[科普中國]-海洋工程

主要內(nèi)容學(xué)科簡介

海洋工程指的是應(yīng)用海洋基礎(chǔ)科學(xué)和有關(guān)技術(shù)學(xué)科開發(fā)利用海洋所形成的一門新興的綜合技術(shù)科學(xué)，也指開發(fā)利用海洋的各種建筑物或其他工程設(shè)施和技術(shù)措施。

世界海洋工程與科技發(fā)展所呈現(xiàn)的海洋開發(fā)技術(shù)和設(shè)備不斷進(jìn)步，并推動海洋資源全面開發(fā)利用，海洋能源開發(fā)利用己成為各海洋國家發(fā)展的重要支柱，而海洋生物資源開發(fā)一直是世界各國競爭熱點，海洋污染控制和防范也受到國際社會的高度關(guān)注，海陸關(guān)聯(lián)工程與技術(shù)在現(xiàn)代海洋開發(fā)中發(fā)揮著越來越重要的作用。1

學(xué)科內(nèi)容海洋開發(fā)利用的內(nèi)容主要包括：海洋資源開發(fā)（生物資源、礦產(chǎn)資源、海水資源等），海洋空間利用（沿海灘涂利用、海洋運輸、海上機場、海上工廠、海底隧道、海底軍事基地等），海洋能利用（潮汐發(fā)電、波浪發(fā)電、溫差發(fā)電等），海岸防護、海洋建設(shè)及勘測等?！昂Ｑ蠊こ獭边@一術(shù)語是20世紀(jì)60年代開始提出的，其內(nèi)容也是近二、三十年以來隨著海洋石油、天然氣等礦產(chǎn)的開采，逐步發(fā)展充實起來的。按海洋開發(fā)利用的海域，海洋工程可分為海岸工程、近海工程和深海工程，但三者又有所重疊。

學(xué)科起始海洋工程始于為海岸帶開發(fā)服務(wù)的海岸工程。地中海沿岸國家在公元前1000年已開始航海和筑港；中國早在公元前306～前200年就在沿海一帶建設(shè)港口，東漢(公元25～220)時開始在東南沿海興建海岸防護工程；荷蘭在中世紀(jì)初期也開始建造海提，并進(jìn)而圍墾海涂，與海爭地。長期以來，隨著航海事業(yè)的發(fā)展和生產(chǎn)建設(shè)需要的增長,海岸工程得到了很大的發(fā)展，其內(nèi)容主要包括海岸防護工程、圍海工程、海港工程、河口治理工程、海上疏浚工程、沿海漁業(yè)工程、環(huán)境保護工程等。但“海岸工程”這個術(shù)語到20世紀(jì)50年代才首次出現(xiàn)，隨著海洋工程水文學(xué)、海岸動力學(xué)和海岸動力地貌學(xué)以及其他有關(guān)學(xué)科的形成和發(fā)展，海岸工程學(xué)也逐步形成一門系統(tǒng)的技術(shù)學(xué)科。

從20世紀(jì)后半期開始,世界人口和經(jīng)濟迅速膨脹，對蛋白質(zhì)、能源的需求量也急劇增加，隨著開采大陸架海域的石油與天然氣，以及海洋資源開發(fā)和空間利用規(guī)模不斷擴大，與之相適應(yīng)的近海工程成為近30年來發(fā)展最迅速的工程之一。其主要標(biāo)志是出現(xiàn)了鉆探與開采石油(氣)的海上平臺，作業(yè)范圍已由水深10米以內(nèi)的近岸水域擴展到了水深300米的大陸架水域。海底采礦由近岸淺海向較深的海域發(fā)展，現(xiàn)已能在水深1000多米的海域鉆井采油,在水深6000多米的大洋進(jìn)行鉆探，在水深4000米的洋底采集錳結(jié)核。海洋潛水技術(shù)發(fā)展也很快，已能進(jìn)行飽和潛水，載入潛水器下潛深度可達(dá) 10000米以上，還出現(xiàn)了進(jìn)行潛水作業(yè)的海洋機器人。這樣，大陸架水域的近海工程（或稱離岸工程）和深海水域的深海工程均已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出海岸工程的范圍，所應(yīng)用的基礎(chǔ)科學(xué)和工程技術(shù)也超出了傳統(tǒng)海岸工程學(xué)的范疇，從而形成了新型的海洋工程。

結(jié)構(gòu)類型海洋工程的結(jié)構(gòu)型式很多，常用的有重力式建筑物、透空式建筑物和浮式結(jié)構(gòu)物。重力式建筑物適用于海岸帶及近岸淺海水域，如海提、護岸、碼頭、防波堤、人工島等，以土、石、混凝土等材料筑成斜坡式、直墻式或混成式的結(jié)構(gòu)。透空式建筑物適用于軟土地基的淺海，也可用于水深較大的水域，如高樁碼頭、島式碼頭、淺海海上平臺等。其中海上平臺以鋼材、鋼筋混凝土等建成,可以是固定式的，也可以是活動式的。浮式結(jié)構(gòu)物主要適用于水深較大的大陸架海域，如鉆井船、浮船式平臺、半潛式平臺等，可以用作石油和天然氣勘深開采平臺、浮式貯油庫和煉油廠、浮式電站、浮式飛機場、浮式海水淡化裝置等。除上述3種類型外,近10多年來還在發(fā)展無人深潛水器，用于遙控海底采礦的生產(chǎn)系統(tǒng)。

