盘点我国海洋工程领域“海洋国家重点实验室”！

中国的土地上，3.2万公里的“长龙”面朝大海，北起鸭绿江口,南至北仑河口，以及星罗棋布的岛屿，这是祖国面向太平洋的战略门户。我们有960万平方公里的陆地，470多万平方公里的海域。2012年，党的十八大吹响了“海洋强国战略”的号角。2017年，党的十九大，国家进一步重视，提出“加快建设海洋强国”。2018年，习近平总书记在青岛海洋科学与技术试点国家实验室考察时强调“建设海洋强国，我一直有这样一个信念！”

                               
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1 V$ ^8 ^; U) {  [1 @6 Z5 f走向“深蓝”，并不比走向“深空”简单。虽然前者还在地球上，后者已经飞向了太空。深空是生命的“荒原”，而“深蓝”是生命竞逐舞台，那里也有高山峡谷、也有冷热交替，但更多的是一片黑暗。这是一个国家综合国力整体水平的体现，既要有对变幻莫测的海洋地质环境的深入研究，也要掌握极端海洋工程装备的制造技术，它们要面对极地的超低气温、面对热带海水的超强腐蚀、面对大洋深渊的超高水压……这些，都是大国科研力量的角逐。本文试图从国家级科研平台的布局角度，阐明我国在未来海洋战略角逐中的挑战和短板，以供科学研究和平台布局提供参考。（注：本文所指国家级科研平台以国家重点实验室为主(①海洋地质及环境方面；②海洋资源方面；③海洋装备方面；④海洋材料方面)，国家工程中心、国家企业技术中心、国家制造业创新中心、国防重点实验室，以及其他地方平台不在本文考虑范围）

向海图强，中华逐梦

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自明朝郑和1405年七下西洋开始，中国人就试图通过海洋探索广袤的世界。可惜的是，而后经历400年的闭关锁国，使中国日渐保守。直到1840年鸦片战争，西方人从海上强行打开华夏国门。魏源编著《海国图志》，论述海防问题，介绍海洋强国的政治、地理、经济，中国人终于意识到海洋是大国的战略门户。

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% F# z* P8 [# J: y& ~经略海洋的前提，首先是认识海洋。海洋地质环境及物理化学性质的复杂程度远超我们想象，迄今人类对海洋探测和了解的范围仅为5%左右。尤其是神秘莫测的深海，我们更是知之甚少。而且，海洋一直处于变化之中，在很多情况下海洋的变化速度超出我们对海洋的认知速度。中国涌现了大批学界先辈：
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1 a0 M- X2 H: L, `8 E& ~3 Z+ W$ T  r严钦尚（1917—1992年）：江苏无锡人。海洋地质学家，比较沉积学开拓者与倡导者之一。


秦蕴珊（1933—2015年）：山东莱州人。海洋地质学家，中国海洋沉积学研究的开拓者之一，编绘了第一幅较完整的中国海陆架沉积类型分布图。1966年开始在渤海湾进行油气钻探调查，推动中国海洋石油进入工业化阶段。
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" z, y' h7 z" L! J9 C汪品先（1936—）：江苏苏州人。海洋地质学家，主要从事海洋微体古生物及古环境的研究，在我国率先开展了微体化石埋藏学的研究，开拓和发展了古海洋学的研究。

海洋地质及环境方面
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3 K# t5 H- E2 |% n得益于诸多先辈的努力，我国在海洋地质及环境方面的国家级平台建设卓有成效，是海洋工程领域最为引人瞩目的方面，已有五家国家重点实验室，笔者按照实验室的建成时间进行了梳理。

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& A) x5 |! U0 {海洋地质国家重点实验室（同济大学，2006年）：以海洋及相邻陆区的地质与环境演变以及海底资源为总目标，重点开展西太平洋地球动力学与古环境演化研究。聚焦五大研究方向：古海洋与古环境学、大陆边缘演化与海洋沉积物、海底资源、深海生物地球化学、海底过程与观测。
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近海海洋环境科学国家重点实验室（厦门大学，2007年）：主攻海洋生物地球化学与生态系统动力学。聚焦六大研究方向：海洋地球化学过程与通量、海洋生态过程与机制、海洋环境变化过程与效应、海洋动力过程与海-陆-气相互作用、方向五为海洋生态系统整合研究与可持续发展、微型生物碳泵与海洋碳中和机理。
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! {) [1 w$ Y3 b9 P! R0 S+ k. F卫星海洋环境动力学国家重点实验室（自然资源部第二海洋研究所，2009年）：以维护海洋权益与防灾减灾等国家重大需求为牵引，以建立海洋环境立体观测和预测的技术和理论体系为目标，聚焦三大研究方向：海洋卫星遥感技术与应用、海洋动力过程与生态环境、大洋环流与气候变化。

