我国海洋水下工程技术的发展与展望_张国光

我国海洋水下工程技术的发展与展望_张国光 第31卷第6期 2009年6月舰 船 科 学 技 术 SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYVol.31,No.6 Jun.,2009 我国海洋水下工程技术的发展与展望 张国光,薛利群,董建顺,张延猛 (上海交通大学海洋水下工程科学研究院,上海200231) 从阐述海洋水下工程技术的概念内涵着手,评估了国内外海洋水下工程技术的发展状况,并依据对摘 要:我国海洋水下工程技术的需求和研发资源的分析,提出了未来10年我国海洋水下工程技术的研发重点和若干建议。 关键词: 海洋工程;水下工程技术;潜水技术 中图分类号: P75 文献标识码: A 文章编号: 1672-7649(2009)06-0017-10 DOI:10.3404/j.issn.1672-7649.2009.06.001 Thedevelopmentandoutlookofoceanunderwaterengineeringandtechnolo gyinchina ——————————————————————————————————————————————— ZHANGGuo-guang,XUELi-qun,DONGJian-shun,ZHANGYan-meng(InstituteofOceanUnderwaterEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200231,China)Abstract: Presentedinthispaperistheconnotationandconceptofoceanunderwaterengineeringtechnology.Theauthorevaluatethedevelopmentstatusofoceanunderwaterengineeringandtechnologyathomeandinternational,andaccordingtotheanalyzeofthedemandforoceanunderwaterengineeringtechnologyandR,DresourcesinChina,putforwardtheR, DfocusandrecommendationsforChina soceanunderwaterengineeringandtechnologyinthenext10years. Keywords: oceanengineering;underwaterengineering;underwatertechnology;divingtechnology 理医学。还有新兴的近海工程、海洋工程、海底工程、 海洋技术、水下技术和潜水与高气压医学等。“狭义的”水下工 程技术,也就是目前海洋工程学术界通常所指的、围绕海底资源(油气 资源,其他矿产资源)开采、海洋水下空间利用,以及救助打捞施工而形 成的有关设计建造和施工作业技术。一般又可从“开采海底资源(油 气资源或其他海底矿产资源)、利用海洋水下空间及救助打捞所必需 的外部条件———设备及设施的设计制造、建造(即水下工程)”和“实 现这些水下设备和设施正常工作(及救助打捞施工)的必要保证——— ——————————————————————————————————————————————— 施工作业(即水下技术)”2个方面来理解“水下工程技术”的专业内涵。 现代水下工程技术所涉及的学科体系、专业体系,以及与实现水下设备、设施正常工作之施工作业 [1-2] 有关的潜水和水下作业的基本内容体系。显而易见,无论是“广义”的划分,还是“狭义”的定义,水下工程技术的核心都是潜水技术和水下作业技术。 1 海洋水下工程技术领域概况 1.1 水下工程技术的专业范畴体系 水下工程技术是海洋工程技术和海洋高技术的一个重要组成部分。近年来,随着科学技术的发展和进步,在国外先进工业国家中(如:美国、英国、法国、挪威、日本和俄罗斯等),不但与水下工程技术理论相关的基础研究已迅速发展,而且水下工程技术的应用范围和领域也越来越广泛。可以说,“水下工程技术”是一个古老而又新兴的技术领域。从其专业范围及特征来看,通常有“广义的”和“狭义的”水下工程技术2种定义方法。 “广义的”水下工程技术,将在水面(江、河、湖、海)以下进行的工程、作业及相关技术都视之为本专业所属的业务范围。因此,其范围相当广泛。从学科分类上看,广义的水下工程技术包括了常规的:土木工程、船舶工程、机械工程、电气工程、石油工程和生 收稿日期:2008-12-02;修回日期:2008-12-22作者简介:张国光——————————————————————————————————————————————— (1957-),男,副研究员,主要从事水下工程技术及潜水作业安全研究。 ?18? 舰 船 科 学 技 术第31卷 潜水技术可分为有人潜水和无人潜水两大类(图1)。其中,有人潜水技术包括潜水生物医学、潜水装具装备和水下作业技术;无人潜水技术主要是无人遥控潜 水器(ROV)和自主式水下运载器(AUV) 。 的一系列的生理医学和安全问题。一些潜水技术较先进的国家开展了一系列生物医学实验,进行了以增加潜水深度和延伸有效作业时间为方向的研究,提高 潜水员向大深度海洋进军的能力。同时,在工程技术上解决了潜水设备系统、作业母船、深潜水装具之后,终于使潜水技术出现了划时代的飞跃。 从事这方面工作的研究机构,除了西方有关国家的海军机构之外,还有美国杜克大学医学中心,以及其他一些民间研究机构。当今世界上著名的综合性水下工程技术研究开发实验机构,大多都是在那一时期相继成立的。