全球海洋新興經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展全景掃描

進(jìn)入21 世紀(jì)，以高新技術(shù)引領(lǐng)帶動(dòng)為主要特征的海洋戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，已經(jīng)成為海洋經(jīng)濟(jì)向質(zhì)量效益型轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)和重要引擎。目前世界海洋國家都非常重視海洋開發(fā)，尤其是歐美發(fā)達(dá)國家，為了最大限度地開發(fā)、利用海洋，各國都制定了海洋發(fā)展戰(zhàn)略，深海和南北兩極已成為開發(fā)新熱點(diǎn)。

1、海洋資源勘查與開發(fā)

海底礦產(chǎn)資源開發(fā)已上升為世界海洋強(qiáng)國的國家戰(zhàn)略。國際海底資源勘查與開發(fā)技術(shù)總體上正朝著多樣化、精確化、高效率、寬范圍、大深度的目標(biāo)發(fā)展，已初步形成深海固體礦產(chǎn)資源的開發(fā)能力，同時(shí)需要考慮采礦的環(huán)境效應(yīng)。2014年，歐盟啟動(dòng)了大型深海采礦項(xiàng)目(Blue Mining)，旨在瞄準(zhǔn)6000米水深的多金屬結(jié)核和硫化物資源的三維勘探和開發(fā)；2017年，日本完成1600米水深多金屬硫化物的采集和提升海試；2017年，荷蘭、比利時(shí)等國家多次成功進(jìn)行深海采礦裝備海試與環(huán)境評估，相應(yīng)深海礦產(chǎn)資源開發(fā)技術(shù)裝備逐漸完善。國外通過大量的海上試驗(yàn)，建立了較為完善的深海礦產(chǎn)資源開發(fā)技術(shù)方案，掌握了關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和核心裝備研制能力。我國深海采礦技術(shù)研發(fā)起步較晚，直到 2014年底才由北車船舶與海洋工程發(fā)展有限公司推出了采選一體礦船；2017年,福建馬尾造船股份有限公司為加拿大鸚鵡螺礦業(yè)公司建造的國內(nèi)第一艘深海采礦船開工建造；2021年，我國首座大洋勘探船正式開工建造；同時(shí)相關(guān)采礦重載作業(yè)裝備、礦石輸送裝備、水面支持裝備等關(guān)鍵設(shè)備也陸續(xù)研制成功并進(jìn)行海試，為商業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。深海采礦技術(shù)主要包括：海底礦石開采裝備安全行走和高效采集、長距離泵管輸送流動(dòng)保障、水下動(dòng)力輸送、全系統(tǒng)協(xié)同控制、水下綜合導(dǎo)航定位、重載裝備海上布放回收等技術(shù)。由于深海環(huán)境條件惡劣，開采難度極大，且需要深入評估海底礦產(chǎn)資源開發(fā)對環(huán)境的影響。因此，目前深海礦產(chǎn)資源在世界范圍內(nèi)尚未形成商業(yè)化開采。

2、深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖和休閑

人類對高品質(zhì)海產(chǎn)品的需求刺激了海上漁業(yè)養(yǎng)殖設(shè)施技術(shù)的進(jìn)步。世界漁業(yè)發(fā)達(dá)國家在深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖設(shè)施研發(fā)應(yīng)用方面進(jìn)行了很多有益探索。挪威作為世界上海洋產(chǎn)業(yè)最完備的國家之一，其深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)一直走在全球前列，其中代表性的深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖設(shè)施是半潛式大型網(wǎng)箱“OCEAN FARM 1”與大型養(yǎng)殖工船“JOSTEIN ALBERT”。其中，“OCEAN FARM 1”是世界首座超大型漂浮式深海鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)箱，網(wǎng)箱主體為圓形，直徑和高度分別為110米和69米，系泊系統(tǒng)采用8根纜索錨泊固定，可抗12級(jí)臺(tái)風(fēng)。經(jīng)過近20年的發(fā)展，國內(nèi)網(wǎng)箱技術(shù)已經(jīng)呈現(xiàn)出百花齊放、百家爭鳴之勢，從坐底式、自升式到半潛式和漂浮式，已經(jīng)建成近30座深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖設(shè)施分布在黃海、東海及南海等遠(yuǎn)離岸線的海域。目前我國在深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖網(wǎng)箱領(lǐng)域的研究與開發(fā)能力處于世界領(lǐng)先地位。深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖設(shè)施技術(shù)主要需解決大型柔性網(wǎng)衣載荷及水動(dòng)力預(yù)報(bào)、網(wǎng)箱鋼結(jié)構(gòu)安全評估、系泊系統(tǒng)優(yōu)化及疲勞特性研究、養(yǎng)殖裝備的智能和控制等，而且隨著養(yǎng)殖設(shè)施的深水化、大型化、智能化以及環(huán)保化等發(fā)展要求，對于大型柔性網(wǎng)衣與鋼制桁架結(jié)構(gòu)的耦合分析、網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)的水彈性、配套裝備技術(shù)及新材料應(yīng)用等方面有待于深入研究。

