張錦玉

“21世紀是海洋經(jīng)濟的時代”，海洋蘊藏豐富資源和多種能源，是人類解決資源短缺、拓展生存發(fā)展空間的戰(zhàn)略必爭之地。隨著海洋研究領域向南北極拓展，這兩塊極寒區(qū)域日益成為國際關注的焦點地區(qū)。本著“尊重、合作、共贏、可持續(xù)”的基本原則，中國積極參與到南北極的開發(fā)探索事務中，而關鍵設備的短板成了這一過程中的最大掣肘。針對這個問題，江蘇科技大學冰區(qū)工程關鍵技術團隊帶頭人周利將目光投向我國極地海洋裝備的研發(fā)升級，他希望能夠用自己的學識和經(jīng)驗，助力中國極地科學和工程應用。

偶然和必然

出生于安徽蚌埠的周利，整個童年回憶都與淮河有關。在水系發(fā)達的淮河岸邊，每年廟會時，木匠出身的外公都會親手制作木船。關于船和水的初步印象，就這樣停留在當時給外公幫忙的周利心中。

2002年，周利“誤打誤撞”地進入哈爾濱工程大學（簡稱“哈工程”）船舶與海洋工程專業(yè)，開始本科階段的學習。這個“偶然”的選擇，在不斷求知奮進的過程中，逐漸成了周利必然的人生追求。

就讀前身為中國人民解放軍軍事工程學院的哈工程，給周利帶來的最大改變，就是熱切求知、審慎研究。在這所用軍號做鈴聲的大學里，周利“基本上每一天都要上晚自習，周末也是一樣。本科的絕大多數(shù)時間，都用來學習了”。

周利

天道酬勤。四年后，抱著“讓研究更進一步”的理想和博采不同高校研究成果的想法，周利順利考入上海交通大學，開始在研究和實踐領域開疆拓土。

作為上海交通大學的招牌專業(yè)之一，周利所在的船舶與海洋工程專業(yè)擁有海洋工程國家重點實驗室。世界上首個按照南海復雜海況設計、具有強大臺風抵御能力，對于我國整個深海作業(yè)平臺有深遠意義的雙船級鉆井平臺——海洋石油981深水半潛式鉆井平臺（簡稱“981平臺”）的模型實驗和動力定位系統(tǒng)設計，都是在這個實驗室完成的。憑借扎實的專業(yè)知識和踏實肯干的研究習慣，當時的新晉研究生周利得以參與到這一國家級的重大項目中。

在海洋環(huán)境中，即使平臺有很大的自重，在海風、波浪及海流的影響下，它也無法“固定在原地”，而是“隨波逐流”。想要實現(xiàn)定點作業(yè)，有效的定位系統(tǒng)必不可少。在對定位系統(tǒng)的實驗和設計過程中，周利參與完成了981平臺的動力定位控制系統(tǒng)模型實驗，以及系泊情況下整個平臺的運動響應等多項實驗，為平臺定位系統(tǒng)的設計制造提供了極為重要的參數(shù)依據(jù)，也為自己開拓了大型海洋工程器械研究和設計的思路。

2008年年底，上海交通大學開始船舶與海洋工程深海實驗室的建設。在實驗室啟動儀式上，周利負責接待受邀而來的挪威科學院、英國皇家工程院院士Torgeir Moan教授。這位被周利奉為學術偶像的海洋工程界大拿，對周利所做的研究成果極為欣賞，并向他發(fā)出邀請，希望周利可以成為自己的學生。懷著對學科研究頂尖領域的向往，周利如約來到挪威，以博士身份進入海洋工程學世界排名第二位的挪威科技大學，開啟海洋工程學在極地冰區(qū)這一特殊環(huán)境下的設計和應用研究。

遠行與歸鄉(xiāng)

爭分奪秒、廢寢忘食，三餐都在教室和實驗室解決的周利，僅僅用3年4個月的時間即完成了博士階段的學習，隨后他進入挪威最大的海洋工程設計公司Aker Solutions總部，開始承擔極地鉆井船、極地FPSO (海上浮式生產(chǎn)儲卸油裝置)、半潛平臺、深水立管的研發(fā)設計工作。

據(jù)周利介紹，不同于常規(guī)海洋環(huán)境，極地船舶承擔著開拓航道、護航拖帶、人員物資運輸?shù)榷喾N特殊使命。冰面在破裂前后，都會影響船舶的行駛環(huán)境，關于極地船舶冰載荷與運動相應的研究，是這一領域的重中之重。在冰載荷研究中，冰阻力以其復雜多變性，成為該研究領域中的“老大難”問題。冰阻力的計算和預測，關乎船舶動能和航行安全性，然而這一重要設計環(huán)節(jié)，長期以來只能通過經(jīng)驗或半經(jīng)驗公式來確定，精度差、效率低，由此引發(fā)的成本增加和資源浪費問題也極為嚴峻，這一問題在歷史悠久、坐擁國際先進技術的Aker Solutions也仍是無解。

