周利：鐵馬冰河入夢來

張錦玉

“21世紀是海洋經濟的時代”，海洋蘊藏豐富資源和多種能源，是人類解決資源短缺、拓展生存發展空間的戰略必爭之地。隨著海洋研究領域向南北極拓展，這兩塊極寒區域日益成為國際關注的焦點地區。本著“尊重、合作、共贏、可持續”的基本原則，中國積極參與到南北極的開發探索事務中，而關鍵設備的短板成了這一過程中的最大掣肘。針對這個問題，江蘇科技大學冰區工程關鍵技術團隊帶頭人周利將目光投向我國極地海洋裝備的研發升級，他希望能夠用自己的學識和經驗，助力中國極地科學和工程應用。

偶然和必然

出生于安徽蚌埠的周利，整個童年回憶都與淮河有關。在水系發達的淮河岸邊，每年廟會時，木匠出身的外公都會親手制作木船。關于船和水的初步印象，就這樣停留在當時給外公幫忙的周利心中。

2002年，周利“誤打誤撞”地進入哈爾濱工程大學（簡稱“哈工程”）船舶與海洋工程專業，開始本科階段的學習。這個“偶然”的選擇，在不斷求知奮進的過程中，逐漸成了周利必然的人生追求。

就讀前身為中國人民解放軍軍事工程學院的哈工程，給周利帶來的最大改變，就是熱切求知、審慎研究。在這所用軍號做鈴聲的大學里，周利“基本上每一天都要上晚自習，周末也是一樣。本科的絕大多數時間，都用來學習了”。

周利

天道酬勤。四年后，抱著“讓研究更進一步”的理想和博采不同高校研究成果的想法，周利順利考入上海交通大學，開始在研究和實踐領域開疆拓土。

作為上海交通大學的招牌專業之一，周利所在的船舶與海洋工程專業擁有海洋工程國家重點實驗室。世界上首個按照南海復雜海況設計、具有強大臺風抵御能力，對于我國整個深海作業平臺有深遠意義的雙船級鉆井平臺——海洋石油981深水半潛式鉆井平臺（簡稱“981平臺”）的模型實驗和動力定位系統設計，都是在這個實驗室完成的。憑借扎實的專業知識和踏實肯干的研究習慣，當時的新晉研究生周利得以參與到這一國家級的重大項目中。

在海洋環境中，即使平臺有很大的自重，在海風、波浪及海流的影響下，它也無法“固定在原地”，而是“隨波逐流”。想要實現定點作業，有效的定位系統必不可少。在對定位系統的實驗和設計過程中，周利參與完成了981平臺的動力定位控制系統模型實驗，以及系泊情況下整個平臺的運動響應等多項實驗，為平臺定位系統的設計制造提供了極為重要的參數依據，也為自己開拓了大型海洋工程器械研究和設計的思路。

2008年年底，上海交通大學開始船舶與海洋工程深海實驗室的建設。在實驗室啟動儀式上，周利負責接待受邀而來的挪威科學院、英國皇家工程院院士Torgeir Moan教授。這位被周利奉為學術偶像的海洋工程界大拿，對周利所做的研究成果極為欣賞，并向他發出邀請，希望周利可以成為自己的學生。懷著對學科研究頂尖領域的向往，周利如約來到挪威，以博士身份進入海洋工程學世界排名第二位的挪威科技大學，開啟海洋工程學在極地冰區這一特殊環境下的設計和應用研究。

遠行與歸鄉

爭分奪秒、廢寢忘食，三餐都在教室和實驗室解決的周利，僅僅用3年4個月的時間即完成了博士階段的學習，隨后他進入挪威最大的海洋工程設計公司Aker Solutions總部，開始承擔極地鉆井船、極地FPSO (海上浮式生產儲卸油裝置)、半潛平臺、深水立管的研發設計工作。

據周利介紹，不同于常規海洋環境，極地船舶承擔著開拓航道、護航拖帶、人員物資運輸等多種特殊使命。冰面在破裂前后，都會影響船舶的行駛環境，關于極地船舶冰載荷與運動相應的研究，是這一領域的重中之重。在冰載荷研究中，冰阻力以其復雜多變性，成為該研究領域中的“老大難”問題。冰阻力的計算和預測，關乎船舶動能和航行安全性，然而這一重要設計環節，長期以來只能通過經驗或半經驗公式來確定，精度差、效率低，由此引發的成本增加和資源浪費問題也極為嚴峻，這一問題在歷史悠久、坐擁國際先進技術的Aker Solutions也仍是無解。