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海洋污染国家重点实验室（香港城市大学、香港浸会大学、香港中文大学、香港理工大学、香港科技大学、香港大学，2009年）：主要致力于通过化学、生物及工程技术，早期侦测、评核、预测及控制影响海洋环境污染。
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热带海洋环境国家重点实验室（中国科学院南海海洋研究所，2014年）：致力于引领我国南海海洋和热带海洋的基础和前沿方向的研究，聚焦三大研究方向：南海环流与中小尺度动力过程、热带海洋-大气过程与气候效应、热带海洋动力过程的环境效应。
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& s* F* ?2 a( B' N( p5 M海洋资源方面

2 e0 T) s2 w6 w% z) l在不断加深对海洋认识的基础上，我们认识到海洋不仅仅是国土安全的战略门户，而且蕴藏大量的油气、矿产及其它可再生能源。中国走过了近60年的海上油气勘探历程，勘探难度越来越大。1982年，中国海洋石油总公司成立以后，海洋油气勘探开发范围由最初的渤海（平均水深18m）扩大到东海、南海，海洋油气勘探开发正在由中浅海向深海发展。2021年6月25日，“深海一号”平台正式投产，标志着中国从装备技术到勘探开发能力全面实现从300米到1500米超深水的跨越。


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自2010年起，国家开始加大海洋资源相关国家级科研平台的建设，到2020年，中国近海探井数超过全球海上总探井数的40%。国家级科研平台发挥了重要作用，对海洋地质环境认识的深化为油气勘探发现提供了理论指导和科学依据。


4 G: R$ [9 D. ?- S9 v& M海洋石油高效开发国家重点实验室（中国海洋石油集团，企业国重，2010年）：实验室以建立海洋石油高效开发新模式为目标，从化学驱油、多枝导流适度出砂、从式井网整体加密和热力采油等研究方向进行技术创新和技术集成的研究与应用。

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深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室（长沙矿冶研究院有限公司，企业国重，2012年）：国内唯一的深海矿产资源开发领域的国家重点实验室。聚焦五大研究方向：深海矿产资源开发系统技术、深海矿物采集与海底行走技术、深海矿物输运技术、深海作业装备设计与分析技术、深海矿物高效提取和新型加工技术。


南海海洋资源利用国家重点实验室（海南大学，省部共建，2016年）：我国首个针对南海海洋资源进行开发利用和保护研究的国家重点实验室。聚焦五大研究方向：南海海洋生物资源利用、南海海洋化学与生态、南海海洋矿物资源新材料利用、南海海洋动力资源、南海海洋信息资源化技术。

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据国际能源署IEA（2018）统计，全球海洋石油和天然气探明储量为354.7亿吨和95万亿立方米，分别占全球总储量的20.1%和57.2%。从探明程度看，海洋石油和天然气的资源总体探明率仅分别为23.7%和30.6%，尚处于勘探早期阶段。其中，浅水（<400米）、深水（400~2000米）、超深水（>2000米）的石油资源探明率分别为28.1%，13.8%和7.7%；天然气分别为38.6%、27.9%和7.6%。未来，海洋油气具有极大的勘探开发潜力，是全球重要的油气接替区。
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4 E* Y& L. I9 s% L7 y海洋的战略价值日益重要，国家提出海洋三深战略“深潜、深钻、深网”。海洋战略已经不仅仅是国土安全和资源开发的概念，更是未来人类拓展活动范围的战略空间。但是，没有先进的海洋工程装备，我们对高深莫测的大海将束束手无策。
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海洋强国，装备先行

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      如何理解“深潜、深网、深钻”三大战略对于发展海洋装备至关重要。

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& L/ h5 g% b" ]/ @      首先是“深潜”，中国的载人深潜已经产生巨大的社会影响，也是观测深海最直接的手段。经过多年努力，中国拥有不同深度的载人深潜器——能潜入深海4500 m的“勇士号”、能潜入深海6500 m的“蛟龙号”和万米全水深的“奋斗者号”，装备的水平已进入国际前列。随着遥控技术和人工智能的发展，许多极端环境的探索已经可以由机器人代替，深海探索也不例外。现在，不载人的潜器已经成为深潜探索的主力，通过缆线“脐带”连接的无人遥控潜水器（ROV），可以由科学家在船上操纵。而水下自主航行器（AUV）连缆线都不用，可以长时间在海洋内部作业，这些不同种类的“水下机器人”已经成为深海科学探索和工程服务的主力。
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      其次是“深网”，虽然科学家亲历其境的探索有着不可替代的价值，然而从成本和效率出发，非载人深潜才是大范围推广的发展方向。然而，即便无人的深潜器也不能总呆在海里，深海巨大水压是潜航器致命杀手，于是20世纪末开始发展海底观测网，相当于将“气象站”安置在海洋深处，对海洋内部进行长期、连续的原位实时观测。海底观测网的长期观测是揭示深海奥秘的有效途径，从连续测量深部洋流的流速流量，到台风来袭或者火山爆发时监测海洋反应，将传感器放在海洋内部是最好的选择。据说，美国、日本等就在第一岛链海底布置了严密的观测网，时刻监测中国的海上军事动态。因此，海上攻防设备正朝超静音方向发展，同时我们也需要发展中国的海底监测网，以防来犯之敌！