比如: 1962年,美国杜克大学医学中心霍尔实验室成立,并率先开展了一系列饱和潜水实验研究,其中影响较大的研究有为探索305m以深三元气的潜水价值而进行的“大西洋(Atlantis)”系列潜水实验(1979,1986),曾创下人类潜水深度686m的世界 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 。1970年10月,日本政——————————————————————————————————————————————— 府在横须贺组建了日本海洋技术中心(Jamstec),该中心于次年8月在水深30m的海底压力舱内进行了代号为“Saetopia计划”的实海实验,接着又开展了一系列有关潜水和水下作业 图1 潜水作业技术简易分类树型图 Fig.1 Simpleclassificationtreeofdivingoperationtechnology 技术的研究和实验。 1972年,德国造船及航运原子能利用有限公司(GKSS)在黑尔格兰岛建造了当时世界上最早的水下实验室。 1976年,挪威在卑尔根建立了挪威水下技术研究所(NUI),这是一家非盈利性的国家级海洋水下工程技术科研机构,主要从事旨在为海洋开发服务的水下生理、医学及有关工程设备和作业装备等方面的科研工作。到80年代初,该所得到了挪威船级社、挪威国家技术基金会和三大著名石油公司的资助,扩建为规模更大的挪威水下技术中心(NUTEC)。 1978年,德国造船及航运原子能利用有限公司(GKSS)又成立了专业从事海洋开发水下装备和潜水技术研究的格斯塔赫特水下模拟实验室(GUSI),并结合“水下技术研究发展计划”设计建造当时世界上技术最先进、规模最宏大的饱和潜水模拟系统。该系统的全套设备包括:压力舱系统和作业训练水池。其中压力舱的工作实验压力为:载人舱6MPa,设备舱10/20MPa,结构特征为8舱11室布置,可与潜水钟或应急转运设备相对接。水下作业训练池基本尺度为15m×6m×5m,水温范围2,32?,最大水流速度1m/s。GUSI的饱和潜水模拟系统及设施于——————————————————————————————————————————————— 20世纪80,GK1.2 世界水下工程技术的发展状况 水下工程技术是伴随着海军建设、海洋石油开 发,以及世界范围内科学技术发展和进步,而逐渐发展确立起来的一门新兴的应用技术科学,主要由潜水技术和水下作业技术2方面组成。 潜水作为水下工程技术的重要组成部分,其出现可以追溯到数百年之前。但是真正意义上的水下工程技术的形成和发展,则主要是在20世纪中叶。当时,二战结束后各国发展经济急需解决能源问题,因此出现了石油勘探和开采由陆地向海洋推进的壮丽篇章。20世纪50年代,在北美洲的墨西哥湾浅海水域发现了极具开采价值的大油田;60年代,欧洲北海水域也勘探出大油气田。海洋油气资源的开发,遇到了许许多多陆地油气开采所从未遇到过的复杂问题。为探索并寻求解决这些问题的答案,解决海洋油气勘探、生产实践中所遇到的具体问题,各国与海洋开发有关的研究机构便如雨后春笋般地涌现出来。1)有人潜水技术和装备。从世界水下工程技术的发展历程来看,20世纪60,70年代水下工程技术的研究重点围绕着解决海洋油气勘探生产中的水下 第6期张国光,等:我国海洋水下工程技术的发展与展望 ?19? 界上最著名的潜水与海洋水下工程技术研究机构之一。 法国海洋技术公司(COMEX)高气压中心从20 世纪60年代起,就在法国政府及海军的资助下,开始进行一系列——————————————————————————————————————————————— 系统的大深度潜水实验研究。其中,1992年11月进行的氢氦氧混合气实验历时42天,3名潜水员在680m停留了3天,其中1名潜水员巡潜深度达到了710m,并在这一深度停留了3h,创下了氢氦氧饱和潜水680m-巡潜710m的世界记录。这是迄今为止人类进行的深度最大的饱和潜水实验。 2)常压潜水系统。研究表明,潜水员从事有效的潜水作业深度很难超过400,600m。为了适应海洋开发水下施工对潜水技术的需求,常压潜水系统的研究和使用应运而生。在单人常压潜水系统中,最典型的代表就是JAM型、WASP型和SPIDER型等带缆单人常压铠装潜水服(ADS)和Mantis型系缆单人常压潜水器。21世纪初,美国Oceaneening公司利用WASP形单人常压潜水系统与大功率作业型无人遥控潜水器(ROV)配合,在645m水深切除受损的海底管段,安装Smart接头,成功地完成直径8英尺海底管线的维修作业。目前,单人常压潜水系统的最佳潜水深度一般在150,600m。 据不完全统计,20世纪70年代末至80年代初,为了开展潜水及水下作业技术装备的研究和开发,世界各国纷纷投入巨资,相继建造了80多套实验模拟系统。最高压力在3MPa以上的深海潜水模拟舱群就有30多座。其中,载人舱的最高压力达到17MPa(加拿大国防与民用环境医学研究所,DCIEM),动物舱的最高压力30MPa(英国牛津大学),设备实验舱的最高压力156MPa(日本海洋技术中心,Jamstec)。 可以说,从20世纪60年代中期至90年代的近30年里,是世界潜水技术发展最快的一个时期。目前,常规潜水技术和装备都已达到了——————————————————————————————————————————————— 一个相当成熟的阶段。常规空气潜水的最大作业深度为60m左右,氦氧常规潜水能够完成深度为60,150m(较多在120m以浅)的各项水下作业任务。对于潜水深度更大、水下工作时间更长的深海潜水作业任务,则通常采用饱和潜水技术。 3)无人潜水技术。从20世纪70,80年代初期,由于欧洲北海油气资源的开发,迫切需要解决水下勘探、采油生产及输送等生产实际问题。