為此，周利用兩年時間，反復探求冰面破壞方式與冰阻力之間的數學、力學關系，逐步建立了一套動態冰載荷數學模型，以填補冰阻力精準計算的空白。面對挪威同事“這個模型有效嗎？”的疑問，周利選擇了10組不同船型、航速、冰況的船舶數據在冰水池實驗室中進行對照實驗。實驗結果令人驚喜，在10組計算得出的數據中，有9組實現了將經典的經驗公式預報結果從最大誤差30%～40%降低到10%以內，極大地提升了極地船舶冰阻力預報精度，獲得了行業專家的高度評價。此外，周利直接參與到挪威約翰·卡斯伯格海上油田開采項目中，負責油氣開采所需的極地FPSO船體的冰載荷計算和設計工作，這是他在復雜環境、特殊區位作業船舶的型線設計及錨鏈系統設計領域的重大實踐成果。目前，這一周利耗時4年設計的船體正在建造中，建成后將為世界上最大的海底工程提供服務。

旅居挪威7年，周利已成長為極地海洋工程領域冉冉升起的新星，當地良好的研究傳統、成熟的工業體系，更是為周利的研究發展提供了極大助力。盡管如此，在Aker Solutions工作4年后，周利仍毅然選擇辭職回國。他做出這個決定，源于一次奇妙的“偶遇”。

2013年，時任“雪龍2號”破冰船負責人、國家海洋局基地辦公室主任的秦為稼到訪Aker Solutions，就“雪龍2號”整體設計與Aker Arctic Technology Inc.（阿克北極科技有限公司）展開合作。當時正在阿克北極冰水實驗室進行實驗的周利，就此與秦為稼和尚在規劃的“雪龍2號”有了一面之緣。

這次會面對周利觸動極大，“‘雪龍2號’是我國第一艘自主建造的極地科學考察破冰船，令人遺憾的是，雖然它的建造、核心技術、裝備研發都是我們國家自己完成的，但涉及一些電力設計、基礎設計層面，我們還要‘假手于人’，要依賴像阿克北極這樣的國外研發中心”?？吹搅宋覈谄票灾髟O計方面的短板，周利暗下決心，要在日常工作中不斷積累經驗，掌握設計技術，搭建模型實驗，然后將自己學到的、看到的、接觸到的最先進技術帶回去，充分提升我國自主創新能力。加之在2016年，哈工程牽頭舉辦的首屆“興海論壇”，更讓周利看到國家對海洋工程領域，以及對人才的高度重視。于是在2017年，有知識、有經驗、有想法、有方向的周利做好了準備，“在國外讀了這么多年書，也學了一點本事，現在，是我報效祖國的時候了”。

精專與廣泛

回國后，周利進入江蘇科技大學船舶與海洋工程學院，以帶頭人的身份開始組建校冰區船舶與海洋工程創新團隊。說起與江蘇科技大學的緣分，周利笑言：“在我們行業有一個說法：中國有兩個真正做船的學校，一個是‘北船院’，就是我的母校哈工程；另外一個‘南船院’，就是我現在工作的江蘇科技大學?！?/p>

與傳統的研究類大學不同，江蘇科技大學在船舶的設計和制造方面涉足頗多，直到現在，江蘇科技大學仍與眾多船舶企業保持著密切的聯系。這種與實際生產距離更近、重視行業需求的教研模式，與周利的研究工作經歷完美契合，在此基礎上周利招募集結的團隊，正以強大的自主創新精神，瞄準極地科學技術前沿，向極地船舶設計和制造過程中的關鍵技術問題發起攻堅。這個“專業做冰”的8人團隊，主持承擔了國家自然科學基金、歐盟地平線2020、國家工信部高技術船舶、國防科技工業海洋防務創新等20多個極地工程項目，掌握多項國際前沿技術，共發表論文200余篇，授權專利及軟件著作50余件。

