我國海冰工程研究回顧

岳前進 王國軍 董 睿 黃亞婷 吳寬寬 張大勇

（1.大連理工大學 海洋科學與技術學院 盤錦 124221；2.大連理工大學 運載工程與力學學部 大連 116023）

0 引言

我國的海冰主要分布在渤海與北黃海。由于渤海的熱容量較小，冬季容易受到西伯利亞寒流的侵襲，每年冬季都會有不同程度的冰情發生。歷史上曾發生過比較嚴重的冰情，導致海冰推倒石油平臺。另外，由于渤海的油田比較分散，需要建設經濟性的抗冰平臺，使得我國冰區資源開發問題比較突出。我國海冰研究的蓬勃發展得益于渤海開發了大型油田與改革開放，同時，中國海洋石油公司的前身——渤海石油公司開展了國際合作，極大促進了我國的海冰研究進程。圍繞渤海油氣開發的海冰研究，相繼開展了大范圍的海冰調查、基于石油平臺的現場原型監測以及建立冰力學實驗室與冰池等研究。我國在海冰方面的研究成果促進了渤海油氣的安全性與經濟性開發，為后來在冰區進行風電與光伏建設提供了技術支撐，也為我國積極參與極地海洋資源開發建設奠定了理論基礎。

1 海冰調查研究

我國海冰調查研究開展較早，主要的調查方式包括定點觀測、沿岸調查、船舶調查、飛機遙感及衛星遙感等。早期的海冰調查主要圍繞渤海海域的需求開展，最初針對渤海沿岸的漁業冰災害問題，開展沿岸海冰的冰期、冰厚、氣溫及海冰的覆蓋范圍等方面的調查研究。隨著渤海油氣資源開采的發展，海上油氣平臺的建設使海冰對結構的威脅成為海冰調查的主要發展方向，從而開展了針對結構安全生產設計的海冰調查。

在定點觀測方面，大連理工大學團隊利用遼東灣沿岸的6 個長期海洋觀測站，對海冰參數進行調查研究[1]，針對定點冰厚觀測的不同需求，開發了基于磁致伸縮原理的3 種新型定點冰厚觀測技術，即冰厚測量儀、電阻式冰厚測量儀和熱電阻線式冰厚測量儀[2]。

在沿岸調查方面，國家海洋局北海分局使用海冰強度試驗機和冰樣溫度、鹽度、密度等測試設備，增加了計算機自動記錄、密度傳感器測量等功能，實現了測量設備方便攜帶，保證在現場沿岸和船舶調查時的可操作性[3]。中海油石油公司基于測量船、近海調查以及眾多學者的研究成果，將黃海、渤海劃分為21 個區域，對各個區域的冰情進行了詳細描述，包括冰區結構設計所需的海冰設計強度、冰厚、冰期和海冰覆蓋率等[4]。

在船舶調查方面，非破冰船的調查船在冰情較重海區沿流冰外緣線航行，在冰情較輕海區近岸航行，為保證船舶調查的質量，調查時間主要安排在白天；夜間通常采用雷達觀測，同時輔以目測[5]。海軍利用破冰船對結冰海域的海冰進行取樣，多次完成冰情調查及水文氣象測量任務。大連理工大學團隊利用破冰船進行冰脊、冰力學性質系統調查和遙感冰面同步觀測[6]。

在飛機遙感方面，我國利用飛機對黃海和渤海海冰的結冰范圍、冰型及密集度等進行調查，飛機飛行高度一般距海面1.5 km，可視范圍廣、巡視速度快，對整個海域的海冰可視為同步觀測[7]。營口市海洋預警監測中心利用無人機在-20℃的低溫環境中開展觀測，獲取海冰信息和海冰變化規律。