安全檢驗海洋環(huán)境復(fù)雜多變，海洋工程常要承受臺風(fēng)(颶風(fēng))、波浪、潮汐、海流、冰凌等的強烈作用，在淺海水域還要受復(fù)雜地形，以及岸灘演變、泥沙運移的影響。溫度、地震、輻射、電磁、腐蝕、生物附著等海洋環(huán)境因素，也對某些海洋工程有影響。因此，進(jìn)行建筑物和結(jié)構(gòu)物的外力分析時考慮各種動力因素的隨機特性，在結(jié)構(gòu)計算中考慮動態(tài)問題，在基礎(chǔ)設(shè)計中考慮周期性的荷載作用和土壤的不定性，在材料選擇上考慮經(jīng)濟耐用等，都是十分必要的。海洋工程耗資巨大，事故后果嚴(yán)重，對其安全程度嚴(yán)格論證和檢驗是必不可少的。

海洋資源開發(fā)和空間利用的發(fā)展，以及工程設(shè)施的大量興建，會給海洋環(huán)境帶來種種影響,如岸灘演變、水域污染、生態(tài)平衡惡化等，都必須給予足夠的重視。除進(jìn)行預(yù)報分析研究，加強現(xiàn)場監(jiān)測外，還要采取各種預(yù)防和改善措施。

分類海洋工程可分為海岸工程、近海工程和深海工程等3類。

海岸工程海岸工程（coastal engineering）：自古以來就很受重視。主要包括海岸防護工程、圍海工程、海港工程、河口治理工程、海上疏浚工程、沿海漁業(yè)設(shè)施工程、環(huán)境保護設(shè)施工程等。

近海工程近海工程（offshore engineering）：又稱離岸工程。20世紀(jì)中葉以來發(fā)展很快。主要是在大陸架較淺水域的海上平臺、人工島等的建設(shè)工程，和在大陸架較深水域的建設(shè)工程，如浮船式平臺、移動半潛平臺（mobile semi-submersible unit ）、自升式平臺(self-elevating unit)、石油和天然氣勘探開采平臺、浮式貯油庫、浮式煉油廠、浮式飛機場等項建設(shè)工程。

深海工程深海工程（deep-water offshore engineering）：包括無人深潛的潛水器和遙控的海底采礦設(shè)施等建設(shè)工程。

由于海洋環(huán)境變化復(fù)雜，海洋工程除考慮海水條件的腐蝕、海洋生物的污著等作用外，還必須能承受地震、臺風(fēng)、海浪、潮汐、海流和冰凌等的強烈自然因素，在淺海區(qū)還要經(jīng)受得了岸灘演變和泥沙運移等的影響。

環(huán)境保護國家海洋局2013年10月下發(fā)通知進(jìn)一步加強海洋工程建設(shè)項目和區(qū)域建設(shè)用海規(guī)劃環(huán)境保護有關(guān)工作，要求海洋工程建設(shè)項目必須在海洋環(huán)境影響報告書中明確實現(xiàn)零污染的有效措施，否則將一律不予核準(zhǔn)。

據(jù)介紹，該通知要求各級海洋部門認(rèn)真審查海洋工程建設(shè)項目環(huán)境影響報告書，不得將項目化整為零，不得越權(quán)審批。海洋工程建設(shè)項目必須符合海洋功能區(qū)劃，不符合海洋工程區(qū)劃關(guān)于海洋環(huán)境保護要求的一律不予核準(zhǔn)。海洋工程建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)采取有效措施，做好污染物處置工作，實現(xiàn)建設(shè)項目零污染。對于各類開發(fā)區(qū)內(nèi)需要新建項目的，應(yīng)當(dāng)對原有污染源進(jìn)行治理，做到增產(chǎn)不增污。

通知同時提出，要嚴(yán)格審查區(qū)域建設(shè)用海規(guī)劃中的環(huán)境影響專題篇章。通過區(qū)域建設(shè)用海規(guī)劃實施整體開發(fā)的開發(fā)區(qū)，應(yīng)當(dāng)對區(qū)域內(nèi)的排海污染物進(jìn)行集中收集處理，杜絕直接排放入海。環(huán)境影響專題篇章中應(yīng)當(dāng)明確區(qū)域污染物排放總量削減規(guī)劃和實施方案，明確污染物減排數(shù)量、目標(biāo)、時間表以及污染物減排責(zé)任，確保實現(xiàn)污染物減排目標(biāo)。國家海洋局對未實現(xiàn)區(qū)域污染物減排目標(biāo)的地區(qū)，將建立實施海洋工程限批制度。