而当时人们对于人类在水下的承受能力尚认识不足,在生产实,手段。为了创造一个与水下环境相类似的实验条件,先后成立的水下技术实验研究机构纷纷筹建高气压舱群,开展有关人体生理学研究及水下作业技术装备的开发和实验。与此同时,也开始开发无人遥控潜水器(ROV),但由于受技术条件的限制,无人遥控潜水器的应用非常有限。从潜水及生理学的角度看,20世纪70年代为解决潜水员高压神经综合症(HPNS),开展了深入的生理学研究,并提出了一些预防措施。但对于深度大于457m的潜水,仍然无法控制高压神经综合症对潜水员的影响。 20世纪90年代以来,世界深潜水技术已从有人潜水技术的研究,转向无人遥控潜水技术及装备的开发。围绕这一开发热点,有关水下自动焊接技术、作业级无人遥控潜水器、遥控海底开沟机的研究项目不断取得进展。如:由SSOL公司为Statiol公司开发的“潜水员辅助深水管道连接系统”,作业水深600m,从水面作业船上的控制室内通过无人遥控潜水器界面进行控制、操作。该系统1997年初通过海上试验,并投入使用。与此同时,用于墨西哥湾深水海域,能在8级海况下发送——————————————————————————————————————————————— 下水,并在2000m深海进行作业的钻井支持用无人遥控潜水器———“Clansman”号,也竣工交货,并投入海上作业。 在ROV技术不断发展和成熟的同时,其重要分支领域———水下开沟机械和海底电缆维修潜水器也有了长足发展。尤其是20世纪90年代以来,各种先进的海底开沟机械竞相研制,并投入工程应用。 4)大深度无人采油技术。20世纪80年代,世界海上油气资源的开发,已随着南美洲巴西沿海(大西洋)油田的发现,开始向更大深度挺进。从油气勘探到生产、输送,整个过程都必需在数百米水深下进行。这样的深度,几乎超出了当时人们的生理适应能力及认识水平。潜水及海洋工程界,一方面继续探索大深度潜水(300,686m)条件下的安全作业问题,如美、法、英等国家相继开展了许多大深度饱和潜水实验,围绕水深450m左右展开研究,以期解决450m以浅有人水下施工作业问题;另一方面,针对海底油气资源的生产,先后开发了一系列无潜水员辅助(Diverless)的海底油气生产系统(包括遥控海底采油树、管汇中心以及水下油气分离生产设施等)。还开发了在大深度条件下进行海底管道施工的开沟机械和海底管道自动连接、焊接和安装系统等。这些设施都可通过ROV进行操作,从而促进了ROV技术的发展OV。 ?20? 舰 船 科 学 技 术第31卷 近年来,随着世界性原油价格上涨和需求的增加,国外石油巨头纷纷将目光投向深海油田的开采。以墨西哥湾为例,水深在1000m以上的超深海油田 ——————————————————————————————————————————————— 项目犹如雨后春笋。同时,大洋矿产资源(多金属结核、富钴结壳等)开发、新的能源———可燃冰(CH)的发现,都已引起人们的关注。海底采4?H2O矿由近岸浅海向较深的海域发展,现已能在水深1000m的海域钻井采油,在水深6000多米的大洋进行钻探,在水深4000m的洋底采集锰结核。这就对水下工程技术提出了更高的要求。可以预见,将来从调查、勘探到开采作业,大深度潜水技术将具有广阔发展前景。 如今,在大深度(1000m以上)情况下,ROV与自主式水下运载器、载人潜水器联合作业,已成为当今深海作业(包括深海救助打捞及深海资源开发)的一种重要手段。 1.3 我国水下工程技术能力水平评估1.3.1 作业能力 我国常规空气潜水技术,无论是作业深度、作业能力,还是医务安全保障,均已达到较高的水平。如:20世纪70年代后期打捞日本沉船“阿波丸”的潜水作业,应用吸氧水面减压法实海48,69m潜水13604人次,减压病发病率仅0.59%;80年代中期,进行了5000m高海拔30,50m空气潜水模拟实验和海拔4442m的西藏羊卓雍湖空气潜水现场实验,以及2008年完成的“南海一号”古船整体打捞作业,累计潜水作业3016人次,减压病发病率相当低。这些都体现了我国常规空气潜水已具有较先进的水平。 在大深度饱和潜水方面,国内先后引进、建造了10余套饱和潜水设备系统,并进行过多次氮氧、氦氧及氦氮氧饱和潜水实验,跻身于世界大深度饱和潜水研究先进国家行列。2006年12月,交通部上海打捞局在南海番禺油田进行了96m氦氧饱和—103.5m巡回潜水工程作业。——————————————————————————————————————————————— 12名潜水员在深海高压环境中生活了390h,共出潜28人次,在深海中工作时间长达126h,完成油田油管更换任务,潜水深度达到103.5m,实现了我国氦氧饱和潜水从模拟试验转化为实海作业的飞跃,标志着我国饱和潜水作业商业化的开始。 载人潜水器研制方面,经过20多年的努力,解决了一大批关键技术,其主要技术水平已赶上国际先进水平,形成了二所三校一厂(沈阳自动化所,702所,,,昌造船厂)为主要的科研格局,培养了一大批中青年科技队伍。我国最新研制的“7000m载人潜水器”(HOV)已完成水池实验。应该说,我国已基本具备了研制各种不同类型载人潜水器的能力。 近年来,我国ROV研制和应用也已取得了较大的进展,许多机构都能研制开发多种观察型或轻作业型ROV。从国外引进的作业型ROV也已在海上钻井支持服务方面得到了很好的应用,与国外的差距正在缩小。 1.3.2 技术装备 目前,我国已具备开发、研制常规潜水装具、装备及饱和潜水设备系统的能力,但国产潜水服的总体质量及穿着舒适性尚有待提高,潜水员高压转运舱(HUP)、高压救生舱(HRC)的开发尚未开展。国内潜水装具、装备的整体技术水平,仅相当于国外20世纪70年代末和80年代初的水平。