在衛星遙感方面，利用遙感圖像可以有效地對海冰范圍、厚度和密集度等參數進行反演，給出海冰參數的空間分布特征，從而為該海域海洋工程抗冰設計提供重要參考。郭衍游等[8]利用中分辨率成像光譜儀（moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS）分析年度周期內海冰變化情況；國巧真等[9]利用TM 遙感影像數據對其他影像數據建立的渤海海冰面積模型進行修正；谷洪欽等[10]利用衛星遙感技術對桑溝灣海域的海冰厚度進行反演。

根據渤海海冰和內陸河冰調查技術現狀和未來發展前景，設計、組合和加工可視化技術，可建立冰層厚度變化過程測試技術和溫度測試記錄系統，使海冰觀測向定量化方向發展[11]。為減小人為誤差，應當促進冰情數據定量化分析技術的建立，發展冰情可視化圖形處理技術以輔助裸眼觀測。區別于國內岸邊固定雷達，船舶雷達跟蹤技術可觀測冰山，具有觀測范圍大、回波信號強、船舶搖擺引起誤差小等優點，還能避免因能見度低而導致裸眼觀測受限。

2 海冰生消與運動研究

冰情的預測是我國渤海海洋產業和工程建設面臨的最關鍵問題之一。因此，深入研究海冰生消演變規律，對冰情預測具有重要的現實意義。按時間尺度分類，海冰預報分為短期預報（以數值預報為主）、氣候預報和氣候變化趨勢預報[12-13]。

在自然條件下，海冰的物理演變過程大致可分為熱力和動力兩部分。海冰的生消規律、季節性變化和海域分布特點等由海冰熱力過程主導；海冰形變、斷裂、重疊和堆積過程等過程由動力過程主導。1890 年，STEFAN[14]建立了冰厚計算公式，這也是關于海冰熱力學模型的最早描述。20 世紀六七十年代，學者MAYKUT 和UNTERSTEINER 提出了海冰熱力學模式，后被簡稱為MU 模式，其發展比較完善，基本原理是保證熱力平衡[15]。在實際工程中，海冰熱力過程與動力過程密切相關，在熱力因素影響下的動力過程，可能會使海冰的厚度、溫度及冰晶結構等因素受到影響，導致海冰的力學性質發生改變，進而影響海冰斷裂、堆積等動力過程。同樣，海冰在動力作用下發生斷裂、冰堆積等行為也會影響到海冰的熱力作用過程。1979 年，HIBLER[16]首次詳細描述了考慮熱力-動力耦合作用的海冰數值模式。

自20 世紀80 年代初以來，我國逐步建立了適合渤海的海冰數值模型。國家海洋局海洋環境保護研究所團隊建立了第1 個模擬渤海海冰生消過程的動力-熱力模式，利用實際監測的數據作為大氣強迫場，模擬了渤海海冰的生消過程。除常用的海冰熱力學過程外，基于該模型進行討論和試驗了海冰漂向溫水的融化過程，以及個別海洋、環境等因素對海冰生消過程的影響[17]。國家海洋局海洋環境預報中心采用黏塑性本構模型模擬渤海海冰的動力過程，建立了3 類冰厚分布的海冰動力和熱力模型；基于海冰熱動力學模型，提出一種動力-熱力學模型來模擬海冰的增長、消融和漂移，并成功進行了渤海海冰的運行數值預測[18-20]。大連理工大學在海冰動力過程的數值模擬中采用了由HIBLER 提出的黏塑性海冰本構方程，結合海冰的熱力學過程，對渤海海冰進行數值模擬，最終建立了海冰熱力-動力數值模式[21-23]。中國海洋大學基于國內外學者的冰-海洋耦合模式以及國家海洋環境預報中心的渤海海冰預報模式和POM 海洋模式，結合渤海海域特征，開發了適于我國的海冰-海洋耦合模式，模擬了渤海冬季海冰的演變過程[24-25]。目前，渤海海冰熱力學和動力學模式研究主要方向為：熱力學模型的參數化方案確定，動力學模型中優化計算和提高計算精度等問題。

