訊:摘 要：系統(tǒng)回顧了近 20 年來我國疏浚技術和疏浚船舶的發(fā)展歷程，總結了挖泥船信息技術研究應用的典型系統(tǒng)， 并針對深遠海復雜惡劣工況和海內(nèi)外高端市場的業(yè)務需求，提出開展以適應環(huán)境生態(tài)要求、高濃度、精準化、大挖 深等為特征的新型疏浚技術研究，構建我國疏浚行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展生態(tài)，建設綠色智能化疏浚體系，實現(xiàn)向疏浚技 術向生態(tài)、智能化方向發(fā)展。

關鍵詞：疏浚技術；疏浚船舶；智能疏浚；綠色疏浚

1 新世紀以來我國疏浚行業(yè)的技術創(chuàng)新

1.1 數(shù)字化技術促進疏浚行業(yè)的快速發(fā)展

新世紀以來，通過引進、借鑒和自主創(chuàng)新， 采用疏浚技術與信息技術融合發(fā)展的技術路線， 挖泥船信息技術研究與應用取得突破。通過采用現(xiàn)場總線技術、網(wǎng)絡技術、通信技術、自動控制 技術和計算機技術等，徹底取代了傳統(tǒng)的模擬顯 控、信息孤立、操控分散的模式，實現(xiàn)了從依靠 模擬技術的儀器儀表到數(shù)字化系統(tǒng)的跨越，具有 數(shù)字化、網(wǎng)絡化、信息化及部分智能化特點[1]。20 年來，中交疏浚信息化的實施狀況可以佐證上述 發(fā)展變化。

1.2 挖泥船信息技術研究應用的突破

挖泥船信息技術走自主創(chuàng)新發(fā)展道路，助力了我國疏浚技術由簡單粗放到國際先進的轉變， 具備了實施遠海島礁、外海搜救、重要海運通道 安全保障等深遠海工程的技術能力。

20 世紀，中國疏浚行業(yè)核心技術受制于人， 關鍵裝備主要依賴進口，沒有形成現(xiàn)代化的民族 疏浚產(chǎn)業(yè)。 90 年代中后期，建造了幾艘小型挖泥 船，探索了老舊船舶的升級改造，疏浚系統(tǒng)主要 采用模擬式儀器儀表和分立式電氣控制，信息化 程度很低。2002 年開始引進“新海龍”、“萬頃 沙”等具有數(shù)字化、信息化技術的挖泥船，2010 年，中外合作成功建造了“天鯨”號，2016 年引 進了深度信息化的“浚洋 1 號”。隨著“十五”重 裝項目的完成，從 2003 年開始，我國自主設計建 造了以“4011 輪”、“新海虎輪”、“通程輪”、 “天鯨號”為代表的一批耙吸和絞吸挖泥船，大型 挖泥船建造與應用進入了快速發(fā)展期[3]。

挖泥船集成控制系統(tǒng)是挖泥船的大腦，其發(fā) 展可概括為 3 個階段。第一代計算機網(wǎng)絡系統(tǒng) （2005 年），主要特點是基于工作站，數(shù)據(jù)采集分散，系統(tǒng)維護門檻高，可靠性低。第二代計算機 網(wǎng)絡系統(tǒng)（2010 年），基于服務器，可靠性高，冗 余度高，全信息共享。第三代計算機網(wǎng)絡系統(tǒng) （2015 年），云處理架構、無服務器、嵌入式控 制，維護簡單，冗余度更高[4]。 挖泥船信息技術研究應用的典型系統(tǒng)及功能 分析：

1） 水下三維軌跡系統(tǒng)。采用船舶航跡優(yōu)化、 自動識別和虛擬現(xiàn)實、計算機軟件等技術，綜合 多波束測深儀、GPS、MRU、電羅經(jīng)等傳感器采集的信息，開發(fā)了水下定位、跟蹤、測深三維可 視作業(yè)輔助系統(tǒng)，實現(xiàn)了作業(yè)和土質的三維顯示， 提高了生產(chǎn)作業(yè)效率和施工精度。