国内先后开发的潜水员水下液压作业工具,在通过水下实验之后,基本上未能投入大规模生产和应用。从国外引进的一批水下作业机具,也未经消化、配套和完善,国产化程度相当低。 ——————————————————————————————————————————————— 在水下检测技术装备方面,国内自行研制的各种水下电视、水下照明及声呐系统等均已投入工程应用。但是,海上搜救打捞所需的新型水下搜索、观测系统的研究还没有开展,航道和码头建设施工用的水下测量、定位系统的开发也未跟上。国内水下施工机械设备尚处于相当落后的局面。水下自动焊接、水下整平机械、水下开沟机等施工设备的研制开发与国外相比差距较大,还无法满足国内港口码头、筑路建桥、石油开采和国防建设的需要。 在工程船舶方面,我国拥有远东最大的浮吊船———2500t级的“大力号”等一批大型救捞工程船。但是船龄老化、设备陈旧,缺乏中型配套工程船舶,无法形成系列作业能力,仍是当前急需解决的问题。另外,国内在动力定位饱和潜水作业母船(作业水深300m)方面,与世界水平的差距较大。1.3.3 科学研究 我国从20世纪80年代中期起,建造了多套用于潜水实验研究的大深度饱和潜水模拟舱群,并建成了具有国际先进水平的“水下环境条件模拟实验室”,为开展水下工程技术科学研究创造了很好的条件。迄今,已取得的科研成果主要有:大深度饱和潜水技术的实验研究,高海拔潜水技术的实验研究,海洋生, 第6期张国光,等:我国海洋水下工程技术的发展与展望 2)海底矿产勘探 ?21? 研究,ROV的研制,水下技术装备(图像声呐、水下电视、水下作业工具、水下照明、水下通讯设备等)研制,水下施工工艺、水下检测技——————————————————————————————————————————————— 术研究等。其中,许多 科研成果获国家、省(市)部级科技进步奖。 沿海国家的专属经济区和大陆架之外的国际海底区域,总面积2.517亿km,是人类共同继承遗产, 有丰富的多金属结核、钴结壳、多金属硫化物、天然气水合物资源、深海生物基因资源。国际上,深海采矿技术研发从1972年开始,经过30年的开发研究,技术日趋成熟。迄今美、日、加拿大、德、法等国已提出了多种开采 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,诸如液压提升式、气压提升式、链斗提升式,深潜器开采等,作业深度为5000,6000m。我国大洋国际海底多金属结核资源勘查活动始于20世纪80年代。1991年3月获准在联合国登记为大洋国际海底先驱投资者,获得了位于北东太平洋15万km的国际海底多金属结核资源的开辟区。到20世纪90年代,完成“区域放弃”工作,优选出7.5 2 万km的矿区,并且正在进行钴结壳和深海生物基因的调查研究工作。 近年来,人类又在大洋海底发现了一种新的能源———“可燃冰”,这是一种天然气水化合物,在海底高压及低温条件下形成透明的结晶状态。据统计,全世界海底蕴藏量约为18000×1012m,相当于目前已知古生物能源载体所含碳的2倍,人类可开发利用200年。目前,世界海域内已有118处直接或间接发现了可燃冰,其中15个地区获得实物样品。中国南海海底有大约650亿吨的“可燃冰”带,能源总量估计相——————————————————————————————————————————————— 当于中国石油总量的一半。中国是继美国、日本和印度之后第4个通过国家级研发计划采到可燃冰实物样品的国家。但到目前为止,世界上还没有哪个国家能把这些藏在海底的宝贝开采出来。 勘探开发国际海底区域需要多种深海科学技术,包括:深海调查探测技术,深海地质、深海矿物学和勘探技术,深海采矿技术,潜水医学和深潜技术,深海生物科学和基因技术,深海矿物加工技术等。但是,我国在深海高新技术与装备方面与国外相比有着很大的差距,现在所使用的勘查仪器设备大多进口,对国外核心技术高度依赖,可以说国家整体科技实力制约了深海技术的提高。将来,从调查、勘探到开采作业,大深度潜水技术将具有广阔发展前景。 3)海上救助打捞 交通运输部救助打捞系统是目前我国惟一的国家专业救助打捞力量,担负着我国沿海水域海上救生、船舶财产救助、沉船沉物打捞清障、海上消防、海上溢油的应急清除和其他海上交通运输以及海洋资[4-8]3 2 2 2 我国海洋水下工程技术的需求和研发资源 2.1 未来10年我国国民经济相关产业的发展背景 毫无疑问,水下工程技术是伴随着世界范围内的科学技术发展和进步而逐渐发展确立起来的一门新兴的应用技术科学。作为海洋高技术的一个重要组成部分,水下工程技术的应用前景必然越来越广泛。——————————————————————————————————————————————— 我国水下工程技术的主要应用领域为:海洋油气开发、海底矿产勘探、海上救助打捞、海上隧桥建造、深水海港码头施工,以及水库和水电站大坝的潜水服务和水下技术支持。 1)海洋油气开发 我国海洋工业始于20世纪60年代末期,最早的海洋石油开发起步于渤海湾地区,该地区典型水深约为20m。80年代初,开始大规模的海上钻探和开采,在南中国海的勘探和生产水深范围为100m左右。近年来,我国已重新调整了海上石油的开采权,除中海油之外,中国石油和中国石化也已开始向深海进军,并加快了南中国海水域的油气资源勘探开发,这一海域的水深在500,2000m。据报道,2006年在琼东南盆地水深1500m处开钻了第一口深水井,水深界于300,2000m之间,面积达3965km。目前,国家已将“南海深水油气勘探开发关键技术及装备”列为“十一五”海洋技术领域“863”计划重大项目之一。 截至2008年初,我国已有海上石油设施:固定式平台242座,移动式平台37座,海上浮式生产储存和卸油船(FPSO)16艘,单点系泊装置(SPM)2个,海底管线2450km;在建的海上石油设施有:固定式平台16座,移动式平台8艘,FPSO4艘,人工岛2座,海底管线188km。 