MU 模式或其類似的熱力學模式主要用于我國海冰的熱力學模式。影響熱力學平衡的熱力學因素主要有太陽輻射、長波輻射、冰蓋上表面的感熱和潛熱、冰蓋內部的熱傳遞及冰蓋下表面的海洋熱通量。這些熱力學因素構成了空氣-海冰-海洋的熱力學平衡方程。基于渤海水文氣象觀測所得數據資料，國家海洋環境預報中心對其進行了詳細分析，針對海冰熱力學模型，提出了一種參數化方案。根據渤海海冰的生消規律，基于海冰中短期的變化規律，提出以日均量代替時間步長均值處理海冰熱力學過程的方法[26-28]。大連理工大學首次對冰期內的遼東灣海洋熱通量進行測定和分析，并對熱力因子進行分析計算，利用冰蓋底部的熱量平衡方程計算出冰和水之間的傳熱系數，據此計算出渤海的海洋熱通量[29-31]。

氣-冰-海系統動量和能量交換以及冰內相互作用決定海冰的動力過程，流冰漂移、冰的破碎和冰堆積是渤海海冰的主要研究方向。在風和潮汐的共同作用下，海冰總處于復雜而多變的運動中，因此海冰運動的動量方程必須能模擬出海冰在大氣系統風應力、海洋系統潮汐水應力和冰應力共同作用下的漂移、破碎等。動力模式主要由連續方程、動量方程和本構方程構成。海冰動力模式應用的數值方法有光滑粒子流體動力學方法（smoothed particle hydrodynamics，SPH）、質點網絡法（particle in cell，PIC）和有限差分法（finite difference method，FDM）[13]。國家海洋局海洋環境保護研究所在早期的數值模擬中采用了反映海冰漂流過程基本特征的有限差分法（ADI 模型）[17]。國家海洋環境預報中心將此模式與數值天氣預報模式、大氣邊界層模式和潮流模式聯結，成功地應用于渤海海冰的數值預測。同時，應用PIC 進行業務化數值預報試驗，模擬了渤海海冰厚度變化過程[19,32-34]。大連理工大學基于PIC 方法和有限差分法分別對海冰厚度和密集度進行研究，通過模擬遼東灣海冰48 h 的變化規律，發現PIC 方法優于FDM 方法，并提出了一個海冰熱力-動力數值模式。該模式選取SPH 方法計算得到的海冰動力學方程和黏彈性塑性本構方程[21-23,35]。

3 冰載荷研究

20 世紀60 年代以來，隨著結冰海域油氣開發的迅猛發展，各國針對海冰對結構物的作用進行了大量研究，并形成理論分析、試驗測量和數值模擬等冰載荷研究方法。

3.1 理論分析

3.1.1 冰載荷研究準則

由多年現場觀測成果可知，影響冰載荷的因素不僅包括冰的性質和類型，還包括結構的類型、形狀等因素。極限動量、極限力以及極限應力3 種極限準則，是海冰對結構的主要作用力[36]。

（1）極限動量準則

在風、浪、流的作用下，平整冰靜止在結構前或因結構的阻礙作用而改變運動方向，此時結構受到的冰力即極限動量載荷，如圖1（a）所示，采用極限動量準則求解。

圖1 3 種極限準則與結構作用示意圖

分析極限動量工況下的荷載時，由于冰與結構沖擊作用的持續時長較短，沖擊位置處的局部撞擊冰力變化難以確定，一般采用沖擊時間脈沖來表示沖擊的強度，參見式（1）：

式中：m為海冰質量，kg；v1為海冰作用前的速度，m/s；v2為海冰作用后的速度，m/s。忽略極短時間內的撞擊力變化，可將平均碰撞力近似表示為：F=I/Δt，其中Δt為撞擊時長。