2） 耙臂絞車自動化系統(tǒng)。由耙管絞車控制 器、疏浚軌跡監(jiān)測系統(tǒng)、疏浚深度預測控制器構 成，實現(xiàn)自動定深挖泥控制。

3） 能量管理系統(tǒng)。自動對負載設備功率進行 分配和調節(jié)，保證主機功率在各個工況下得到充 分利用，實現(xiàn)自動降耗和安全作業(yè)。

4） 船舶機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)。通過分布在全船 各部位的傳感器、報警處理單元、延伸報警等設 備，構建了船舶機艙信息快速采集、處理、分析、 存儲與三維可視化報警等服務體系。

5） 動力定位動態(tài)跟蹤 DP/DT 系統(tǒng)。完成 DP/ DT 模式下的動力定位扇形艏噴、動力定位艏吹、 動態(tài)跟蹤挖泥、動態(tài)跟蹤拋泥、定點往復挖泥等 特定作業(yè)能力。

6） 挖泥船疏浚輔助決策系統(tǒng)。基于船舶模 型、管線模型、泥艙模型等，對疏浚性能連續(xù)評 估并采取必要的控制策略，實現(xiàn)疏浚過程和生產(chǎn) 效率的自動優(yōu)化[5]。

7） 遠程管理系統(tǒng)。主要包括船舶位置智能監(jiān) 控、船舶生產(chǎn)日報、船機監(jiān)控及施工狀態(tài)、海況 氣象播報、短消息、水深數(shù)據(jù)管理、潮位數(shù)據(jù)管 理、系統(tǒng)管理等，為施工作業(yè)、綜合分析管理提 供了完善的信息渠道。

8） 耙吸船全自動疏浚技術系統(tǒng)。采用智能控 制和智能感知技術實現(xiàn)了耙吸挖泥船挖泥、拋泥、 吹泥等整船級的全自動疏浚控制。

9） 自主研制大型泥泵。實現(xiàn)挖泥船“心臟” 部件的數(shù)字化創(chuàng)造。

10） 自主研制大型耙頭。實現(xiàn)耙吸船水下 “挖掘機械手”的數(shù)字化創(chuàng)造。 目前，中交疏浚（集團）股份有限公司已發(fā)展 成為世界第一大疏浚企業(yè)，耙吸船總艙容量和絞 吸船總裝機功率均排名世界第一，旗下有中交天 津航道局有限公司、中交上海航道局有限公司、 中交廣州航道局有限公司。據(jù)不完全統(tǒng)計，近 20 年來，新建艙容在 4 200～18 000 m3 的大型耙吸挖 泥船 14 艘，新建生產(chǎn)率為 2 000~ 4 500 m3 /h 的大 型絞吸挖泥船 40 多艘。

1.3 數(shù)字化在工程管理中的推廣應用

數(shù)字化技術在疏浚工程管理中也得到全面推廣應用，其基本特點是工程管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡 化實施，它有效推進了疏浚工程的應用效率和管理水平。 主要的典型應用見表 1。

1.4 典型工程應用及對經(jīng)濟社會作用

疏浚技術和疏浚船舶建造技術取得的成果， 在遠海和沿海港口等國家大型工程建設中發(fā)揮了 巨大作用，滿足了我國“十五”到“十三五”持 續(xù)高速發(fā)展時期大批港口、航道及吹填造地等交 通運輸基礎設施建設需要。同時，還實施了一批 海外重點工程。疏浚數(shù)字化、信息化促進了我國 高技術船舶制造行業(yè)和疏浚行業(yè)技術進步，培養(yǎng) 了一大批高水平疏浚設備研究、設計和開發(fā)人才， 頒布了一批國際標準[6]、國家標準和行業(yè)標準，形 成了核心領域的發(fā)明專利、軟件著作權、軟件產(chǎn) 品和高水平學術論文，獲得了國家級科技進步和 技術發(fā)明獎項。

 2 疏浚行業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

2.1 全球可持續(xù)發(fā)展背景下疏浚行業(yè)的新機遇與新挑戰(zhàn)