据介绍,今后5年内我国将有1200亿元的投资用于海洋石油开发,海上石油的开发和开采将进入新的高潮期 [3] 2 。这将给我国潜水及水下工程技术的发 ——————————————————————————————————————————————— 展带来新的机会和挑战,如何应对这一挑战,提高我们潜水人员的技术和管理水平及高性能的设备配备,打破海外潜水公司对我国海洋水下工程市场的垄断地位,振兴我国潜水及水下工程技术,是我们应该重 ?22? 舰 船 科 学 技 术第31卷 安全、保护国家和人民的生命财产、履行国际海上安全义务发挥着重要作用。 随着我国的改革开放及经济发展,未来我国水路 运输将持续增长,港口、海峡、水道和内河干线的船舶交通流量和交通密度将进一步增加,水上交通安全事故的风险增大,交通安全的压力巨大。国家已将海空立体救助体系建设列为交通部“十一五”期间要着力办成的大事之一。根据国家水上交通安全监管和救助系统规划,到2020年,以我国沿海和长江干线水域为重点,基本建立全方位覆盖、全天候运行、具备快速反应能力的现代化水上交通安全监管和救助体系。人命救助有效率大于93%,重点水域一次溢油综合清除控制能力达到1000t,沉船整体打捞吨位达到8万t,水下救援打捞深度达到300m,重大抢险打捞的水下作业深度、沉船整体打捞吨位和打捞周期都将达到世界先进水平。 为了适应我国国民经济和航运事业发展的需要,接近和赶上国际先进水平,我国的救助打捞事业必需要有一个大的发展。在加强沿海救助站点建设和船舶装备配备的同时,快速深水搜寻、打捞和水下作——————————————————————————————————————————————— 业技术及装备的引进、研究和开发,能实施300m饱和潜水作业、具有动力定位系统的多功能潜水工作母船的配置,以及潜水、打捞和水下工程的管理、学术、技术和作业高级人才的培养,都是必不可少的 4)海上隧桥建造 [9] 设备,以及长距离跨海隧道的水下施工作业经验。 5)深水海港码头建设 国民经济的发展,必然带动交通水运建设需求的 不断增长。展望2020年,我国沿海港口将拥有生产性泊位2000个,其中深水泊位1200个,总吞吐能力达到20亿t。从发展趋势看,今后我国沿海港口的建设将由近海岸线施工向远离海岸线的深水区域发展,其中深水码头将占泊位总数的60%,70%。 当前,深水筑港施工需要解决的重点问题是:?远距离、高精度定位与测量技术;?深水基础处理和监测技术;?大型预制构件的加工与水下安装技术;?新型筑港 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的开发和应用;?水下基床及结构检测监控技术。航道工程领域的主要问题是:?大中型疏浚船舶依赖于进口,企业难以承受;?小型疏浚船舶缺乏 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化和系列化,未能形成科学合理的国产挖泥船系列;?缺乏先进的航道水下自动测量定位系统,疏浚挖泥精度难以提高,无形中增加了航道疏浚费用;?缺乏无人遥控疏浚机械装备,无法对码头、水闸、堤坝及其他疏浚船舶难以接近的水下结构物附近进行疏浚清淤。上述这些问题不解决,势必影响水运工程建设的顺利进行。 ——————————————————————————————————————————————— 6)水库电站大坝 我国是世界上大坝最多的国家,共有8.6万座大坝,占世界的50%。据不完全统计,我国最大高度在100m以上的大坝已有53座。而目前在建和计划开工建设的高坝中,高度超过200m的大坝已有:湖北清江水布垭面板堆石坝(233m)、青海拉西瓦拱坝(250m)、云南溪洛渡混凝土双曲拱坝(273m)、云南小湾混凝土双曲拱坝(293m)、四川锦屏一级拱坝(305m)等。这一大批大型水电站,在经过若干年的运行后,均会出现不同程度的大深度水下结构冲蚀、磨损等问题。因此,其大深度水下结构的保养维护及应急事件的处置均会带来新的问题。提高我国水电站大坝的大深度水下工程检测、维修及施工质量和技术创新水平,应对可能出现的意外事件,具有积极的现实意义。 2.2 未来10年我国水下工程技术的应用需求 纵观上述情况,未来10年我国经济建设对水下工程技术的实际需求,主要集中在如下几个方面。 1)大深度有人潜水技术 实践表明,无论是海上油气资源开发、海底矿产勘测、海上救助打捞,还是隧桥、港口、深水码头建设,,。 跨海大桥、海底隧道的建造,可以跨越交通运输线路中的天然障碍,大大缩短运输距离,提高运输效率和经济性。在过去的10年间,上海东海大桥、杭州湾大桥、青岛海湾大桥、澳门西湾大桥、舟山朱家尖海峡大桥等先后建成通车。随着国家经济建设事业的发展,今后10余年间,如琼州海峡(最大水深75,105m)、渤海海峡(最大水深83m)、——————————————————————————————————————————————— 台湾海峡(厦金桥隧,最大水深70,160m)等水域内的一大批跨海桥梁、隧道工程建造项目的上马,既为我国水下工程技术的发展带来难得的机遇,同时也对水下工程技术 [10] 提出了更高的要求和挑战。 目前,国内桥梁水下基础施工中的主要问题有:缺乏深水基础施工机械、装备和检测手段,大体积水下混凝土浇灌施工技术不成熟,深水桥基施工后钢围堰的拆除,仅靠潜水员水下人工切割,不但作业效率较底,而且作业潜水员的安全亦受到一定程度的威胁。同样,在海底、水底隧道建造方面,目前主要是缺、 第6期张国光,等:我国海洋水下工程技术的发展与展望 ?23? 不开大深度潜水技术。