世界海洋工程與科技的發展趨勢與啟示

“中國海洋工程與科技發展戰略研究”項目綜合組

世界海洋工程與科技的發展趨勢與啟示

“中國海洋工程與科技發展戰略研究”項目綜合組

本文通過對世界海洋工程與科技發展所呈現的海洋開發技術和設備不斷進步推動海洋資源全面開發利用，海洋能源開發利用已成為各海洋國家發展的重要支柱，海洋生物資源開發一直是世界各國競爭熱點，海洋污染控制和防范受到國際社會的高度關注，海陸關聯工程與技術在現代海洋開發中發揮越來越重要的作用等特點與趨勢的梳理與分析，獲得如下啟示：強化全民海洋意識，推進海洋強國戰略；加強科技創新，提升海洋工程與科技的競爭力；優化產業結構，大力扶持海洋新興產業；健全管理體制，建立協調發展機制；加強海洋保護，保障資源可持續利用。

海洋工程；海洋科技；發展趨勢；啟示

DOI 10.15302/J-SSCAE-2016.02.018

一、前言

隨著1994年《聯合國海洋法公約》的生效，世界海洋經濟和政治格局發生了重大變化，國際社會普遍認識到海洋是人類生存與發展的資源寶庫和最后空間，也是全球經濟發展的新增長點。1970年

海洋經濟在世界經濟中的比重僅占2 %，1990年占5 %，目前已達到10 %左右，預計這一數值到2050年將上升到20 %[1]。

20世紀60年代以來，世界上沿海國家已越來越重視海洋開發，紛紛制定了有關海洋開發戰略。正是因為海洋意識的普遍增強，海洋開發已經成為了世界各海洋國家的國家發展戰略。為了實現這個發展戰略，全球海洋工程與科技正在激烈的競爭中發展，誰先擁有先進的技術，誰就在海洋開發上占據主動位置。因此，深入了解世界海洋工程與科技的發展特點和趨勢，借鑒各國的先進經驗，對進一步推進我國的海洋發展戰略將會得到一些有益的啟示。

二、世界海洋工程與科技發展特點和趨勢

（一）海洋開發技術和設備不斷進步并推動海洋資源全面開發利用

目前，全球科技進入新一輪的密集創新時代，海洋工程與科技向著大科學、高技術體系方向發展，呈現出以下發展特點和趨勢。

1.技術和設備的集成化

發達國家紛紛研究和開發海洋技術集成，建立各種監測網絡，如全球海洋觀測系統、全球海洋實時觀測計劃以及全球綜合地球觀測系統等。它們利用海洋遙感遙測、自動觀測、水聲探測以及衛星、飛機、船舶、潛器、浮標、岸站等相互連接，形成立體、實時的監測系統，不僅可以對現有狀態進行精確描述，而且可以對未來海洋環境進行持續的預測。就海洋觀測而言，不僅要從空中和陸上觀海，更要巡海、入海開展調查和探測，形成立體觀測網絡。因此，技術和設備的集成化是未來海洋科技發展的關鍵。一些發達國家的海洋立體監視監測能力和海洋環境預報能力已觸及世界各個海域。

2.技術和設備的智能化

隨著人們對物聯網技術的認知度越來越高，構建智能海上運載裝備的條件也不斷成熟。在船舶的生命周期里，船上的關鍵設備和系統維護技術復雜、難度大。借助物聯網技術就可對船舶及船用設備進行在線運行維護管理。岸上的運行維護管理人員利用現代寬帶衛星通信技術即可實時在線對整船或者某一關鍵設備進行監控和管理。此外，物聯網技術將進一步推動智能化無人駕駛船舶的發展。無人駕駛船舶比有人駕駛船舶在適應枯燥、惡劣工作環境方面更具優勢，因為機器比人更具靈敏性、耐久性和穩定性[2]。另外，由于海上作業的特殊性，諸如海水腐蝕、振動、外界環境氣候、高精度測量、高防爆要求等，對測控系統的要求越來越高，尤其是在一些化學品船、散貨船、游艇、油船以及海上石油鉆井平臺和軍艦上，自動化、智能化裝備更受歡迎。

