打造“國(guó)之重器”，建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)
——記海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡(jiǎn)稱“實(shí)驗(yàn)室”）由原國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)，依托上海交通大學(xué)建設(shè)。它于1992年建成運(yùn)行，是我國(guó)首批批準(zhǔn)建設(shè)的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

實(shí)驗(yàn)室定位于應(yīng)用基礎(chǔ)研究、國(guó)防科研和民用科研并重，聚焦船舶工程、海洋工程、水下工程領(lǐng)域國(guó)家重大需求，形成多個(gè)方向，開(kāi)展原始創(chuàng)新基礎(chǔ)研究，引領(lǐng)國(guó)際船海工程重大力學(xué)問(wèn)題研究，組織推進(jìn)深海無(wú)人潛水器、新型深海開(kāi)發(fā)裝備、綠色高性能船舶等研發(fā)任務(wù)創(chuàng)新攻關(guān)，產(chǎn)出一批重大原始創(chuàng)新成果，打造一批船海領(lǐng)域“國(guó)之重器”，引領(lǐng)國(guó)際船?？萍记把匕l(fā)展，在海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)中發(fā)揮不可替代的作用。

海洋工程重大力學(xué)問(wèn)題方向

海洋工程重大力學(xué)問(wèn)題方向針對(duì)海洋工程在水動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、工藝力學(xué)等領(lǐng)域存在的大量國(guó)際學(xué)術(shù)前沿力學(xué)難題，長(zhǎng)期致力于船海領(lǐng)域非線性水波理論、水中航行體高速水動(dòng)力學(xué)、流固耦合與振動(dòng)噪聲、海洋結(jié)構(gòu)物非線性動(dòng)力學(xué)等方面的關(guān)鍵力學(xué)問(wèn)題與求解方法，為船舶與海洋結(jié)構(gòu)物的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和制造、深海勘探系統(tǒng)和資源開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)理論支撐。

在自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和國(guó)家“973”課題的支持下，實(shí)驗(yàn)室突破了畸形波、非定常共振波浪等強(qiáng)非線性波浪機(jī)理、深海分層流與內(nèi)波等極端動(dòng)力環(huán)境、波浪砰擊與上浪等強(qiáng)非線性響應(yīng)等基礎(chǔ)理論問(wèn)題。其中，同倫分析方法獲2016年國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)；國(guó)際上首次在理論上預(yù)言了深水定常共振波系的存在，并于2015年率先實(shí)現(xiàn)物理驗(yàn)證；揭示了波波、波流相互作用的畸形波生成演化機(jī)理及其時(shí)空變化規(guī)律；攻克了高雷諾數(shù)流動(dòng)模擬、剪切流和振蕩流下的渦激振動(dòng)的研究方法，獲2017年海洋工程科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)；發(fā)現(xiàn)渦激運(yùn)動(dòng)鎖定特征、流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵參數(shù)影響規(guī)律，為發(fā)展深吃水平臺(tái)奠定理論基礎(chǔ)。

海洋工程裝備與技術(shù)方向

海洋工程裝備與技術(shù)方向研究?jī)?nèi)容包括新型深海開(kāi)發(fā)裝備、深海平臺(tái)定位與立管系統(tǒng)、海底基礎(chǔ)與樁基、海洋工程先進(jìn)試驗(yàn)理論與方法等。

實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建了國(guó)際一流的深海裝備性能模型試驗(yàn)技術(shù)體系，突破畸形波、三維短峰波等極端海洋環(huán)境精準(zhǔn)模擬技術(shù)，提出深水系泊系統(tǒng)截?cái)鄬?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的4層篩選法和預(yù)偏移設(shè)計(jì)理念，研制了氣浮支撐微阻尼渦激運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)裝置，突破了張力腿平臺(tái)低質(zhì)量比力學(xué)特性模擬難題；研制了平衡式砰擊載荷毫秒級(jí)測(cè)量傳感器、浪高儀密集陣列。試驗(yàn)技術(shù)體系獲得上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，發(fā)表《科學(xué)引文索引》（SCI）論文20余篇，授權(quán)發(fā)明專利8項(xiàng)。

體系全面支撐我國(guó)首座深水半潛式生產(chǎn)平臺(tái)“陵水17-2”、首艘深水起重鋪管船“海洋石油201”、首個(gè)DP浮托安裝“惠州25-8”工程、亞洲最大導(dǎo)管架“荔灣3-1”平臺(tái)安裝工程、第六代和第七代深水半潛式鉆井平臺(tái)等深水重大工程的成功實(shí)施，發(fā)揮了不可替代的作用。通過(guò)國(guó)際競(jìng)標(biāo)，承接完成英荷殼牌、?？松梨?、雪佛龍等跨國(guó)能源企業(yè)的海洋開(kāi)發(fā)海外工程應(yīng)用項(xiàng)目23項(xiàng)，成為世界深海裝備開(kāi)發(fā)的首選試驗(yàn)基地。

