王建村等：美国大型海洋装备运维现状及对我国的启示

kscg7a827t · 发表于科研成果分享 2022-11-27 04:58:32

海洋蕴藏着地球上远未认知和开发的丰富资源和宝藏，目前海洋中已发现可供开采的矿产资源包括多金属结核、钴介壳、硫化物、可燃冰、油气等资源。而陆地上的矿产资源自工业革命以来，经过200多年大规模的开发利用，目前已近枯竭。向海洋要资源，特别是向深海要资源已是目前人类大规模获取能源资源的共识。

随着人类科学探索和资源开发向深海大洋挺进，海洋强国纷纷加大了对大型海洋装备研发的投入力度。美国阿尔文(ALVIN)号、日本深海6500等载人深潜器的出现极大地拓展了人类探索海洋的深度和广度。中国蛟龙号作业型载人潜水器研制成功并于2012年实现了7000米级海试，标志着我国已跻身于深海载人技术发达国家的俱乐部，在深海领域实现了“弯道超车”。美国、日本等海洋强国在海洋装备研发技术领域保持领先的同时，在大型海洋装备的运维管理方面也处于全面领先状态，其标志就是在全国范围内(继而扩展到全球)通过运维管理体系的提升实现了对大型海洋装备(包括船舶、海洋勘探与探测设备等)的高效利用。中国载人深潜虽然在下潜深度上实现了弯道超车，但与美国、日本等海洋强国相比，我国在大型海洋装备的运维管理建设方面还存在不少差距。本文首先分析了当今海洋强国-美国在大型海洋装备运维管理方面的先进经验，以大型深潜装备-蛟龙号的运维管理和基金委的共享航次计划为例，总结了中国在大型海洋装备管理中获得的宝贵经验及存在问题，最后结合中国实际，提出了可进一步优化的对策建议，以期对我国大型海洋装备的运维管理体系升级有所借鉴。

1美国大型海洋装备运维现状
美国是一个海洋大国，其本土两侧拥有漫长的海岸线，与其毗邻的海上专属经济区和大陆架是世界上最大的，这些区域蕴含着难以计数的动植物资源和矿产资源。社会各界对海洋神秘未知世界的探索、海洋资源勘探开发及前沿海洋科学命题研究的需求十分巨大。因此，从19世纪60年代开始，大型海洋装备的开发和研制进入了快车道。经过十几年的快速发展，出现了以海洋深潜装备、拖曳类设备、调查类设备、取样类设备和观测类设备等各类型设备不断涌现、百花齐放的局面，特别是，1964年大型深潜装备阿尔文(Alvin)号(如图1)载人潜水器的出现引领了当时世界大型海洋装备发展的一个新高潮。

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图1浮出水面的“阿尔文”号及其支持母船“阿特兰蒂斯”号
与此相应，大型海洋装备的管理也驶入了快速发展的深水区，通过对大型海洋装备及资源几十年的管理经验进行优化升级，逐渐形成了美国对大型海洋装备的即集中统一又开放共享的系统化综合管理模式。

1.1组建了形式上集中统一的管理体系美国的大型海洋装备管理并不是从一开始就管理的井井有条、成熟完善。20世纪60年代大型海洋装备获得了快速发展，但大型海洋装备的管理还是采用各自为政的传统管理模式。随着大型海洋装备需求的不断增加，这种管理模式逐渐暴露其弊端。大型海洋装备管理中凸显出各行其是、重复建设、运行成本过大、海洋装备使用效能低下等不良后果。为了改变上述管理效率低下的不利局面，17家美国大学和海洋实验室联合成立了UNOLS，UNOLS组织的出现解决了当时船舶用时管理混乱和大型装备的管理分散化及使用效率低下问题。由其负责协调组织的单位包括华盛顿大学、夏威夷大学、特拉华大学、伍兹霍尔研究所、美国海洋与大气局以及美国海岸警备队等61家相关涉海科研院所和联邦政府机构。介绍UNLOS的理事会机制及组织架构的文献有很多，这里不再赘述。作者认为美国大型装备得以高效运营管理的真正原因并不在于创建一个类似地理事会机构，世界各国成立的理事会机构有很多，但运营效率达到或接近的类似机构屈指可数就是明证。通过不断地探索和实践，美国大型海洋装备管理模式逐渐明朗起来。那就是在大型海洋装备的管理体系构建中使用了互联网思维(70～80年代也正是国际互联网兴起的时代)，参照互联网中大型应用系统的三层体系架构，实现了使用权、管理权和所有权的高度分离，分离但不分散，对外实现了高度的统一管理，见图2。

