[科普中国]-海洋工程

主要内容学科简介

海洋工程指的是应用海洋基础科学和有关技术学科开发利用海洋所形成的一门新兴的综合技术科学，也指开发利用海洋的各种建筑物或其他工程设施和技术措施。

世界海洋工程与科技发展所呈现的海洋开发技术和设备不断进步，并推动海洋资源全面开发利用，海洋能源开发利用己成为各海洋国家发展的重要支柱，而海洋生物资源开发一直是世界各国竞争热点，海洋污染控制和防范也受到国际社会的高度关注，海陆关联工程与技术在现代海洋开发中发挥着越来越重要的作用。1

学科内容海洋开发利用的内容主要包括：海洋资源开发（生物资源、矿产资源、海水资源等），海洋空间利用（沿海滩涂利用、海洋运输、海上机场、海上工厂、海底隧道、海底军事基地等），海洋能利用（潮汐发电、波浪发电、温差发电等），海岸防护、海洋建设及勘测等。“海洋工程”这一术语是20世纪60年代开始提出的，其内容也是近二、三十年以来随着海洋石油、天然气等矿产的开采，逐步发展充实起来的。按海洋开发利用的海域，海洋工程可分为海岸工程、近海工程和深海工程，但三者又有所重叠。

学科起始海洋工程始于为海岸带开发服务的海岸工程。地中海沿岸国家在公元前1000年已开始航海和筑港；中国早在公元前306～前200年就在沿海一带建设港口，东汉(公元25～220)时开始在东南沿海兴建海岸防护工程；荷兰在中世纪初期也开始建造海提，并进而围垦海涂，与海争地。长期以来，随着航海事业的发展和生产建设需要的增长,海岸工程得到了很大的发展，其内容主要包括海岸防护工程、围海工程、海港工程、河口治理工程、海上疏浚工程、沿海渔业工程、环境保护工程等。但“海岸工程”这个术语到20世纪50年代才首次出现，随着海洋工程水文学、海岸动力学和海岸动力地貌学以及其他有关学科的形成和发展，海岸工程学也逐步形成一门系统的技术学科。

从20世纪后半期开始,世界人口和经济迅速膨胀，对蛋白质、能源的需求量也急剧增加，随着开采大陆架海域的石油与天然气，以及海洋资源开发和空间利用规模不断扩大，与之相适应的近海工程成为近30年来发展最迅速的工程之一。其主要标志是出现了钻探与开采石油(气)的海上平台，作业范围已由水深10米以内的近岸水域扩展到了水深300米的大陆架水域。海底采矿由近岸浅海向较深的海域发展，现已能在水深1000多米的海域钻井采油,在水深6000多米的大洋进行钻探，在水深4000米的洋底采集锰结核。海洋潜水技术发展也很快，已能进行饱和潜水，载入潜水器下潜深度可达 10000米以上，还出现了进行潜水作业的海洋机器人。这样，大陆架水域的近海工程（或称离岸工程）和深海水域的深海工程均已远远超出海岸工程的范围，所应用的基础科学和工程技术也超出了传统海岸工程学的范畴，从而形成了新型的海洋工程。

结构类型海洋工程的结构型式很多，常用的有重力式建筑物、透空式建筑物和浮式结构物。重力式建筑物适用于海岸带及近岸浅海水域，如海提、护岸、码头、防波堤、人工岛等，以土、石、混凝土等材料筑成斜坡式、直墙式或混成式的结构。透空式建筑物适用于软土地基的浅海，也可用于水深较大的水域，如高桩码头、岛式码头、浅海海上平台等。其中海上平台以钢材、钢筋混凝土等建成,可以是固定式的，也可以是活动式的。浮式结构物主要适用于水深较大的大陆架海域，如钻井船、浮船式平台、半潜式平台等，可以用作石油和天然气勘深开采平台、浮式贮油库和炼油厂、浮式电站、浮式飞机场、浮式海水淡化装置等。除上述3种类型外,近10多年来还在发展无人深潜水器，用于遥控海底采矿的生产系统。

安全检验海洋环境复杂多变，海洋工程常要承受台风(飓风)、波浪、潮汐、海流、冰凌等的强烈作用，在浅海水域还要受复杂地形，以及岸滩演变、泥沙运移的影响。温度、地震、辐射、电磁、腐蚀、生物附着等海洋环境因素，也对某些海洋工程有影响。因此，进行建筑物和结构物的外力分析时考虑各种动力因素的随机特性，在结构计算中考虑动态问题，在基础设计中考虑周期性的荷载作用和土壤的不定性，在材料选择上考虑经济耐用等，都是十分必要的。海洋工程耗资巨大，事故后果严重，对其安全程度严格论证和检验是必不可少的。

海洋资源开发和空间利用的发展，以及工程设施的大量兴建，会给海洋环境带来种种影响,如岸滩演变、水域污染、生态平衡恶化等，都必须给予足够的重视。除进行预报分析研究，加强现场监测外，还要采取各种预防和改善措施。

分类海洋工程可分为海岸工程、近海工程和深海工程等3类。

海岸工程海岸工程（coastal engineering）：自古以来就很受重视。主要包括海岸防护工程、围海工程、海港工程、河口治理工程、海上疏浚工程、沿海渔业设施工程、环境保护设施工程等。