實(shí)驗(yàn)室建立了我國(guó)首套海洋平臺(tái)安全保障系統(tǒng)，包括平臺(tái)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸、陸上集控基地等功能，突破了實(shí)海域現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、信息融合處理、監(jiān)測(cè)結(jié)果深度應(yīng)用等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，首次安裝于“海洋石油981”平臺(tái)，保障南海作業(yè)安全；突破海上厘米級(jí)精確定位、碰撞力監(jiān)測(cè)與反饋、海上遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)，為海上作業(yè)決策提供可靠依據(jù)，完成荔灣3-1、惠州25-8等南海7個(gè)油氣田開(kāi)發(fā)，國(guó)際競(jìng)標(biāo)完成馬來(lái)西亞2座油田海上浮托安裝。

實(shí)驗(yàn)室建立了飽和土中樁基動(dòng)力響應(yīng)的解析解體系和高效算法模型，為飽和軟土地區(qū)樁基設(shè)計(jì)施工和環(huán)境振動(dòng)控制提供理論方法。發(fā)表《科學(xué)引文索引》（SCI）論文65篇，獲教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)等。

船舶設(shè)計(jì)理論與方法方向

實(shí)驗(yàn)室以數(shù)字化、智能化設(shè)計(jì)為核心，長(zhǎng)期致力于開(kāi)展數(shù)字化設(shè)計(jì)與智能制造、特種工程船關(guān)鍵技術(shù)、艦船綜合性能與安全保障等相關(guān)研究。

實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展大型絞吸式挖泥船研發(fā)與總體設(shè)計(jì)研究，引領(lǐng)了國(guó)際大型遠(yuǎn)海疏浚裝備技術(shù)發(fā)展。團(tuán)隊(duì)提出的絞吸式挖泥船惡劣環(huán)境下多體耦合動(dòng)力分析技術(shù)，揭示了專業(yè)疏浚設(shè)備的動(dòng)力載荷機(jī)理，突破了大型專業(yè)疏浚設(shè)備的設(shè)計(jì)理論瓶頸，使得作業(yè)海域從沿海拓展到遠(yuǎn)海；攻克了總體布置、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能優(yōu)化等船型開(kāi)發(fā)難題，提出了智能控制策略和動(dòng)力裝置配置總體技術(shù)，開(kāi)發(fā)了智能集成疏浚監(jiān)控技術(shù)與裝置，建成了綜合控制與信息化管理系統(tǒng)。團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的56艘大型絞吸式挖泥船，占市場(chǎng)份額超70%。相關(guān)工作為南海永暑礁、永興島、美濟(jì)礁、渚碧礁等島礁建設(shè)工程作出不可替代的貢獻(xiàn)。其成果“大型絞吸挖泥船設(shè)計(jì)原理研究及船型開(kāi)發(fā)實(shí)踐”獲2017年教育部科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展船舶數(shù)字化智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究，研究成果應(yīng)用于萬(wàn)箱級(jí)超大型集裝箱船、1600客豪華客滾船等高技術(shù)船舶研發(fā)設(shè)計(jì)，推動(dòng)船舶行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。團(tuán)隊(duì)開(kāi)展船舶計(jì)算水動(dòng)力學(xué)研究，形成了復(fù)雜流場(chǎng)、流固耦合、劇烈流動(dòng)求解軟件體系，實(shí)現(xiàn)船型綜合性能優(yōu)化。

深海探測(cè)與作業(yè)技術(shù)方向

深海探測(cè)與作業(yè)技術(shù)方向研究?jī)?nèi)容包括深海無(wú)人遙控潛水器、水下重載作業(yè)裝備、新概念水下運(yùn)載器、深海探測(cè)與信息技術(shù)等。實(shí)驗(yàn)室是國(guó)內(nèi)最早從事深海水下技術(shù)的研究機(jī)構(gòu)之一，曾主持研發(fā)國(guó)內(nèi)最早的載人潛水器“7103深潛救生艇”和最早的深海調(diào)查裝備“6000米深海拖曳觀察系統(tǒng)”，分獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)。