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图2美国大型装备管理体系
图2是美国大型海洋装备的三层架构管理体系。其大型海洋装备的所有权一般归属于装备的投资方，即美国政府涉海类相关管理机构及组织。管理权分两块：UNOLS负责海洋考察船、船载设备、深潜装备等的使用申请流程管理及用时调度与协调；其理事单位则负责这些大型装备的维护、维修等具体常规管理。当然，对使用权的管理是该体系得以高效运营的关键，其原则是，无论是大型装备的所有者、负责装备具体管理的理事单位、还是其他使用者，想要使用这些大型装备都需经历相同的使用申请流程。例如，阿尔文号是由美国海军投资建造，但具体的如维护、维修等常规化管理则由理事单位伍兹霍尔海洋研究所负责。即使是伍兹霍尔海洋研究所要使用阿尔瓦号，也需要先将申请表提交到UNOLS，经审核协同后，按计划时间使用。

1.2构建了会议协调下的国际开放共享平台
共享平台不是一个独立系统，它是美国大型海洋装备管理体系的一部分，如图2中管理权所属层左侧框中所示。从刚参与申请使用者的角度看，该平台似乎是一个集使用审批、设备管理与维护的实体，实际上它仅仅是一个联络机构或咨询机构，仅负责大型海洋装备机时资源调配时的组织协调及仪器装备在更换、改装和调试时做出适当的咨询建议。对大型海洋装备的科学高效调度是通过组织各理事单位召开年度协调会议的形式来实现的。截止到2019年6月，UNOLS公布的可用于申请使用的船舶船载设备就多达1162项，协调工作仅有一个委员来组织是不现实的，因此其成立了多达9个专业委员会，分别负责职责范围内的组织协调工作。

例如，深潜科学委员会负责对大型深潜装备阿尔文号下潜计划进行组织协调，其下潜计划安排一般根据上一年度的申请使用情况，召开年度下潜协调会，经协商后统一制定并公布一下年度下潜计划，如阿尔文号无大型故障等特殊情况一般不做更改。

该平台是面向国际的，意味着任何国家的科学家都可根据科学研究需要，提交包含但不限于首席研究员(PI)、支持基金、用船类型及天数、所需仪器装备、作业区域等信息的调查船舶、设备的申请。鉴于该平台成立时间较早，国际影响力非常强，因此，使用申请者特别多，一般需要提前1～2年申请，首席研究员申请页面见图3。我国第一批7000米载人潜水器潜航员就是在美国4500米级载人潜水器“阿尔文”号上接受培训的，从2003年申请到2005年8月周怀阳(PI)带队成行时，已耗时2年多。

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图3首席研究员(PI)标准申请页面
我们说该平台是面向国际的，不仅仅意味着它对所有国家开放共享，其还制定并发布了对接海洋调查装备/设备的一系列第三方工具开发指南与接口标准，实现了仪器设备接口层面的国际化对接。如管理“阿尔文”号载人潜水器的伍兹霍尔海洋研究所相继发布了潜水器使用申请指南、第三方工作开发指南、仪器接口和操纵指南。作者认为，对“阿尔文”号来说，没有实现仪器接口和第三方开发工具对接的国际化共享是不可能实现的。

