（科技进步奖）

项目名称: 恶劣海况下超柔透空新型结构关键技术及应用

提名者: 教育部

二、项目简介（限1页）

海洋土木工程结构常遭受风、浪、流、冰等外部荷载的强烈作用，结构安全和防灾是首要任务，海洋结构物的动力特性一直是学术前沿科学问题。柔性透空结构是一种新型海洋土木工程结构，作为海洋渔业、海洋油气开发、滨海核电等重大工程的重要组成部分，其动力特性十分复杂，现有分析理论并不适用，急需创新突破，以保障安全。

海洋养殖设施（如大型抗风浪网箱等）是一种全新的超柔性、高透空海洋工程结构，是建设海上粮仓，保障粮食安全、实现海洋强国的重要保障，在风浪流作用下易引起超大变形和超大位移。如何设计建造能够抵御极端海洋灾害的养殖设施，是全球海洋工程领域亟待攻克的难题。海洋养殖工程结构的建造主要存在如下技术瓶颈：理论分析体系严重匮乏，结构设计方法欠缺，结构安全难以保障。

本项目针对抗风浪网箱这种新型海洋土木工程结构，率先突破了其水动力学分析理论，创新了设计方法和安全防护技术，取得如下创新成果：

（1）构建了强非线性波浪的高精度计算方法，解决了极端波浪与超柔结构耦合作用的计算难题。突破了非线性波浪的入散射波分离技术，构建了极端波浪的模拟方法，计算效率提高了一个数量级。构建了超柔结构的水弹性理论，解决了超柔结构在非线性波浪激励下的流固耦合难题。

（2）创建了超柔网箱结构的动力学理论体系，解决了结构的抗风浪分析方法问题。创新了海洋荷载作用下超柔网箱的物理模型试验相似理论，解决了其水动力模型试验方法问题。创建了“柔性+大位移+大变形”结构的水动力计算方法，实现了复杂荷载下网箱动力响应的精准计算，研发出我国首套网箱水动力分析软件，较国际***知名的软件精度提升20%。

（3）突破了网箱结构的设计、布局优化和产品研发关键技术，实现了适合我国复杂海况的大型抗风浪网箱自主研制。提出了超柔网箱的抗风浪安全设计方法，主编了我国首部《海水重力式网箱设计规范》，研制出我国******套HDPE网箱、金属框架网箱和鲆鲽网箱，构建了我国网箱产品体系，产品的抗风浪和耐流等主要指标均超过国际******水平。

（4）突破了极端海况下网箱结构的安全保障技术，构建了标准化体系，实现了大规模产业化应用。发明了网箱智能避险精准控制技术，研发了我国******外海大型网箱结构安全评估和预警系统，编制了网箱结构的安全设计、检测方法、产品制造等相关标准，创建了我国网箱工程结构建造的标准化体系。

发表SCI检索论文219篇，出版专著5部，发明专利58项，软件著作权4项，制修定国家标准12项。成果获教育部科技进步一等奖、海洋工程科学技术一等奖、国际海洋和极地工程学会******荣誉“海神尼普顿奖”。设计理论成果入选美国《Handbook of Coastal and Ocean Engineering》。研究成果在我国东、南、黄、渤海均得到应用。装备抗台风能力达12级以上，同类产品价格仅为国外的40~50%，产品国内市场占有率达70%，并大量出口日本、俄罗斯等15个国家，近三年新增产值12亿元。谢世楞院士为组长的专家组鉴定认为“成果总体上达到国际领先水平”。

三、客观评价

1. 知识产权认定

该项目核心技术已授权国家发明专利58项，软件著作权4项，发表SCI期刊论文219篇，形成拥有自主知识产权的技术体系。

2. 成果鉴定意见与查新

（1）《离岸养殖新型结构关键技术研究及应用》成果鉴定意见：教育部组织以谢世楞院士为组长的专家组对该成果进行了鉴定，认为“该课题针对离岸养殖新型结构设计、制造及使用的技术难题，取得了大量创新性研究成果……，促进了我国海洋养殖设施装备的产业化进程，……，该项成果具有很强的系统性、创新性和实用性，开发的软件具有自主知识产权，总体上达到国际领先水平”。