圖1 國外深海采礦船“MAC Goliath”號(hào)

圖2 國外“OCEAN FARM 1”深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖設(shè)施

圖3 國外“Jostein Albert”養(yǎng)殖設(shè)施

圖4 國內(nèi)“長鯨1號(hào)”養(yǎng)殖設(shè)施

近些年來，海上旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，帶動(dòng)了大型海上旅游、休閑綜合體技術(shù)的發(fā)展。國外的海上旅游平臺(tái)目前處于探索與設(shè)計(jì)階段，形式較為多樣化，從海洋石油平臺(tái)的改建到功能多樣的海上漂浮城市，如俄羅斯建筑事務(wù)所雷米工作室設(shè)計(jì)了拱形海上漂浮酒店，其浮體結(jié)構(gòu)型式為水上部分呈拱形、水下部分呈船型的殼狀結(jié)構(gòu)，如圖6所示。法國研究人員設(shè)計(jì)的“Lilypad”號(hào)海上綜合體，采用圓形類花狀的設(shè)計(jì)形式，由不同浮體模塊連接組成，依托中央?yún)^(qū)域進(jìn)行拆分以及自由組合，直徑可達(dá) 1000米，設(shè)計(jì)容納 5萬人的正常生活，如圖7所示。我國針對海上旅游平臺(tái)的探索和研究工作逐漸起步。2017年，“海上牧歌”旅游平臺(tái)成功投入運(yùn)營，該平臺(tái)包含住宿區(qū)、餐飲區(qū)和休閑區(qū)3個(gè)功能區(qū)域；2020年，海洋牧場綜合體平臺(tái)“耕海1號(hào)”在煙臺(tái)運(yùn)營，在海上漁業(yè)養(yǎng)殖的基礎(chǔ)上，具備了垂釣、餐飲、休閑等旅游功能；國內(nèi)很多沿海城市都將大型海上旅游綜合體列入建設(shè)規(guī)劃。目前國內(nèi)外實(shí)際建造和投入使用的旅游平臺(tái)的主尺度基本在百米以內(nèi)，且功能相對單一，大型浮式旅游綜合體的研究工作還處于概念設(shè)計(jì)階段。對于海上旅游綜合體設(shè)施，主要解決人員逃救生、新穎結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)、大型浮體水動(dòng)力及運(yùn)動(dòng)響應(yīng)、浮體穩(wěn)性、錨固系統(tǒng)強(qiáng)度與疲勞研究等關(guān)鍵技術(shù)，尤其是與養(yǎng)殖、海洋能發(fā)電、海底觀光等功能的進(jìn)一步融合，為該類大型綜合體設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)維帶來更大挑戰(zhàn)。

圖5 國內(nèi)“澎湖號(hào)”波浪能發(fā)電?養(yǎng)殖?旅游平臺(tái)

圖6 國外“ARK”浮式旅游平臺(tái)(概念圖)

圖7 國外“Lilypad”海上浮式綜合體(概念圖)

圖8 國內(nèi)“海上綜合體”(概念圖)

