2. 中国石油大学(北京) 石油工程学院,北京 102249
2. College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China
海洋工程规范标准体系是支持海洋资源开发、工程建设、环境保护等建立的一整套技术规范、标准的集合,目的是确保海洋工程相关活动的安全性、可靠性、环保性和经济性。海洋工程规范标准的发展是一个长期不断演进的过程。早期,海洋工程主要集中在船舶建造、近海运输和捕捞等领域,相关规范标准较为基础和零散。随着科技的进步与海洋资源开发的深入,海洋工程逐渐向海洋油气开采、海上风电开发等复杂项目延伸,规范标准也随之丰富与细化。例如,在船舶设计方面,从最初仅关注船舶的基本结构和航行性能,发展到船舶的安全、智能、绿色等多方面、多领域系统性的规范标准体系。在海洋结构物领域,随着深海开发的推进,对结构物的强度、稳定性、远程操控等规范标准要求也日益完备。通过对诸多资料及研究成果分析可知,海洋工程规范标准的演变与海洋工程技术迭代紧密关连,技术突破促进规范标准持续更新,以适应海洋工程安全、可靠发展的需要。
当前,国际海洋工程规范标准呈现出多元化发展的态势。在全球范围内,不同国家和地区根据自身的海洋工程发展水平和需求,制定了各自的规范标准体系,规范标准之间存在较大差异。从船舶和海洋工程制造角度来看,一些设计和造船强国如日本、美国、欧盟等,其标准在技术要求和质量控制方面较为严格,涵盖了从设计规范到建造工艺的各个环节。在海洋能源开发领域,针对海上油气平台和海上风电设施等,国际上也有一系列相关规范标准,但不同国家地区在具体参数和安全要求上有所不同。通过对277项来自Scopus和Web of Science研究的分析发现,模拟-基于设计优化(SBDO)在海洋工程中应用广泛,主要集中在优化船舶和海洋工程结构及关键部件等方面,在方法应用上,确定性单目标优化方法占主导,基于风险的目标型规范标准仍是少数,反映出当前规范标准在引导技术应用方面的特点及潜在发展方向[1]。
随着海洋强国战略的深化实施,海洋工程规范标准朝着更加系统化、智能化和可持续化的方向发展。一方面,随着海洋工程向深海、极地等复杂海域拓展,需要综合考虑新因素的技术应对,如在深海高压、低温环境下,海洋结构物的材料性能、密封技术等标准需更加系统严谨。智能化方面,随着数字孪生、大数据等技术在海洋工程中的应用,规范标准将更加注重解决设备远程控制监测、故障诊断等问题。在海洋平台生产运营过程中,需通过智能化系统实时监测平台状态,规范标准将对监测数据的准确性、传输时效等作出规定。可持续化也是需重点考虑因素,如在海洋能源开发中,海上风电、潮汐能等可再生能源项目的环境影响评估标准将更加严格,以确保海洋生态环境的可持续发展[2]。
1 海洋工程规范标准体系概述 1.1 国内海洋工程规范标准体系分类国内海洋工程规范标准体系在支撑海洋资源开发、海洋环境保护、海洋经济可持续发展等方面发挥了重要基础性作用。海洋强国战略的实施涉及到装备制造、交通运输、能源开发等领域,具有跨部门、跨行业的特点,需进一步理顺机制、强化协同,推动规范标准体系从“规模覆盖”向“质量引领”转型,为全球海洋治理贡献中国方案。我国海洋工程行业管理角度分类如图1所示。
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图 1 我国海洋工程行业管理角度分类 Fig. 1 The classification of management perspectives in China's marine engineering industry |
1)工业和信息化部-引领海洋工程装备制造技术创新
工信部负责船舶与海洋工程装备制造业发展,规范标准体系以“提升装备自主化体系化水平、推动智能绿色制造”为核心,为船舶与海洋工程装备的设计建造、施工安装、运营维护以及新技术的应用提供技术支持。船舶工业标准,设计建造标准如《中国造船质量标准》(GB/T 34000-2017),数字化造船标准如《船舶产品数据管理规范》(GB/T 38943-2020);施工工艺标准,包括材料与焊接标准,如《船用高强度钢及焊接工艺评定要求》(GB/T 712-2020);海洋工程装备标准,平台设计标准如《自升式钻井平台建造规范》(GB/T 34900-2017),规定桩腿强度、升降系统安全系数;水下生产系统标准,涵盖海底管道、跨接管连接技术规范,支撑深海油气开发;环保涂装标准,限制船舶涂料VOCs排放,推广水性涂料技术。
