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海上试验场建设现状分析及经验借鉴

海上试验场建设现状分析及经验借鉴 智慧海洋公众交流平台
2025-03-12
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作者

作者:马帅 王勋龙 王丽 王远

作者单位:马帅、王远,青岛青咨工程咨询有限公司;王勋龙,青岛海上综合试验场有限公司;王丽,青岛天慧工程咨询有限公司



一、引言


海上试验场是依托典型海域、依据相关测试评估标准,对海洋装备的功能、性能进行海上试验、测试、评估的重大技术服务平台,对拓展海洋经济发展空间,解决跨行业跨领域关键共性技术问题具有重要作用。“十二五”以来,国家海洋技术中心牵头开展了大量海上试验场建设的规划、研究工作,提出了海上试验场建设的总体设想。目前,我国已经建成一批各具特色的试验场区,但建设发展水平尚有不足,与国外海上试验场相比,还有一定差距。
随着新时代海洋强国战略进程的不断推进,围绕海洋装备研发设计、生产制造、使用运行、延寿退出等全生命周期环节,需要更加聚焦解决我国海洋工程领域重大战略需求、关键核心技术和“卡脖子”技术,整合优势资源,建设形成具有国际竞争力的海上综合试验场。本文通过梳理国内外已建成的海上试验场,分析比较优势,总结典型经验,为后续试验场的规划建设和能力提升提供参考。



二、国外海上试验场的现状与特点


(一)国外试验场建设现状

国际上,发达国家非常重视海洋科学技术观测和海洋试验基地的建设。目前,美国、加拿大、日本、欧洲等海洋发达国家均建有大量海洋仪器设备海上试验场。如:美国蒙特雷湾海上试验场军民共用,主要开展海洋技术装备的试验、观测和采样方法研究、模型检验、围绕特定目标的海洋科学现场观测和研究 [5];LEO-15 长期生态观测站长期观测从Mullica河口到深海的“宽走廊”海域和沿海生物栖息地的生态环境,代表当前近海观测的水平和能力。加拿大金星海底试验网(VENUS)、海王星海底观测网(NEPTUNE)采用有缆海洋观测系统,可进行实时、交互式海洋研究以及海洋环境、动力、资源各类变化观测研究。日本海底观测网 ARENA主要用于监测日本西部东南海
区域板块边界活动引发的海底地震、海啸和地壳运动,是一种先进的区域性实时地球监测网。欧洲海洋能中心(EMEC)是目前世界上最先进、最成熟的潮流能、波浪能海上试验与测试场,也是世界上第一个为波浪能或潮流能能量转换装置试验提供测试与认证的中心。

(二)主要特点

1.功能定位清晰,提供全产业链服务保障。从系统搭建来看,美国蒙特雷湾海上试验场已建成集海上试验、通信与监控、海洋环境数据采集以及岸基支持等完整的海上观测试验及辅助系统,且逐步发展为集科学观测、技术装备试验、方法研究、模式检验等多种功能于一身的综合试验场,注重功能综合性,亦军亦民,以服务全产业链为导向。
2.注重基础设施与能力建设,总体能力指标先进。美国LEO-15 长期生态观测站配备了卫星、飞机、船舶、浮标、潜标、水下滑翔器、自主式水下航行器(AUV)、海床基等系统,搭建了“空天海地”立体综合观测系统;加拿大金星海底试验网敷设超过 850 公里的海底主干电缆,配备了400多台套仪器设备和超过 5000 个传感器,基础设施建设有力支撑了海底的试验观测。
3.试验管理柔性化,数据应用可扩展化。美国的 MARS 海底观测网和加拿大的 VENUS 海底试验网分别开发了柔性化的SSDS[Shore Side Data System) 和DMAS(Data ManagementandArchiving System) 系统,当观测仪器设备数量、数据类型或数据格式发生变化时,仅需修改配置文件,就能实现数据的自动处理,大幅节省试验人力和时间成本。


三、国内海上试验场的分类与特点


(一)国内试验场分类

从管理体系上看,国内海上试验场主要可以分为三类,一是国家海洋局体系,如国家浅海海上试验场(威海)、国家海洋综合试验场(舟山)国家海洋综合试验场(万山)二是中船集团体系,如大连 760研究所试验场、连云港 716研究所试验场;三是高校及科研机构体系,如东海海底观测小衢山试验站、浙江大学摘箬山岛海洋试验站、珠海万山无人船海上测试场等。