1.3实现了有偿服务的国家机构或非盈利组织经费支持生态
美国大部分的海洋科考船及其他海洋调查设备是由美国国家科学基金委、美国海军和其他美国政府机构支持的基金投资制造的。但在国家经费支持之外，非盈利组织对美国大型海洋装备的投资与运营经费的支持也是其得以无障碍运营的关键环节。2010年民政部民间组织管理局在赴美代表团学习考察报告中指出，美国非盈利组织发展迅速，截止到2008年，非盈利组织年度收入1.91万亿美元，支出多达1.81万亿美元，无偿志愿服务达150亿小时，这一数字尚未包含因个人爱好产生的捐赠部分。可见美国非盈利性组织规模十分巨大，已是美国经济运行生态的重要组成部分。这其中，就有认识到海洋研究价值及必要性的非盈利组织及爱好海洋研究但又无研究精力的个人的无偿经费支持(具体支持金额尚未相关统计数据)。

如，2013年著名导演詹姆斯·卡梅隆将自己私人投资、价值1000万美元的单人潜水器“深海挑战者”号(DeepseaChallenger)捐献给了马萨诸塞州非盈利性质海洋研究机构-伍兹霍尔海洋研究所，该潜水器经测试的最大下潜深度为11000米，通过两侧吊臂的摄像头可实现深海底3D高清摄像。

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图4 詹姆斯·卡梅隆捐赠的“挑战者”号潜水器
海洋调查装备和设备是有限的，无偿使用将导致调查设备不能得到科学合理的高效使用，因此，美国海洋科考船及海洋调查设备的申请使用服务是有偿的。以美国“阿尔文”号为例，载人潜水器的单次下潜收费为5万美元，一个美国普通基金项目可以提供3～5个下潜机会。

2我国大型海洋装备运维现状及存在问题
我国大型海洋装备主要集中在自然资源部、中国科学院、沿海省份地方海洋厅局及其下属研究机构等单位，基本处于分散管理状态，尚未形成系统化、国际化的大型海洋装备管理模式。但，我国在大型海洋装备的积极管理方面也进行了大量探索与实践，初步形成了中国特色的管理模式。本文以国家自然科学基金委船时共享航次计划的管理实践、载人潜水器组织实施体系的构建和我国海底观测网的建设为例，试图描绘我国大型海洋装备的管理现状。不可否认，我国大型海洋装备的管理效率与系统化的管理模式还存在一定的差距。

2.1开启了海洋科考船船时共享航次计划
海洋科考船是进行海洋考察与研究的必要载体，而在2009年之前，相对于不断增长海洋考察需求，我国可用于科学考察的船舶数量非常少，即使是有船单位也多用于承担国家指定的调查任务。由于缺乏有效的开放共享机制，出现了有船单位长期闲置，而无船单位即使有科学考察需求却面临无船可出的困境。为解决我国海洋科学研究项目出海调查用船难的困境，2009年国家自然科学基金委启动了海洋科考船船时共享航次计划，以“国家自然科学基金海洋科学考察船时费专款”项目的形式，为需要出海调查的基金项目提供科学考察船船时共享经费支持(需申请审批)。从2010至2014年，基金委共收到“船时”申请1120项，共出资1.4亿人民币，租用了9艘海洋科考船，资助了40个共享航次开展海洋科学考察。该项目的实施开创了我国海洋科考船开放共享的先河，积累了海洋科考船协调管理的经验，探索了一种新的基金资助模式。当然，也有不足之处：⑴影响范围有限(仅限于基金委资助的项目)；⑵共享内容有限(仅限于海洋科考船舶，未涉及其他大型海洋装备)。因此，全国范围内实现海洋科考船船时协调管理的长效机制尚未形成。
2.2构建了载人潜水器组织实施体系
蛟龙号载人潜水器于2012年在马里亚纳海沟创造同类型载人潜水器历史性7062米记录，随后结束海试，正式交付给国家深海基地管理中心。鉴于蛟龙号日常保障维护基地—国家深海基地此时尚处于建设阶段，获批的蛟龙号母船尚未建造下水，专业的维护保障队伍尚未建立等实际情况，原国家海洋局在充分吸收国际同类载人潜水器从研制、海试、试验性应用到业务化运行等经验的基础上，提出了蛟龙号载人潜水器在步入业务化运行前开展试验性应用的工作方案。根据该方案，原国家海洋局成立了以分管副局长为组长、各相关部委具体负责人为副组长、研制和参航单位领导为组员的蛟龙号载人潜水器试验性应用领导小组。试验性应用领导小组在总结多年来海试组织管理经验的基础上，形成了一套相对完善的试验性应用航次组织实施体系，见图5。

