殫精竭慮海洋情 矢志不渝強國夢
—— 記中國海洋大學教授、博士生導師黃維平

◎ 文/陳賀迎

殫精竭慮海洋情 矢志不渝強國夢
—— 記中國海洋大學教授、博士生導師黃維平

◎ 文/陳賀迎

我國作為海洋資源大國，海洋油氣開發也取得長足進展，涌現出一批致力于海洋工程技術和海洋工程結構物研發的專家學者，中國海洋大學工程學院黃維平教授就是其中的杰出代表，為推動我國深水油氣開發做出了貢獻。

資源能源是一個國家經濟增長和社會發展的重要基礎，而覆蓋地球表面70％的海洋中，蘊藏著石油、天然氣、可燃冰等豐富資源，是世界資源的寶庫。隨著科技的發展，人類對資源的需求日益增加，以及陸地資源的日漸稀缺，海洋資源的開發利用日益成為世界各國關注的焦點，油氣勘探重點已由陸地轉向海洋，由淺海轉向深海，先進的海洋工程技術和各種海洋工程結構物成為海洋開發和利用的重要支撐。

在人類全面步入海洋經濟的時代，我國作為海洋資源大國，海洋油氣開發也取得長足進展，涌現出一批致力于海洋工程技術和海洋工程結構物研發的專家學者，中國海洋大學工程學院黃維平教授就是其中的杰出代表，為推動我國深水油氣開發做出了貢獻，被譽為把脈海洋工程、探寶深海龍宮的先行者，為實現海洋強國鋪路搭橋。

因責任而結緣海洋工程

出生于20世紀50年代的黃維平，從小就喜歡刨根問底，對任何問題都要問個究竟直到弄明白為止，有些問題的提出讓家長和老師都一時難以回答，這就養成了他愛學習思考的習慣。隨著年齡的增長特別是中學畢業成為煉油廠工人后，腦海中的問題越來越多，求知欲也越來越強。

恢復高考制度后，黃維平以優異的成績成為大慶石油學院（現東北石油大學）石油礦場機械專業本科生，畢業后回到煉油廠從事技術工作。4年的機械設備研究工作中，因對技術研究的韌勁和破解問題的鉆勁，一個個棘手的技術難題迎刃而解。但他仍深感知識的不足，決定繼續深造，之后他順利考取了大連理工大學工程力學專業研究生，畢業后留校工作，并完成了結構工程專業的博士研究生學習，隨后又進入西南交通大學博士后流動站從事研究工作。

黃維平真正結緣海洋工程是因為在項目研究中發現問題，一探究竟而產生濃厚興趣，進而激發他深入研究的決心。1998年，黃維平作為力學師資進入中國海洋大學工程學院任教。在完成繁重教學任務的同時，他也承擔和參與了大量的科研工作。由于扎實的理論功底和超強的科研能力，他很快開辟了新的研究領域——海洋工程。教學不僅夯實了他的力學基礎，也為他的科研提供了有力的理論支撐；而科研反哺教學，使他不斷為學生開設出新的課程。

一次關于海底管道渦激振動的研究，使他第一次接觸了當時被認為幾近完善的渦激振動理論，而不斷發現新的現象使他堅持了長達十幾年的海洋工程渦激振動與渦激運動研究。至今他還清楚地記得當年發表研究成果時一波三折的情形，幾次因提出了與當時普遍接受的理論相悖的觀點而導致文章被拒，甚至有人善意地提醒他要謹慎，這也激發他深入探討的興趣，使他欲罷不能。

當時國內的海洋深水油氣開發裝備研究制造還處于起步階段，研究基礎薄弱，相關文獻很少，尚不能支撐他的研究成果。

那時，我國海上油氣勘探、開發、生產主要在大陸架，水深不超過300m，海上原油發現率僅為18.5％，天然氣發現率僅為9.2％。我國大量的海上油氣資源，極具勘探開發潛力。特別是我國還缺少必要的深海鉆探及開發裝備，對南中國海油氣資源的物探和開發處于空白狀態。而南海周邊地區的國家，如菲律賓、馬來西亞、泰國、印度尼西亞、越南與文萊等，早在我國南中國海開采海上油氣田，每年取走4000萬噸海上石油。我們是一個海洋大國，卻不是海洋強國，只能眼睜睜看著周邊國家不斷取走海上資源。

