第07版:高教周刊·科学研究
2020年03月23日 星期一
构筑近浅海开发安全防线
通讯员 冯文波

    近浅海,是人类接触海洋、认识海洋的发端点,也是对海洋进行开发利用的先行区。在这一过程中,人类修建了大量的码头、海堤、人工岛、进海路、海洋平台等海上构筑物,这些构筑物不仅所处的海底地形与地质条件复杂多变,而且还时常受到波浪、狂风、洋流的拍打、冲刷和腐蚀,在茫茫大海中,构筑物一旦失稳破坏,就会造成巨大的人员伤亡、经济损失和环境破坏。此外,由于传统构筑物及设计理念与分析方法严重滞后等新形势下的工程需求,使海洋近岸环境保护问题尤为严峻。

    中国工程院院士、中国海洋大学教授李华军及其团队直面挑战,围绕近浅海构筑物的设计、施工与安全保障技术与中交第二航务工程局有限公司、中国港湾工程有限责任公司、中石化石油工程设计有限公司、中交武汉港湾工程设计研究院有限公司等单位进行产学研联合攻关与自主创新,完成的“近浅海新型构筑物设计、施工与安全保障关键技术”获得2019年度国家科学技术进步奖二等奖。

    十五年,三获国家科技进步奖。2003年创设的海洋工程学科,在短短十几年中位列软科全球高校学科排名第16位,使海大成为我国海洋工程领域研究的新高地。是什么驱使他们不断前行?是什么支撑起这一次次的跨越?

    海洋工程创新加速度

    历经十余年的探索研究和反复试验,李华军与项目组不负众望,最终研发了透空式新型近浅海构筑物及分析设计理论,发明了复杂恶劣海况下桩基施工与软基处理关键技术,创建了近浅海工程安全防浪、水下自动测控安装、损伤检测与修复加固新技术等一整套近浅海新型构筑物设计、施工与安全保障关键技术体系,成为新时代开发利用海洋,逐梦蔚蓝的坚实保障。

    胜利油田是我国重要的石油工业基地,近年来,面对陆上油气资源日益枯竭的挑战,人们逐步把油气钻探的目光瞄向海洋,通过在滩浅海海域修建进海路和人工岛组合系统(路岛工程),在岛上建设油井进行石油开采,并建成了埕岛油田等大型的近浅海油田,发展成为胜利油田新的经济增长点。路岛工程作为胜利油田滩海油气开发的基础设施,时常遭受风暴潮和寒潮的袭击,运行风险较大、环保问题严峻,成为困扰油田正常生产运营的主要隐患。

    为此,李华军团队与胜利油田协同创新,在工程建设中采用“近浅海构筑物安全防护与加固技术”进行防护方案设计,确保了人工岛和进海路结构的安全稳固。为保护近浅海环境,应用“近浅海新型构筑物与设计分析方法”,提出滩浅海资源开发环保型路岛、潜堤等新型构筑物的工程设计准则,保障了工程区域的水体自由交换,达到了安全、环保、经济的工程效果。此外,还发明了构筑物损伤实时检测与修复加固新技术,解决了复杂动力环境中结构损伤难以准确识别与损伤修复加固难度大的技术难题,为结构的优化设计和安全运行提供了技术支撑。

    为“一带一路”助力添彩

    “服务国家战略,以工兴海强起来”是李华军及其团队孜孜以求开展研究的动力之源。

    面对“一带一路”建设的重大机遇,李华军带领团队成员以“近浅海新型构筑物设计、施工与安全保障关键技术”研究应用为抓手,积极融入“21世纪海上丝绸之路”建设,为沿线地区或国家的海洋工程建设出谋划策,提供战略咨询。

    受聘中国工程院南海重大咨询项目专家,负责“一带一路”海上交通基础设施发展战略研究,担任国家自然科学基金委员会“双清论坛”——“南海和极地开发的海洋装备关键技术”主席,主持海洋与海岸工程“十三五”学科发展规划……多年来,李华军带领团队成员多次为南海资源开发装备的研发与空间利用工程设施的规划建设、“21世纪海上丝绸之路”沿线交通基础设施工程建设以及我国未来重大海洋装备研发等出谋划策,担当智库使命。