為此，周利用兩年時間，反復探求冰面破壞方式與冰阻力之間的數(shù)學、力學關系，逐步建立了一套動態(tài)冰載荷數(shù)學模型，以填補冰阻力精準計算的空白。面對挪威同事“這個模型有效嗎？”的疑問，周利選擇了10組不同船型、航速、冰況的船舶數(shù)據(jù)在冰水池實驗室中進行對照實驗。實驗結(jié)果令人驚喜，在10組計算得出的數(shù)據(jù)中，有9組實現(xiàn)了將經(jīng)典的經(jīng)驗公式預報結(jié)果從最大誤差30%～40%降低到10%以內(nèi)，極大地提升了極地船舶冰阻力預報精度，獲得了行業(yè)專家的高度評價。此外，周利直接參與到挪威約翰·卡斯伯格海上油田開采項目中，負責油氣開采所需的極地FPSO船體的冰載荷計算和設計工作，這是他在復雜環(huán)境、特殊區(qū)位作業(yè)船舶的型線設計及錨鏈系統(tǒng)設計領域的重大實踐成果。目前，這一周利耗時4年設計的船體正在建造中，建成后將為世界上最大的海底工程提供服務。

旅居挪威7年，周利已成長為極地海洋工程領域冉冉升起的新星，當?shù)亓己玫难芯總鹘y(tǒng)、成熟的工業(yè)體系，更是為周利的研究發(fā)展提供了極大助力。盡管如此，在Aker Solutions工作4年后，周利仍毅然選擇辭職回國。他做出這個決定，源于一次奇妙的“偶遇”。

2013年，時任“雪龍2號”破冰船負責人、國家海洋局基地辦公室主任的秦為稼到訪Aker Solutions，就“雪龍2號”整體設計與Aker Arctic Technology Inc.（阿克北極科技有限公司）展開合作。當時正在阿克北極冰水實驗室進行實驗的周利，就此與秦為稼和尚在規(guī)劃的“雪龍2號”有了一面之緣。

這次會面對周利觸動極大，“‘雪龍2號’是我國第一艘自主建造的極地科學考察破冰船，令人遺憾的是，雖然它的建造、核心技術、裝備研發(fā)都是我們國家自己完成的，但涉及一些電力設計、基礎設計層面，我們還要‘假手于人’，要依賴像阿克北極這樣的國外研發(fā)中心”?？吹搅宋覈谄票灾髟O計方面的短板，周利暗下決心，要在日常工作中不斷積累經(jīng)驗，掌握設計技術，搭建模型實驗，然后將自己學到的、看到的、接觸到的最先進技術帶回去，充分提升我國自主創(chuàng)新能力。加之在2016年，哈工程牽頭舉辦的首屆“興海論壇”，更讓周利看到國家對海洋工程領域，以及對人才的高度重視。于是在2017年，有知識、有經(jīng)驗、有想法、有方向的周利做好了準備，“在國外讀了這么多年書，也學了一點本事，現(xiàn)在，是我報效祖國的時候了”。

精專與廣泛

回國后，周利進入江蘇科技大學船舶與海洋工程學院，以帶頭人的身份開始組建校冰區(qū)船舶與海洋工程創(chuàng)新團隊。說起與江蘇科技大學的緣分，周利笑言：“在我們行業(yè)有一個說法：中國有兩個真正做船的學校，一個是‘北船院’，就是我的母校哈工程；另外一個‘南船院’，就是我現(xiàn)在工作的江蘇科技大學?！?/p>

與傳統(tǒng)的研究類大學不同，江蘇科技大學在船舶的設計和制造方面涉足頗多，直到現(xiàn)在，江蘇科技大學仍與眾多船舶企業(yè)保持著密切的聯(lián)系。這種與實際生產(chǎn)距離更近、重視行業(yè)需求的教研模式，與周利的研究工作經(jīng)歷完美契合，在此基礎上周利招募集結(jié)的團隊，正以強大的自主創(chuàng)新精神，瞄準極地科學技術前沿，向極地船舶設計和制造過程中的關鍵技術問題發(fā)起攻堅。這個“專業(yè)做冰”的8人團隊，主持承擔了國家自然科學基金、歐盟地平線2020、國家工信部高技術船舶、國防科技工業(yè)海洋防務創(chuàng)新等20多個極地工程項目，掌握多項國際前沿技術，共發(fā)表論文200余篇，授權專利及軟件著作50余件。