3、海洋能高效綜合利用

海洋可再生能源主要包括風(fēng)能、潮汐能、潮流能、波浪能、溫差能、鹽差能以及光能，開發(fā)潛力巨大，也是未來新能源開發(fā)的主要方向之一。目前海上風(fēng)電、潮汐能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行階段，潮流能、波浪能、深遠(yuǎn)海風(fēng)電已開始嘗試規(guī)?；瘧?yīng)用，溫差能、鹽差能等正從實(shí)驗(yàn)室走向海洋測試。總體來說，海洋能利用工程仍需解決高效率、高可靠性、高穩(wěn)定性、易維護(hù)和低成本等技術(shù)問題。歐洲海上風(fēng)電技術(shù)發(fā)展很快，截至2021年，歐洲海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量超過28GW，滿足了歐盟和英國2.8%的全部電力需求。目前已經(jīng)開始研制15MW以上的海上風(fēng)機(jī)機(jī)型，并開始嘗試商業(yè)化海上浮式風(fēng)電項(xiàng)目，預(yù)計(jì)近2年投產(chǎn)應(yīng)用的浮式風(fēng)電項(xiàng)目達(dá)10多個(gè)。盡管我國海上風(fēng)電起步較晚，但發(fā)展迅猛，2021年國內(nèi)海上裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到26.4GW，已經(jīng)躍居世界第一位。在全球綠色浪潮與“雙碳”目標(biāo)的雙重驅(qū)動(dòng)下，通過不斷科技創(chuàng)新、技術(shù)引領(lǐng)，我國海上風(fēng)電已經(jīng)形成了完整的具有領(lǐng)先水平和全球競爭力的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈與供應(yīng)鏈。2021年，亞洲最大的江蘇如東海上風(fēng)電柔性直流換流站建成投運(yùn)，中國首臺(tái)漂浮式海上風(fēng)電試驗(yàn)樣機(jī)“三峽引領(lǐng)號(hào)”建成并網(wǎng)發(fā)電，后續(xù)還有重慶海裝“扶搖號(hào)”、中海油首個(gè)“雙百”深遠(yuǎn)海浮式風(fēng)機(jī)相繼開工建造和安裝，預(yù)計(jì)近幾年國內(nèi)還有多個(gè)浮式風(fēng)電項(xiàng)目陸續(xù)上馬。浮式風(fēng)電起源于歐洲，借鑒傳統(tǒng)油氣海洋工程技術(shù)，其基礎(chǔ)類型包括4種，如圖11所示。浮式風(fēng)電裝備除考慮傳統(tǒng)浮體設(shè)計(jì)外，需要攻克剛-柔多體耦合分析、結(jié)構(gòu)時(shí)域疲勞分析、穩(wěn)性計(jì)算、一體化設(shè)計(jì)、氣動(dòng)特性研究、錨固強(qiáng)度和疲勞優(yōu)化、模型試驗(yàn)等關(guān)鍵技術(shù)，而且如何盡可能地降低建造運(yùn)行成本，也是困擾浮式風(fēng)機(jī)發(fā)展的重要原因。除了利用浮式風(fēng)機(jī)進(jìn)行傳統(tǒng)的并網(wǎng)輸電之外，利用浮式風(fēng)機(jī)為油氣平臺(tái)、附近設(shè)施供電，與深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖業(yè)融合發(fā)展，與海上制氫結(jié)合，這些都為浮式風(fēng)電發(fā)展提供了更多的應(yīng)用場景。

圖9 葡萄牙“WindFloat”浮式風(fēng)機(jī)

圖10 法國“DampingPool”浮式風(fēng)機(jī)

圖11 浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)類型

圖12 浮式風(fēng)電與制氫融合(概念圖)

海上光伏發(fā)電具有發(fā)電量高、土地占用少、易與其他產(chǎn)業(yè)相結(jié)合等特點(diǎn)，已經(jīng)成為海上清潔能源利用的研究熱點(diǎn)。國外發(fā)達(dá)國家很早就開始水上光伏技術(shù)的研發(fā)工作，如日本、英國、挪威和美國等國家，相繼進(jìn)行了工程示范應(yīng)用，但主要集中于湖泊、水庫和岸邊。近幾年歐洲開始致力于近海的漂浮式光伏技術(shù)開發(fā)研究，如比利時(shí)海工巨頭DEME牽頭在北海開發(fā)全球首個(gè)海上浮式光伏發(fā)電項(xiàng)目，并在未來著眼于和海上發(fā)電及海洋牧場產(chǎn)業(yè)相結(jié)合。我國水上光伏起步較晚但發(fā)展很快，目前海上光伏建設(shè)雖然剛剛起步，尚處于試驗(yàn)示范的“科研+工程”階段，但已經(jīng)成為全球最大的水上漂浮光伏建設(shè)國家。海上漂浮式光伏開發(fā)的技術(shù)難點(diǎn)有系泊設(shè)計(jì)、抗浪能力、抗風(fēng)能力及柔性光伏組件的波浪抨擊等，同樣漂浮式光伏仍面臨能否規(guī)?；?、市場化（平價(jià)上網(wǎng)）以及適應(yīng)海洋環(huán)境條件等困難，但可以預(yù)計(jì)的是，國內(nèi)很快就能看到近海漂浮式光伏的示范和應(yīng)用。