振興海洋工程，探寶深海龍宮。一種強烈的責任感和使命感油然而生，加之在研究中發現的問題，促使他對海洋工程產生濃厚興趣，更加堅定了深海油氣開發裝備創新研發的決心。2005年，黃維平主動申請去美國Texas A＆amp;M University做訪問學者，真正開始了深水油氣開發的研究，向深海龍宮探寶進發。

潛心研究求突破

在美國做訪問學者的1年間，黃維平如饑似渴，查閱了大量的文獻資料。回憶當年的情形，他仍然顯得有些興奮，向圖書館索要文獻時，經常超出每次10篇的限制而受到Email的提醒或警告。但他仍然如饑似渴地查詢、不知厭倦地索要，并掃描成電子文檔帶回國，這些文獻也成為他回國后一段時間的研究支撐。

一次查閱文獻時，黃維平發現國外一篇文獻的觀點與他2004年因“與現有理論相悖”而未能發表的文章相同，這更加堅定了他繼續研究的信心。2006年回國后，他又重新將文章進行了修改整理，詳細闡述了自己的觀點，很快得以發表，并在學術界產生一定影響。

渦激振動是引起深水立管失效的主要因素之一，它包括渦激升力引起的橫向振動和渦致脈動阻力引起的順流向振動。但目前的渦激振動分析方法主要是基于尾流振子模型的橫向渦激振動分析，沒有考慮浮式平臺運動引起的參數振動對渦激振動的影響；大長細比的彈性結構和剛性或彈性柱群的渦激振（蕩）動。這些都是傳統渦激振動研究不曾涉及的范圍，其最大的區別在于流固耦合的強弱。對此，黃維平經過10余年對渦激振動和渦激運動的深入研究，取得了有價值的成果，對海洋工程渦激振動和渦激運動有了創新性的認識，提出了一些改進的數學模型及相應的計算方法，研發了一些試驗裝置，改進了試驗方法，為該領域的深入研究積累了重要經驗。

在關于內、外壓和管內流體流速對立管及管道動力特性的影響研究中，黃維平發現目前深水立管幾何剛度計算方法的偏差，其物理概念與自然現象不符。比如，從目前的計算公式可推導出，在相同的頂張力和外壓條件下，管內流體的壓力越大，立管的等效張力越小，從而立管的幾何剛度越小，甚至變為負值而使立管的彎曲剛度降低，即管內流體的壓力對立管彎曲剛度的影響是負的，顯然是不符合自然規律的。生活經驗告訴我們，管內流體的壓力越大，管道會變得越硬，即剛度越大。例如一根充滿水的彎曲軟管，當水壓為大氣壓力時，軟管將保持原來的形狀，而當增加管內的壓力時，彎曲的軟管將會伸展，即彎曲的程度變小，水的壓力達到一定程度時，軟管會伸直，正如消防水龍帶的情形，當水流高速流經水龍帶時，柔軟的水龍帶變得十分剛硬。我們知道流體壓力與其流速的平方成正比，流速越大，流體的壓力也越大。因此，流速越大管道的剛度越大等價于流體壓力越大立管的剛度越大。同樣依據該計算公式，推導出的隨著外壓的提高，有效張力增大，管道的頻率提高，顯然與現有的歐拉梁理論相悖。經過多年的理論推導和實驗研究，黃維平提出了載流管道橫向彎曲振動的固有頻率計算方法和深水立管幾何剛度計算方法，可以說實現了創新性突破，為該領域的深入研究奠定了基礎。

黃維平說，研究中發現的一些不盡合理之處并不說明相關研究存在問題，因為研究工作受到研究對象和研究方法及手段的限制。現有理論提出的年代，尚不存在如今深水立管這樣大柔性且服役條件復雜的結構，當時的研究方法和手段也遠不及現在這樣強大的計算能力和試驗手段，因此，當今的研究在傳統理論的基礎上發現和提出一些新的觀點和方法是完全正常的，也是人類進步的表現。