在我國對極地世界的探索中，除常規科學考察之外，北極地區因豐富的資源及能源儲備、獨特的地理位置，其重要性與日俱增。2018年1月發布的《中國的北極政策》白皮書，提出共建“冰上絲綢之路”、促進北極地區互聯互通和經濟社會可持續發展的戰略，為我國現階段參與北極事務指明方向。與之對應的，是我國在極地海洋裝備領域起步較晚的實際情況，我國極地科技水平和裝備研發能力與俄羅斯、挪威等極地沿岸國家仍有較大的差距。單從數量來說，我國目前僅有“雪龍號”“雪龍2號”“海冰722號”等4艘破冰船，而俄羅斯僅在役破冰船就有44艘之多。除了絕對數量上的差距，與發達國家極地設備的技術鴻溝也亟待填補。自從回國以后，周利一直在思考的問題就是，如何用自身研究擁抱國家發展需求。為此，周利走訪眾多企業，聽取行業一線的切實需求，最終結合國家需求和船舶企業的實際反饋，將重心放在了對極地船舶冰阻力與冰區螺旋槳的研究上。

簡單來說，影響船舶整體運動性能有兩個因素，即阻力與推力。阻力由船舶所處環境決定，推力則由螺旋槳提供。具體到極地船舶這一特殊類型，基于復雜多變的冰阻力問題，極地螺旋槳設計和制造都面臨更大的挑戰。為解決冰阻力預報、冰區推進效率、槳葉強度安全等制約極地螺旋槳設計的瓶頸問題，周利從理論和設備兩方面入手，為極地船舶設計提供了一套行之有效的解決方案：

首先，原創性提出了基于環向裂紋法的冰阻力數值預報技術。利用經過實驗驗證的基于環向裂紋法建立的非線性動態冰載荷數學模型，周利團隊開發了船舶冰阻力數值預報軟件，實現對船舶在不同航行方式下的局部冰壓力和整體冰阻力開展精確數值計算，有效解決了業界普遍面臨的冰載荷預報問題，為我國發展極地船舶、開展極地航運提供了必要的理論支持，同時為我國修訂極地領域船舶標準提供了參考依據。

其次，開發具有國際領先水平的極地螺旋槳設計方法。通過對槳葉變形產生影響進行模型化分析，構造出適用于不同冰區等級的螺旋槳推進效率和空泡性能之間的平衡關系，建立了相對最優的冰區槳葉設計方法，輔以對強度進行數據化分析的冰槳耦合模擬技術，生產出適用于不同航速、不同冰況、不同推進方式的極地螺旋槳，并以該冰區螺旋槳設計方法為依托，真正建立了我國在冰區螺旋槳領域的國際核心競爭力。在國際實船冰槳競標項目中，我國自主生產的極地螺旋槳產品已擊敗多個國際知名的螺旋槳公司，獲得了冰區用戶的廣泛認可，并創造出可觀的經濟效益。

江蘇科技大學冰區船舶與海洋工程創新團隊

這些創新性的科研成果，一方面，打破了國際對我國在極地關鍵產品領域的技術和產品壟斷，為我國極地科學考察破冰船提供了自主設計的關鍵配套產品；另一方面，也為我國開辟“冰上絲綢之路”、開展極地航運群體服務奠定了硬件基礎。這項集合了國內優勢科研單位、前后耗費近10年心血、名為“基于冰阻力條件下的極地船舶螺旋槳設計研究與應用”的研究項目，為周利及團隊贏得了中國航海學會科學技術進步獎的榮譽，在充分吸收國內外先進技術經驗的基礎上，對我國現階段極地船舶設計與制造有極大的應用價值和指導意義。

2022年，第11屆全國冰工程大會將在江蘇科技大學召開，周利作為這次會議的組織者，期待在這一我國極地工程領域里規模最大、影響力最大的會議上，與眾多的冰工程工作者碰撞出思維的火花。周利說：“我覺得自己不是一個很聰明的人，但是我是一個比較有毅力的人，我認定的事情，肯定要把它做好，只要我覺得做這件事情值得，就義無反顧地往前走?！爆F在，“雪龍2號”在執行第37次南極科考任務，與其淵源頗深的周利仍守在科研一線，在基礎研究、船型優化、船舶推進技術等方面不斷精進。在周利看來，以技術創新為靶點，我國極地工程領域將迎來嬗變。助力中國極地科研領域長足進步，并贏得國際認可，這是周利正在追求的夢想。