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      最后是“深钻”，是探索深海难度最高、耗费最大的技术。因为人类一直想要了解地球深处的秘密，地壳最薄的地方在海底。上世纪六十年代发展起来的大洋钻探技术，为地球科学研究打开了一扇“宝藏之门”。自从1968年美国启动后不久，就发展为国际大洋钻探计划，由若干发达国家共同提供资金、选择最佳技术，共同合作进行，简单地说就是全球支持一条船进行钻探。半个多世纪以来，大洋钻探船成了海洋科学的“航母”，接二连三的重大发现导致了20世纪地球科学的革命。中国在1998年加入国际大洋钻探计划，二十多年来实现了南海4个航次，钻探了17个站位，为认识南海深部做出了不可估量的贡献。但是年逾半百的大洋钻探计划，无论在技术上还是组织上都已经难以适应新时期的科学需求。例如要钻探地幔顶部，钻头就要求有耐高温高压的新型材料；钻探船也可能要将泥浆泵甚至钻机放到海底，以减少几千米穿越海水的钻具。
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海洋装备方面
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( Q9 W5 U, V: o5 f' r. {/ ~我们来看看中国的海洋装备类国家科研平台都有哪些？


海岸和近海工程国家重点实验室（大连理工大学，1990年）：实验室定位于应用基础研究，聚焦海岸和近海工程建设与安全防护、海洋资源开发利用、海洋环境修复与保护等国家重大需求。主要五大研究方向：海洋动力环境与流固耦合作用、陆海水域环境与海岸侵蚀防治、海岸与跨海工程及其防灾减灾、海洋资源开发基础设施工程、海洋工程智慧运维与全寿命安全。
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海洋工程国家重点实验室（上海交通大学，1992年）：实验室定位于应用基础研究、国防科研和民用科研并重，聚焦船舶工程、海洋工程、水下工程领域国家重大需求，瞄准国际船海工程重大力学问题研究，围绕深海无人潜水器、新型深海开发装备、绿色高性能船舶三大方向开展创新攻关。


( J( q# X" R) A# B, t. S深海载人装备国家重点实验室（中船重工集团702研究所，企业国重，2017年）：实验室以深海载人装备的应用基础研究、共性技术研究和创新人才的培养为主要任务，聚焦于深海载人装备的总体技术、超大潜深技术和深海作业技术等三大方向，已经完成了“蛟龙号载人潜水器研制”、“深海空间站关键技术研究”、“机动式救生钟”等30余项科研项目，是国内开展深海载人装备研究为特色的企业国家重点实验室。

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装备先行，材料不行

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（海洋材料类实验室发展现状）

起初，我们以“认识海洋”为目标，建立了体系较为完善的海洋地质、环境等领域的国家科研力量。我们认识到海洋是资源宝库后，以“开发海洋”为目标，建立了海洋资源、海洋装备领域的国家科研力量。现在面对“经略海洋”的战略目标，我们越来越感到力不从心。

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在陆地文明时期，人类沿着海岸线认识海洋，这是“一维”空间的概念。在海洋文明时期，西方强国穿越重洋征服了美洲、惊醒了东方，这是“二维”空间的概念。在海上强权时代，来犯之敌不光会从水面而来，这已经是“三维”空间的概念。更何况，海上强国早已挺近大洋深渊、挺近南北两极，中国必须奋勇赶超！


装备的落后，本质上是材料工业的落后，是材料研发力量的落后。
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" A, E( |: i, X1 I1 h/ T; @+ j  N例如南海，位于近赤道低纬地区，属热带季风气候和赤道气候，与其它海域的海洋环境相比，常年具有高日照辐射强度、高紫外含量、高湿热、高盐雾及高降雨量的特点。南海的年日照辐射总量约是其它海域的1.5-1.7倍，年平均温度高达约是其它海域的1.7-2.7倍，年平均降雨量约是其它海域的1.3-2.4倍……特殊的强日照辐射、高湿热、多雨和高盐雾环境使得在南海海域服役的金属材料面临着异常严重的大气腐蚀问题，给装备的运行埋下极大的安全隐患。总之，是耐腐蚀材料的短板阻碍了南海的开发进程。