2)交通运输部-聚焦海洋交通与运载工具安全
交通部主管海上交通安全及船舶检验,规范标准体系立足“保障航行安全、提升运输效率”的目标。船舶和海洋工程装备检验标准,如《船舶与海上设施技术规范体系》涵盖国际、国内海船、内河船舶及水上设施技术规范,对船舶结构强度、稳性计算、消防救生、通信导航等规定了系统的技术要求,确保船舶与海上设施本质安全。
3)国家能源局-推动海洋可再生能源开发新领域
国家能源局负责海上风电、潮汐能等海洋能源开发,其规范标准体系以“资源高效利用、并网安全”为核心。海上风电标准,设计标准如《海上风力发电机组设计要求》(NB/T 31098-2016),规定防抗台风、耐腐蚀设计参数;施工规范,包括海底电缆敷设、风机基础打桩技术指南;潮汐能发电标准,涵盖拦河坝结构、水轮机效率测试方法[3,4]。
4)中国船级社(CCS)-发挥国际接轨与技术权威优势
CCS规范标准体系强调技术先进、覆盖全面,兼顾强制性和推荐性。从平台类别上,涵盖移动式平台、固定式平台、海上浮式设施装置和海底管道系统等,技术规范有《海上移动平台入级规范》《海上固定平台入级规范》《海上浮式装置入级规范》《海底管道系统规范》等;从技术方向分类,涵盖结构强度与疲劳、稳性与分舱、定位与锚泊、轮机系统、电气系统、环保要求、材料与焊接、数字化与网络安全等。CCS作为国际船级社协会(IACS)成员,紧跟国际技术发展,定期修订规范标准,其规范标准在国际上的接受度和影响力在不断提升。
5)其他机构-持续补充优化规范标准体系
国内主要油气勘探与生产企业、海洋新兴产业部门充分参与国内行业标准的制修订工作,如中国船级社、中国海洋石油集团联合制定《海洋石油生产设施发证检验工作通则》(AQ 2079-2020),是海洋油气生产设施检验的技术遵循;中国能源建设集团牵头制定《海上风力发电场设计标准》(GB/T51308-2019),支持海上风力发电场的基础设施设计;中集海洋工程研究院制定《钢质可移式海洋牧场平台建造技术规范》(DB 37/T 3538-2019),为海洋牧场平台建设提供技术依据。目前,已基本形成政府引导、企业参与、试点推动、标准先行的发展格局,新业态、新领域海洋工程规范标准体系日趋完善。
1.2 国际海洋工程规范标准进展船舶和海洋工程国际化组织主要是国际海事组织(IMO)和国际标准化组织(ISO),定期召开会议推动全球海洋工程领域技术规范、安全准则和环保要求协调统一。国际化组织通过制定国际公约、规则、规范标准和技术指南,促进跨国合作、保障海洋资源开发安全环保的可持续性,支撑海洋工程装备的全球化应用。近年来工作进展如下。
1)国际海事组织(IMO)
IMO是联合国下属机构,负责制定并推动实施全球海事安全、防污染及能效等公约和规则,其下设多个委员会和技术分委会。与船舶和海洋工程关系最为密切的公约有《海上人命安全公约》(SOLAS公约)和《防止船舶污染公约》(MARPOL公约),前者规范船舶结构、救生设备、航行安全等,后者限制船舶和海洋工程油污、垃圾等污染物排放以及温室气体排放[5,6]。IMO制定的《海上移动式钻井平台构造和设备规则》(MODU规则)专门针对海上移动式钻井平台的设计、建造和安全标准。此外,IMO组织制定相关指导性文件,如《海上浮动式结构物指南》(MSC.1/Circ.1610),指导FPSO、半潜平台等设计。中国是IMO的A类理事国,在海上安全委员会、环保委员会等会议中推动公约规则的制修定和技术创新,发挥重要作用。
2)国际标准化组织(ISO)
ISO是全球最大的非政府标准化机构,其业务范围包括海洋工程全产业链标准制定。中国是船舶和海洋工程制造大国,造船完工量、新接订单量、手持订单量连续15年居全球第一,ISO标准对我国造船行业发展有重要影响。ISO设船舶与海洋技术委员会(TC8),作为全球船舶与海洋技术领域核心标准管理机构,覆盖设计、建造、运营、海洋环境保护及海上结构物的国际标准的制修订工作,与IMO公约规则紧密衔接,支撑海事安全、环保等规范标准互联互通。在海洋工程领域,主要规范标准有《固定式海上结构物设计规范》(ISO 19905),规定海洋平台抗风浪、抗震设计要求;《水下生产系统》ISO 13628-7),规范海底管道、跨接管等设计;《波浪能转换装置测试规范》(ISO 17338),指导海洋能开发中潮汐能、波浪能设备测试。中国自2015年当选ISO/TC8主席,从参与者转变为主导者,累计提出40余项国际标准提案(见表1),对于推动中国标准输出、提升制度性话语权发挥了重要作用,推动海洋工程标准从“跟跑”向“领跑”跨越。