堅持成就夢想，執著創造輝煌。黃維平對實現海洋強國的執著追求，促使他十幾年如一日拼搏于海洋工程研究領域，并取得豐碩成果。累計發表學術論文120余篇，獲國家發明專利31項，主持和參加30余項國家自然科學基金、863計劃和產學研合作項目。通過不斷研究積累，他還提出了創新研發深水浮式平臺與立管系統的思路：當設計全新結構或提高結構性能較為困難時，可以從降低結構和建造以及海上安裝成本出發來開發新結構，從而達到自主設計建造的目標。降低結構成本是通過優化設計來降低結構自身重量，提高結構的承載比；降低建造成本則是通過結構優化設計來簡化結構的建造工藝，縮短建造周期；降低海上安裝成本主要是將上部組塊和下部殼體的集成規劃在碼頭完成，避免海上安裝時使用大型起重安裝船并縮短海上作業時間。基于這些理念，他提出了S-Spar、Tri-Truss Spar和S-Cell Spar三種新型Spar平臺以及新型延展式張力腿平臺（ETLP）的概念，在深水浮式平臺與立管系統研究方面取得了重要突破。

嘔心瀝血育桃李

一枝獨秀不是春。作為一名教授、博士生導師，在學術和科研上成果再豐碩，也只是自己的。黃維平說，教學是教師的主業，只有盡心為學生“傳道、授業、解惑”，才能讓春色滿園，讓人生價值實現最大化。

黃維平作為力學專業人才引進到中國海洋大學后，除完成科研任務外，主要承擔了《理論力學》、《船舶與海洋工程結構力學》、《結構動力學》、《海洋工程結構動力分析》、《海洋工程結構焊接》、《海洋工程結構建造與施工》和《深水工程》等9門本科生、研究生課程的教學工作，毫不保留地把自己所學理論知識和科研思路、前沿理念等傳授給學生。

開放式教學是黃維平積極倡導的教學理念。黃維平的辦公室緊挨著學生的實驗室，他辦公室的門始終是敞開的，隨時都會有學生過來咨詢或探討問題。黃維平說，我比較喜歡和欣賞能提出問題特別是能反駁老師意見的學生，能提出問題說明學生認真思考了。因為我提出的問題有的我自己也沒有答案，學生的每一次反駁都促使我做進一步思考，同時還可以在師生的碰撞中產生火花，產生新的想法。

黃維平每年還安排兩三組國家和學校大學生創新訓練計劃項目，以培養學生的動手能力。10余年來培養研究生60余名，為國家海洋工程建設領域輸送了一批專業人才。

教學中，根據課程設置的實際需求和現有教材的單一性，黃維平堅持自己編寫教材，使教學內容系統化、規范化，并在有限的課時內把更多的知識傳授給學生，更易于讓學生接受。在講授《船舶與海洋工程結構力學》課程時，由于教材的缺乏，加之船舶和海洋工程原分屬于兩個不同的一級學科，分別采用不同的結構力學教材，因此，尚沒有一本綜合兩專業的教材。因此，黃維平根據多年的教學經驗，結合課程實際，編寫了《船舶與海洋工程結構力學》一書，把海洋工程和船舶工程涉及的結構力學內容納入其中，目的是為船舶與海洋工程專業提供了規范、系統的教學參考用書。此外，他還在這本教材中進行了大膽地嘗試，將傳統結構力學教材以方法立題的編排方式改為以結構立題的編排方式。

黃維平說，編寫教材不是為了單純的出書，也不是為了積累成果，而是為了將自己的教學和科研經驗記錄下來，供讀者參考。要實現教材的價值，一切應從教學實際出發，在講授過程中，不是單純地教給學生方法，還必須讓學生了解當時提出該方法的緣由，讓學生理解和掌握該方法是如何創造出來的。同時，作為教師還要結合自己對該方法的理解，把當時創造該方法的思維過程還原出來。當然，這只是老師的理解和還原，學生還可以用自己的思維去理解和還原，這樣培養出的學生才具備獨立思考能力和創新能力。