可以预见,在未来的5,10年内,深度在300m以内的潜水技术的应用,将成为一种非常重要手段。同时,随着我国海上水下工程实践 的深入,解决水深450m左右的水下作业任务的挑战,也将被提到议事日程上来。 因此,未来10年里大深度潜水技术的应用及其配套装备的研究将是一个重要方面。目前,解决60m以浅的常规空气潜水、120m以浅的混合气潜水,国内所掌握的技术已相当成熟,惟一需要注意的就是潜水作业的安全问题。对于水深超过120m、工作量大、复杂,耗费时间长、需要连续工作的水下作业,国内已经掌握了二元呼吸气的饱和潜水技——————————————————————————————————————————————— 术,并已开始商业化实践。现在,我国应尽快组建一支具有动力定位的、多功能潜水作业母船的工程潜水队伍。该船应装备300m饱和潜水设备及高压下潜水员救生装备、无人遥控或常压潜水系统、海上污油回收设备,并配备训练有素的饱和潜水员、水面支持人员和潜水医生,以满足300m以浅的水下工程作业需求。 2)无人遥控潜水器与配套技术 根据未来10年我国国民经济建设,以及海上油气、矿产资源的勘测开发、海上救助打捞等作业,对ROV的需求有:满足深水港口码头、水电站大坝的水下作业,ROV的作业水深为300m左右;满足海上油气资源开发的水下辅助作业和救助打捞的海底观察、搜寻作业,作业水深为2000m;而满足大洋矿产资源勘探和开采作业,最大作业水深为6000,7000m左右。 除了上述对作业水深的要求之外,未来10年国内经济建设对ROV的要求还有另外2个方面:一是ROV的水下检测技术装备手段(如水下观察摄像,水下测量,水下无损探伤,水下结构参数探测等);二是大功率ROV的水下作业能力(如潜水器的功率配备必须能抵抗一定量级的水下流速,潜水器必需具备相应的水下作业功能并从事相应的作业任务等)。 3)水下施工作业工具设备和器械 水下施工机械装备是减轻潜水员劳动强度、提高水下作业效率和施工质量的重要保证。以往,国内在这方面的投入很少,港建、航务等工程施工部门虽曾研制过一些相应的机械设备,但由于受技术力量、——————————————————————————————————————————————— 人才和资金等条件限制,所开发出来的设备无论是技术性能,还是使用性能,均存在一些问题,不能很好地应用于水下施工作业服务。从来自我国交通运输、邮电通讯和海上油气资源开发等施工单位的需求信息来看装备有:水下挖掘机械、水下整平机械、水下管线开沟机械,以及海底电缆(光缆)开沟埋缆机械等。因此,应重视并开展上述工程建设中所急需的水下施工机械及技术装备的研究和开发。 水下作业工具是潜水员或潜水器赖以完成水下工程施工或救捞作业任务的重要手段和保证。由于水下施工的作业任务种类繁多,内容各异(如水下安装、检测、维修、清洗、涂装、焊接、切割、开挖、爆破、打捞等),所需要的水下施工作业工具的类型也各式各样。虽然20世纪80年代初以来,国内先后开发出一些水下作业机具,并在实践中得到应用。但这些工具大多只停留在鉴定、试验阶段,未能配套,远远不能满足施工作业单位的实际需要。今后10年里,水下工程作业对工具设备的实际需求将大大增加。应重视和加强对各种水下作业工具的开发改进,形成系列和批量,以满足国内大规模水下施工作业之需求。 4)载人潜水器及相关技术 目前,载人潜水器主要用于大洋海底科学考察。世界上可用的载人深潜器总共有5套,分别是日本的“深海6500”号、美国的“阿尔文”号、法国的“鹦鹉螺”号、俄罗斯的“和平”号及“密斯特”号,最大工作深度未超过6500m。我国最新研制并完成水池实验的“7000m载人潜水器”,最大作业水深7000m,可到达世界上99.8%的洋底。 ——————————————————————————————————————————————— 根据《国家海洋事业发展规划纲要》,“十一五”期间,我国将完成7000m载人潜水器的海上试验及应用,完成海上试验前期的试验母船改造工程、载人潜水器潜航员选拔 培训 焊锡培训资料ppt免费下载焊接培训教程 ppt 下载特设培训下载班长管理培训下载培训时间表下载 工程和海上试验区域的选址,完成7000m载人潜水器海上试验,建设7000m载人潜水器协同作业体系,同时完成国家深海基地的基础建设(包括深海潜水器工作母船、码头建设等)。预计到2010年,我国的载人潜水器实际工作深度将达到6000m;到2020年,我国载人潜水器的实际工作深度将达到11000m,完全满足大洋水下勘探和科学考察作业之需要。2.3 国内水下工程技术的研发资源2.3.1 研究开发机构 据统计,我国现有从事水下工程技术相关领域研究开发的机构,主要有这样几类: 1)高等院校研究机构。如上海交通大学海洋水下工程科学研究院(有人潜水、无人潜水,水下作业技术和装备研究)、上海交通大学水下工程研究所,), ?24? 舰 船 科 学 技 术 2.3.3 重要研发基地 第31卷 哈尔滨工程大学水下机器人实验室(水下机器人研究)、水下作业技术与装备实验室(水下作业工具与系统研究),华中科技大学水下作业系统实验室(水 下机械手、作业系统研究)等。 ——————————————————————————————————————————————— 2)中科院研究机构。如沈阳自动化研究所水下机器人研究中心(各种水下机器人、水下作业系统研究)、声学研究所东海研究站海底声学研究室(水下声学探测设备研究)等。 3)产业部门研究机构。如交通运输部上海打捞局科研所(常规潜水、饱和潜水技术应用研究)、上海潜水装备厂(专业潜水装备制造企业,生产制造各种潜水装具、系列潜水服、水下焊割工具、有线潜水通讯电话等)、芜湖潜水装备厂(主要生产制造各种潜水加压舱及潜水装具),中国船舶重工集团公司中国船舶科学研究中心(载人潜水器设计研究)、武汉第二船舶设计研究所(潜水器设计研究)等。 