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表 1 TC8相关国际标准与公约示例 Tab.1 Examples of TC8 related international standards and conventions |
3)国际船级社协会(IACS)
IACS是全球主要船级社的联合体,包括英国船级社(LR)、美国船级社(ABS)、法国船级社(BV)、中国船级社(CCS)等11个世界知名船级社。IACS从船舶和海洋工程检验服务着眼,利用各成员在海上安全、防污染、船舶营运等方面的丰富经验,制定并发布船舶和海洋工程设计、建造、营运、维修等规范标准,提出规范标准的统一要求(UR)、统一解释(UI)及共同结构规范(CSR),涵盖船舶检验和维护保养、消防、船舶单点系泊设备标准等。IACS成员向船东和经营者提供技术准则,引领行业发展。美国船级社发布《海洋工程设计建造与入级规范》,挪威德国(DNV-GL)发布实施《深海养殖平台规范》,英国船级社制定浮式风电安装船专项规范标准,韩国船级社制定超大型储油装置(VLFS)规范等,共同完善海洋工程规范标准规范体系。中国船级社作为IACS主要成员,发挥我国船舶工业智能化、绿色化发展趋势,在数字化智能化、绿色低碳化技术等方面制定《船舶网络安全指南》《海上风电设施防腐检验指南》等规范标准,为全球海洋工程发展贡献中国智慧。
2 我国海洋工程规范标准体系发展和实践我国海洋工程规范标准体系的建设起步较晚,但伴随造船强国、海洋强国战略的推进,已逐步形成覆盖全产业链、多维度协同的框架体系,并在技术创新、生态保护和国际合作中发挥更加重要的作用。发展历程如图2所示。
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图 2 我国海洋工程规范标准体系发展历程 Fig. 2 The development history of China’s marine engineering standard system |
1)起步阶段−行业规范为主(2000年前)
初期的海洋工程以海洋油气开发为核心,标准需求集中在石油钻探、生产的海上结构物设计、检验等领域。主要成果有原中国船检验局制定的《海上移动平台安全规则》及中国船级社《海上移动平台入级规范》,为海洋平台设计建造和检验提供技术支撑;原国家能源局制定了《海上石油天然气生产设施检验规定》,加强油气生产设施的检验管理;原国家海洋局发布《海洋调查规范》(GB/T 12763系列),奠定海洋工程载荷选取的理论基础。
2)体系化建设阶段−多部门协同(2000−2010年)
在全面推进经济建设的进程中,我国把海洋经济发展放在愈发突出的位置。2003年,国务院发布《全国海洋经济发展规划纲要》,将标准化工作列为支持海洋经济的重要支撑。为落实《纲要》任务,相关部门加快推动海洋工程领域标准化工作进程。例如,原国家海洋局组织制定《海洋工程环境影响评价技术导则》,工信部推动出台《中国造船质量标准》,各部门密切协作配合,海洋工程领域标准化工作日渐完备。
3)完善提升阶段−全产业链覆盖(2011−2020年)
我国加快由“造船大国”向“造船强国”迈进,“造船强国”战略的实施为推动规范标准体系向深海、绿色、智能延伸提供了广阔的发展空间,诸多规范标准已经转化为产业生产力(见表2)。在国家层面,工信部发布实施《船舶工业标准体系》,指导船舶和海洋工程装备设计、制造、试验、修理和管理。在深海油气开发方向,发布实施《深海固定式平台设计规范》填补行业空白。在绿色发展方面,加快推动LNG等低闪点燃料、电池动力船舶等应用规范标准的研究,出台碳排放强度核算、船舶能效设计指数等相关规范标准。在智能装备方面,发布《智能船舶发展行动计划》《智能船舶标准体系建设指南》等,为船舶智能规范标准发展搭建框架,明确路径。
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表 2 实践应用 Tab.2 Practical application |
4)创新突破阶段−绿色与数字化转型(2021年至今)
随着国家“双碳”战略的推动实施,造船、航运绿色转型发展愈发迫切。IMO已经通过《海上自主船舶规则》,预计于2028年强制实施。国家加快推动船舶与海洋工程装备高端化、智能化、绿色化发展,聚焦船舶工业发展重大需求,强化企业科技创新主体地位,加快补齐短板弱项。大量的科研投入、成果转化催生一批技术含量高、行业需求迫切的高水平的规范标准。交通部发布实施智能绿色船舶技术规范体系,法规规范标准的基础性和先导性作用进一步增强,正制定智能航运2035行动计划,为新技术的应用摹划了应用场景。工信部、科技部大力支持船舶高新技术研发项目,充分发挥“政产学研用”机制优势,加快构建适应我国造船强国建设、引领世界技术发展进步的规范标准体系。
