大洋鉆探船被譽(yù)為海洋科技領(lǐng)域的“航空母艦”。我國(guó)完全自主研發(fā)設(shè)計(jì)和建造的“夢(mèng)想”號(hào)是目前全球最先進(jìn)的大洋鉆探船。從順利完成首次試航到正式入列，再到被寫入2025年政府工作報(bào)告，“夢(mèng)想”號(hào)引發(fā)了社會(huì)的廣泛關(guān)注。
這艘“大國(guó)重器”的總設(shè)計(jì)師是中船集團(tuán)高級(jí)專家、第七〇八研究所副總工程師張海彬。該船自2023年正式命名以來(lái)，歷經(jīng)兩次海試和深海鉆探試驗(yàn)，即將啟航執(zhí)行深海能源資源勘查任務(wù)。日前，張海彬接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪，講述這一大國(guó)重器的研發(fā)歷程。
全球首創(chuàng)，集成四種作業(yè)模式
記者：“夢(mèng)想”號(hào)由哪幾部分組成？
張海彬：“夢(mèng)想”號(hào)總體由三大系統(tǒng)構(gòu)成，即船舶平臺(tái)系統(tǒng)、鉆采系統(tǒng)和船載實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。在2023年和2024年兩次試航中，“夢(mèng)想”號(hào)完成了各系統(tǒng)的海試驗(yàn)證。
目前，“夢(mèng)想”號(hào)正在開展深海鉆探試驗(yàn)，通過(guò)優(yōu)化三大系統(tǒng)的協(xié)同作業(yè)能力，為接下來(lái)的深海能源資源勘查任務(wù)做準(zhǔn)備。
記者：“夢(mèng)想”號(hào)擁有目前全球面積最大、功能最全的船載實(shí)驗(yàn)室。它能用于哪些實(shí)驗(yàn)？
張海彬：“夢(mèng)想”號(hào)配備了總面積超3000平方米的海洋領(lǐng)域全學(xué)科船載實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的溫度、濕度、磁場(chǎng)和潔凈度等關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)均可以被精準(zhǔn)調(diào)控，能夠滿足深海巖心樣品的苛刻實(shí)驗(yàn)要求，在船上就可以實(shí)時(shí)檢測(cè)和分析鉆探獲取的巖心。
記者：“夢(mèng)想”號(hào)不僅在實(shí)驗(yàn)室功能上表現(xiàn)出色，整體性能也達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。與國(guó)外現(xiàn)役大洋鉆探船相比，“夢(mèng)想”號(hào)的優(yōu)勢(shì)是什么？
張海彬：在“夢(mèng)想”號(hào)問(wèn)世前，國(guó)際上有兩艘運(yùn)營(yíng)的大洋鉆探船。它們分別是美國(guó)的“決心”號(hào)與日本的“地球”號(hào)。
“決心”號(hào)的噸位約為1萬(wàn)總噸，運(yùn)營(yíng)成本較低，但船型和設(shè)備老舊，最大鉆深9150米，僅有一種鉆探作業(yè)模式?！暗厍颉碧?hào)的最大鉆深為10000米，有兩種鉆探作業(yè)模式，但噸位約5.7萬(wàn)總噸，運(yùn)營(yíng)成本高昂。它每年用于大洋科學(xué)鉆探的時(shí)間十分有限，大部分時(shí)間需通過(guò)商業(yè)性油氣勘探來(lái)補(bǔ)貼成本。
“夢(mèng)想”號(hào)噸位為3.3萬(wàn)總噸，最大鉆深達(dá)11000米，集成全球獨(dú)有的四種鉆探作業(yè)模式，可以針對(duì)不同海域和地質(zhì)情況選擇最優(yōu)鉆探作業(yè)方案?！皦?mèng)想”號(hào)既具有“決心”號(hào)的“小噸位”特征，又具有比“地球”號(hào)更強(qiáng)的作業(yè)能力。