3.技術和設備的深遠化

人類走向深海和遠海的步伐逐漸加快，相應的海上裝備也呈現深遠化的發展趨勢。日本無人遙控潛航器目前已具備下潛到10 000 m以上的深海進行作業的能力。新發展的深海潛器可更好地應用于海洋礦物與生物資源、海洋能源開發、海洋環境測量等多方面科學考察活動。與此同時，美國、英國、俄羅斯等國均已提出深海空間站構想。美國、俄羅斯、日本等國還在現役潛艇的基礎上，通過新的研發、改裝等多種技術途徑，發展新型的深海研究潛艇，探索水下作業、負載攜帶等技術。隨著海上油氣開采從淺海向深海擴展，大型海洋工程船舶以及水下裝備如深海潛器、水下鉆井設備等受到了國際海洋石油界的關注[3]。

4.技術和設備的綠色化

21世紀以來，國際海事界的環保意識越來越強，國際海事組織（IMO）先后出臺了一系列有關減少和控制船舶污染的國際公約，要求航運業更多地使用綠色環保型船舶。標準的提高必然帶來技術的更新。目前，歐洲、日本、韓國等造船技術發達國家和地區為了鞏固其技術優勢，紛紛開展綠色環保新船型研發，同時進一步推出更嚴格的船舶技術標準，大有建立綠色技術壁壘之勢。2009年日本制定了為期4年的科研計劃，以提高柴油機效率、廢熱回收為主要方向。其中長期目標是，2009—2020年實現單個船舶減排30 %，2021—2040年實現新建船舶減排60 %，2041—2050年基本實現新建船舶零排放。韓國知識經濟部于2011年也發表聲明稱，今后十年內，韓國政府將為開發環保綠色船舶投入3 000億韓元（約合2.66億美元）[1]。

（二）海洋能源開發利用已成為各海洋國家發展的重要支柱

近年來，海洋深水油氣開發已成為世界石油工業的重點，各國深水油氣田勘探開發成果層出不

窮。目前全球超過1×108t儲量的油田中，60 %來自于海上，其中50 %在深海。高風險、高投入、高科技是深水油氣田開發的主要特點。全球范圍內共有海上鉆井平臺800多座，其中深水鉆井裝置主要分布在一些大的公司，如瑞士越洋鉆探公司（Transocean）擁有58座，戴蒙德海底鉆探公司（Diamond Offshore Drilling, Inc.） 22座，美國石油鉆探服務公司（Ensco） 20座，諾布爾鉆井公司（ Noble Drilling）18座[5]。這些鉆井平臺主要活躍在美國墨西哥灣、巴西、北海、西非和澳大利亞海域。一些新型的多功能設施不斷涌現，如浮式生產儲油裝置（FPSO）、張力腿平臺（TLP）、深水多功能半潛式平臺（Semi-FPS）、深吃水立柱式平臺（SPAR）等各種類型的深水浮式平臺和水下生產設施已經成為深水油氣田開發的主要裝備。目前，世界深水開發區域主要集中在墨西哥灣、巴西、西非等地，其中墨西哥灣深水區的產量已超過淺水區[4]。

海洋可再生能源包括潮汐能、波浪能、潮流能、海洋溫差能、鹽差能以及海洋生物質能等開發也取得較大進展。目前，世界上有30多個沿海國家都在開發海洋可再生能源。在所有海洋可再生能源技術中，潮汐能發電技術是最成熟的技術。目前世界上已經有多座潮汐電站實現商業化運行，如韓國始華湖潮汐電站（254 MW）、法國朗斯潮汐電站（240 MW）、加拿大芬迪灣安納波利斯潮汐試驗電站（20 MW）等。波浪能發電是繼潮汐發電之后，發展最快的技術。目前世界上已有日本、英國、美國、挪威等國家和地區在海上建了50多個波浪能發電裝置。 潮流能發電也是近幾年來發展較快的海洋可再生能源發電技術。以英國為代表的歐洲國家掌握的潮流能發電技術代表著國際最高水平。海洋溫差能資源主要集中于低緯度地區，溫差能應用技術的研究也就主要集中在溫差能資源豐富的地區和國家，如美國、日本、法國與印度等。