3 海洋工程规范标准体系国际合作海洋工程规范标准国际合作是推动海洋资源合作开发、保障海上安全财产安全、应对全球气候变化的重要支点,应坚持开放共享、平等互利、技术协同、规则对接原则,推动构建包容性、可持续的国际标准体系。
1)规范标准国际合作原则
包容是一切国际事务合作的基础。应打破地域与技术壁垒,鼓励发展中国家、新兴经济体参与规范标准制定,避免“一刀切”。加强技术协同、创新共享,可通过联合研发、技术转让等方式推动规范标准与产业实现的双向赋能,支持我国优势产业利用“一带一路”等国际合作“走出去”。加强前瞻性、突破性技术攻关,在深远海风电、深海资源勘探开发等领域谋划布局,在海底生产作业系统、超深水油气开发等方向争取制度性话语权,在支持产业发展、维护国家权益等方面体现规范标准“软实力”新赛道。
2)规范标准国际合作路径
海洋工程国际合作呈现出多元化和深入化的特点。在合作领域上,除了传统的油气开发等,在海洋科技研发、环境保护、海上基础设施建设等方面的合作日益增多,海上风电领域也出现了多国联合开发的项目,共同应对技术挑战。在合作方式上,既有政府间的合作,也有企业间的合作以及科研机构间的合作。政府间通过签订合作协议,为国际合作提供政策支持和框架;企业间通过合资、技术转让等方式,实现资源共享和优势互补;科研机构间则通过联合研究项目,共同攻克海洋工程技术难题。国际合作也面临一些挑战,如不同国家的技术标准差异等问题,需要通过建立沟通协调机制来解决。
3)规范标准国际合作场景分析
①依托国际组织平台优化多边机制。通过ISO、IMO等国际组织,推动标准提案与修订,推动规范标准与产业融合。典型案例如在ISO框架下,中国联合77国集团在IMO推动《全球海事技术合作框架》、主导制定《海洋工程数字孪生系统架构》(ISO/AWI 23722)规范标准。
②深化区域合作拓展双边协作的深度和广度。例如,通过中国和日韩海事双边合作机制,深化智能船舶技术交流[7,8],共同推动规范标准的协同,形成引领行业发展的合力。与新加坡海事部门合作,推动中国主要港口至新加坡绿色航运走廊建设。与东盟等国家推动签署《海洋工程装备互认协议》,提供船舶和海洋工程设计建造、检验等示范课程建设,以产业化实践推动建立规范标准区域化协同机制。
③推动规范标准互认打破技术壁垒。不同国家、技术组织的规范标准的发展基础、发展历程不同,只有少数规范标准能在IMO、ISO等国际规范标准组织中统一制定并组织实施。各国家、技术组织通过制定规范标准等效性评估程序,推动标准互认,可极大降低制度性交易成本。典型案例如IACS成员通过规范评估互认,极大便利船舶和海洋工程装备交易成本。
④以海工产品为载体搭建技术交流的平台。近年来,依据国际公约规则和中国规范标准体系,中国推出多个行业影响力强的海洋工程项目,如2024年12月下水的深海大洋钻探船“梦想”号,我国首座深远海浮式风电平台“海油观澜”号等,体现了我国海洋工程领域的最高技术水平,对持续完善、推广我国海洋工程规范标准体系有重要的作用。
此外,加强人才培养合作也是未来发展趋势,通过联合培养、学术交流等方式,培养更多适应国际海洋工程合作的专业人才。从相关研究来看,如在船舶和海洋工程技术领域,各国意识到加强区域内合作可有效提升能力、降低成本,有利于实现合作共赢,解决当前面临的技术、安全、环境等诸多挑战[9 − 11]。
4 结 语海洋工程领域有着跨行业、跨学科等特点,规范标准体系的建设和完善需强有力的产业支撑。依托中国造船工业的蓬勃发展,我国在海洋工程规范标准体系建设部门合作机制顺畅,行业发展协调,政府引导、行业引导、企业主体的规范标准研发体系基本形成,有力支撑了船舶和海洋工程制造业的发展。不可否认的是,美西方国家在海事领域有先发优势,我国争取规范标准制度性话语权、以中国方案支持造船强国、海洋强国建设还面临环境复杂、能力不足等问题,需秉持包容、开放的态度,通过加强规范标准国际合作,持续完善海洋工程领域规范标准体系,利用双多边平台扩大朋友圈,推动区域性技术合作以提升我国规范标准的影响力,在支持海洋工程产业深度融入全球市场中发挥更大的作用。
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