（2）《大型抗风浪深水网箱设备及******养殖技术》成果鉴定意见：浙江省科技厅组织鉴定，认为：自主研制大型抗风浪网箱性能达到了抗风力12级，抗浪高5米，抗流速1米/秒，成本比国外同类网箱降低40～50%。……，在一些设备和技术水平上达到了国际先进水平，在结构工艺方面达到国际领先水平。

（3）国家“863”计划项目《深水网箱养殖装备与配套技术研究示范》成果鉴定意见：该项目研制成功了适合我国海区环境的深水网箱养殖装备与配套技术，经受了12级强台风的考验，具有很强的应用性和推广价值，项目总体技术达到国际先进水平，在同类网箱的抗风浪性能上达到了国际领先水平。

（4）《海洋养殖新型结构关键技术研究及应用》成果2015年查新结论：除该课题组发表文献外，未见波浪和水流作用下网衣物理模型相似准则、网箱浮架系统在波浪作用下的受力-运动-弹性变形耦合计算、多体组合式网箱在波流作用下的数值模拟研究的相关文献报道。

3. 科技获奖评价

（1）2015年教育部科技进步一等奖“离岸养殖新型结构关键技术研究及应用”；

（2）2015年海洋工程科学技术一等奖“海洋工程结构水动力特性的分析研究”。

4. 技术标准

（1）美国《Handbook of Coastal and Ocean Engineering》收录了该项目设计理论成果，《中国海岸工程进展》收录了工程应用成果。中国船级社颁布的《海上渔业养殖设施指南》中******引用了该项目科研成果。

（2）主持开展了国家标准《海水重力式网箱设计技术规范》编写工作，该规范是我国******部网箱设计标准，主持编写了《渔用绳索通用技术要求》等其他相关国家标准12项。主持编制了《浮式金属框架网箱通用技术要求》、《浮绳式网箱》等行业标准18项，地方标准21项。

5. 同行专家评价

（1）挪威两院院士、中国和美国外籍院士、******海洋工程******学者Faltinsen教授评价：该研究开发的网箱数学模型具有相当好的计算精度，同时可实现不规则波浪和网箱内外流场的准确模拟计算；

（2）成功大学校长、海岸工程领域******学者黄煌辉教授评价：该研究建立的数学模型能够很好地模拟网箱结构在波、流联合作用下的动力响应，是网箱养殖设施设计的重要基础；

（3）美国UNH大学海洋工程专家Igor教授评价：大连理工大学开发的网箱计算分析软件DUT-FlexSim的计算结果较国际商业软件Aqua-Fe （******上***广泛应用的网箱计算分析软件）具有更高的计算精度；

（4）美国造船与轮机工程学会会士M.H. Kim教授评价：认为该项目研发智能网箱升降技术时，考虑波流联合作用是重要的。

6. 行业影响

鉴于该项目完******和完成单位的重要行业影响，获批我国******的“国家海洋设施养殖工程技术研究中心”（科技部，2011年）；获批我国******的*********农业标准化深水网箱示范区（国家标准委，2013年）；主持承担了我国深水网箱******“863”项目、******国家自然科学基金重点项目。

鉴于该项目成果的重要学术影响，董国海教授应邀在亚太海岸工程国际会议（APAC-2011）上作“中国离岸网箱工程进展”大会报告；董国海教授应邀组织编写了国际“深水养殖设施水动力研究”SCI专刊；赵云鹏教授担任本领域******影响力国际学术期刊Aquacultural Engineering的编委；2014、2015年李玉成和赵云鹏教授均入选Elsevier中国高被引学者；“深水重力式网箱水动力特***数值模拟研究”获2008年全国百篇******博士学位论文提名奖；李玉成教授2015年获国际海洋和极地工程学会******荣誉奖“海神尼普顿奖”。