（2）極限力準則

在風、浪、流的作用下，平整冰由于結構的阻礙作用而停留在結構前，后續的平整冰或浮冰在風、浪、流的拖曳作用下與靜止的平整冰發生碰撞，并在冰與冰相互接觸的位置發生擠壓破壞，通過靜止的平整冰對結構產生作用力。此時，結構受到的冰力即極限力載荷，如圖1（b）所示，采用極限力準則求解，冰力與風、浪、流的拖曳力大小相關。

（3）極限應力準則

當海冰的整體強度小于冰與結構之間的相互作用力時，海冰會發生破碎。在此種情況下，若海冰持續向前漂移，就會形成如圖1（c）所示的破碎冰區。因此，上述2 種準則將不再適用，需采用極限應力準則。基于多年的現場觀測成果，國內外公認極限應力是產生最大冰力的機制。其中，冰板與直立海洋結構作用發生擠壓破壞時，產生的冰力最大，對結構的影響最大。因此，通常將該破碎壓力乘以結構物的寬度和撞擊冰的平均厚度，以獲得整體載荷，如式（2）所示：

式中：FG為整體冰載荷，N；PG為平均冰壓力，Pa；h為冰厚，m；w為結構寬度，m。

3.1.2 冰力計算公式

國內外研究人員基于極限應力理論、現場實測和室內試驗等方法得到了各種冰力計算公式。純理論公式的典型代表為Croasdale公式，半理論半經驗公式的典型代表為前蘇聯規范 SNIP公式和ISO 19906規范公式，經驗公式的典型代表為Schwarz公式。各公式之間計算結果存在較大差異且部分公式與實測數據相差較大。KELLNER對各規范中的經驗公式與實測冰載荷進行比較，發現大多數方法明顯高估了冰載荷，并且一些方法的適用性具有爭議。為了設計適合渤海冰情特點的石油平臺，20世紀80年代初，渤海石油公司與德國HSVA合作，利用實測結果回歸得到了Schwarz公式，其計算結果與現場冰力測量的冰力比較接近，但存在物理意義不明確且不能普遍應用的缺點[37]。對此，國內眾多專家學者基于現場實測和室內試驗對冰與直立結構相互作用的靜冰力公式進行匯總和比較，并對其進行了修正[37-39]。

3.2 冰載荷試驗測量方法

3.2.1 冰載荷現場測量

由于條件的限制，我國的冰載荷現場實測主要來源于渤海遼東灣油氣平臺。隨著渤海地區的海洋平臺陸續投產（尤其是投入使用JZ20-2 中南平臺以后），冰激振動問題越來越受到重視。2000 年1 月28 日，由于海冰的作用，中南平臺發生嚴重穩態振動，導致8 號井排空管線發生疲勞斷裂，造成大量天然氣泄露，最終使平臺關斷停產。受中國海洋石油總公司天津分公司的委托，大連理工大學自20 世紀90 年代末以來，一直致力于渤海海域的導管架石油平臺的冰荷載測量和冰激振動監測工作，獲得了大量現場實測數據和研究成果[40]。2003 年，岳前進、杜小振等[41-42]利用渤海遼東灣JZ20-2 油田的MUQ 與MNW 平臺開發了比較完備的冰力測量系統，得到大量冰載荷現場監測數據。在試驗中，觀察到結構冰力存在明顯的周期性變化特征以及結構的振動響應現象。岳前進根據第2 年的現場監測數據，研究了冰與柔性直立結構作用時海冰破壞模式對冰荷載的影響，發現擠壓速度與海冰的失效模式息息相關，不同冰速下海冰的破壞模式可導致3 種不同的結構振動響應，即慢冰速下（v＜ l cm/s）的準靜態結構振動響應，中冰速下（v＜ 5 cm/s）的冰激穩態振動，快冰速下（約v＞5 cm/s）的隨機振動響應[43]。此次試驗對冰激振動有了初步的定性了解，但由于冰激振動機理較為復雜，還需深入研究。

