我国海冰工程研究回顾_岳前进.pdf

51岳前进，等：我国海冰工程研究回顾2023年第1期总第202 期专题三我国海冰工程研究回顾岳前进1,2 王国军2 董 睿1 黄亚婷1 吴宽宽1 张大勇1（1.大连理工大学 海洋科学与技术学院 盘锦 124221；2.大连理工大学 运载工程与力学学部 大连 116023）摘 要：20 世纪 60 年代末，我国在结冰的渤海海域发现了油气资源，进而促进了海冰问题的研究，相继开展了大规模海冰调查、海冰生消与运动、海冰物理力学行为、冰荷载、抗冰结构设计及海冰管理等方面的研究，并进行了全方位的国际合作与交流。我国的海冰研究成果不仅保障了渤海油气开发的建设与运行，而且对于目前在黄海和渤海冰区的风电场基础设施建设也提供了强有力的技术支持。文中将从冰区海洋资源开发的角度，回顾我国海冰研究历程。关键词：海冰工程；海冰生消；冰荷载；抗冰设计；海冰管理中图分类号：P731.15 文献标志码：A DOI：10.19423/ki.31-1561/u.2023.01.010Review of Sea Ice Engineering Research in ChinaYUE Qianjin1,2 WANG Guojun2 DONG Rui1 HUANG Yating1 WU Kuankuan1 ZHANG Dayong1(1.School of Ocean Science and Technology,Dalian University of Technology,Panjin 124221,China；2.Faculty of Vehicle Engineering and Mechanics,Dalian University of Technology,Dalian 116023,China)Abstract:In the late 1960s,mass of oil and gas resources were discovered in the frozen Bohai Sea area of China,which promoted the research of sea ice.The large-scale sea ice survey,the growth and movement of the sea ice,the physical and mechanical behavior of the sea ice,the ice load,the design of the ice resistance structure,and the management of the sea ice are studied successively.And all-round international cooperation and exchange are also carried out.Chinas research results of the sea ice not only guarantee the construction and operation of the oil and gas development in Bohai Sea,but also are applied to the development and construction of ofshore wind farm infrastructure in the ice regions of Huanghai and Bohai Sea.The history of Chinas sea ice research is also reviewed from the viewpoint of the marine resources development of the ice regions.Keywords:sea ice engineering;sea ice growth;ice load;ice-resistant design;sea ice management收稿日期：2022-09-21；修回日期：2022-10-11项目资助：国家自然科学基金（52071055）；中央高校基本科研业务费资助（DUT22QN237）作者简介：岳前进（1958-），男，博士，教授/博士生导师。研究方向：寒区与深水海洋工程装备。王国军（1989-），男，博士研究生。研究方向：海冰荷载、抗冰结构设计。董 睿 （1997-），女，硕士研究生。研究方向：柔性结构抗冰设计。