1.国家海洋综合试验场
国家海洋综合试验场由国家海洋技术中心规划建设,按照“北东南,浅海+深远海”的布局,在威海、舟山、万山和海南分别建设试验场区,在天津建设室内试验室,主要以海洋能装备整机试验测试为主。其中,威海场区位于山东省威海市褚岛北侧,目前已确权5平方公里试验海域,水深范围15~70米;浙江省舟山场区位于舟山市普陀山岛与葫芦岛之间海域,目前已确权0.396平方公里试验海域,水深范围约 20-60 米;万山场区位于广东省珠海市大万山岛以南海域目前已确权 1.734 平方公里试验海域,水深范围约28~30 米:深海场区位于海南省三亚市崖州湾,主要开展深海仪器装备试验、观测方法研究、成果转化、深海科学研究等。见图1。

2.中船集团体系试验场

中船760 研究所试验场由海上静态试验场、浅海动态试验场、深海动态试验场等三大主力试验场组成,主要针对军品开展系列测试。海上静态试验场试验海域水深 20~35 米海域面积 5.9 平方公里,可提供水下声学、电磁、光学、系统控制及海洋材料环境等基本试验;浅海动态试验场试验海域水深 50~80 米,海域面积 1.4平方公里,可提供海区声学、电磁、海杂波及尾流等各项科研测试试验以及环境辅助试验数据信息的获取与处理等;深海动态试验场水深 200 米左右可提供中深海海区电磁、海杂波及尾流等各项相关科研基础测试,海洋工程装备、海洋资源勘探设备开发以及样机试验等。中船 716 研究所试验场位于连云港市海州湾及其以东海域,为军用海上试验场,主要开展舰载武器装备以及陆、空对海武器装备的科研试验,为船舶、航天、兵器、电子、航空等国防工业全行业服务。试验场主要包括模拟摇摆台、真值测量系统、大区域通信组网系统、GPS 高空气象探测系统、海态测量雷达、仿真测试系统等,具备为大型舰船编队的作战系统、武器装备和设备等进行试验和测试的能力。


3.高校及科研机构体系试验场

东海海底观测小衢山试验站位于洋山国际深水港东南的小衢山岛附近,用于开展海底观测探索,是中国第一个海底综合观测试验与示范系统。试验站平均水深 15 米,由海洋登陆平台及控制和传输模块、1.1千米海底光电复合缆、特种接驳盒等多种仪器组成,实现了能源的长期自动分配供应、仪器的控制、数据的 实时采集、网络传输与可视化管理。

浙江大学摘箬山岛海洋试验站由舟山市与浙江大学合作建设,主要用于海洋能装备试验测试及产业化示范应用。试验站初步建成多能互补平台(太阳能、风能、潮汐能、潮流能)、海水淡化平台、海洋立体观测系统(海底观测网络和卫星遥感监测等)、农业物联网、海水养殖、海洋工程工作浮台等。基地配有试验大楼、科研综合楼、11 米 深水 池、53 米消声水池、60MPa 高压舱,并配有5000t船停靠码头、教学实习船和起吊设备。

珠海万山无人船海上测试场位于万山群岛,是全球最大、亚洲首个无人船海上测试场测试场北区海域21.6平方公里、南区海域 750 平方公里,测试基地小万山岛面积5.7平方公里。万山无人船海上测试场划分为民用开放、军用管辖、保障中心、培训中心和测试中心五大区域,是以无人船艇为核心的综合性海上测试场,除了面向无人船艇、自主船舶,还可满足通信导航、声学设备、两栖装备等各类海洋装备和仪器的测试需要。


(二)主要特点

1.发展阶段处于起势成长期

长期以来,我国海洋技术装备研制重原理与样机,轻质量、可靠性和现场试验。虽然各地较早地开展了海上试验场的研究和建设工作,“十二五”时期国家海洋技术中心也提出了建设国家海洋综合试验场的设想,但直到2021年9月,全国首个国家海洋综合试验场才在威海正式获批挂牌运行。


2.因地制宜分散建设各场区。

我国海岸线绵长,各试验场建设十分注重与所属水深、地形等自然环境相适宜。如国家海洋综合试验场依据波况不同,分别选择在威海、舟山、万山利用有利条件开展波浪能、潮流能发电装置等的试验测试;而在得天独厚的海南建设深海试验场,重点服务海洋重大工程建设、深海自然资源开发、深海仪器设备与关键技术研发。

3.服务领域及对象指向性较强。

从服务领域和面向对象上看,我国试验场分工清晰。国家海洋综合试验场最初服务于海洋能仪器装备的试验、测试、评价,功能尚处于拓展阶段;中船 760、716 试验场重点服务于舰船、武器等军品,开放共享程度较低;高校及科研机构所属试验场一般规模较小、领域较窄,多用于观测、科研、示范等。