圖13 國內(nèi)“三峽引領(lǐng)號(hào)”浮式風(fēng)機(jī)

圖14 海上光伏(概念圖)

4、海洋空間資源開發(fā)

海洋空間資源是指與海洋開發(fā)利用有關(guān)的海上、海中和海底的地理區(qū)域的總稱。海洋空間資源開發(fā)也是目前世界各國爭奪的焦點(diǎn)，因此帶動(dòng)了相關(guān)開發(fā)裝備技術(shù)的發(fā)展。海洋空間資源開發(fā)裝備包括深?？臻g站、深潛器、大型浮式結(jié)構(gòu)物及極地裝備等。目前，世界上對深?？臻g站的公開宣傳不多，但世界上海洋強(qiáng)國和軍事強(qiáng)國都高度重視這類深海作業(yè)裝備技術(shù)的研究，早在20世紀(jì)60年代，美國就提出水下工作站的概念，并成功研制NR-1水下空間站，主要用于海洋工程和科學(xué)研究；20世紀(jì)90年代，俄羅斯及挪威等國家也開始進(jìn)行水下工作站的研究和制造；日本于2014年提出了“海底城市”的概念，計(jì)劃2030年建成移動(dòng)的海底城市。20世紀(jì)90年代初，我國開始在深?？臻g站領(lǐng)域開展相關(guān)論證和關(guān)鍵技術(shù)研究，并提出了“三步走”的深海空間站建設(shè)計(jì)劃。期間通過獨(dú)立設(shè)計(jì)、自主集成建設(shè)的“蛟龍?zhí)枴薄吧詈Ｓ率俊碧?hào)、“奮斗者”等載人潛水器，積累了大量深海應(yīng)用技術(shù)，為深海空間站的建設(shè)做了充裕的高精尖技術(shù)儲(chǔ)備，“龍宮一號(hào)”深?？臻g站的研制成功，標(biāo)志著我國深?？臻g站建設(shè)邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。深?？臻g站研制是一個(gè)高度復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及結(jié)構(gòu)力學(xué)、水動(dòng)力學(xué)和材料科學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，需要將不同學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)有效地融合，需要解決海底高壓強(qiáng)、水下對接、能源供給以及人員安全保障等科學(xué)難題，還需進(jìn)一步深入研究。

超大型浮式結(jié)構(gòu)物(VLFS)對海洋空間開發(fā)利用性較好，可用于旅游觀光、海上維權(quán)、海洋油氣開發(fā)、漁業(yè)養(yǎng)殖或用作海上機(jī)場，已經(jīng)引起了各國高度關(guān)注。日本很早就開始了VLFS研究，在超浮計(jì)劃中將多個(gè)浮體連接，并建造了海上機(jī)場，進(jìn)行了飛機(jī)起降試驗(yàn)；美國稱之為移動(dòng)式外海基地(MOB)，對MOB的結(jié)構(gòu)型式、如何實(shí)施海上快速拼裝、如何系泊船只等進(jìn)行了大量研究。在上世紀(jì)90年代，我國相關(guān)研究院所也開展了大型浮式結(jié)構(gòu)物相關(guān)機(jī)理、設(shè)計(jì)技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)的研究。2012年起，國內(nèi)相關(guān)單位致力于大型浮式結(jié)構(gòu)物關(guān)鍵技術(shù)研究，取得了卓有成效的應(yīng)用技術(shù)成果，將為下一步該技術(shù)的工程化應(yīng)用奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)。超大型浮式結(jié)構(gòu)物關(guān)鍵技術(shù)涉及極端波浪環(huán)境下的水彈性響應(yīng)、非線性耦合運(yùn)動(dòng)、模塊間連接方式以及連接器疲勞強(qiáng)度等科學(xué)難題，近些年由于仿真設(shè)計(jì)和試驗(yàn)手段的突飛猛進(jìn)，超大型浮式結(jié)構(gòu)物在我國海域出現(xiàn)將指日可待。

圖15 深?？臻g站(概念圖)