黄亚婷 （1998-），女，硕士研究生。研究方向：海冰破碎相似。吴宽宽 （1998-），男，硕士研究生。研究方向：结构抗冰设计。张大勇（1978-），男，博士，教授/博士生导师。研究方向：寒区海洋工程技术。0 引 言我国的海冰主要分布在渤海与北黄海。由于渤海的热容量较小，冬季容易受到西伯利亚寒流的侵袭，每年冬季都会有不同程度的冰情发生。历史上曾发生过比较严重的冰情，导致海冰推倒石油平台。另外，由于渤海的油田比较分散，需要建设经济性的抗冰平台，使得我国冰区资源开发问题比较突出。我国海冰研究的蓬勃发展得益于渤海开发了大型油田与改革开放，同时，中国海洋石油公司的52前身渤海石油公司开展了国际合作，极大促进了我国的海冰研究进程。围绕渤海油气开发的海冰研究，相继开展了大范围的海冰调查、基于石油平台的现场原型监测以及建立冰力学实验室与冰池等研究。我国在海冰方面的研究成果促进了渤海油气的安全性与经济性开发，为后来在冰区进行风电与光伏建设提供了技术支撑，也为我国积极参与极地海洋资源开发建设奠定了理论基础。1 海冰调查研究我国海冰调查研究开展较早，主要的调查方式包括定点观测、沿岸调查、船舶调查、飞机遥感及卫星遥感等。早期的海冰调查主要围绕渤海海域的需求开展，最初针对渤海沿岸的渔业冰灾害问题，开展沿岸海冰的冰期、冰厚、气温及海冰的覆盖范围等方面的调查研究。随着渤海油气资源开采的发展，海上油气平台的建设使海冰对结构的威胁成为海冰调查的主要发展方向，从而开展了针对结构安全生产设计的海冰调查。在定点观测方面，大连理工大学团队利用辽东湾沿岸的 6 个长期海洋观测站，对海冰参数进行调查研究1，针对定点冰厚观测的不同需求，开发了基于磁致伸缩原理的 3 种新型定点冰厚观测技术，即冰厚测量仪、电阻式冰厚测量仪和热电阻线式冰厚测量仪2。在沿岸调查方面，国家海洋局北海分局使用海冰强度试验机和冰样温度、盐度、密度等测试设备，增加了计算机自动记录、密度传感器测量等功能，实现了测量设备方便携带，保证在现场沿岸和船舶调查时的可操作性3。中海油石油公司基于测量船、近海调查以及众多学者的研究成果，将黄海、渤海划分为 21 个区域，对各个区域的冰情进行了详细描述，包括冰区结构设计所需的海冰设计强度、冰厚、冰期和海冰覆盖率等4。在船舶调查方面，非破冰船的调查船在冰情较重海区沿流冰外缘线航行，在冰情较轻海区近岸航行，为保证船舶调查的质量，调查时间主要安排在白天；夜间通常采用雷达观测，同时辅以目测5。海军利用破冰船对结冰海域的海冰进行取样，多次完成冰情调查及水文气象测量任务。大连理工大学团队利用破冰船进行冰脊、冰力学性质系统调查和遥感冰面同步观测6。在飞机遥感方面，我国利用飞机对黄海和渤海海冰的结冰范围、冰型及密集度等进行调查，飞机飞行高度一般距海面 1.5 km，可视范围广、巡视速度快，对整个海域的海冰可视为同步观测7。营口市海洋预警监测中心利用无人机在-20的低温环境中开展观测，获取海冰信息和海冰变化规律。在卫星遥感方面，利用遥感图像可以有效地对海冰范围、厚度和密集度等参数进行反演，给出海冰参数的空间分布特征，从而为该海域海洋工程抗冰设计提供重要参考。郭衍游等8利用中分 辨 率 成 像 光 谱 仪（moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS）分析年度周期内海冰变化情况；国巧真等9利用 TM 遥感影像数据对其他影像数据建立的渤海海冰面积模型进行修正；谷洪钦等10利用卫星遥感技术对桑沟湾海域的海冰厚度进行反演。根据渤海海冰和内陆河冰调查技术现状和未来发展前景，设计、组合和加工可视化技术，可建立冰层厚度变化过程测试技术和温度测试记录系统，使海冰观测向定量化方向发展11。为减小人为误差，应当促进冰情数据定量化分析技术的建立，发展冰情可视化图形处理技术以辅助裸眼观测。区别于国内岸边固定雷达，船舶雷达跟踪技术可观测冰山，具有观测范围大、回波信号强、船舶摇摆引起误差小等优点，还能避免因能见度低而导致裸眼观测受限。2 海冰生消与运动研究冰情的预测是我国渤海海洋产业和工程建设面临的最关键问题之一。因此，深入研究海冰生消演变规律，对冰情预测具有重要的现实意义。按时间尺度分类，海冰预报分为短期预报（以数值预报53岳前进，等：我国海冰工程研究回顾2023年第1期总第202 期专题三为主）、气候预报和气候变化趋势预报12-13。在自然条件下，海冰的物理演变过程大致可分为热力和动力两部分。海冰的生消规律、季节性变化和海域分布特点等由海冰热力过程主导；海冰形变、断裂、重叠和堆积过程等过程由动力过程主导。