四、国内海上试验场存在的主要问题


1.功能设计相对单一,服务领域较为有限

大多数海上试验场建设围绕服务某一特定领域,甚至是某一专项科研任务组织开展,在功能设计、能力配套上具有较强的专业指向性、领域特殊性,服务领域和能力建设仍然存在一定的局限性,特别是在未来海洋装备技术与产业发展方向重点聚焦“智能、绿色、深海、极地”的背景下内,综合试验能力有待加强。

2.缺少规范化试验标准体系,对产业发展的推动力不强

2011年,国家海洋局发布了我国首部海洋行业基础性标准《海洋仪器海上试验规范》(HY/T 141-2011),改变了海上试验无标准可依的局面四,但截至目前,海洋领域仍缺乏针对不同细分专业的标准试验体系和试验标准体系等质量技术支撑,大多数试验场仅能提供试验环境,难以提供认证、检测、标准、计量等质量技术服务。

3.运营管理受机制约束,开放共享程度不高

各试验场建设多由科研机构、高等院校等单位牵头组织,建成后也基本是由建设单位查接负责运营管理,建设运行经费多依托于政府计划或科研项目投入。运营管理主体的非市场化身份,运营经费来源的相对稳定,从一定程度上降低了主动对外开放的意愿。而对于中船体系等承担特殊任务的试验场,对外开放共享难度较大。


五、发展海上试验场的对策建议

1.构建高水平质量技术基础设施

海上试验场是海洋科学研究、海洋全生命周期质量技术发展的创新基础设施。随着新时期质量强国建设和高质量发展主题的纵深推进,必须加快海洋工程、海洋装备领域质量技术基础体系建设,推动试验、计量、标准、检测、认证向系统性、集成化方向发展,实现海上试验场的高质量发展、工程化突破和产业化应用,推动海洋经济由大向强转变,构建国际一流的质量技术能力。


2.推动海上试验标准化体系建设

标准化是海洋装备走向全国,突破国外市场的前提。目前我国海上试验场背景场底数不清楚,试验结果复用性较差难以实现试验可复现可溯源。未来应突破行业专业技术标准瓶颈,建立海上试验场海洋计量保障体系和海上试验场建设运行标准体系,实现试验过程可追溯、结果可复现、数据可比对,加快推动海洋装备领域市场准入,提升核心竞争力。


3.补足增强试验测试基础能力

借鉴国外一流海上试验场定位高、功能全的建设经验,以系统化、平台化思维,搭建“空天海地”立体观测网络,强化岸基服务保障功能,形成声学、电磁学、动力学、材料学、环境可靠性等试验测试能力,构建集试验、科研及服务等功能于一体的综合服务平台和新型基础设施,更好地支持开展海洋科学基础研究、海洋工程应用研究、海洋装备技术研发

4.加速融合新一代信息技术手段

随着海洋强国、透明海洋、深海战略等的深入实施,必须要突破海洋高端装备关键设备、核心技术,推进大数据、云计算、人工智能和海洋工程装备及技术的深度融合间。未来应以长期海洋环境综合观测数据为基础,运用 GIS、大数据、传感器等技术,打造与装备数字化环境相适应的大数据处理中心、智慧指挥调度中心、仿真与重构技术平台,实现海上试验场生产试验活动与新一代信息技术的深度融合。

六、结束语

坚持陆海统筹,加快建设海洋强国,是顺应我国发展趋势和世界发展潮流、实现中华民族伟大复兴中国梦的必然选择。海上试验场是海洋设备总体及配套设备研发设计的产业基础设施,是国家海洋科学研究、海洋全生命周期质量技术发展的创新基础设施。

总的来说,目前我国海上试验场建设发展较发达国家仍处于战略机遇期和快速追赶期,未来应进一步在规划设计、功能拓展、标准制定、运营管理等领域提升能力,为我国海洋装备研发、技术创新和产业转化贡献力量。


参考文献:

[1]罗续业,王项南,周毅等,我国海上试验场建设总体设想[].海洋技术,2010,29(4):3.

[2]罗续业,王项南,吴迪等.国家级海上试验场建设构想 川海洋开发与管理,2010,27(11):3.

[3]王项南,吴迪,周毅,等国内外海上试验场建设现状与比较分析川.海洋技术,2010,29(2):6.

[4]母海方.无人艇海上综合测试评估试验场需求论证研究 ‖中国造船,2020,61(S01):9.

[5]许凯玮,张海华,颜开等.智能船舶海上试验场建设现状及发展趋势 川.舰船科学技术2020, 42(8):6.

[6]吴有生,司马灿,朱忠,等。海洋装备技术的重点发展方向[].前瞻科技,2022.1(2):20-35.

[7]周凯,程杰,贺可海,等.国内海洋仪器设备海上试验技术现状1].气象水文海洋仪器,2021

[8]李华军,刘福顺,杜君峰等,海洋工程发展趋势与技术挑战[].海岸工程,2022,41(4):18.


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