圖16 日本研制的超大型浮式結(jié)構(gòu)物

近年來，隨著科技不斷進(jìn)步、全球氣候變暖以及海冰加速融化，極地開發(fā)逐步成為世界強(qiáng)國關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，許多國家和石油公司將北極油氣資源的開發(fā)提上日程，著手開展相關(guān)裝備的研發(fā)工作。俄羅斯是北極油氣資源開發(fā)的主要推動(dòng)者，建成了目前唯一的極地海上Prirazlomnoye油田。2015年，瑞士越洋鉆探公司建造的“Polar Pioneer”極地鉆井平臺(tái)投入作業(yè)；德尼西布美信達(dá)公司(Technip FMC)將自升式平臺(tái)和混凝土技術(shù)結(jié)合，開發(fā)了新概念北極抗冰平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)極地全年鉆井作業(yè)；荷蘭古斯特(GustoMSC)公司也推出了適應(yīng)北極嚴(yán)苛氣候條件的Nanuq Q5000鉆井船設(shè)計(jì)。然而，多數(shù)極地油氣平臺(tái)都處于研發(fā)設(shè)計(jì)階段，距離實(shí)際投產(chǎn)應(yīng)用仍有一定差距。我國參與北極油氣開發(fā)規(guī)模和極地海洋工程裝備能力與美國、俄羅斯等極區(qū)國家相比仍有不小的差距。2016年，我國“海洋石油720”物探船完成了北極圈海域兩個(gè)區(qū)域的三維地震物探工作；我國深度參與了首個(gè)極地能源重大項(xiàng)目Yamal LNG項(xiàng)目，承擔(dān)了項(xiàng)目大部分模塊的建造工作；中集來福士海洋工程有限公司為挪威建造的極地半潛式鉆井平臺(tái)“維京龍”號(hào)，是我國建造的首座適合北極海域作業(yè)的深水半潛式鉆井平臺(tái)。極地開發(fā)裝備的發(fā)展依賴于若干關(guān)鍵技術(shù)的突破與進(jìn)步，包括耐低溫新材料應(yīng)用、極地海冰環(huán)境預(yù)報(bào)與管理、極地裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鉆井系統(tǒng)與工藝、環(huán)保與緊急救援體系、極地冰-結(jié)構(gòu)物相互作用實(shí)驗(yàn)室模擬技術(shù)等。預(yù)計(jì)到2035年，各國極地油氣資源開發(fā)裝備將在北極地區(qū)初步運(yùn)行；到2050年，將迎來北極地區(qū)油氣資源的大規(guī)模商業(yè)開發(fā)利用。

圖17 “Polar Pioneer”極地鉆井平臺(tái)

圖18 我國建造的“維京龍”號(hào)極地鉆井平臺(tái)

5、海洋環(huán)境立體綜合觀測

“經(jīng)略海洋”集中體現(xiàn)在對海洋環(huán)境的感知、認(rèn)知及預(yù)測能力、海洋資源的開發(fā)能力、海洋權(quán)益的維護(hù)能力、海洋生態(tài)環(huán)境的保護(hù)能力上，而感知海洋是后幾種能力建設(shè)的基礎(chǔ)。只有擁有能夠廣泛進(jìn)入深海環(huán)境、全面感知海洋信息的各類海洋觀測裝備和技術(shù)，才能更好地實(shí)現(xiàn)對海洋的認(rèn)知。世界各沿海國家都在積極發(fā)展從空間、陸地、水面、水下對海洋環(huán)境進(jìn)行立體觀測的高新海洋技術(shù)，美國的綜合海洋觀測系統(tǒng)(IOOS)、歐洲的海洋觀測與預(yù)報(bào)服務(wù)系統(tǒng)(MyOcean)、全球海洋實(shí)時(shí)觀測計(jì)劃(GOOS)，以及全球綜合地球觀測系統(tǒng)(GEOSS)等的實(shí)施，為全球和區(qū)域尺度的長期觀測、監(jiān)測與信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供了可能。我國從上世紀(jì)80年代中期開始進(jìn)行海洋環(huán)境觀測系統(tǒng)的研究工作，目前已初步具備能力建設(shè)從觀測、數(shù)據(jù)傳輸、分析預(yù)報(bào)、信息分發(fā)等環(huán)節(jié)組成的海洋環(huán)境觀測信息化系統(tǒng)，如國家海洋局建成的海洋立體監(jiān)測系統(tǒng)、正在建設(shè)的國家海底科學(xué)觀測網(wǎng)，這些基礎(chǔ)性工作為提升我國全球海洋尤其是“兩洋一海”(西太平洋-南海-印度洋)和極區(qū)海洋環(huán)境信息獲取能力奠定了基礎(chǔ)。應(yīng)加強(qiáng)海洋綜合信息高精度探測傳感技術(shù)、深遠(yuǎn)海平臺(tái)載體技術(shù)、實(shí)時(shí)立體觀測與海洋預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)及海陸空立體層次觀測數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)等關(guān)鍵科學(xué)問題研究，建立自主研發(fā)核心裝備能力，形成以“信息化、服務(wù)化、智能化”為主要特征的智慧海洋經(jīng)略能力。