7. 用户评价

项目成果应用实施后，得到国家海洋局海洋减灾中心、中国船级社、中船重工、中国渔业协会河豚鱼分会等多家重要用户单位的充分认可和高度评价。

中国船级社认为该项目的海上渔业养殖设施水动力学研究代表了当前国际******水平，将成果******纳入到《海上渔业养殖设施指南》中；该项目为国家海洋局海洋减灾中心研发的“海洋养殖网箱受灾预警系统”已在全国推广应用；据中国渔业协会河豚鱼分会统计，30余家会员单位通过应用该项目成果，近三年带动北方河豚养殖新增产值超10亿元。

8. 社会影响

近年来人民日报、科技日报、中国海洋报等*********媒体，央视专题《来自深海的蓝色革命》、中央7台《科技苑》等栏目的央视媒体，以及日本NBC新闻台等国外媒体，均对该项目深水抗风浪网箱的推广和应用进行了报道。

四、推广应用情况

该项目研究成果在我国东、南、黄、渤海的外海养殖区均得到广泛应用。共在200家单位的500余个项目中得到应用。经测算，项目累计研制和推广深水网箱超10000余套，建立大型深水网箱养殖基地50余个，其中*********示范基地10个，建成我国******国家海洋设施养殖工程技术研究中心。

该项目技术成果的应用领域主要包括养殖装备结构设计与优化、安全评估、防灾减灾和海洋牧场构建等。

（1）装备产品研发

研发和推广了21种新型网箱设施及配套装备，并形成4项网箱产品行业标准：HDPE网箱、金属框架抗风浪网箱、大型桩柱式围栏网箱、船型抗风浪网箱、沉浮式网箱、鲆鲽网箱、鲍鱼网箱、海参网箱、多元生态养殖网箱、气囊移动式网箱、单向抗流抗浪网箱、可旋转自航式抗风浪深水网箱、回转式网箱、镀锌铝合金网衣、超高分子纤维复合式网衣，以及浮动饵料平台、海上保障平台、自动投饵平台、T型锚泊系统等，均形成很好的产业应用。

（2）装备产品出口

该项目响应国家“一带一路”战略，产品打入国际市场。研发的深水网箱成套装备（包括网箱框架、绳网产品、控制系统等）出口至日本、俄罗斯、菲律宾、马来西亚等15个国家，带动了“一带一路”沿线国家深水养殖产业的发展。

（3）工程设计与安全评定

该项目技术成果为中船重工集团等大型企事业单位提供装备安全评估技术服务，为包括我国首座多模块铰接式综合养殖平台在内的多座新型养殖工程装备在极端海况下的安全性进行了系统评估，累计为30余家大型海洋养殖企业提供了网箱结构设计和工程安全评估服务2700余次，节省工程成本4000余万元。

（4）海洋养殖防灾减灾

该项目开发了海洋养殖工程装备移动避险技术和海洋养殖网箱破坏风险预警系统。通过应用移动避险技术，使养殖设施多次成功抵御12级以上台风，累计保障了超10亿元养殖产品的海上安全。开发的网箱破坏风险预警系统及相关技术已被国家海洋局采纳，用于全国海洋养殖区进行风险预报，并形成和推广了我国******养殖设施保险产品，使得海洋养殖产业得到了安全保障。

（5）海洋养殖设施标准体系建设

该项目编制了相关国家标准12项、行业标准18项及地方标准21项。建成我国******国家海洋设施养殖工程技术研究中心。

（6）深水养殖基地建设

建成了国家和省部级综合标准化示范区12个，其中大连天正*********示范区深水网箱数量达到国际罕见的700台规模。

（7）应用前景

该项目预计在未来三年内，可新增外海优质养殖水体1千万立方米，创造直接经济效益超100亿元，并形成良好的产业示范效应，带动水产养殖产业实现外海化、高值化。

经对代表性应用单位统计，近三年新增产值12亿元，项目技术服务和产品已在我国南沙美济礁主权海域得到应用。装备产品出口量累计达1700套，出口创汇315万美元。并且随着我国建设海洋强国战略的实施，技术成果具有更为广阔的应用前景，预计可产生更大的经济效益和社会效益。

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