黃維平在教授《結構動力學》課程時，國內的參考書主要是美國加州大學伯克利分校的Ray Clough教授同名著作的中文版譯著。該書出版于上世紀70年代，少有涉及現代計算機方法。而現代計算機方法在結構動力學的普及和應用中起到了不可替代的作用，這促使他萌生了編著《結構動力學》的想法。另一個使他有編著《結構動力學》沖動的是，一些依托于早期計算機技術的算法在中文版《結構動力學》中的消失。而最后令他下決心完成這部著作的還是多年的科研積累，特別是深水立管和海上風電場基礎結構研究。正是這些內容為他的這本著作增色添彩，使他的這本著作有了鮮明的特色——創新性和傳承性，其中傳承性的特色很快得到了印證。2013年，國內某海上風電場在索取風機荷載時，被國外廠商要求提供基礎結構的超單元剛度矩陣及波浪荷載向量，設計單位咨詢了幾所高校和研究機構未果，最終在黃維平教授這兒得到了解決。而解決問題的方法還是他在大連理工大學學到的知識，隨著計算機的發展，該方法已很少被采用，但作為知識的傳承還是被他編入了書中，這也是他寫書的目的之一。黃維平的另外兩本著作不日也將與讀者見面，談起這兩本書時，他仍沉浸在創作的興奮中。《深水油氣開發裝備與技術》一書是他多年科研和教學的積累，當他發現由于缺乏對深水油氣開發裝備的了解，一些文獻報道的研究與工程不符甚至不正確時，黃維平萌生了寫一本專業性科普類圖書的愿望，而在幾次國內會議上的主題發言，得到了與會專家及外國船級社代表的首肯，并有與會代表表達了購書的愿望，這給了他編著這本書的信心。《結構有限元分析及ANSYS應用》一書則是他根據多年授課和指導學生的經驗而編寫的一本教材，其目的是使應用有限元這個數學工具的人不僅會用，而且能夠對工具本身有深入的了解，從而用好這個工具甚至開發出更有效的工具。

黃維平說，我比較享受寫書的過程，自知其中的樂趣和收獲，在鍵盤上敲打每一段文字時，都是一個深入思考、深化理解的過程，跟講課不一樣，課堂上學生提問促使教師思考，但寫書落筆時的每一句話仍需要好好斟酌，有的還要再查證資料，才能把這句話比較滿意地表達出來，這個過程每每體現在后續的教學實踐中。

殫精竭慮海洋情

最近十多年來，我國開始了大規模的深水油氣開發與裝備研究，特別是“十一五”和“十二五”期間國家投入較大，從淺水到深水裝備實現跨越式的發展，特別是深水裝備從無到有，且裝備整體水平比較高，有了質的飛躍。但整體水平與國外相比還存在一定的差距，加之世界海洋油氣資源開發的持續提速推動著海洋工程裝備市場的發展和擴大，我國海洋油氣資源開發裝備未來發展大有可為、任重道遠。

殫精竭慮，耳順揚鞭。作為國內進行深水油氣開發裝備設計研發及其動力學理論與分析方法研究最早的學者之一，黃維平雖已近退休，但他不輕言放棄，始終堅守在科研第一線。深水立管的渦激振動是他的長線研究項目，特別是對深水立管動力學問題的研究更是耗了他10余年的心血，研究成果表明：內流的影響與幾何剛度計算的張力取值與現有的結論不一致，對現有的結論是一種質疑，甚至顛覆。現在已有充分的理論證明，也有試驗數據驗證了他的最新研究結論的正確性，接下來還將持續進行試驗驗證，他有足夠的信心在退休之前完成項目研究。

著書立說，惠及后人，也是黃維平的一大心愿。在海洋工程研究領域，黃維平的深水立管項目研究成果比較多，包括鋼懸鏈式立管、頂張式立管等，特別是渦激振動和內外壓對立管的影響等，現有專業書籍的理論推導過程存在一些問題，也有實驗數據證明其中的錯誤。黃維平說，我有責任和義務編輯成書，從理論上和實驗數據上給后人闡述清楚，為后人的研究應用提供詳實的理論依據。黃維平也希望他的研究起到拋磚引玉的作用，希望有更多的人與他爭辯，從而使問題得到圓滿的解決，使結論塵埃落定。

沐浴書香強國志，不待揚鞭自奮蹄。盡管已進入耳順之年，但黃維平的海洋情懷未減，報國之志依然，始終堅守在海洋工程教學和科研一線，矢志不渝踐行著海洋強國夢想。