圖19 海洋立體觀測網(wǎng)（概念圖）

圖20 國內(nèi)擬建海底數(shù)據(jù)中心(概念圖)

6、海洋開發(fā)裝備數(shù)字化、智能化

近年來，隨著信息、材料、能源等領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)的飛速發(fā)展，結(jié)合傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)等的數(shù)字化、智能化理念深刻影響著未來海洋領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型及產(chǎn)業(yè)發(fā)展。數(shù)字孿生技術(shù)正是助推海工裝備智能化發(fā)展的有效驅(qū)動(dòng)器。自2015年起，世界多國已在海洋工程設(shè)施與裝備的數(shù)字孿生技術(shù)研發(fā)上開始發(fā)力。美國通用電氣公司GE依托工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)Predix平臺(tái)，與知名鉆井承包商N(yùn)obel Corporation、馬士基鉆井公司Maersk Drilling以及相關(guān)船級(jí)社合作，進(jìn)行數(shù)字鉆井船和數(shù)字孿生體的試點(diǎn)合作；2018年，丹麥Ramboll公司借助數(shù)字孿生技術(shù)平臺(tái)的研發(fā)，在海洋工程結(jié)構(gòu)完整性數(shù)字化管理上推出了一系列應(yīng)用產(chǎn)品；2019年，美國能源部資助漂浮式風(fēng)機(jī)WindFloat設(shè)計(jì)者Principle Power and Principal Investigator(PPI)，將開發(fā)世界上第一套適用于漂浮式海上風(fēng)電的數(shù)字孿生軟件DIGIFLOAT。近年來，我國在海上設(shè)施數(shù)字化研究中取得了許多成果。比如，將三維激光掃描技術(shù)與三維地理信息系統(tǒng)應(yīng)用到海洋鉆井平臺(tái)模型的搭建，實(shí)現(xiàn)了海上鉆井平臺(tái)的三維可視化和信息化管理；對于新建深水油氣平臺(tái)，運(yùn)用光纖光柵傳感技術(shù)優(yōu)選平臺(tái)的有效部位，采用高效的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)測點(diǎn)布置網(wǎng)絡(luò)，分析監(jiān)測應(yīng)力、運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)等參數(shù)的變化，評價(jià)安全性并進(jìn)行預(yù)警；研發(fā)出“海上在役平臺(tái)實(shí)時(shí)安全健康監(jiān)測與評估系統(tǒng)”，應(yīng)用數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測平臺(tái)實(shí)際狀態(tài)，利用智能算法對大數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和平臺(tái)預(yù)警，并在渤海導(dǎo)管架平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用示范。這些工作是對海工裝備實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的有益探索，為將來海洋資源開發(fā)裝備的數(shù)字化、智能化發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。目前海工裝備的數(shù)字化、智能化技術(shù)仍處于探索和研究階段，需要對智能監(jiān)測技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和降噪技術(shù)、模型構(gòu)建與仿真技術(shù)、檢驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)、大數(shù)據(jù)智能分析與決策技術(shù)以及構(gòu)建技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系等進(jìn)行深入研究，并能夠率先完成在海上設(shè)施的示范應(yīng)用?？傮w來說，對于海洋開發(fā)裝備的數(shù)字化和智能化技術(shù)仍處于研發(fā)上升期，尚未達(dá)到成熟期，世界各國技術(shù)水平相差不大，因此我國應(yīng)加大該領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，爭取能夠在該技術(shù)方向上早日實(shí)現(xiàn)行業(yè)領(lǐng)跑。

圖21 GE提出的鉆井平臺(tái)數(shù)字?jǐn)伾w(概念圖)

圖22 浮式風(fēng)電數(shù)字孿生體(概念圖)