3.2.2 冰載荷模型試驗

相比于現場實測的復雜環境條件和較高的經濟成本，室內模型試驗不失為一種合適的研究方法。由于測量技術和裝置的差異，可將室內模型試驗劃分為靜冰荷載模型試驗和動冰荷載模型試驗。為了確保試驗結果的合理性與可靠性，應要求試驗的結構模型和環境條件滿足相應的相似律。對于靜冰載荷模型試驗，主要關注冰與結構發生作用時的荷載極值，用于研究結構的極限承載情況，因此，僅需要考慮結構尺寸和冰的強度相似。對于動冰載荷模型試驗，在測量動冰載荷時需要考慮結構自身的響應，以及結構自振與動力學等相似問題，目前暫無適用性的相似律[44]。

我國室內模型試驗研究有天津大學的室內冰池試驗。基于此實試系統，邵晶杰[45]研究了破冰樁間距對冰載荷的影響，分別對單樁體和多樁體開展了模型試驗，指出在多樁體試驗中，兩端邊緣樁柱的冰載荷值始終比中間樁柱冰載荷值大1.5～ 2.5 倍，且應力疊加僅集中在邊樁內側。史慶增 等[46]開展了冰載荷模型試驗，研究正倒組合錐體結構冰載荷特點以及錐體間距對結構冰載荷的影響；結果表明，海冰擠壓失效發生在正錐和倒錐的過渡區間；當錐體間距小于直徑的7～ 8 倍時，各錐體的冰載荷將受錐體間距的影響而小于單個錐體冰載荷。黃焱等研究了冰激柔性結構振動進程的控制機理，發現冰層失效和冰載荷與冰速變化具有不同的特征，指出冰與結構物之間的相互作用是冰激柔性柱結構穩態振動的控制機理的重要因素。天津大學開展的有關錐體和樁柱結構冰載荷模型試驗對冰區海工結構的設計具有一定的指導意義。

3.3 冰載荷數值計算方法

隨著計算機技術的發展，采用數值方法計算海洋結構冰載荷具有極大的研究潛力。我國冰與結構相互作用的數值方法研究以離散元方法（discrete element method,DEM）為主。

離散元是一種動態的數值分析方法，可以用來模擬海冰的非均質、不連續和大變形等特點，因此在確定海洋結構冰載荷方面離散元具有顯著的優勢。但離散元法的缺點也較為明顯，計算量較大、耗時較長，受計算機性能發展水平的限制較大。季順迎教授團隊在海冰離散元模擬方面進行了大量研究[47-48]。2014 年，該團隊將GPU 算法引入到冰層與錐體結構的相互作用模擬中，初步解決離散元計算耗時較長的問題[49]，并且此次模擬結果與德國HASV 冰池試驗較為吻合。2015年，該團隊初步建立了模擬結構與冰層相互作用動態響應的有限元法-離散元法（FEM-DEM）耦合方法，可以直接得到冰與結構作用時的冰載荷與結構的動態響應[50]。近幾年，該團隊主要集中在離散元模型的開發上，從球形單元演化出擴展多面體單元和擴展圓盤單元，提高了離散元法對不同海冰類型的計算精度[51-52]。