記者：“打穿莫霍面、進(jìn)入上地幔”是地球科學(xué)界探索地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的終極目標(biāo)之一。莫霍面是地殼與地幔的分界面，平均深度約17公里，但人類至今未通過(guò)鉆探直接觸及?！皦?mèng)想”號(hào)如何助力實(shí)現(xiàn)這一科學(xué)夢(mèng)想？
張海彬：要實(shí)現(xiàn)海底鉆穿莫霍面，需克服兩大核心挑戰(zhàn)，一是大洋鉆探船的鉆采系統(tǒng)需具備萬(wàn)米級(jí)作業(yè)能力，二是大洋鉆探船需具有超高的作業(yè)效率。針對(duì)這兩點(diǎn)，“夢(mèng)想”號(hào)從鉆采系統(tǒng)和鉆材存儲(chǔ)轉(zhuǎn)運(yùn)兩方面實(shí)現(xiàn)了突破。
我們團(tuán)隊(duì)集成研發(fā)了液壓舉升鉆采系統(tǒng)，其大鉤載荷907噸，能安全操作總長(zhǎng)11000米的鉆桿。“夢(mèng)想”號(hào)全球獨(dú)有的四種鉆探作業(yè)模式，可將綜合鉆探效率提升40%以上。
同時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)了可拆式模塊化鉆材堆場(chǎng)，配合通用移運(yùn)設(shè)施，可實(shí)現(xiàn)11000米鉆桿在甲板與井架間的無(wú)人化調(diào)度。井架內(nèi)設(shè)三鉆桿立根存儲(chǔ)區(qū)，相當(dāng)于為鉆桿打造出“立體車庫(kù)”，大幅縮短鉆材移運(yùn)和連接時(shí)間，保障鉆探作業(yè)高效連續(xù)進(jìn)行。
巧妙設(shè)計(jì)，“小噸位”實(shí)現(xiàn)“多功能”
記者：為什么提出“小噸位、多功能、模塊化”的設(shè)計(jì)理念？
張海彬：我們主要基于三方面考慮。一是控制船舶噸位規(guī)模，降低建造成本與日常運(yùn)維支出；二是控制船舶吃水深度，提升其航道通行和碼頭?？窟m應(yīng)性；三是控制船舶高度，使其能夠滿足深中大橋的安全通行要求。
“多功能”目標(biāo)旨在兼顧大洋科學(xué)鉆探、深海油氣勘探和天然氣水合物勘查試采等多種任務(wù)?！澳K化”目標(biāo)則是通過(guò)可重構(gòu)的鉆材堆場(chǎng)、通用移運(yùn)設(shè)施及標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)計(jì)，在有限噸位內(nèi)集成四種鉆探作業(yè)模式。
可以說(shuō)，“多功能”是“夢(mèng)想”號(hào)的核心建造目標(biāo)，而“模塊化”是以“小噸位”實(shí)現(xiàn)“多功能”的關(guān)鍵技術(shù)途徑。
記者：為使“小噸位”實(shí)現(xiàn)“多功能”，您和團(tuán)隊(duì)做了哪些努力？
張海彬：我以控制船舶高度為例來(lái)說(shuō)明。為了滿足深中大橋76.5米通航凈空限制要求，我們通過(guò)三大技術(shù)創(chuàng)新對(duì)“夢(mèng)想”號(hào)的總高進(jìn)行了精準(zhǔn)控制。
首先是讓船體下沉。我們采用連體雙月池設(shè)計(jì)，在船體鉆臺(tái)區(qū)域下挖4米多的空間，使鉆臺(tái)高度降低20%以上。
其次是給井架“瘦身”。我們以液壓舉升鉆機(jī)替代傳統(tǒng)電驅(qū)鉆機(jī)，并通過(guò)優(yōu)化立根存儲(chǔ)區(qū)布置，在實(shí)現(xiàn)三鉆桿立根高效連接和存儲(chǔ)功能的基礎(chǔ)上，將井架高度壓縮至52.4米。
再次是透氣管的折疊設(shè)計(jì)。我們?cè)O(shè)計(jì)了液壓驅(qū)動(dòng)可折疊式透氣管，其在“夢(mèng)想”號(hào)航行過(guò)橋時(shí)放倒，作業(yè)時(shí)豎立，既滿足深中大橋通行需求，又可實(shí)現(xiàn)排放鉆探危險(xiǎn)氣體功能。這一動(dòng)態(tài)平衡設(shè)計(jì)使“夢(mèng)想”號(hào)成為全球首艘兼具萬(wàn)米鉆探能力和通航靈活性的大洋鉆探船。
