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DOI:10.3772/j.issn.1673-6516.2014.10.000
开展海洋环境、海洋生物资源、海底地质和资源勘探研究是我国经略海洋、建设海洋强国的基础。我国海洋综合考察能力应与我国的经济政治地位相适应，海洋科学综合考察船作为海洋探测与研究的重要平台，是海洋能力建设关键的组成部分，也是一个国家综合国力的体现。我国现有科考船数量少、船舶老旧、功能落后、作业效率低、配套不完善，难以满足当前日益发展的多学科综合考察，特别是深远海综合考察的需求。在此背景下，国家对海洋科学综合考察船建设项目给与了高度重视，促成了我国新一代深海海洋科学综合考察船“科学”号的立项。该船的设计突出多学科综合探测研究的特点，装备精良、功能齐全，具备强大的深海大洋立体探测与同步作业的能力；衔接各种通讯工具，具备全球范围内信息处理与交换的能力；具备科学的综合布局和良好的适航性，以满足海洋考察的作业需求和提高探测精度。“科学”号海洋科学综合考察船是我国“十一五”国家重大科技基础设施项目，由中国科学院海洋研究所牵头承建。
新一代海洋科学综合考察船
设计和建造一艘国际先进的、满足现代海洋科学考察需求的海洋科学综合考察船是中国科学院海洋研究所多年的梦想和建设项目的终极目标。海洋科学综合考察船项目组在广泛调研和了解国外科考船的设计理念和先进技术的基础上，结合我国涉海单位的科研需求，制定出完整的、满足现代海洋科学考察需求的建造方案，与设计单位（中国船舶工业集团第708研究所）和承建单位（武昌船舶重工有限责任公司）一起进行科技攻关和设计创新，在主尺度选型、船体性能优化、科考设备的研发与配置、舱室的综合布局等方面解决了一个又一个关键技术难题。
“科学”号海洋科学综合考察船是我国首艘满足特种用途船新规范SPS2008 ，采用吊舱综合电力推进且具备完全自主知识产权的现代化海洋科学考察船。在设计过程中，项目组重点瞄准国际上交付不久和正在建造的新型科考船，通过消化吸收国内外船型相关技术，重点研究了用于科考船多波束嵌入式安装的防气泡球艏设计、经济节能的短长宽比船型设计、不同推进形式和电站配置的综合评估、艏楼遮蔽甲板抗风稳性研究、操控支撑系统与科考实验室综合布置研究、减振降噪技术研究等关键技术难题。
海洋科学综合考察船属于特种用途船，是一种复杂的布置型船型。除船舶系统不同于常规船型外，其庞大的船载探测系统、船载实验系统、网络信息系统和操控支撑系统是科考船特有的大型装备。船型分析与型线设计是紧密相连的，不同的船型尺度和型线决定了不同的阻力特性、耐波性等船体性能，还将影响安装在水下的探测设备的探测效果，影响到推进器的选型、主机配置，进而影响到船舶的功能、经济性和适航性。
我国现有自主设计的海洋科学考察船大都体现出瘦长型的特点，在海洋科学考察活动中由于其横向耐波性差，使海上作业受海况的制约性很大。设计过程中，项目组结合科考船承载的任务和使命、海上作业工况和操作流程、实验室功能和空间的划分、考察设备的移动性以及后续的升级改造等，抓住关键，实现了船型尺度比和型线的优化，快速性、经济性和耐波性之间的平衡，防气泡球艏开发和船载探测与实验系统的模块化等，设计出具有自主知识产权，适应性好、实用性强的新船型。
“科学”号海洋科学综合考察船在建造过程中，采用先进的三维建模技术进行生产设计，确保建造精度。为解决大量现代海洋科学考察海上作业的实际问题，在国内没有可参考先例的情况下，研制了多项船舶和辅助科研装备，如国内首个升降鳍板系统、国内首套侧推封盖系统和国际首制重力取样装置翻转机构等；创造了诸多国内第一，如 “科学桅”、全海深多波束嵌入式安装技术、低噪音空调风管安装技术、减震降噪技术、在国内率先采用艏部圆弧线形优化技术等。研发团队对该船操控支撑系统的安装及调试、大型声学设备安装精度控制等项目的研究及实船推进，同样都取得了重大突破。
“科学”号海洋科学综合考察船采用现代造船模式，按壳、舾、涂一体化的要求，应用成组技术按区域组织建造。通过中间产品的成组制造确保产品质量，提高生产效率。主船体采用环形总段建造法和岛式建造法相结合的方法进行建造，在主船体形成过程中按区域进行舾装，实现完整性下水。
为了解决突出难题，把好质量关，项目组成立了焊接创精品小组、减振降噪创精品小组和内装创精品小组，对关键工艺和创新项目进行刻苦公关，提升科考船的性能；按照“民品军造”的要求，对船体进行了百分之百的探伤检验，确保了工程质量。
快速性和经济性指标水平先进