（三）海洋生物資源開發一直是世界各國的競爭熱點

海洋生物資源是海洋資源中的重要部分。隨著人口的發展和陸地食物資源的短缺，世界各國非常重視海洋生物資源的開發。其中南極磷蝦資源的開發利用一直以來都是國際遠洋漁業的一個熱點。20世紀60年代初期，人類就對南極磷蝦進行了勘察、試捕，70年代中、后期，年產最高時可達5.3×105t。之后，由于蘇聯的解體，磷蝦年產急劇下降到1×105t左右，主要由日本捕獲。近年來，挪威和俄羅斯采用泵吸技術，大大提高了磷蝦漁獲效率，使年產又提高到超過2×105t，新一輪磷蝦開發高潮正在形成[3]。

水產增養殖業成為海洋經濟新的增長點。在近海建立“海洋牧場”也已經成為世界發達國家發展漁業、保護資源的主攻方向之一。各國均把“海洋牧場”作為振興海洋漁業經濟的戰略對策，投入大量資金。通過投放人工魚礁、改良海洋環境、人工增殖放流等一系列措施，大大提高了海域生產力。日本的瀨戶內海就是一個明顯的典范。瀨戶內海的生態環境曾一度遭受嚴重破壞，后來有計劃地進行人工魚礁投放和海洋環境治理，目前已成為名副其實的“海洋牧場”。日本近海岸每平方公里海域的生物資源量約為我國的13倍[5]。

（四）海洋污染控制和防范受到國際社會的高度關注

隨著海洋污染問題越來越嚴重，人類開始認識到海洋環境保護的重要性。從過去的一味索取開始轉為在開發利用的同時，將海洋作為生命支持系統加以保護。海洋垃圾是目前海洋污染的重要污染源。由于治理海洋垃圾成本高昂，需要各國攜手合作，從國家層面制定有效措施。2011年，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA)和聯合國環境署(UNEP)聯合發布了“檀香山戰略”(Honolulu Strategy)，提出了治理海洋垃圾的指導原則。這些原則包括了陸源垃圾的控制、河道垃圾的清掃和攔截、可生物降解的替代性材料的使用，以及海洋垃圾監控和收集處理等。韓國在該原則的指導下，采用了多種工程技術手段，如漂浮型的垃圾攔截壩、海底漁具監測設施、多功能海洋垃圾回收船以及能直接利用廢棄物生產燃油的工藝等，效果顯著[3]。

在海洋環境監測方面，有關沿海發達國家，已建立或正在建立一些海洋生態環境監測站。如日本在沿海建立了18個海洋生態監測/研究定位站，嚴密監視海洋生態環境的變化。一些國際組織也紛紛開展了有關海洋生態環境監測的項目，如政府間海洋委員會開展了全球海洋觀測系統項目，其中包括了一些重要的海洋生態監測內容，如：海洋健康、海洋生物資源和海岸帶海洋觀測系統。從總體上看，

海洋監測技術和海洋監測系統越來越向著全球化、立體化、數字化和高效化方向發展，以形成全球聯網的立體監測系統。目前，這些技術作為數字海洋的技術支持體系，已開始提供全球性的實時信息服務。

（五）海陸關聯工程與技術在現代海洋開發中發揮越來越重要的作用

進入21世紀以來，發達國家沿海產業發展與工程建設進入一個新的時期。各國紛紛采納了基于海岸帶綜合管理的思想和方法，以海洋空間規劃為工具，提高了沿海產業發展與工程布局的系統性和協調性。國際海陸關聯工程與技術發展主要特點如下。

1.以大型港口為核心的物流體系正在形成

以大型深水港為樞紐建成了四通八達的海陸運輸網絡是目前最重要的一種模式。如荷蘭的鹿特丹港，其高速公路直接連接歐洲的公路網，覆蓋了歐洲各國；鐵路直達歐洲各主要城市；水上航運直通歐洲各主要水網。今天的鹿特丹港已成為儲、運、銷一體化的國際物流中心。除了四通八達的交通網絡外，它還利用了保稅倉庫和貨物分撥配送中心，對貨物進行存儲和再加工，然后再通過海陸物流體系將貨物運出。