推動全球可持續(xù)發(fā)展，其根本動力在于新一 輪科技革命，新科技的變革為疏浚行業(yè)轉型與創(chuàng) 新提出新挑戰(zhàn)，也提供了長期發(fā)展的環(huán)境條件。 近年來，荷蘭 IHC 公司在疏浚技術的多個領域保 持領先，通過數(shù)字化和信息化的技術積累，正向 智能化方向邁進。德國在大功率推進技術、電力 驅動技術方面保持領先，疏浚機具設計制造具有 優(yōu)勢。荷蘭、比利時四大國際疏浚公司數(shù)字化、 信息化技術普遍應用，長期占領國際高端市場的 主要份額。我國疏浚行業(yè)在經(jīng)歷了近 20 年的黃金增長期后，面臨著市場需求應變滯后、環(huán)保標準 亟待提高、質量效率不很穩(wěn)定、產(chǎn)業(yè)基礎尚存短 板、國際化能力需要補強等方面的發(fā)展瓶頸，要 適應海內(nèi)外高端市場業(yè)務需求，必將面對挑戰(zhàn)與 轉型，通過新科技革命突破關鍵技術。

2.2 智能科技將成為世界新技術革命的新引擎

近年來，機器學習技術的進步帶來人工智能 領域的革命，深度學習技術是人工智能領域顛覆 性創(chuàng)新，大數(shù)據(jù)成為人工智能持續(xù)快速發(fā)展的基 石，基于網(wǎng)絡的群體智能技術和自主智能系統(tǒng)成 為新興發(fā)展方向，人機協(xié)同正在催生新型混合智 能形態(tài)。 新一代人工智能已被美國、英國、德國、日 本等多國政府提升至“新一輪科技革命的核心技 術”。我國國務院 2017 年 7 月發(fā)布了《 新一代人 工智能發(fā)展規(guī)劃》。“大智號智能示范船”列入 2017 中國智能制造十大科技進展。新技術、新產(chǎn) 業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式層出不窮，低碳化、信息化、 智能化已成為未來發(fā)展的重要方向，體現(xiàn)為廣泛 性、體系性和深刻性。新一代智能制造進一步彰 顯數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化制造等特征。抓住人 工智能，就是抓住新一輪信息技術革命的重心， 就能助力經(jīng)濟發(fā)展新超越。 2.3 人工智能技術為疏浚突破高質量發(fā)展提供了 “良方” 人工智能技術是新一輪疏浚技術實現(xiàn)高質量 發(fā)展的方向，它利用傳感器、通信、物聯(lián)網(wǎng)、互 聯(lián)網(wǎng)、計算機、自動控制和大數(shù)據(jù)處理分析等技 術實現(xiàn)疏浚工程智能化、疏浚能耗智能化、疏浚 控制智能化、疏浚設備智能化[7]。主要表現(xiàn)為：

1） 智能船體。對船體相關數(shù)據(jù)進行自動采集 與監(jiān)測，提供船舶操縱輔助決策[8]。

2） 智能航行。通過大數(shù)據(jù)分析對作業(yè)航路和 航速進行設計和優(yōu)化。

3） 智能機艙。可對主機、輔機、推進系統(tǒng)等 設備的運行狀態(tài)和健康狀況進行分析和評估，制 定相應的維護策略。

4） 智能能效。對船舶航行及作業(yè)狀態(tài)、耗能 狀況等進行在線監(jiān)測，通過大數(shù)據(jù)分析進行船舶 能效的評估及優(yōu)化。

5） 智能作業(yè)。通過疏浚土質智能感知，建立 疏浚區(qū)域土質模型，尋求疏浚最佳作業(yè)參數(shù)的自 適應，實現(xiàn)疏浚過程的自主分析與決策[9]。

6） 智能平臺。它是數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集成平臺，能 支持智能航行、智能機艙、智能能效管理等智能 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的需求，具備開放性和船岸實時數(shù)據(jù)交 互，以實現(xiàn)對船舶的監(jiān)控與智能化管理。 疏浚行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展就是要解決綠色智能挖 泥船的系列關鍵技術，可概括為綠色智能疏浚船 舶總體設計技術、基于云技術的疏浚智能信息平 臺技術、智能感知技術、浚/駕一體化自動駕駛技 術、智能疏浚作業(yè)技術、設備運維與生命周期綜 合保障智能技術、綠色智能疏浚船舶仿真驗證評 估技術、綠色智能大型挖泥船示范應用技術等方 面。人工智能技術必將催生綠色智能挖泥船的軟 硬件策略。“硬件”策略的關鍵是智能疏浚船舶、 智能機具、智能系統(tǒng)、智能疏浚共性技術平臺、 數(shù)據(jù)體與數(shù)據(jù)鏈、模塊等。“軟件”策略的關鍵 是推動和保障疏浚行業(yè)向服務復雜工況工程、深 水深海工程、水環(huán)境生態(tài)修復工程進軍。