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图5 试验性应用航次组织实施体系
从2013年6月至2017年6月，以蛟龙号试验性应用航次组织实施体系为依托，先后了组织34家单位，在我国多金属结核、结壳及硫化物勘探区和深渊海沟区等海区，开展了101个潜次作业。试验性应用航次的实施，完善了蛟龙号海上作业技术体系，进一步提高蛟龙号的深海调查与作业能力，形成一支相对稳定的潜航员和潜水器技术保障队伍，建立一套开放、共享的潜水器应用机制，为全面实现蛟龙号的业务化运行奠定基础。以蛟龙号载人潜水器为代表，我国深海探测技术在国际上已属于第一梯队。但与国际同类型载人深潜器相比，我国对大型载人深潜装备的使用效率、管理和维护水平还很低，以可比类型(设计下潜深度相同)载人深潜器的年均下潜次数统计情况(见表1)为例，深海勇士号和蛟龙号载人深潜器的年均下潜次数明显偏低，有待进一步提高。我国想实现对大型海洋装备的高效开放管理，还有很长的路要走。

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表1 国内外作业型载人深潜器年均下潜次数统计表

2.3建设了我国有缆海底观测的网络系统
近年来，有缆海底观测网的发展建设方兴未艾，加拿大、美国等国家依据不同的科学观测目标组建了多条区域性和国际性的有缆海底观测网络，其中较为成熟的有加拿大的海王星海底观测网(NEPTUNE)和美国的火星观测网(MARS)。近十几年来，我国在国家“863”计划的大力支持下，我国海底观测网络建设获得突破性进展：

如“十一五”期间，同济大学组建了包括接驳盒、海底化学和海底动力环境监测子系统等组网设备实现与美国MARS海底观测网的接并，并连续稳定实现半年以上的海试；6 u G; s p8 ]- o4 Z, p) Q/ @& _. l0 s/ n
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“十二五”期间，由中国科学院声学研究所牵头，联合国内12家涉海研究机构，在我国南海建设了一套光电复合缆长度达150km的海底观测网试验系统，在水深1800m处连接了多套海洋化学、地球物理和海底动力观测平台(见图6）。
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图6 南海海底观测网试验系统
我国海底观测网络系统建设实现了从无到有的重大突破，但与国际成熟的海底观测网络运维管理的模式相比，仍然有需要进一步改进的空间：⑴分散在各处的观测站、观测网等数据标准不统一、协同作业能力差，需要对其进行运维管理上的层次化和智能化改进；⑵尚未接入全球海洋观测系统(GOOS)，与之相关的信息传输、数据融合、故障处理、安全保密等运维管理能力有待大幅度提升。

3美国大型海洋装备运维现状对我国的启示
美国对大型海洋装备的管理能力被国际海洋界所公认，与其强大的资源整合能力、清晰的国际资源共享发展方向和稳定的装备研发投资支持生态有很大关系。通过整合优势资源形成了单个机构无法比拟的强大实体，使其具备在全球范围内执行超大型海洋研究计划的实力；清晰的国际资源共享发展方向，使其在引领和组织世界性海洋科学计划上占据领军地位；稳定的装备研发投资支持生态，使其新型装备研发、装备运维管理等环节有稳定的资金保障。综上所述，其对我国的启示分析如下：

3.1强化以效率最大化为目标的制度体系设计
我国目前海洋科考船及其他大型海洋装备已出现“产能过剩”的苗头，每年的船舶、装备维修维护经费几乎是固定的，此时，摆在决策者面前的是如何花同样的钱办更多的事，唯一的可行办法就是提高这些大型装备的使用效率。为实现对我国大型海洋装备的高效管理，当务之急是建立一整套行之有效的制度体系。该制度体系的顶层设计参照上述三层体系架构的设计理念，对内实现使用权、管理权、所有权的高度分离，对外实现资源整合后的集中统一管理实体。针对所有权，建议建立国家大型海洋装备管理目录及负面清单统计制度，对国家投资研发、购置的大型海洋装备纳入目录管理，同时将大型装备的运维管理情况纳入负面清单管理，对运维管理不当的受委托管理部门，应杜绝其再次购置同类型大型装备的情况；针对管理权，应成立与UNOLS类似的但又适合我国国情的组织机构，负责全国范围内海洋装备的协调和监督管理，受委托管理部门负责海洋装备的具体运维管理；针对使用权，上述组织为统一对外窗口，协调使用申请审核，发布年度船时、装备执行计划。