2.跨海大橋正在向著大型化和深水化方向發展

跨海大橋的作用在于打通受海洋阻隔而產生的陸地交通瓶頸，從而大幅提升區域交通物流效率，推動經濟社會的快速發展。在這方面，日本瀨戶內海大橋建設特別具有代表性。在沒有大橋之前，渡船擺渡需要大約1 h。瀨戶內海大橋建成后，駕車或乘坐火車穿越大橋只需大約20 min。

3.海底隧道發展迅速

國外著名的跨海隧道有：英吉利海峽隧道、丹麥的斯特貝爾海峽隧道、挪威的萊爾多隧道、日本青函隧道和東京灣海底公路隧道等。這些隧道在連接海陸交通方面發揮了重要作用。據不完全統計，國外近百年來已建成的跨海交通隧道已逾百座。

4.海島開發帶動了海洋經濟的發展

海島開發是很多國家推動海島經濟發展的重要途徑。從20世紀末開始，美國就實施了包括“海島納入聯邦貿易行動項目”等的一系列行動。通過給予海島寬松的稅收政策，促進海島對外開放，以吸引投資者，從而推動了美國海島經濟和社會的發展。印度尼西亞對外資開放了100個島嶼，建成了一批國際知名海島旅游和度假產業基地。馬爾代夫根據本國不同島嶼的具體情況，制定了不同的開發模式，并利用國外資金成功地開發了頗具特色的海島經濟，被稱為海島開發的“馬爾代夫模式”[6]。

三、發達國家海洋發展戰略對我國的幾點啟示

中國共產黨的第十八次全國代表大會提出了建設海洋強國的戰略。當今世界海洋工程與科技發展特點和趨勢對進一步加強我國的海洋科技與經濟的發展提供了一些重要啟示。

（一）強化海洋意識，推進海洋強國戰略

中華民族要走向世界，實現和平崛起的中國夢，必須牢固樹立新的海洋意識，徹底改變傳統的海洋觀念。我國有著遼闊的海洋面積，海洋開發與發展與中華民族的興衰密切相關[7]。為此，我們要向全民大力灌輸海洋意識，普及海洋知識和文化，全面制定國家海洋發展戰略。明確發展的目標和任務，采取各種有效政策和措施推動海洋經濟的發展，形成完整的海洋開發戰略體系。

（二）加強科技創新，提升海洋工程與科技的競爭力

現代海洋開發技術密集、復雜，投資大，不可控因素多。因此 “建設海洋強國”戰略必須與“創新驅動發展”戰略相結合。從“強基礎、抓專項、促轉化、上水平”等方面入手，著力推動海洋科技向創新引領型轉變。在海洋探測、海洋運載、海洋能源開發、海洋生物資源開發利用、海洋環境保護、海陸關聯工程等方面開展科技攻關，使其成果盡快推動海洋經濟和社會發展。

（三）優化產業結構，大力扶持海洋新興產業

現代海洋產業是新型的戰略新興產業。近年來，海洋工程裝備制造產業、海洋藥物和生物制品產業、海洋油氣開發產業、海洋可再生能源產業、海水利用產業等蓬勃興起，成為各國發展的戰略重點[8]。我們要緊跟世界海洋經濟發展水平，優化產業結構，用先進技術改造傳統產業，培育新興產業，投入國際海洋經濟發展的競爭中。

（四）健全管理體制，建立協調發展機制

英國海洋經濟發展的經驗中，最值得提及的就是政府和協會之間良好的協作。英國政府非常注意與海洋經濟企業保持動態、有效的溝通。英國有一個強有力的海洋經濟行業協會叫倫敦海事促進署。它是英國海洋行業與政府間進行溝通的橋梁。它作為行業代言人，統一面向政府、國內外競爭者與合作者進行各方面的協調與溝通[8]。我們要學習這些先進的理念和經驗，加強完善海洋綜合管理體制，理順各種關系，統籌兼顧，建立協調的發展機制。