記者：如何使“夢(mèng)想”號(hào)能夠抵御16級(jí)臺(tái)風(fēng)并在6級(jí)海況中作業(yè)？
張海彬：我們從穩(wěn)性安全、結(jié)構(gòu)安全和運(yùn)動(dòng)控制三方面進(jìn)行了突破。
在穩(wěn)性安全方面，我們通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)準(zhǔn)確測(cè)定了船舶的風(fēng)載荷，并通過(guò)優(yōu)化船型尺度和控制重心高度來(lái)提升船舶穩(wěn)性性能，使“夢(mèng)想”號(hào)即使遭遇16級(jí)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)也不會(huì)傾覆。
在結(jié)構(gòu)安全方面，我們采用水動(dòng)力仿真與有限元分析技術(shù)，精準(zhǔn)計(jì)算臺(tái)風(fēng)海況下的波浪載荷，優(yōu)化船體應(yīng)力分布，兼顧了結(jié)構(gòu)安全與重量控制。
在運(yùn)動(dòng)控制方面，我們通過(guò)優(yōu)化船型和阻尼技術(shù)，使船舶運(yùn)動(dòng)固有周期遠(yuǎn)離波浪周期，減少垂向運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，“夢(mèng)想”號(hào)搭載的DP-3級(jí)動(dòng)力定位控制系統(tǒng)，融合了北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)、GPS（全球定位系統(tǒng)）及海中的超短基線聲學(xué)定位系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)調(diào)控推進(jìn)器對(duì)抗風(fēng)浪，即使在6級(jí)海況中也可以維持船舶的水平運(yùn)動(dòng)，確保鉆探作業(yè)順利進(jìn)行。
記者：“夢(mèng)想”號(hào)采用完全自主獨(dú)立研發(fā)模式，如何理解這一模式？
張海彬：可以簡(jiǎn)單理解為“從方案構(gòu)思到設(shè)計(jì)藍(lán)圖全部由中國(guó)人獨(dú)立完成”。在“夢(mèng)想”號(hào)問(wèn)世前，我國(guó)設(shè)計(jì)建造的最接近大洋鉆探船的項(xiàng)目是海洋油氣鉆井平臺(tái)，但其基本設(shè)計(jì)大部分依賴國(guó)外公司。
與海洋油氣鉆井平臺(tái)不同，“夢(mèng)想”號(hào)大洋鉆探船除了具備深海油氣勘探功能外，還具備天然氣水合物勘查試采、大洋科學(xué)鉆探取心和船載實(shí)驗(yàn)功能，作業(yè)系統(tǒng)更復(fù)雜，研發(fā)設(shè)計(jì)難度更大。
不過(guò)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)沒有被困難嚇倒。我們充分利用以往項(xiàng)目的技術(shù)積累，同時(shí)發(fā)揮參研和參建單位的技術(shù)力量，與全國(guó)150余家單位團(tuán)結(jié)協(xié)作、開拓創(chuàng)新，攻克了一個(gè)又一個(gè)世界級(jí)技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)超深水鉆探裝備從“依賴國(guó)外基本設(shè)計(jì)”到“完全獨(dú)立自主設(shè)計(jì)”的重大突破。
大膽放手，青年人才勇挑大梁
記者：“夢(mèng)想”號(hào)研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員非常年輕。青年人才在設(shè)計(jì)中發(fā)揮了哪些作用？
