡升船机布置在枢纽工程的左岸，是三峡工程重要通航设施之一，主要为客船、货船和特种船舶提供快速过坝通道，过船规模为3000吨级，提升总重量约15500吨，大提升高度为113米，是目前世界上规模大、技术难度高的垂直升船机。

作为三峡工程“收官之作”，三峡升船机直至2016年9月18日才试通航，它的建成也大幅刷新了此前由比利时斯特勒比升船机保持的世界纪录，后者的大提升总重量仅为8800吨，大提升高度73米。

在三峡升船机建设以前，国内外从未有过如此巨大的升船机建设先例，因此，对于中国的装备制造和工程建设来说，三峡升船机的建设既是一个巨大挑战，也是一次机会。

曲折的建造史

三峡升船机的建设经历了一段曲折而复杂的过程。

早在1958年，我们国家就开始考虑在三峡工程规划设计中配套建设升船机，当时组织了科研机构、设计单位和大专院校对多种方案进行综合研究分析，在1993年通过的《三峡工程初步设计报告》中，考虑到当时中国的装备制造水平和工程建设能力，推荐采用的是“钢丝绳卷扬全平衡垂直提升式”。

但由于多种原因，在1995年该方案被延缓，并继续开展相关技术研究。后来，经过反复比较研究，在2003年正式确定采用齿轮齿条爬升式方案，这才结束了长达数十年的方案比选历程，并恢复了三峡升船机建设。

设计巧妙的平衡重系统

三峡升船机提升重量达到15500吨，提升高度达到100多米，那运行起来是不是特别费电呢？

不，这个大家伙采用的是和普通电梯类似的平衡重系统，不同的是，普通电梯的对重一般都是按半载设置，即轿厢的载重量达到50%的额定载重量时，平衡重一侧和轿厢一侧达到平衡状态，但三峡升船机却是按满载设置。

其中奥妙就在于，根据阿基米德原理，船舶驶入承船厢后，就会排出同等重量的水，因此承船厢重量几乎不会改变，这时，只需要设置一个同等重量的平衡重，中间用钢丝绳连接，就可以与船厢保持完全平衡。

而且，为了补偿承船厢和平衡重两侧钢丝绳因承船厢升降带来的长度变化进而引起的重量变化，升船机还采用12条平衡链，它们的单位长度重量与256根钢丝绳的单位长度重量相等，从而让两侧始终处于平衡状态。

事实上，驱动设备只需要提供400吨左右的力量，就可让船厢克服误载水深荷载、系统机械摩擦阻力、惯性力和风阻力等实现顺利运行。

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