3.2探索建立国家层面的大型共享平台
我国高等院校和地方政府建设的共享平台数量众多，但共享情况却不乐观。以青岛市大型科学仪器共享平台为例，据青岛市科技研发服务中心王德强统计，高等院校、科研院所和企业研发机构拥有的仪器数量众多，但入网共享的比例却很少，并通过对共享单位补贴申请情况进行统计，发现入网共享的仪器设备使用效率很低。那么，如何解决共享平台共享效益与质量不高的局面呢？作者认为应探索建立国家层面的大型海洋装备共享共用平台。

参照美国大型海洋装备管理的先进经验，该平台的构建分为以下几个步骤：⑴整合国内海洋领域的优势资源，首先组建以三层架构(详见1.1节)为内核的统一管理体系，联合不同部委、科研院所、高校构建单个机构无法比拟的强大资源联合体。以潜水器为例，成立水下运载装备协调委员会，负责国家范围内水下运载装备共享共用规则的制定与协调，明确体系内层级间的权利与责任。⑵在管理体系框架下，搭建国家大型海洋装备的共享平台。规定共享范围：所有由国家投资研发/购置且原值在50万(视情调整)以上的大型海洋装备均需入网共享。以载人潜水器为例，可将自然资源部的蛟龙号、科学院的勇士号及正在设计开发的全海深载人潜水器纳入该平台统一协调管理，共享单位、其他使用单位及个人欲使用该载人潜水器均需申请，说明使用理由及合理性、使用时间、实验内容、支撑项目等关键要素，由水下运载装备协调委员会负责协调制定下一年度下潜计划，待时机成熟后可向国际上推广。⑶坚持共享共用的有偿服务原则。初期可成立共享单位运维管理补偿基金，短期内可采取国家补贴等形式予以相应的资金扶持，长期来看，将有偿服务的经费归集到基金管理可实现运维管理和服务收费的自我循环。以载人潜水器为例，人力成本国际顶尖的美国实现了5万美元/潜次的成本控制，相信我国引入该管理体系必将大幅降低载人潜水器的单潜次下潜成本。⑷物尽其用，避免重复购置。坚持共享共用的有偿服务就不能允许重复购置和闲置浪费，应根据地域分区，制定区域内现有的共享仪器、装备的闲置管理办法，闲置机时多于XX小时予以暂停购置同类型设备的处罚。⑸平台还可交由共享单位制定并发布大型装备的第三方工具开发指南与接口标准(如适用)，制作规范的使用操作规程及使用说明书，必要时共享单位可安排技术支持人员对使用人员进行培训。
3.3积极引导设立非盈利社会组织我国非盈利组织数量不多，社会组织申请设立捐献、援助性的非盈利组织十分困难。从美国等国家非盈利组织的发展情况来看，社会组织成立非盈利组织的需求巨大，建议国家相关部委积极推动放宽简化非盈利组织申请程序，鼓励社会上的企事业单位为国家基础科学研究、大型装备运维等活动提供资金支持。

3.4制定鼓励企事业单位捐助导向性的相关政策
美国等国非盈利组织发展迅速、规模十分庞大，与政府制定的对非盈利组织的优惠政策是分不开的，我国应积极探索制定为国家提倡的基础科学研究、大型装备运维等社会活动提供资金支持的企事业单位予以税收优惠的政策。引导鼓励非盈利组织和企事业单位在提高国家的基础能力建设和国家重要资产运维等方面发挥他们的积极作用。

文章来源：原刊于《海洋科学》2020年第2期作者：王建村，国家深海基地管理中心工程师；景春雷，国家深海基地管理中心；田旭，国家深海基地管理中心

王建村等：美国大型海洋装备运维现状及对我国的启示

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