張海彬：“夢(mèng)想”號(hào)項(xiàng)目啟動(dòng)立項(xiàng)論證時(shí)，我們團(tuán)隊(duì)成員的平均年齡僅31歲。青年人才思路開闊、敢于創(chuàng)新，成為解決關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的重要力量。比如，他們提出的等效安全設(shè)計(jì)方案解決了鋁制直升機(jī)平臺(tái)與駕駛室防火安全公約沖突的難題。
按照國(guó)際公約，“夢(mèng)想”號(hào)鋁制直升機(jī)平臺(tái)下方駕駛室19扇大型舷窗需配備鋼質(zhì)防火窗蓋，但每次直升機(jī)起降都需裝卸重達(dá)100公斤的窗蓋，既耗時(shí)又影響航行視野。團(tuán)隊(duì)里的青年科研人員轉(zhuǎn)換思路，在鋁制直升機(jī)平臺(tái)底部加裝帶集油槽的永久性鋼質(zhì)保護(hù)層，從源頭控制燃油泄漏風(fēng)險(xiǎn)，既滿足防火安全要求，又避免頻繁拆裝。
記者：在培養(yǎng)青年人才上，您有哪些創(chuàng)新做法？
張海彬：我充分發(fā)揮中船集團(tuán)第七〇八研究所研究生培養(yǎng)點(diǎn)的平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，采用校企合作模式大力培養(yǎng)年輕人。在該模式下，青年學(xué)生在完成高校學(xué)位課程學(xué)習(xí)后，將圍繞工程實(shí)際問(wèn)題開展研究工作并撰寫學(xué)位論文，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的深度融合。目前，通過(guò)這一模式，我們團(tuán)隊(duì)已培養(yǎng)出7名青年人才。
同時(shí)，我們根據(jù)船舶研發(fā)的多學(xué)科交叉特點(diǎn)，選拔具備總體、結(jié)構(gòu)、舾裝等多專業(yè)背景的技術(shù)骨干，通過(guò)系統(tǒng)的專業(yè)培訓(xùn)，助力他們成長(zhǎng)為總師型人才。這些業(yè)務(wù)多面手掌握多領(lǐng)域知識(shí)，能夠組織團(tuán)隊(duì)協(xié)同攻關(guān)，推動(dòng)船舶研發(fā)設(shè)計(jì)取得突破。
此外，我主張打破資歷限制，破格任用優(yōu)秀青年人才，并為他們配備資深專家進(jìn)行一對(duì)一指導(dǎo)。
記者：您覺得船舶行業(yè)在引進(jìn)、培養(yǎng)、使用人才方面存在哪些亟待解決的問(wèn)題？您對(duì)此有什么建議？
張海彬：首先是高技術(shù)復(fù)合型人才比較缺乏。如今，船舶行業(yè)向綠色化、數(shù)字化、智能化方向快速發(fā)展，迫切需要跨學(xué)科、跨專業(yè)復(fù)合型人才。其次是當(dāng)前船舶行業(yè)吸引力稍顯不足，人才易流失。特別是船廠工作環(huán)境艱苦、工作強(qiáng)度大，一線人員普遍平均年齡較大，年輕人占比不足。行業(yè)薪資待遇缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，難以吸引高端人才。另外，國(guó)際化人才儲(chǔ)備不足，船舶行業(yè)對(duì)具備國(guó)際視野、跨文化交流能力的人才需求迫切，但現(xiàn)有培養(yǎng)體系難以滿足。
針對(duì)上述問(wèn)題，建議加強(qiáng)校企合作，推動(dòng)高校與企業(yè)共建產(chǎn)學(xué)研平臺(tái)，培養(yǎng)兼具理論素養(yǎng)和實(shí)踐能力的復(fù)合型人才；完善人才引進(jìn)激勵(lì)機(jī)制，加大高端人才引進(jìn)力度，吸引更多高技術(shù)人才投身船舶和海洋工程裝備領(lǐng)域；加強(qiáng)國(guó)內(nèi)外高校合作，促進(jìn)人才培養(yǎng)模式改革與創(chuàng)新，助力培養(yǎng)具有國(guó)際視野的高端人才。