近海工程近海工程（offshore engineering）：又称离岸工程。20世纪中叶以来发展很快。主要是在大陆架较浅水域的海上平台、人工岛等的建设工程，和在大陆架较深水域的建设工程，如浮船式平台、移动半潜平台（mobile semi-submersible unit ）、自升式平台(self-elevating unit)、石油和天然气勘探开采平台、浮式贮油库、浮式炼油厂、浮式飞机场等项建设工程。

深海工程深海工程（deep-water offshore engineering）：包括无人深潜的潜水器和遥控的海底采矿设施等建设工程。

由于海洋环境变化复杂，海洋工程除考虑海水条件的腐蚀、海洋生物的污着等作用外，还必须能承受地震、台风、海浪、潮汐、海流和冰凌等的强烈自然因素，在浅海区还要经受得了岸滩演变和泥沙运移等的影响。

环境保护国家海洋局2013年10月下发通知进一步加强海洋工程建设项目和区域建设用海规划环境保护有关工作，要求海洋工程建设项目必须在海洋环境影响报告书中明确实现零污染的有效措施，否则将一律不予核准。

据介绍，该通知要求各级海洋部门认真审查海洋工程建设项目环境影响报告书，不得将项目化整为零，不得越权审批。海洋工程建设项目必须符合海洋功能区划，不符合海洋工程区划关于海洋环境保护要求的一律不予核准。海洋工程建设单位应当采取有效措施，做好污染物处置工作，实现建设项目零污染。对于各类开发区内需要新建项目的，应当对原有污染源进行治理，做到增产不增污。

通知同时提出，要严格审查区域建设用海规划中的环境影响专题篇章。通过区域建设用海规划实施整体开发的开发区，应当对区域内的排海污染物进行集中收集处理，杜绝直接排放入海。环境影响专题篇章中应当明确区域污染物排放总量削减规划和实施方案，明确污染物减排数量、目标、时间表以及污染物减排责任，确保实现污染物减排目标。国家海洋局对未实现区域污染物减排目标的地区，将建立实施海洋工程限批制度。

国内现状全球海洋工程装备市场需求正在复苏，到2020年前年均需求将高达约500亿美元。面对这一机遇，专家认为中国应尽快解决产品低端化问题，提升核心实力，抢占国际市场。

从全球能源需求、供给及油价走势等因素来看，海工装备市场前景可期。未来全球钻井平台、生产平台和海洋工程船等海工装备的需求市场广阔，预计2014－2020年，全球海洋工程装备市场年均市场需求额约为500亿美元。

着眼于巨大的市场空间，中国近几年加快了海洋工程产业发展步伐。以自升式平台为例，截止2014年中国订单已跃居全球第一位，占比超过30%，而在2006年时占比还只有7%，详见《中国海洋工程行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

不过专家认为，海洋工程行业具有产品要求可靠性高，技术门槛高，资本密集程度高等特点。目参考前中国海工产品研发仍处于整个高端产业链的低端环节。从海工产业分层来看，由上自下依次是金融企业、配套服务企业、核心设备企业、以及船厂企业。中国海工行业里多数是造船厂，接触海洋工程金融和服务的不多。

中国主要生产自升式平台和三用工作船、平台供应船等海工辅助船，自主研发、工程设计和创新能力相对薄弱，核心技术和高端设计缺失。

从钻井平台价值分布情况看，钻井设备及其他设备价值占到60%，此外还有原材料、劳动力及利润空间。必须牢牢掌握钻井设备和其他设备自主生产和研发能力，否则仅仅人力成本上涨就会将利润蚕食殆尽。

向附加值更高的服务领域延伸是产业发展的必由之路。中国首先应充分巩固已涉足海工领域，如船体制造，然后向高端产业升级。在产业升级的基础上，再向创新研发能力和提高服务保障能力的价值链两端延伸。未来，在暂未涉及的全新领域，逐步填补国内空白点。

在由船厂、核心设备企业、技术咨询服务企业和金融企业组成的海工设备产业链“金字塔”中，金融企业无疑处在“金字塔”的最顶端。中国还需借鉴伦敦为代表的发达国家航运金融发展经验，走以金融为核心带动产融结合发展的模式，构筑系统海洋金融业。2

利用前景随着我国深海战略的推进，将给我国油气开发和海洋工程装备带来庞大的市场需求。海洋工程装备—自升式钻井平台国家综合标准化示范项目的中心任务，是将自升式钻井平台建造过程中自主创新技术成果及时转化为标准成果，实现科研攻关、标准研制和产业示范同步。3

建设海洋强国需要繁荣的海洋经济作支撑，而发展海洋经济需要拥有大量先进的海洋工程装备。当前，国家已将海洋工程装备制造业纳入战略性新兴产业。4

报告显示，2011年全球海洋工程装备市场新订单达到690亿美元，同比增长130%。

对于南海深水油气开发，需要国家及企业的共同努力。国家投资及专项支持，为海洋工程装备企业提供了市场起步的重要机会，同时，海洋工程装备企业应抓住机遇，快速提高钻采水平。

随着中国能源结构的改变和环保标准的严格，海洋工程行业将呈现爆发式增长。国内优秀的海洋工程建设企业愈来愈重视对海洋工程产业市场的研究，特别是对企业发展环境和需求趋势变化的深入研究。正因为如此，一大批国内优秀的海洋工程企业迅速崛起，逐渐成为海洋工程产业中的翘楚！3