试航测定，单台发电机运行时（功率为2610KW的发电机，夏季时负荷率为86.8%，冬季时负荷率为80.2%）航速达到12.12kn，双机运行时最大航速达到15.88kn，是相同吨位级别的同类型电力推进船舶中油耗最低的船型之一，快速性和经济性指标均达到和超过国际同类型船的先进水平。
采用国际通用的快速性指数（每千瓦推进功率推动船的排水量所能达到的航速指标）对比，可见该船快速性已处于国际先进水平：
空船重量重心得到有效控制，船舶生命力加强
经倾斜试验验证，船舶重量与重心位置与设计预估状态非常吻合，未采取临时固定压铁处理方案。试航期间，船舶调配压载灵活，各种液舱包括消耗品舱、压载水舱均实现了预先设计的功能，充分体现了重量重心有效控制的成果。
机动性和耐波性指标全面实现，船舶操控灵便
试航测定“科学”号最大航速15kn时的回转直径为194m，回转最大横倾角约12度；服务航速12kn时回转直径为185m，回转最大横倾角约6.5度；回转直径均低于两倍船长（2*99.6m），大大优于常规轴桨推进的船舶，回转性能良好；在最大航速下228秒内可实现停船，惯性滑动距离约为722m；紧急停船时间在130秒内，滑动纵距不超过450m；在5分钟内可实现原地回转，横移自如，航向稳定。
抗风安全性得到初步验证
“科学”号按照CB/T 3526-94《海洋调查船特殊抗风力要求》进行设计。2012年春节期间，该船在台湾东北部试航时遇到9～10级的较大风暴，船舶一度处于横浪上，横摇角度达到35度，仍旧具备较好的复原力臂。船舶经历了较大的稳性生存考验，抗风安全性得到初步验证。
机电系统全面实现自动化
“科学”号采用无人机舱的设计，并获取无人机舱（AUT-0）船舶入级证书。经试航测定和一年多的运行结果证明，该船机舱设备运行平稳，动力系统和船舶管系通畅，机舱监测系统运行正常，充分验证了该船自动化程度高、系统安全可靠、设备操作简单、维护保养方便的特点。
动力定位能力目标实现，为科学考察奠定坚实基础
“科学”号在艏部两个艏侧推、艉部两个吊舱推进的联合作用下，在1.5节流、5到6级风海况下，能够实现定位精度0～3米、船艏向±10°的可靠控位。船舶电站负荷在动力定位时有充足的储备，前后推进器也进行了损失单个推进器的定位测定，结果表明：配置的DP-1动力定位系统满足各项指标要求且具有较高的可靠性和冗余度。在深海极端环境航次中，“发现”号水下缆控潜器在水下作业长达7～8个小时，过程中 “科学”号动力定位系统始终将船位控制在0.3～0.4米的范围之内。
机舱减振降噪措施起到明显效果
采用减振降噪技术，通过优化设备配置和建造过程的层层把关，取得了非常明显的效果。经振动噪声测定该船在全速航行时，机舱、集控室及机修间的振动噪声指标均满足或大大优于国际标准值。如：机舱集控室的噪声指标为60dB，远优于船级社设定的最高舒适度等级中对于机舱集控室70db的要求，已达到驾驶室最高舒适度标准。此外，机舱及机械场所等通风设备采用特殊降噪技术，降噪效果十分明显。
全船生活环境全面提升
“科学”号定员80人；共有40间卧室，其中套间4间，单人间10间，公共区设有餐厅、休闲厅、网吧、学术厅（影院）、会议室、咖啡吧、健身房、桑拿房、理发室等。经海上航行测定，全速航行时噪声指标达到船员卧室噪声舒适度最高等级的房间为30间（低于52dB），占全船卧室的75%；达到客船乘客高级舱室噪声舒适度最高等级的房间为10间（低于45dB），占全船卧室的25%。
综合布置科学合理，设计理念符合国际趋势
“科学”号采用烟囱左置，右舷L型主流布局；同时采用了干湿性实验室分置的综合布置；艉部作业甲板设置了较大的低舷作业面积和有效空间，为科考作业的操作和设备扩展预留了空间。甲板预埋紧固件为移动式设备和集装箱的安装提高了效率。此外，遮蔽作业甲板、船艏“科学桅”、船舯部的通海井和升降鳍板以及作业集中操控室为科考作业提供了理想的环境条件。
综合科考功能全面，科学目标得到初步体现
“科学”号具备全球航行能力，实现了集多学科、多功能、多技术手段为一体，满足深海海洋科学多学科交叉研究需求的工程目标。“科学”号在试运行期间，多次赴深海大洋和西太平洋海底冷泉和热液区，圆满完成了深海海底油气资源形成机理、深海极端环境调查、大洋环流系统与气候变化、深海生物基因资源及生物多样性、大洋生态系统与碳循环、洋中脊与大陆边缘热液系统及地球深部过程的科学考察，取得了丰硕成果，科学目标得到初步体现。
“科学”号型长99.6米，型宽17.8米，型深8.9米，总吨位4711，续航力大于15000海里，自持力60天，载员80人，抗风力大于12级；采用全回转电力推进系统，可实现0～15kn无级变速、低速原地回转和横向移动；配有高精度的动力定位系统和可控被动式减摇水舱，安装有自主研发的升降鳍板、侧推封盖等科考设施。