（五）加強海洋保護，保障資源可持續利用

近30年來，面對海洋環境的嚴重污染以及海洋資源過度地開發利用，不少沿海國家和地區相繼建立起各種類型的海洋保護區，如海洋生態系統保護區、瀕危珍稀物種保護區、自然歷史遺跡保護區等。這些保護區在完整地保存自然環境和自然資源的本來面貌、保護和恢復生物資源、消除和減少人類活動的不利影響等方面已經或正在發揮其重要作用[9]。合理利用海洋，建立可持續的海洋經濟體系已迫在眉睫。我們必須堅持科學發展觀，建立良性海洋生態體系，以保障海洋資源為人類永續利用。

[1] 潘云鶴,唐啟升.中國海洋工程與科技發展戰略研究綜合研究卷[M].北京:海洋出版社, 2014. Pan Y H, Tang Q S. Development Strategy on China Ocean Engineering and Science and Technology (Comprehensive Report) [M]. Beijing: China Ocean Press, 2014.

[2] 甘豐錄.船舶電氣通導應嘗試探索船舶物聯網應用[N]. 中國船舶報, 2011–10–28. Gan F L. Ship electric communication should try to explore application of the Internet of things [N]. China Ship News, 2011–10–28.

[3] 楊寧生.我國海洋新興產業戰略概觀[J].工程研究: 跨學科視野中的工程, 2014(2): 156–166. Yang N S. Overview on marine strategic emerging industries in China [J]. Journal of Engineering Study the Interdisciplinary Fields of Engineering, 2014 (2): 156–166.

[4] 李清平.深海油氣開發有多難? [N]. 北京日報, 2012–05–30. Li Q P. How difficult is it to explore deep sea oil and gas?[N]. Beijing Daily, 2012–05–30.

[5] 吳姍姍.青島嶗山灣海域人工魚礁建設淺析[J].中國漁業經濟, 2013, 31(5): 163–167. Wu S S. Analysis on the construction of artificial reef in Laoshan Bay of Qingdao [J]. Chinese Fishery Economy, 2013, 31(5): 163–167.

[6] 段雯娟.馬爾代夫模式:“無人島”開發典范[J]. 地球, 2015(6): 30–33. Duan W J. A development model of “uninhabitable island” in Maldives [J]. Earth, 2015(6): 30–33.

[7] 張莉.世界海洋經濟發展趨勢及對我國的啟示[N].中國海洋報, 2007–03–13. Zhang L. Development trend of the world ocean economy and its revelations to China [N]. China Ocean News, 2007–03–13.

[8] 張春宇, 劉東民, 關聯盛.現代海洋經濟蓬勃興起[N].人民日報, 2014–05–08. Zhang C Y, Liu D M, Zheng L S. Booming of modern marine economy [N]. People's Daily, 2014–05–08.

[9] 劉蘭.我國海洋特別保護區的理論與實踐研究[D].青島: 中國海洋大學博士學位論文, 2006. Liu L. Study on theory and practice of special marine reserves in China[D]. Qingdao: Journal of Ocean University of China (Doctoral dissertation), 2006.

Development Trends and Implication in Marine Engineering and Technology

Task Force for the Study on Development Strategy of China's Marine Engineering and Technology Comprehensive Research Group

The paper examines current state and trends of the marine engineering and technologies around the world and attempts to extrapolate lessons for China's development efforts. The major characteristics and tendency of the world ocean development come in the form of advanced equipment and technology, which are used as the main force for promoting ocean resource exploitation, ocean energy exploration and extraction as an important industry to the world's countries; living marine resources as a competitive focus, marine pollution management and prevention as the priority issue, and land-sea integration engineering as an important part for marine development. In-depth analysis of the aforementioned characteristics and trends allows us reach a list of important recommendations. Therefore China should strengthen its awareness of national ocean policy issues and enhance ocean development position as part of its the national development strategy; promote science and technology innovation; optimize marine industrial infrastructure and vigorously support emerging marine industries; improve its comprehensive management system and establish a mechanism for the coordinated development; strengthen protection of resources and the environment and keep sustainable exploitation on resource.

marine engineering; marine science and technology; development trends; implication

P745

A

2016-01-25；

2016-02-25

中國工程院重大咨詢項目“中國海洋工程與科技發展戰略研究”（2011-ZD-16）

本文由《中國海洋工程與科技發展戰略》叢書《綜合研究卷?綜合報告》改寫，聯系人：楊寧生

本刊網址：www.enginsci.cn