4 抗冰結構設計研究

在寒區設計和建造海洋結構物具有一定的挑戰性，受風、浪驅動的冰板作用在海洋結構物上可能會產生較大的載荷。1964 年，阿拉斯加庫克灣的海上鉆井平臺被海冰摧毀；1977 年，渤海灣的“海四井”航標塔被海冰掀翻[53]；1986 年，波弗特海的Molikpaq 平臺發生強烈的冰激振動，導致沉箱底部的砂土基礎液化，整體下陷1m左右[54]；2000 年，連續冰激振動導致 JZ20-2 平臺管線疲勞斷裂，導致平臺停產[55]。由此可見，冰載荷相比波浪載荷對海洋結構物的威脅更大，服役于寒區的海洋結構物需要具備一定的抗冰性能。寒區海洋結構物根據水線處的直徑可以分為窄體結構和寬體結構，現存的典型窄體結構有導管架平 臺[56]、風電基礎[57]、柔性立管[58]以及升壓站[59]等，渤海導管架平臺又被稱為經濟型結構[60-61]。窄體結構具有水線處直徑小、剛度小以及固有頻率低等力學特性，在進行窄體結構抗冰性能分析時，需要考慮結構的3 大失效模式[62]：極值靜冰力失效、冰振失效以及疲勞失效。靜冰力失效是指極值靜冰力導致的結構強度失效，冰振失效是指冰激振動導致平臺上部加速度響應過高，目前窄體結構主要關注動冰力失效和疲勞失效問題。

大連理工大學張大勇、岳前進等對冰區導管架平臺[56]、簡易平臺[63]、自升式平臺[64-65]、風電基礎[57]等固定式結構的抗冰性能和冰振失效模式進行了系統的研究。21 世紀初，岳前進提出了JZ20-2 北高點單樁導管架錐體海洋平臺的抗冰設計概念，該平臺位于渤海海域，具有抗冰振、抗疲勞的優點。直立結構安裝抗冰錐體是提升寒區海洋工程結構抵御海冰威脅能力的有效手段。安裝抗冰錐能夠有效減小冰力和降低平臺冰激振動，在渤海油氣平臺中取得了較好的應用[66]。抗冰錐設計中錐體角度是影響錐體抗冰能力的主要因素。龍雪等[67-68]基于離散元數值分析，發現加錐角度應當取60°～ 65°，此時冰載荷較小且錐角合理。

除了安裝抗冰錐的減振措施外，在海洋平臺振動控制中應用調諧質量阻尼器（tuned mass damper,TMD）和調諧液體阻尼器（tuned liquid damper,TLD）也可以起到較好的抗冰振效果。陸建輝等[69]采用黏彈性阻尼器來控制平臺的振動，并對阻尼器的設計與位置優化問題進行了深入研究。歐進萍 等[70-71]致力于研究渤海海洋平臺結構的冰激振動問題，在導管架平臺上應用隔振裝置以此達到減振效果，取得了良好的抗冰振效果。

極地海域的冰情與我國渤海相比差異很大，我國的經濟型導管架結構在極地海域沒有較好的適用性。目前，國際上認為大尺度結構（沉箱結構[72]和半潛式平臺[73]）是比較適合極地海域的平臺形式。寬大結構具有水線處直徑較寬、剛度較大以及固有頻率較高等力學特性，寬大結構可以依靠其重力產生的摩擦力來有效抵御海冰的水平載荷，并且寬大結構與海冰作用不易發生冰激振動現象。但寬大結構因其水線處直徑較寬，破碎后的海冰不易從結構兩側清除而導致冰堆積現象，故寬大結構主要考慮靜冰力失效和冰堆積的問題。目前寬大結構的冰載荷研究成果主要來自于Kulluk 和Molikpaq 鉆井平臺的實測數據。

5 海冰管理研究

世界范圍內的寒區海洋資源探索已進行了數十年，為保障寒區海洋資源的安全開發，國內外經過數十年的探索，已初步形成科學合理的海冰管理技術，避免或減輕海冰對資源開發過程的影響。

早期在波弗特海率先開展極區海上勘探鉆井作業，由于抗冰技術的不完善，使作業窗口期較短，寒區能源開采成本較高。為了延長鉆探時長，1983年，在波弗特海首次應用了一種錐形鉆井平臺（即Kulluk 平臺），同時還搭建了針對極區能源開發的安全保障系統。這一成熟體系為后續的寒區海域資源開發提供了有力的參考與借鑒[60]，比如薩哈林島的海洋資源開發、加拿大東海岸以及格陵蘭島北部地區的石油鉆探作業等。眾多應用表明，海冰風險管理能夠有效降低寒區資源開發過程中的海冰威脅。