“科学”号海洋科学综合考察船具备水体探测、大气探测、海底探测、深海极端环境探测以及遥感信息现场印证等长周期、立体交叉、综合同步探测的能力，可进行定点和走航式海洋环境参数的连续探测、海面常规气象连续探测、海气界面通量探测、海底地形地貌探测、底质采样、地球物理探测、缆控深潜器探测与可视取样，以满足低空大气、海面、水体、海底及深海极端环境等海洋科学研究的需求。
船载网络信息系统建立起以水体、大气、海底、深海极端环境、遥感信息现场印证等探测数据和船舶数据为基础的船载海洋环境探测数据库；实现探测设备网络互联及系统控制，实现海基数据集成和与陆基实验室的数据传输；实现现场视频监控和岸基实时监控，促进船舶和海上监控能力手段的提升。
“科学”号的成功交接标志着我国海洋科学考察能力迈上了新的台阶。“科学”号将承担我国深海远洋科学调查的主要任务，为我国海洋科学基础研究和海洋高新技术研发，特别是为深海和大洋研究提供先进的海上移动实验室和试验平台，为提升我国海洋科技国际竞争力，建设创新型国家作出新的贡献。
肩负使命驶向大洋
“科学”号海洋科学综合考察船建成后所承担的使命将以变化的海洋动力环境、底质环境和生态环境作为对象实施综合探测，为国家安全与权益、灾害监测等提供高分辨率和高质量的海洋环境基础数据资料，是获取海洋科学新知识、发现和认证变化规律、发展地球系统科学的基础平台，是我国开发、利用深海资源的先导和获取基础海洋环境信息的保障。其六大科学目标为：（1）大洋环流系统与气候变化；（2）海洋动力过程与灾害；（3）深海生物、基因资源及生物多样性；（4）大洋生态系统与碳循环；（5）洋中脊与大陆边缘热液系统及地球深部过程；（6）深海海底油气（含天然气水合物）资源形成机理。
“科学”号海洋科学综合考察船在建造过程中既开始筹划国家重大科研项目。2013年1月投入试运行以来，“科学”号承担了“南海成因与南海中南部盆地构造研究”、“热液系统海底环境特征及其影响”、“主流系与西太平洋暖池变异机制”、“典型弧后盆地热液活动及其成矿机理”、“全球变化与海气相互作用太平洋专项”等国家重大项目，总航行天数400余天，航程48000余海里。
2013年5月至8月，“科学”号在国内首次开展了南海中南部地球物理调查，获得了南海东–西和南–北向近8000公里的横跨陆架–海盆–陆架的综合地球物理大断面数据和样品采集，为研究南海成因及盆地构造、南海形成演化等重大科学问题提供了重要数据。
2014年4月至5月，“科学”号首航奔赴西太平洋执行中科院“热带西太平洋海洋系统物质能量交换及其影响”战略性先导科技专项任务，使用国内先进的4500米级“发现”号水下缆控潜器，对冲绳海槽热液区的热液喷口周围海洋物理、化学环境进行了现场原位观测和取样分析，获取热液喷口及邻近区域大型海洋生物样品1400余头，种类超过50种，并从热液区底层水、沉积物、岩石及大型生物样品中现场分离培养超过300株微生物，采集硫化物、岩石和沉积物等地质样品30多个（袋）。
2014年8月至10月，“科学”号大规模地在西热带太平洋海域开展了大型潜标的集中布放，对西边界流和赤道流系流量和流速及其结构进行长时序的连续观测，以揭示热带西太平洋海洋环流对暖池变异的影响，热带西太平洋深层环流深层混合的特征、变异及与大尺度环流的关系，深层水体混合及其对环流变异的影响等重大科学问题。
“科学”号在试运行期间所取得的重要科研成果，在国内外引起广泛关注，世界著名学术刊物NATURE两次报道和评述“科学”号及我国海洋科学考察能力的提升。
后记
作为我国新一代先进的海洋科学综合考察船，“科学”号是一艘拥有自主知识产权，集多学科、多功能、多技术手段为一体，满足海洋科学多学科研究需求的现代化海洋科学综合研究平台。“科学”号海洋科学综合考察船的建造成功在一定程度上反映了当今国际第三代科考船的发展特点。该船在设计中尝试了诸多设计创新，其本身的理念和实践对于国内科考船设计具有里程碑意义，有些创新设计在国际上也具有一定的引领和借鉴作用。新船的投入使用将为国家海洋科学基础研究和海洋高新技术研发，特别是深海及洋区的海洋基础科学研究提供先进的海上移动实验室和试验平台。在未来10～20 年内，该型船将成为我国远洋科学综合考察的主力船型之一。2013年海洋科学综合考察船项目入选中国科学院科技创新成果展，2014年获得中国船舶工业集团科技进步一等奖。“科学”号团队入选2014年“科技盛典”团队。