例如深海，每下潜10米，装备承受的压力便增加1个大气压。全球海底最深处——马里亚纳海沟，人称“地球第四极”，其最深处约1.1万米，相当于珠穆朗玛峰叠加华山的海拔高度，其水压更是接近1100个大气压，这个压强足以将一辆坦克压扁。深海除了高压，更有奇特无比的“冷泉热液”。“深海热液”又称为“黑烟囱”，主要是海底深处喷出的高温流体遇到海水时混合形成的黑烟，这些黑烟富含硫化物颗粒，流体成分主要是甲烷、二氧化碳和硫化氢，温度可以高达400摄氏度。“深海冷泉”来自海底沉积界面之下的流体，会以喷涌或渗漏方式从海底溢出。虽然现在人类的潜航器已经可以触及大海最深处，但面对巨大压强，只能是此地不宜久留。总之，是耐压力材料的短板阻碍了深海的开发进程。

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+ i/ s6 P! i5 e1 P8 k8 u例如极地，北极最低气温-66℃，南极最低气温-93.2℃。人类最坚硬的牙齿在吃冰棍的时候，都觉得寒气逼人。普通的钢铁、陶瓷、塑料在极端低温下，会面临直接脆断的危险。极地超低温环境易使极地装备的关键部件结冰，会导致动力部件过载、冰载荷分布不均、影响制动效果等，降低安全性和操纵性。但是，极地区域不光是冷。两极地区附近海域是冰天雪地，极地船舶的螺旋桨没有破冰的能力如何前行？即使拥有破冰能力，破碎产生的冰水混合物犹如一群利刃在船体周围“群魔乱舞”，仿佛铁甲勇士在枪林弹雨中前行。中国极地科考装备，目前是“两船、六站、三飞机”，拿三飞机来说：“雪鹰601”原型机为美国巴斯勒BT-67运输机（Basler BT-67）；“雪龙”号配备的直升机“雪鹰102”号，是俄罗斯卡莫夫直升机公司以卡-27海军直升机为基础、专为消防设计研制的双发通用直升机；“雪龙2”号配备的直升机“雪鹰301”号，由意大利莱奥纳多股份公司制造，是全球最大的旋翼机制造商。总之，是耐低温/耐冰撞/防结冰材料的短板阻碍了极地的开发进程。

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装备先行，但材料不行。仅有的两家海洋材料类国家重点实验室，一家专攻海洋涂料，一家专攻海洋钢铁，他们在打造海洋装备、助力海洋强国的战略中发挥了巨大作用。
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海洋涂料国家重点实验室（中化集团海洋化工研究院公司，企业国重，2013年）：实验室紧紧围绕海洋涂料高新技术需求，以海洋涂料的应用基础研究、关键原材料研制筛选与表征、关键技术的研发及工程化为重点研究内容，拓展飞机涂料、重防腐涂料、环保涂料、功能材料、民用装饰涂料、胶粘剂及有关助剂的应用开发研究、生产和经营。
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% X( u1 D9 I6 M/ R- t- T海洋装备用金属材料及其应用国家重点实验室（鞍钢集团，企业国重，2015年）：是我国首个在海洋装备用金属材料及其应用领域设立的国家重点实验室，致力于海洋装备用金属材料在突破性发展中所涉及的重大需求与制约瓶颈。主要研究五大方向：海洋装备用金属材料冶金技术、海军装备用金属材料制备技术、海洋工程用金属材料制备技术、海洋装备用特种金属材料制备技术和海洋装备用金属材料应用技术等。
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  q& l$ U  T& v: R1 b尽管如此，面对未来海洋高技术领域的竞逐，我们仍感力不从心。没有顶尖的海工材料，没有顶尖的海工装备。没有顶尖的海工装备，就无从谈起海洋强国战略。
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总结

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: b# Q3 A6 o  b2 ?! @: Q# j* d) R至此，我们应该深刻地意识到：海洋强国，材料先行！一代海洋材料，支撑一代海洋装备。地基不牢，真的就是地动山摇！
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* x* N, _8 _2 X% J/ z+ B* c2 M从陆地到沿海，从沿海到远洋，从远洋到深海、极地，我们开发海洋需要面对更多复杂、苛刻的环境。通过海洋地质、环境的研究，我们已经认识到温度、压力、湿度等耦合极端条件，是海洋工程装备难以逾越的障碍。

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但是，相较于海洋地质、环境、资源类科研平台，海洋装备、尤其是海洋工程材料类的国家科研平台还非常薄弱，难以作为海洋领域战略科技力量支撑海洋强国战略。在轰轰烈烈投资科研平台建设的运动中，我们应该更加关注这块战略领域！
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