1890 年，STEFAN14建立了冰厚计算公式，这也是关于海冰热力学模型的最早描述。20 世纪六七十年代，学者 MAYKUT 和 UNTERSTEINER 提出了海冰热力学模式，后被简称为 MU 模式，其发展比较完善，基本原理是保证热力平衡15。在实际工程中，海冰热力过程与动力过程密切相关，在热力因素影响下的动力过程，可能会使海冰的厚度、温度及冰晶结构等因素受到影响，导致海冰的力学性质发生改变，进而影响海冰断裂、堆积等动力过程。同样，海冰在动力作用下发生断裂、冰堆积等行为也会影响到海冰的热力作用过程。1979 年，HIBLER16首次详细描述了考虑热力-动力耦合作用的海冰数值模式。自 20 世纪 80 年代初以来，我国逐步建立了适合渤海的海冰数值模型。国家海洋局海洋环境保护研究所团队建立了第 1 个模拟渤海海冰生消过程的动力-热力模式，利用实际监测的数据作为大气强迫场，模拟了渤海海冰的生消过程。除常用的海冰热力学过程外，基于该模型进行讨论和试验了海冰漂向温水的融化过程，以及个别海洋、环境等因素对海冰生消过程的影响17。国家海洋局海洋环境预报中心采用黏塑性本构模型模拟渤海海冰的动力过程，建立了3类冰厚分布的海冰动力和热力模型；基于海冰热动力学模型，提出一种动力-热力学模型来模拟海冰的增长、消融和漂移，并成功进行了渤海海冰的运行数值预测18-20。大连理工大学在海冰动力过程的数值模拟中采用了由 HIBLER 提出的黏塑性海冰本构方程，结合海冰的热力学过程，对渤海海冰进行数值模拟，最终建立了海冰热力-动力数值模式21-23。中国海洋大学基于国内外学者的冰-海洋耦合模式以及国家海洋环境预报中心的渤海海冰预报模式和 POM 海洋模式，结合渤海海域特征，开发了适于我国的海冰-海洋耦合模式，模拟了渤海冬季海冰的演变过程24-25。目前，渤海海冰热力学和动力学模式研究主要方向为：热力学模型的参数化方案确定，动力学模型中优化计算和提高计算精度等问题。MU 模式或其类似的热力学模式主要用于我国海冰的热力学模式。影响热力学平衡的热力学因素主要有太阳辐射、长波辐射、冰盖上表面的感热和潜热、冰盖内部的热传递及冰盖下表面的海洋热通量。这些热力学因素构成了空气-海冰-海洋的热力学平衡方程。基于渤海水文气象观测所得数据资料，国家海洋环境预报中心对其进行了详细分析，针对海冰热力学模型，提出了一种参数化方案。根据渤海海冰的生消规律，基于海冰中短期的变化规律，提出以日均量代替时间步长均值处理海冰热力学过程的方法26-28。大连理工大学首次对冰期内的辽东湾海洋热通量进行测定和分析，并对热力因子进行分析计算，利用冰盖底部的热量平衡方程计算出冰和水之间的传热系数，据此计算出渤海的海洋热通量29-31。气-冰-海系统动量和能量交换以及冰内相互作用决定海冰的动力过程，流冰漂移、冰的破碎和冰堆积是渤海海冰的主要研究方向。在风和潮汐的共同作用下，海冰总处于复杂而多变的运动中，因此海冰运动的动量方程必须能模拟出海冰在大气系统风应力、海洋系统潮汐水应力和冰应力共同作用下的漂移、破碎等。动力模式主要由连续方程、动量方程和本构方程构成。海冰动力模式应用的数值方法有光滑粒子流体动力学方法（smoothed particle hydrodynamics，SPH）、质点网络法（particle in cell，PIC）和有限差分法（finite difference method，FDM）13。国家海洋局海洋环境保护研究所在早期的数值模拟中采用了反映海冰漂流过程基本特征的有限差分法（ADI 模型）17。国家海洋环境预报中心将此模式与数值天气预报模式、大气边界层模式和潮流模式联结，成功地应用于渤海海冰的数值预测。同时，应用 PIC 进行业务化数值预报试验，模拟了渤海海冰厚度变化过程19,32-34。大连理工大学基于 PIC 方法和有限差分法分别对海冰厚度和密54集度进行研究，通过模拟辽东湾海冰 48 h 的变化规律，发现 PIC 方法优于 FDM 方法，并提出了一个海冰热力-动力数值模式。该模式选取 SPH 方法计算得到的海冰动力学方程和黏弹性塑性本构方程21-23,35。3 冰载荷研究20 世纪 60 年代以来，随着结冰海域油气开发的迅猛发展，各国针对海冰对结构物的作用进行了大量研究，并形成理论分析、试验测量和数值模拟等冰载荷研究方法。3.1 理论分析3.1.1 冰载荷研究准则由多年现场观测成果可知，影响冰载荷的因素不仅包括冰的性质和类型，还包括结构的类型、形状等因素。极限动量、极限力以及极限应力 3 种极限准则，是海冰对结构的主要作用力36。