科创中国

不同于常规开敞水域，极地环境恶劣，开展北极航行需要应对海冰、低温等风险，故对极地冰区航行的船舶的性能要求尤为严苛。想要实现独立自主研发极地船舶的科技需求，急需突破极地船舶冰载荷预报、结构抗冰设计与安全分析、极地运输船高精度建造等关键技术问题。极地冰区船舶航行过程船与不同冻结特性的海冰相互作用模拟中需要考虑海冰的冻结机理、复杂海冰的力学特性和破坏机理等问题。船受到冰和水的耦合作用不仅体现在非线性的航行阻力上，在船体结构抗冰设计和船舶动态结构累计损伤中也有体现。总之，极地运输船施工精度要求高、技术难度大、冰区航行风险高，是我国极地海洋装备领域的科技难题。

敞水航行性能与破冰航行性能、船体轻量化设计与抗冰结构加强，是船舶设计领域两个突出矛盾，也是极地运输船需要兼顾的特殊需求。如何厘清“船-水-冰”之间全耦合机理，设计出敞水性能与冰区性能相平衡的抗冰线型；如何探明结构损伤机理及结构失效模式，模拟抗冰结构的动态响应过程，提出极地冰区运输船舶新型抗冰载荷结构型式，是制约极地运输船设计的另一核心科研难题。

该项目通过近8年的研究，突破了极地船舶冰载荷预报、结构抗冰设计与安全分析、极地运输船高精度建造等关键技术，自主研发并首制了极地油散化兼用船，技术成果在中国船级社、南通中远海运川崎船舶工程有限公司、上海外高桥造船公司、舟山中远海运重工有限公司、中国船舶科学研究中心等企业和研究所得到了广泛的推广应用，提高了我国极地航行船舶的设计、建造技术能力，提升了我国船舶与海洋工程装备的研发水平，取得了显著的经济效益和社会效益，共产生经济效益4.5亿元。

极地是四大战略新疆域之一，是新型安全领域和重要战略利益的拓展方向，对我国长远利益和国家安全影响重大。面向极地科研与装备发展的重大科研需求，本项目进一步丰富了极地科学技术的研究内涵，突破了极地工程关键技术问题，实现了极地船舶核心研发能力的自主可控，提升了船舶行业的国际竞争力，加快了“认识北极、保护北极、利用极地和治理北极”的历史进程，强有力地维护了我国极地权益和国家安全，具有极其显著的生态效益和社会效益。

本项目是一个综合性课题，设计多学科交叉融合，项目组组织多方面人才共同实施科技攻关，研究和提出新的计算方法与技术。项目的关键技术，是在研究掌握国外领先技术的基础上，结合我国极地船舶与海洋工程装备设计和安全性评估的研究现状，采取产学研用结合，建立了由江苏科技大学牵头，船舶设计研究院、造船企业及海工制造企业共同参与的极地海洋装备研究团队，在项目实施过程中形成了良好的合作关系，鼓励创新，推动科技人员研究和提出新方法、新技术、新工艺。为我国船舶行业培养了一批以高校教师、科研人员、工程技术人员等多层次的创新人才队伍。

我国极地工程装备技术的研究起步晚，国内关于极地船舶方面的规范技术标准长期处于空白状态。以突破极地工程领域的关键技术为牵引，项目组在国际上率先公开出版了CCS《极地船舶指南》（GD05-2016）和CCS《极地水域操作手册编写指南》（GD29-2016），系统阐述了极地船舶设计建造和安全运营方面瓶颈问题的技术解决方案，填补了极地船舶规范和标准领域的技术空白，为国内极地船型的研发提供了权威的科技指导。本项目成果推动了我国极地船舶抗冰结构设计与强度评估技术的发展，提高了我国高新技术极地船舶与海洋工程装备结构的安全水平，提高了极地船舶与海洋工程装备设计的科技含量，总体技术达到国内领先水平，其核心技术达到世界领先水平，在一定程度上打破了国外技术壁垒，对我国多类型的极地重大装备的研制成功、提高我国极地船舶与海洋工程结构的安全性发挥了重要作用，提高了我国高附加值船舶与高技术海工产品的国际竞争力，对推进我国船舶与海洋工程的可持续发展具有重要的战略意义。

本项目的成果已经广泛应用于各类极地船舶、螺旋桨、主机等结构设计制造中。截止2022年5月，沪东中华造船（集团）有限公司、江苏新时代造船有限公司、江苏新扬子造船有限公司、江苏镇江船厂（集团）有限公司、南通中远海运川崎船舶工程有限公司以及上海外高桥造船公司等单位已经建成的各类船舶与海洋平台，采用本项目的技术成果进行设计、建造、检测和评估，与国内传统的方法相比较显著的提高了产品的设计品质，缩短了建造周期，减少了服役期的结构损伤风险，大幅度降低了船舶与海洋平台的造价和维护成本。我国目前已经成为国际最大的船舶与海洋工程建造中心，采用本项目的技术，可有助于我国“造船强国”梦的实现。

项目成果的推广应用对“雪龙2号”极地科学考察船的设计建造意义重大。作为全球首艘智能科考船，“雪龙2号”配备有一套船体监测及辅助决策系统，本项目基于极地船舶操作能力与限制方法计算分析形成的成果指南作为“雪龙2号”船体监测及辅助决策系统生产设计、施工建造的主要参考技术依据，提供了船体结构应力监测方案、构件测点布置、安全阈值设定、辅助操作决策建议、冰载荷反演等技术解决方案。该指南采用船舶智能化理念，基于船体应力数据持续监测与分析，指导设计和安装冰区操作辅助决策系统，为船舶冰区安全航行提供可靠的操作指导，加快了“雪龙2号”的建造进度，提高了建造水平，对实现国家的极地发展战略具有重要的社会效益。

以上所述也为该成果的重要转化方向。