国内外海洋工程技术的现状及发展趋势

国内外海洋工程技术的现状及发展趋势

海洋工程技术是造船界关注的技术领域之一,世界上现代化的一流船厂都把高新技术船舶与大型海洋工程结构物作为其纲领性产品。海洋工程技术涉及的领域很广，包括海洋发电技术、海洋钻探技术、海水淡化技术、海洋油矿开采技术、海岸风力发电技术、海层探测技术、海洋物质分离技术、海水提炼技术、海洋建筑设计等。海洋发电技术包括：海水发电、海洋风力发电、潮汐发电、温差发电等。海洋钻探技术包括：海洋油井开发、海洋矿石开采等、海水淡化技术包括：太阳能净水、工业净水等。海洋物质分离技术包括：海水金属分离、轻水物质提炼等。能源开发、资源开采等领域海洋工程技术数目众多，未来人类利用和保护海洋是个新新话题。

随着近年来海洋开发“热”的升温，特别是专属经济区资源勘探和开发的实施，海洋工程技术得到了迅猛发展。

——在潜水器技术方面。目前世界上建造的载人潜水器超过160艘，无人潜水器超过1000艘。日本继1989年建成深海6500 米载人潜水器“SHINKAI6500”以后，于1993年又建成了世界上第一艘潜深10000米的无人潜水器，用于深海矿产资源和海洋生物资源的调查研究。经过“七五”和“八五”的工作，我国的潜水器技术有了很大的发展。在无人潜水器方面，某些项目已经达到国际水平；在载人潜水器方面，潜深600米的“7 1 03”深潜救生艇是我国第一艘载人潜水器，还有300米工作水深的“QSZ—II型双功能单人常压潜水装具系统”、潜深150米的鱼鹰I号和双功能的鱼鹰II。综合国内从事潜水器开发的各院校、研究院和研究所的力量，我国已具有开发深海载人潜水器的技术能力。

——在海底管线埋设、检测和维修技术方面。我国海底电缆的铺设已有几十年的历史，第一条国际通讯电缆于1976年完成，1993年成功研制出MG一1型海缆埋设犁，并于同年成功完成中日光缆的埋设任务。上世纪80年代开始，英国SMD(Soil Machine Dynamics Ltd．)公司和Land& Marine Eng．公司建造了不少拖曳式埋设系统。而美国的海洋系统工程公司为AT&T研制的SCA- B号埋设机是一种ROV型(水中航行型)的埋设机。可在1850米深用喷水的方式埋设电缆至地下0．6米，可以取出埋深在1．2米以内的电缆，埋设电缆直径为300毫米。履带爬行自走式、带有不同功能挖掘机构的埋设机是海底管道及电缆的埋设技术的发展趋势。在这种履带车载体上通过更换不同的挖沟机械，装备各种探测设备后，既能在沙泥底中进行埋设作业，也能在软岩底中进行埋设作业；既能铺设又能跟踪、挖掘、检修、复埋；既能在水下，也能在浅滩或滩涂工作。目前，这种自走式埋设机已有20多台。

作为开发海洋资源的一种活动，海洋空间利用已有相当长的历史，最早利用海面空间是两千多年前的海上交通运输。然而直到20世纪60年代，由于海洋工程等技术的逐步提高，以及城市化、工业化的迅速发展，导致陆上用地日趋紧张，使人们更加重视海洋空间的利用。海洋空间资源的开发利用可分为几个方面。第一、生活和生产空间；第二、海洋交通运输；第三、储藏和倾废空间；第四、海底军事基地。

解决海洋空间利用的工程技术问题也是近年来海洋工程界研究的热点。

国外研究现状

(1)超大型浮式海洋结构的研究。

在这方面，目前进行最广泛和深入的是日本和美国。日本于1999年8月4 日在神奈川县横须贺港海面上建成—个海上浮动机场。这个浮动机场于1995年开始研制，它由6块长380米、

宽60米、厚3米的箱型结构焊接而成，上有一条1000米长，最大宽度达120米的飞机起降跑道。这种机场具有很大的军事价值，战时可以作为支持作战飞机的移动基地使用。美国Weidlinger 设计院曾为纽约4号机场设计了FLAIR海上机场方案，面积达6平方公里(3600米×1680米)，包括滑行跑道2条，飞行跑道4条，能够满足包括13747大型客机在内的每小时100架次的起降要求。