3 中國疏浚新一代核心技術的基本方位

3.1 培育和發(fā)展新一代綠色智能疏浚技術體系

培育和發(fā)展綠色智能疏浚技術體系是支撐中 國疏浚可持續(xù)發(fā)展的技術基礎，它的主要任務： 一是引領、推進中國疏浚向綠色、中高端產(chǎn)業(yè)轉 型升級，加速構建我國新型疏浚以及海工裝備研 發(fā)制造產(chǎn)業(yè)鏈，推動中國制造創(chuàng)新發(fā)展；二是把 握新技術革命戰(zhàn)略機遇，加快提升中國疏浚創(chuàng)新 能力和核心競爭力；三是主動適應“一帶一路” 及國際化戰(zhàn)略要求，支持全行業(yè)全球化經(jīng)營，滿 足國際高端市場需求；四是帶動行業(yè)協(xié)同能力建 設，支撐疏浚行業(yè)為我國水環(huán)境生態(tài)及更大范圍 的環(huán)境修復與保護發(fā)揮基礎性作用；五是構建綠 色、開放、共享、協(xié)作的智能疏浚產(chǎn)業(yè)生態(tài)。 智能化是提升中國疏浚創(chuàng)新能力和核心競爭 力的關鍵。它的基本標志是超常生產(chǎn)能力、超自 適應能力、超機動性能、超級智能化和超級環(huán)保 標準。基本能力是感知與認知能力、深度學習能 力、思考與判斷能力、自主決策能力、記憶與自 我完善能力、系統(tǒng)協(xié)同能力。因此，其主要技術 方案可概括為智能船舶共性技術、智能化設備與 智能疏浚工程勘測監(jiān)測技術、智能疏浚裝備專項 技術、智能疏浚作業(yè)平臺技術和智能疏浚標準及 技術體系指南研究與制定。

3.2 推動新一代疏浚技術及裝備研制與應用

2018 年，對智能疏浚立項研究，總體目標是：研究并確定新一代環(huán)保智 能疏浚、海洋工程裝備基礎平臺的定義、主要特 征、基本指標體系與關鍵技術，形成研發(fā)總體方 案控制性計劃；研究以環(huán)保、高效為主線，以智 能疏浚技術為主體的相關關鍵技術，掌握新一代 疏浚及海洋工程的核心技術，構建綠色疏浚和智 能疏浚技術體系基礎。主要研究內(nèi)容如圖 1 所示。

研發(fā)設計多種船型（如耙吸、絞吸、抓斗）適 應全球新市場需求，以綠色化與智能化為核心技 術支撐及基本特征，國際領先的疏浚工程裝備； 研究并制定新一代疏浚裝備的技術標準體系框架； 帶動或促進新材料、智能挖泥機具及配套設施的 技術進步；培育支撐行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的智能疏浚 技術研發(fā)創(chuàng)新團隊和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，積極建設覆蓋行 業(yè)、服務多方、開放合作、自主創(chuàng)新的技術平臺。

4 結語

綠色智能挖泥船和 疏浚裝備是未來發(fā)展趨勢，將成為國內(nèi)外交通基 礎設施領域新的研究熱點，多學科新技術的交叉 集成應用發(fā)展迅速，人工智能將有力推進疏浚行 業(yè)進入新時代。組織有效的集成創(chuàng)新體系和產(chǎn)業(yè)鏈深度合作將是智能疏浚技術發(fā)展的要因。生態(tài) 智能疏浚裝備及關聯(lián)系統(tǒng)技術體系復雜，為了對 生態(tài)智能疏浚裝備的技術內(nèi)涵、技術發(fā)展和產(chǎn)業(yè) 化途徑有科學的掌握和規(guī)劃，有必要先開展系統(tǒng) 預研和試點應用，為疏浚裝備的技術提升提供重 要支撐。

原標題:智能疏浚新時代與我國疏浚行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展