4)海军院校及研究机构。如海军潜艇学院(救助及潜水技术研究与教学)、第二军医大学海医系(潜水理论及技术研究与教学)、海军医学研究所(潜水技术及装备研究)等。 2.3.2 重大实验设施 目前,国内可供开展水下工程技术相关领域项目研究的重大实验设施,主要有: 1)大型实验水池。如上海交通大学海洋工程国家重点实验室(包括:海洋工程水池、船模试验水池、空泡水筒、结构动力加载系统、水下工程水池、深水试验池等),上海交通大学海洋水下工程科学研究院水下技术综合实验室(包括:25m×15m×10m的多功能水下工程实验水池;15m×5m×10m的水流海况模拟实验水池,可模拟海洋环境中水流的温度、浊度、盐度、流速等)。 2)饱和潜水实验舱群。如上海交通大学海洋水下工程科学研究院——————————————————————————————————————————————— 30kg饱和潜水舱群、海军医学研究所50kg饱和潜水舱群、交通运输部上海救捞局25kg饱和潜水舱群和300m饱和潜水舱群。 3)仪器设备实验压力舱。如中科院沈阳自动化研究所(3个深水模拟压力罐可分别进行水下1000m,1500m,7200m水深的水下模拟试验,可做各种水下机器人整机性能试验和调试),中国船舶科学研究中心水下工程结构实验室(压力试验筒,最大工作压力90MPa,最大筒径3.2m,最大筒深8m,可从事水下结构物的结构强度、刚度、稳定性、密封性等方面的模。 上海是我国海洋水下工程技术研究和开发的重要基地。在这里,不仅有从事基础研究、教学和应用 开发的上海交通大学海洋水下工程科学研究院、上海交通大学水下工程研究所、中科院声学所东海研究站、第二军医大学海医系、海军医学研究所等,还有专业从事海上潜水和水下工程施工,以及大深度饱和潜水作业、能够代表我国民用潜水及水下作业能力和水平的交通运输部上海打捞局等。目前,我国的大型大深度饱和潜水实验设施,基本上都集中在上海地区。 上海交通大学海洋水下工程科学研究院(简称:海科院)1978年成立,是原交通部所属专业从事海上潜水、救捞和水下工程技术研究的综合性科研单位,也是目前国内惟一专业开展海洋水下工程技术研发的综合性科研机构。2001年3月,随着国家科技体制改革,转制并入上海交通大学。海科院的研究和学科重点为:特殊环境医学、生理学和水下工程应用技术,拥有3MPa潜水实验高压舱群、水下环境条件模拟——————————————————————————————————————————————— 实验室和从美国引进的大型ROV设备等国内最先进的水下技术试验系统,可以模拟大深度、水下压力等多种海洋水下环境条件。 目前,海科院已建成了国内领先的潜水、救捞及水下工程领域专业科学实验设施和设备,拥有水下技术综合实验室(原交通部重点试验室),上海交通大学水下技术工程研究中心,上海潜水设备产品质量监督检验测试中心,以及中国海上交通运输安全应急救助打捞技术研究中心(筹建中)。其中,上海潜水设备产品质量监督检验测试中心,是目前国内惟一获得国家级计量认证的、在国家质量技术监督局和交通部等政府主管部门领导下的部级潜水设备产品质量检测机构。 3 我国海洋水下工程技术的研发目标 展望未来10年,我国海洋水下工程技术的研发重点,主要应集中在如下几方面。3.1 有人潜水技术 有人潜水技术的研发目标应集中于以几方面:1)加强潜水生物医学的基础理论研究,如新的减压理论,氮麻醉、氧中毒、减压病等潜水疾病的防治及其机理,以及氢氧潜水等的探索,争取获得新的重大突破。 2)继续进行大深度饱和潜水技术实验研究,使,800, 第6期张国光,等:我国海洋水下工程技术的发展与展望 3.4 载人潜水器 ?25? 业能力达到300,400m。为解决水深450m左右的水下作业和水深2000m左右的海底观察、搜寻创造条件。 3)加强国产潜水装备装具生产的系列化、规范化和现代化水平,——————————————————————————————————————————————— 满足国内潜水市场需求,并跻身于国际潜水市场。 4)尽快组建一支具有动力定位多功能潜水作业母船的工程潜水队伍。该工作母船应装备300m饱和潜水设备及高压下潜水员救生装备、无人遥控或常压潜水系统、海上污油回收设备,并配备训练有素的饱和潜水员、水面支持人员和潜水医生,以满足我国各类海区、各种作业对象、水深300m以浅的全天候的水下工程作业需求。 3.2 无人遥控潜水器 如今,国内能研发、制造小型ROV的单位很多,但均各自为政,自成体系,单件研制,难以形成商品系列。今后10年ROV的研发重点应在于: 1)加强深水大功率作业型ROV的研发。作业能力应满足海底油气、矿产资源开发的各种水下作业需要;作业水深达6000m。 2)完善ROV的水下检测技术装备手段研发。如水下观察摄像、水下测量、水下无损探伤及水下结构参数探测等。 3)开发ROV系列产品,使之能以商品形式供应国内外市场,提高我国ROV的整体水平和实际作业能力。 4)设计研发模块组合型ROV,使1台潜水器能灵活地应用于不同的作业任务,大大提高潜水器的有效利用率。 3.3 水下作业技术和装备 水下作业技术和装备是确保完成水下作业任务的重要手段,未来我国水下作业技术和装备的研发重点应集中在: 1)研究海水液压技术,解决海水液压系统、作业工具及部件的新材——————————————————————————————————————————————— 料和防腐处理技术。 2)解决好大深度(7000m)水下液压动力源及深水配套作业工具的实验研究。 3)深入研究大深度海底油气管道铺设、大洋海底资源开采所需采用的水下施工技术和装备。 4)研究深海大范围水下沉船沉物的搜索定位新技术,开发满足海上深水沉船救助打捞的水下施工技未来我国载人潜水器的研发重点在于:1)研究解决大深度载入潜水器耐压壳体的材料 及加工工艺问题,实现国产化及技术储备。 