    2019年9月,来自中国、挪威、英国的17位院士齐聚青岛,参加由中国工程院主办、中国海洋大学承办的“海洋工程与水利工程科技前沿与创新发展国际工程科技发展战略高端论坛”。李华军以“海洋工程科技面临的紧迫需求与发展机遇”为题向来自国内外50余个政府部门、大学、科研院所、大型企业的160余名参会代表阐释了面对百年未有之大变局,以推进海洋工程建设和技术创新为纽带,落实共建“一带一路”倡议的思考与实践。为促进海洋工程科技创新、产学研合作与国际交流,携手构建海洋命运共同体贡献了新的智慧和方案。

    胡布燃煤电厂项目是国家主席习近平出访巴基斯坦时,签署的中巴51项合作协议之一,属“一带一路”及“中巴经济走廊”框架下的重要能源项目。该工程直接面向阿拉伯海,受中长周期涌浪的影响,施工条件十分恶劣,可谓困难重重。项目组协同创新,采用“桩顶支撑移动平台桩基施工技术与装备”,实现了沉桩、钻孔、钢筋笼下放、桩基浇筑等一体化施工,消除了恶劣海况对桩基施工进度和精度的影响,保证了全天候安全、高效施工。

    胡布煤码头建设顺利推进,为煤炭从外海直接运往电厂提供了坚实保障。“近浅海新型构筑物设计、施工与安全保障关键技术”项目组又一次用自己的智慧和汗水为共建“一带一路”作出了中国贡献。

    阿什多德港位于以色列南部,毗邻地中海,是该国第二大港口。项目组成功参加了阿什多德港建设项目。

    在防波堤建设中,需对当地海域的软弱基础进行处理,由于当地属季风气候区,海上施工条件差,作业窗口期短,无法运用传统的海上碎石桩软基处理技术进行作业,原设计采用基础大开挖换填方案,但此种方案面临施工周期长、工作量大、成本高昂,以及破坏环境等不利因素。结合当地气候条件和海域状况,项目组认真分析、改进施工思路与方法,利用“海上碎石桩复合地基处理技术与装备”,解决了防波堤软弱基础处理的工程难题,将此前设计的大开挖换填方案变为碎石桩基础处理方案,确保了施工工期和施工质量,显著降低了工程投资。在码头施工中,又利用“桩顶支撑移动平台桩基施工技术与装备”,将海上桩基施工巧妙地转换为陆上施工,彻底避免了恶劣海况对海上桩基施工的严重制约,用过硬的技术和高质量、高效率的施工赢得了项目方的认可与赞誉,充分展示了我国在海上交通基础设施领域里的创新能力,显著提升了核心竞争力和国际影响力。

    以向海图强为己任的团队

    “为港口、码头和海洋平台等海上工程设施建设提供技术支撑只是取得成果的一方面。同时,我们还培养锻炼了一支富有创新精神的青年师资队伍。”李华军说。

    一流师资队伍为培养一流人才夯实了基础。十多年来,在海洋工程学科的发展建设中,始终把立德树人作为根本任务,持续加强师德师风建设,注重培养学生的创新能力和拓展国际视野,为我国海洋事业发展输送了一大批领军人才和骨干力量。在项目实施过程中,依托“海洋工程与海洋再生能源”高校学科创新引智基地,引进国外优质智力资源,构建海洋工程全球科教合作网络,持续拓展学生的国际视野,增强创新能力,提高人才培养质量。

    在项目推进过程中,同样受益的还有中国海洋大学的海洋工程学科。在最新公布的2019年度国家级和省级一流本科专业建设名单中,海洋工程学科领域的港口航道与海岸工程、船舶与海洋工程2个本科专业入选首批国家一流本科专业。

    创新平台建设同样收获满满。2014年,李华军牵头申报的“大型深海结构水动力学理论与流固耦合分析方法”项目获批,成为国家自然科学基金委在海洋工程领域资助的首个重大项目。在2017年山东省同类重点实验室评估中,山东省海洋工程重点实验室排名第一,有力支撑了海洋工程学科的高水平科学研究、社会服务与人才培养。

    “放眼中国乃至世界海洋工程领域,尚有许多难题亟待解决。”作为一个在海洋领域摸爬滚打30余年的“老海工”,李华军坦言,“我们在海洋工程设施与装备的分析设计、施工安装以及安全运行维护领域取得了一些技术突破,但相对于国家战略需求和地方经济社会发展来看,我们的创新能力和服务能力是远远不够的。”还有更多的科技高峰等待他们去攀登。

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中国教育报