在我國對極地世界的探索中，除常規(guī)科學考察之外，北極地區(qū)因豐富的資源及能源儲備、獨特的地理位置，其重要性與日俱增。2018年1月發(fā)布的《中國的北極政策》白皮書，提出共建“冰上絲綢之路”、促進北極地區(qū)互聯(lián)互通和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，為我國現(xiàn)階段參與北極事務指明方向。與之對應的，是我國在極地海洋裝備領域起步較晚的實際情況，我國極地科技水平和裝備研發(fā)能力與俄羅斯、挪威等極地沿岸國家仍有較大的差距。單從數(shù)量來說，我國目前僅有“雪龍?zhí)枴薄把?號”“海冰722號”等4艘破冰船，而俄羅斯僅在役破冰船就有44艘之多。除了絕對數(shù)量上的差距，與發(fā)達國家極地設備的技術鴻溝也亟待填補。自從回國以后，周利一直在思考的問題就是，如何用自身研究擁抱國家發(fā)展需求。為此，周利走訪眾多企業(yè)，聽取行業(yè)一線的切實需求，最終結(jié)合國家需求和船舶企業(yè)的實際反饋，將重心放在了對極地船舶冰阻力與冰區(qū)螺旋槳的研究上。

簡單來說，影響船舶整體運動性能有兩個因素，即阻力與推力。阻力由船舶所處環(huán)境決定，推力則由螺旋槳提供。具體到極地船舶這一特殊類型，基于復雜多變的冰阻力問題，極地螺旋槳設計和制造都面臨更大的挑戰(zhàn)。為解決冰阻力預報、冰區(qū)推進效率、槳葉強度安全等制約極地螺旋槳設計的瓶頸問題，周利從理論和設備兩方面入手，為極地船舶設計提供了一套行之有效的解決方案：

首先，原創(chuàng)性提出了基于環(huán)向裂紋法的冰阻力數(shù)值預報技術。利用經(jīng)過實驗驗證的基于環(huán)向裂紋法建立的非線性動態(tài)冰載荷數(shù)學模型，周利團隊開發(fā)了船舶冰阻力數(shù)值預報軟件，實現(xiàn)對船舶在不同航行方式下的局部冰壓力和整體冰阻力開展精確數(shù)值計算，有效解決了業(yè)界普遍面臨的冰載荷預報問題，為我國發(fā)展極地船舶、開展極地航運提供了必要的理論支持，同時為我國修訂極地領域船舶標準提供了參考依據(jù)。

其次，開發(fā)具有國際領先水平的極地螺旋槳設計方法。通過對槳葉變形產(chǎn)生影響進行模型化分析，構(gòu)造出適用于不同冰區(qū)等級的螺旋槳推進效率和空泡性能之間的平衡關系，建立了相對最優(yōu)的冰區(qū)槳葉設計方法，輔以對強度進行數(shù)據(jù)化分析的冰槳耦合模擬技術，生產(chǎn)出適用于不同航速、不同冰況、不同推進方式的極地螺旋槳，并以該冰區(qū)螺旋槳設計方法為依托，真正建立了我國在冰區(qū)螺旋槳領域的國際核心競爭力。在國際實船冰槳競標項目中，我國自主生產(chǎn)的極地螺旋槳產(chǎn)品已擊敗多個國際知名的螺旋槳公司，獲得了冰區(qū)用戶的廣泛認可，并創(chuàng)造出可觀的經(jīng)濟效益。

江蘇科技大學冰區(qū)船舶與海洋工程創(chuàng)新團隊

這些創(chuàng)新性的科研成果，一方面，打破了國際對我國在極地關鍵產(chǎn)品領域的技術和產(chǎn)品壟斷，為我國極地科學考察破冰船提供了自主設計的關鍵配套產(chǎn)品；另一方面，也為我國開辟“冰上絲綢之路”、開展極地航運群體服務奠定了硬件基礎。這項集合了國內(nèi)優(yōu)勢科研單位、前后耗費近10年心血、名為“基于冰阻力條件下的極地船舶螺旋槳設計研究與應用”的研究項目，為周利及團隊贏得了中國航海學會科學技術進步獎的榮譽，在充分吸收國內(nèi)外先進技術經(jīng)驗的基礎上，對我國現(xiàn)階段極地船舶設計與制造有極大的應用價值和指導意義。

2022年，第11屆全國冰工程大會將在江蘇科技大學召開，周利作為這次會議的組織者，期待在這一我國極地工程領域里規(guī)模最大、影響力最大的會議上，與眾多的冰工程工作者碰撞出思維的火花。周利說：“我覺得自己不是一個很聰明的人，但是我是一個比較有毅力的人，我認定的事情，肯定要把它做好，只要我覺得做這件事情值得，就義無反顧地往前走?！爆F(xiàn)在，“雪龍2號”在執(zhí)行第37次南極科考任務，與其淵源頗深的周利仍守在科研一線，在基礎研究、船型優(yōu)化、船舶推進技術等方面不斷精進。在周利看來，以技術創(chuàng)新為靶點，我國極地工程領域?qū)⒂瓉礞幼?。助力中國極地科研領域長足進步，并贏得國際認可，這是周利正在追求的夢想。