2)开展载人潜水器的环境卫生学研究,探索解决载人潜水器环境卫生安全的新技术、新材料和新装备。 4 未来10年我国海洋水下工程技术发展的若干建议 4.1 大力发展大深度饱和潜水作业技术研究,提高 水下工程实海作业能力 未来10年,我国的大深度饱和潜水作业技术研究应从以下2方面着手进行: 1)大力加强我国水下工程实海作业能力的建设。根据国内未来的工程需求情况,应尽快组建一支整体性能达到国际水平,装备有300m级饱和潜水设备系统、相应的常压潜水系统及1000m级无人遥控潜水系统,并配备训练有素的饱和潜水员、水面支持人员和潜水医生,能够适应我国各类海区不同类型、作业对象的全天候作业所需要的动力定位的多功能潜水作业工程母船的工程潜水队伍,以提高我国交通水——————————————————————————————————————————————— 下工程技术在300m以浅的实海作业能力,满足我国沿海大陆架水域绝大部分救助打捞作业和海洋开发水下工程服务之需要。 2)在20世纪70,80年代以来国内相继开展的一系列大深度饱和潜水实验研究的基础上,继续有计划地开展一些高新潜水技术(如氢氧饱和潜水技术等)及应用基础理论(如新潜水减压理论等)的研究,力求使我国的饱和潜水实验深度达到600,800m水深,实海作业能力达到300,400m,重点解决好450m以浅水下施工作业安全有关的问题,为我国饱和潜水作业技术及水下工程技术的大力发展铺平道路。 同时,积极推广氮氧(含空气)饱和及空气巡潜技术,满足大部分交通建设工程施工对潜水作业深度的要求,尽快使这一项技术在沿海深水码头建设、桥梁基础施工、救助打捞作业和海洋开发事业中为国民经济建设和国防建设发挥积极的作用。4.2 以发展深海通用水下工程技术为先导,集中力 量突破关键技术 我国海洋水下工程技术的整体开发能力目前仍, ?26? 舰 船 科 学 技 术第31卷 中力量突破关键技术,必须跨越发展、突出前沿、系统集成。目前,针对深海(水深1000,4000m)探测、资源开发、水下作业的需求,宜以发展深海通用水下 工程技术为先导,重点研究深海通用配套技术,集中力量突破关键技术(如大深度潜水器、深海拖曳式观察系统、海底通讯光缆和电缆——————————————————————————————————————————————— 埋设系统,以及海底管线电缆检测及维修装置等),开发出一批实用可靠的深海通用化、专业化技术和产品,逐步建立和完善海上救助打捞,以及海洋油气、深海金属矿产资源、天然气水合物、深海生物基因资源的勘探与开发综合技术体系,创造水下工程技术产业的核心竞争力和持续发展能力。 这些通用技术包括:深海水下运载器的微细光纤缆、水下多波束测深系统、水下电视观察系统、水下数据采集处理和传输技术、水下接驳技术、深海海水液压技术、水下推进技术、水下密封技术、深水电机技术、水密接插件、水下高密度能源技术、水下装备系统集成技术、水下导航定位技术(非声学原理)、深水水下设施防污及防腐等深海通用技术等。 4.3 促进水下工程技术的产业化发展,缩小与国际水平的总体差距 水下工程技术的产业化,是促进我国潜水及水下工程技术水平发展,缩小与国际先进水平的差距的重要措施和基础,未来我们应关注的重点有: 1)继续加强我国潜水与水下工程作业安全及其市场监管和建设研究,不断总结实际工作中的经验教训,促进水下工程技术产业化的健康发展。 2)加强国家水下工程技术的产业化政策研究,推动水下工程技术的工程化和产业化进程,在改革开放和市场经济的大潮中不断探索我国水下工程技术规模化、产业化的途径与经验。 3)积极研制和引进消化国内水下工程作业所急需的水下作业工——————————————————————————————————————————————— 具、器械和水下施工机械,并将国内已有的水下作业工具、器械、设备加以改进、完善和配套,以适应未来我国水下工程施工作业之需要。 4)强化提高潜水及水下工程技术施工企业的准入标准,经过工程实践,淘汰不合格企业,促进我国潜水及水下工程企业的整体能力和作业水平的提高。4.4 重点办好国家级海洋水下工程技术科研机构,扶持重点实验室建设 目前,我国水下工程技术研发领域存在的问题,也是国内科技行业存在的共性问题:多部门分别建立 自己的研发机构,在地区布局、方向任务、专业配置等方面存在重复建设、资金和人才浪费,导致水下工程技术研究项目重复、研发力量分散,成果低水平徘徊。 因此,呼吁国家在科研体制改革取得初步成果的基础上,打破部门和地方的条块分割,调整组织结构,优化资源配置,重点办好1,2个国家级海洋水下工程技术科研机构,扶持水下工程技术重点实验室的建设。加强国内从事海洋水下工程技术前沿研究的科研人员之间的交流与合作,倡导海洋水下工程技术科学研究与工程应用的结合,推动我国海洋水下工程技术科学研究水平和实际作业能力的提高。 同时,鼓励各部门或行业办好精干的专业性研究开发机构,高等院校办好小型基础研究机构,沿海区多办应用和开发型研究机构,重点引进和开发水下工程实用技术。支持水下工程技术行业内部现有大型实验设备、设施(如饱和潜水模拟舱群、水下焊接实验舱、多功能实验及训练水池等)的共同使用,提高已有设备、设施的利用率,避免重新出现部门、条块分隔的各自为政和大型基础实验设施的重复建设。参考——————————————————————————————————————————————— 文献: [1] 俞则人,张国光.试论我国交通水下工程技术的专业范 畴与体系[J].海洋通报,1998,(4):70-78. 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