每年冬季，我國渤海、北黃海等海域也會發生不同程度的結冰現象，從而對航運、養殖和油氣開發等各類海洋活動造成嚴重影響。史慶增等[74]對渤海海冰災害歷程進行簡要論述，分析了海冰作用于海上結構物的破壞規律以及海冰災害預防措施。戴厚興[75]針對冰區航運問題，探討了渤海冰期船舶航行風險控制措施。史文奇等[76]分析了核電站冷源取水海冰堵塞的致險模式與預警流程。徐廣遠 等[77]分析了海冰災害期間的海參養殖管理策略。趙寶剛[78]基于雷達遙感技術，針對局部海域冰情變化，探索了海冰監測方法與預報方法。

針對渤海油氣平臺的海冰風險管理，YUE 等[79]分析了渤海導管架平臺的主要失效模式，即結構性失效和非結構性失效，并指出冰激振動引起的平臺上部管線破壞與人員舒適度降低是抗冰平臺的主要風險。WANG 等[80]介紹了面向冰振失效風險的平臺原型監測及預報系統設計，闡述了監測信息應當包含冰載荷、海冰參數、環境參數以及結構響應等信息；同時表明，為保證信息的時效性，應將經驗預報應用于冰情的預測模型。現有預警理論中的結構抗力分析及載荷模型多源于結構設計理論，工程應用中還不能很好地量化描述冰與結構的相互作用，難以同時滿足預警精度需求。為解決這一矛盾，于嵩松采用物聯網理念，集合大數據分析、智能計算的新一代信息技術來提升海冰風險的預警決策能力；利用數據驅動的冰振風險預警方法，結合物聯網監測技術的集成研發，形成了依托結構冰振風險要素感知、預測與預警的信息綜合服務體系；提出了冰情-冰振響應最優預測模式，為冰區經濟型結構的海冰風險預警提供理論參考。

6 結語

近三四十年，結合我國黃海和渤海區域的冰情和結構特征，有關海冰調查、冰載荷研究、結構抗冰方法及海冰管理均有大量的研究成果，這些主要是以抗冰油氣平臺為基礎發展而來。近幾年，黃海和渤海地區平臺的老齡化以及風電場的建設等，對海冰工程研究提出了新的要求。通過對我國海冰工程研究的回顧可以發現：

目前關于黃海和渤海地區冰情信息的調查與統計分析時間較早，氣候的改變使得近年來黃海和渤海地區的短期冰情發生了一定變化，同時風電場及冰區監測浮標的建設對冰情信息的精細化和準確性提出更高要求。因此，我國冰區工程未來發展的一個重點方向是黃海和渤海地區現場冰情調查和數值推演的冰情數據構建研究。

對于海冰載荷方面的研究主要集中于20 世紀油氣平臺的現場監測數據建立的模型，包括直立柔性結構與窄錐體結構的極值靜載荷模型和動載荷模型，提出了隨機冰載荷譜。近年來，冰載荷的研究主要集中在數值方法的構建（如離散元數值模擬方法），有關模型試驗和現場觀測的研究成果和數據相對較少。而冰區新型裝備的不斷涌現，結構面臨的冰載荷特征不夠明確，數值分析方法不夠成熟，很難完全模擬海冰材料的特性。海冰的模型試驗設計、模型冰制備以及海冰相似等成為海冰工程研究的另一個重點方向。

我國在海冰管理方面開展的工作也比較早，主要針對渤海油氣平臺的海冰風險預警，包括海冰監測、風險評價、冰振預測、破冰建議以及人員和設備冰振預警措施等方面。對于未來北極地區作業的裝備，海冰管理是其安全運行的最重要保障，渤海海冰管理技術的研究成果能夠極大地推動極地海冰管理體系的研究。