近20年來(lái)，實(shí)驗(yàn)室面向深海資源勘查開(kāi)發(fā)和環(huán)境調(diào)查等國(guó)家戰(zhàn)略需求，開(kāi)發(fā)了體系完備的深海調(diào)查作業(yè)型無(wú)人遙控潛水器（ROV）系列。“海龍”已成為我國(guó)深海潛水器“三龍”品牌之一。“海龍Ⅱ”獲得2012年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)和“中國(guó)高校十大科技進(jìn)展”。

團(tuán)隊(duì)完成的“海龍Ⅲ”6000米勘查取樣ROV系統(tǒng)，搭載重型取樣工具，具備深海小型鉆機(jī)、沉積物保壓取樣器等多種作業(yè)工具的搭載能力，具備海底精細(xì)巡線功能。

“海馬號(hào)”4500米遙控?zé)o人潛水器（ROV）攻克了大型遙控?zé)o人潛水器綜合控制系統(tǒng)，超高壓環(huán)境和高可靠密封等關(guān)鍵技術(shù)，首次成功研制重型被動(dòng)式升沉補(bǔ)償器，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。它在我國(guó)南海首次發(fā)現(xiàn)了“海馬冷泉”，勘查獲得大量天然氣水合物，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)世界首次連續(xù)穩(wěn)定的可燃冰開(kāi)采作出重大貢獻(xiàn)。

實(shí)驗(yàn)室自主研制世界首臺(tái)深海水下導(dǎo)向攻泥器，突破連續(xù)管鉆進(jìn)、慣性導(dǎo)航定位和末端液控?fù)Q向技術(shù)，國(guó)產(chǎn)化率大于90%，實(shí)現(xiàn)水深200米遙控作業(yè)、最大鉆進(jìn)100米海底水平定向穿越，標(biāo)志著我國(guó)沉船應(yīng)急打撈技術(shù)跨上新臺(tái)階，極大提高了我國(guó)船舶事故應(yīng)急處理能力。

深海資源開(kāi)發(fā)前瞻性技術(shù)方向

深海資源開(kāi)發(fā)前瞻性技術(shù)方向研究?jī)?nèi)容包括深海礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)裝備、海上可再生能源裝備、海洋空間資源利用、深海生物與基因開(kāi)發(fā)利用，實(shí)海域智能感知與作業(yè)技術(shù)等。

團(tuán)隊(duì)開(kāi)展前瞻性的深海礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究，針對(duì)其中的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，如長(zhǎng)距離輸?shù)V管道內(nèi)部的大顆粒、高密度固-液兩相流動(dòng)、管道內(nèi)部流場(chǎng)和外部海洋環(huán)境耦合作用等，開(kāi)展了深入的研究，為我國(guó)首次多金屬結(jié)核海上采礦試驗(yàn)提供了重要支撐。

團(tuán)隊(duì)結(jié)合我國(guó)創(chuàng)新提出的深遠(yuǎn)海超大型浮式基地概念，解決了南海無(wú)島礁依托海域的開(kāi)發(fā)和保障問(wèn)題，使其具有海上浮動(dòng)機(jī)場(chǎng)、船舶避臺(tái)靠泊和物資補(bǔ)給等綜合功能。針對(duì)南海近島礁海域的特殊海況和地形，團(tuán)隊(duì)還提出了南海超大型浮式保障基地的復(fù)合非對(duì)稱系泊方案，開(kāi)發(fā)形成了變水深和近島礁地形模擬、非均勻入射波浪模擬等整套水池模型試驗(yàn)技術(shù)。

實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)一直活躍在國(guó)際深海微生物學(xué)研究前沿，采集了全球不同水域熱液、冷泉、大洋深海平原、極地等特殊生境樣本，建立了國(guó)際上唯一長(zhǎng)周期運(yùn)行的深海環(huán)境模擬與極端微生物分離培養(yǎng)平臺(tái)，分離出超嗜熱古菌100余株，包括迄今唯一一株超嗜熱/嗜壓古菌，打破已知活體生物耐受壓力的最高紀(jì)錄；獲得第一個(gè)低溫、高壓誘導(dǎo)深海病毒，得到了科學(xué)界廣泛的承認(rèn)，此論文被列為基本科學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)（E SI）近10年來(lái)的高被引論文，被引頻次進(jìn)入學(xué)科前1%（0.44%）。團(tuán)隊(duì)提出了“微生物對(duì)多因子極端環(huán)境協(xié)同適應(yīng)”的假說(shuō)，研究論文發(fā)表于《自然·微生物》（Nature Microbial）（2016）、《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》（PNAS）（2018）等期刊，被《科學(xué)》（Science）等期刊引用及點(diǎn)評(píng)。