(2)海底军事基地。

海洋空间利用的一个重要方面就是海底军事基地的建造，其中包括海底导弹和卫星发射基地、反潜基地、作战指挥中心和水下武器试验场等等。目前，世界上海底军事基地最多的要数美国和前苏联。美国从上世纪60年代就开始制定一系列建立海底军事基地计划，并逐个完成了“海底威慑计划”，“深潜系统计划”、“海床计划”、“深海技术计划”等等。譬如，美国设计的陀螺型“水下居住站”可供5人小分队在2000米深的海底完成持续20天的任务；建在佛罗里达的迈阿密东南50海里海底的“大西洋水下试验与评价中心”可供潜艇和水下武器试验使用。

（3）国外海洋石油工程装置

国外海洋石油工程装置大致是由10～25m水深的驳船式、坐底式钻井平台，发展到自升式、顺应式桩塔(CPT)、张力腿平台(TLP)、半潜式平台浮式生产储油装置、张力腿平台、竖筒式平台(SPAR)、水下井口和柔性立管生产系统(SPS)等的过程，水深已达2 500m以上。其中，半潜式平台、张力腿平台和SPAR平台，由于抗风浪能力强，甲板面和装载量较大，特别是离岸越远、水深越大，越显示其优越性。至2004年底，国外已建成约25座世界上最先进的第五代半潜式钻井平台，钻井的最大水深已超过3 000m。张力腿平台、SPAR平台在国外已广泛应用于深海油气田开发。各种产品已逐渐形成系列，如半潜式平台的“BINGO"系列、“GVA”系列等，张力腿平台的“Seastar”系列、自升式平台的“JU2000”系列(美国Friede&G0ldman公司)

和“CJ50”系列(荷兰GUSTOMSC公司)等。

20世纪80年代，中型自升式平台的升降桩腿，已采用三角形、四方形截面的混凝土结构制成，能用于水深超过60 m，并可减少波浪、潮流等外载荷的作用。

继自升式平台之后又出现了半潜式钻井平台。1962年，美国建成“兰水一号”半潜式钻井平台。1979年2月24日，日本海洋钻井公司在日本新泄省三岛群寺泊町水深127．5 m的海上油气田，也采用了半潜式钻井平台“白龙五号”。

20世纪80年代FPSO有了进一步发展，并开始用新建的FPSO投入海上油气田开发。近10多年来，在种类繁多、竞相发展的海洋石油工程装置中，FPSO与半潜式平台、竖简式生产平台(SPAR)被誉为当今海洋石油开发中非常重要、也是最有应用前景的三大设施，成为海上油田开发的主流方式。其中FPSO更是海洋石油开发装备中最耀眼的“明星”，并广泛用于英国北海、东南亚、南中国海、两非、巴丙、澳大利亚、中东等海域。据《Offshore》统计，截止2003年8月全世界投入运行和在建的FPSO为119艘。从现有的119艘FPSO分析：旧油船改装65艘，占总数54．6％；新建53艘，占44．5％；l艘不详。从现有119艘FPSO的DWT来看，5万吨以下有12艘；5～10万吨有21艘；10～15万吨有38艘；1 5～20万吨有ll艘；20～25万吨有3艘；25万吨以上有24艘；另有10艘吨位不详。其中20万吨以上超大型FPSO占22．7％。据不完全统计(截止2003年9月底)，近年来世界船厂共接获FPSO 订单l1艘，20万吨以上的就有4艘，占45％。近年来FPSO进一步向LPGFPS0、LNGFPS0、FSRU、FPDSO等形式发展。

（4）深海作业平台。

随着海上油气资源的开发不断向深海发展以及其他深海资源开发的兴起，深海作业平台成为海洋工程界的热点之一。即将投入使用的URSA 张力腿平台的工作水深将达1250米，然而这些深水平台技术复杂，造价十分昂贵。因此，当前世界各国都致力于开发新型的深水平台，以降低造价。这方面的研究工作，美国处于前列。例如，美国提出一种“新一代移动式海上钻井装置——带可回收重力基础的浮力腿平台”的设计方案。该方案将甲板及上部设备支撑在一个很长的单圆柱浮