國內(nèi)現(xiàn)狀全球海洋工程裝備市場需求正在復(fù)蘇，到2020年前年均需求將高達(dá)約500億美元。面對這一機遇，專家認(rèn)為中國應(yīng)盡快解決產(chǎn)品低端化問題，提升核心實力，搶占國際市場。

從全球能源需求、供給及油價走勢等因素來看，海工裝備市場前景可期。未來全球鉆井平臺、生產(chǎn)平臺和海洋工程船等海工裝備的需求市場廣闊，預(yù)計2014－2020年，全球海洋工程裝備市場年均市場需求額約為500億美元。

著眼于巨大的市場空間，中國近幾年加快了海洋工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐。以自升式平臺為例，截止2014年中國訂單已躍居全球第一位，占比超過30%，而在2006年時占比還只有7%，詳見《中國海洋工程行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》。

不過專家認(rèn)為，海洋工程行業(yè)具有產(chǎn)品要求可靠性高，技術(shù)門檻高，資本密集程度高等特點。目參考前中國海工產(chǎn)品研發(fā)仍處于整個高端產(chǎn)業(yè)鏈的低端環(huán)節(jié)。從海工產(chǎn)業(yè)分層來看，由上自下依次是金融企業(yè)、配套服務(wù)企業(yè)、核心設(shè)備企業(yè)、以及船廠企業(yè)。中國海工行業(yè)里多數(shù)是造船廠，接觸海洋工程金融和服務(wù)的不多。

中國主要生產(chǎn)自升式平臺和三用工作船、平臺供應(yīng)船等海工輔助船，自主研發(fā)、工程設(shè)計和創(chuàng)新能力相對薄弱，核心技術(shù)和高端設(shè)計缺失。

從鉆井平臺價值分布情況看，鉆井設(shè)備及其他設(shè)備價值占到60%，此外還有原材料、勞動力及利潤空間。必須牢牢掌握鉆井設(shè)備和其他設(shè)備自主生產(chǎn)和研發(fā)能力，否則僅僅人力成本上漲就會將利潤蠶食殆盡。

向附加值更高的服務(wù)領(lǐng)域延伸是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路。中國首先應(yīng)充分鞏固已涉足海工領(lǐng)域，如船體制造，然后向高端產(chǎn)業(yè)升級。在產(chǎn)業(yè)升級的基礎(chǔ)上，再向創(chuàng)新研發(fā)能力和提高服務(wù)保障能力的價值鏈兩端延伸。未來，在暫未涉及的全新領(lǐng)域，逐步填補國內(nèi)空白點。

在由船廠、核心設(shè)備企業(yè)、技術(shù)咨詢服務(wù)企業(yè)和金融企業(yè)組成的海工設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈“金字塔”中，金融企業(yè)無疑處在“金字塔”的最頂端。中國還需借鑒倫敦為代表的發(fā)達(dá)國家航運金融發(fā)展經(jīng)驗，走以金融為核心帶動產(chǎn)融結(jié)合發(fā)展的模式，構(gòu)筑系統(tǒng)海洋金融業(yè)。2

利用前景隨著我國深海戰(zhàn)略的推進(jìn)，將給我國油氣開發(fā)和海洋工程裝備帶來龐大的市場需求。海洋工程裝備—自升式鉆井平臺國家綜合標(biāo)準(zhǔn)化示范項目的中心任務(wù)，是將自升式鉆井平臺建造過程中自主創(chuàng)新技術(shù)成果及時轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)成果，實現(xiàn)科研攻關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)研制和產(chǎn)業(yè)示范同步。3

建設(shè)海洋強國需要繁榮的海洋經(jīng)濟作支撐，而發(fā)展海洋經(jīng)濟需要擁有大量先進(jìn)的海洋工程裝備。當(dāng)前，國家已將海洋工程裝備制造業(yè)納入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。4

報告顯示，2011年全球海洋工程裝備市場新訂單達(dá)到690億美元，同比增長130%。

對于南海深水油氣開發(fā)，需要國家及企業(yè)的共同努力。國家投資及專項支持，為海洋工程裝備企業(yè)提供了市場起步的重要機會，同時，海洋工程裝備企業(yè)應(yīng)抓住機遇，快速提高鉆采水平。

隨著中國能源結(jié)構(gòu)的改變和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格，海洋工程行業(yè)將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。國內(nèi)優(yōu)秀的海洋工程建設(shè)企業(yè)愈來愈重視對海洋工程產(chǎn)業(yè)市場的研究，特別是對企業(yè)發(fā)展環(huán)境和需求趨勢變化的深入研究。正因為如此，一大批國內(nèi)優(yōu)秀的海洋工程企業(yè)迅速崛起，逐漸成為海洋工程產(chǎn)業(yè)中的翹楚！3