（1）极限动量准则 在风、浪、流的作用下，平整冰静止在结构前或因结构的阻碍作用而改变运动方向，此时结构受到的冰力即极限动量载荷，如图 1（a）所示，采用极限动量准则求解。（a）（b）（c）图 1 3 种极限准则与结构作用示意图分析极限动量工况下的荷载时，由于冰与结构冲击作用的持续时长较短，冲击位置处的局部撞击冰力变化难以确定，一般采用冲击时间脉冲来表示冲击的强度，参见式（1）：2121dttIF tmvmv=（1）式中：m 为海冰质量，kg；v1为海冰作用前的速度，m/s；v2为海冰作用后的速度，m/s。忽略极短时间内的撞击力变化，可将平均碰撞力近似表示为：F=I/t，其中 t 为撞击时长。（2）极限力准则 在风、浪、流的作用下，平整冰由于结构的阻碍作用而停留在结构前，后续的平整冰或浮冰在风、浪、流的拖曳作用下与静止的平整冰发生碰撞，并在冰与冰相互接触的位置发生挤压破坏，通过静止的平整冰对结构产生作用力。此时，结构受到的冰力即极限力载荷，如图 1（b）所示，采用极限力准则求解，冰力与风、浪、流的拖曳力大小相关。（3）极限应力准则 当海冰的整体强度小于冰与结构之间的相互作用力时，海冰会发生破碎。在此种情况下，若海冰持续向前漂移，就会形成如图 1（c）所示的破碎冰区。因此，上述 2 种准则将不再适用，需采用极限应力准则。基于多年的现场观测成果，国内外公认极限应力是产生最大冰力的机制。其中，冰板与直立海洋结构作用发生挤压破坏时，产生的冰力最大，对结构的影响最大。因此，通常将该破碎压力乘以结构物的宽度和撞击冰的平均厚度，以获得整体载荷，如式（2）所示：GGFp hw=（2）式中：FG为整体冰载荷，N；PG为平均冰压力，Pa；h 为冰厚，m；w 为结构宽度，m。3.1.2 冰力计算公式国内外研究人员基于极限应力理论、现场实测和室内试验等方法得到了各种冰力计算公式。纯理论公式的典型代表为Croasdale公式，半理论半经验55岳前进，等：我国海冰工程研究回顾2023年第1期总第202 期专题三公式的典型代表为前苏联规范 SNIP公式和ISO 19906规范公式，经验公式的典型代表为Schwarz公式。各公式之间计算结果存在较大差异且部分公式与实测数据相差较大。KELLNER对各规范中的经验公式与实测冰载荷进行比较，发现大多数方法明显高估了冰载荷，并且一些方法的适用性具有争议。为了设计适合渤海冰情特点的石油平台，20世纪80年代初，渤海石油公司与德国HSVA合作，利用实测结果回归得到了Schwarz公式，其计算结果与现场冰力测量的冰力比较接近，但存在物理意义不明确且不能普遍应用的缺点37。对此，国内众多专家学者基于现场实测和室内试验对冰与直立结构相互作用的静冰力公式进行汇总和比较，并对其进行了修正37-39。3.2 冰载荷试验测量方法3.2.1 冰载荷现场测量由于条件的限制，我国的冰载荷现场实测主要来源于渤海辽东湾油气平台。随着渤海地区的海洋平台陆续投产（尤其是投入使用 JZ20-2 中南平台以后），冰激振动问题越来越受到重视。2000 年 1 月 28 日，由于海冰的作用，中南平台发生严重稳态振动，导致 8 号井排空管线发生疲劳断裂，造成大量天然气泄露，最终使平台关断停产。受中国海洋石油总公司天津分公司的委托，大连理工大学自 20 世纪 90 年代末以来，一直致力于渤海海域的导管架石油平台的冰荷载测量和冰激振动监测工作，获得了大量现场实测数据和研究成果40。2003 年，岳前进、杜小振等41-42 利用渤海辽东湾 JZ20-2 油田的 MUQ 与 MNW 平台开发了比较完备的冰力测量系统，得到大量冰载荷现场监测数据。在试验中，观察到结构冰力存在明显的周期性变化特征以及结构的振动响应现象。岳前进根据第 2 年的现场监测数据，研究了冰与柔性直立结构作用时海冰破坏模式对冰荷载的影响，发现挤压速度与海冰的失效模式息息相关，不同冰速下海冰的破坏模式可导致 3 种不同的结构振动响应，即慢冰速下（v l cm/s）的准静态结构振动响应，中冰速下（v 5 cm/s）的冰激稳态振动，快冰速下（约v5 cm/s）的随机振动响应43。此次试验对冰激振动有了初步的定性了解，但由于冰激振动机理较为复杂，还需深入研究。3.2.2 冰载荷模型试验相比于现场实测的复杂环境条件和较高的经济成本，室内模型试验不失为一种合适的研究方法。由于测量技术和装置的差异，可将室内模型试验划分为静冰荷载模型试验和动冰荷载模型试验。为了确保试验结果的合理性与可靠性，应要求试验的结构模型和环境条件满足相应的相似律。对于静冰载荷模型试验，主要关注冰与结构发生作用时的荷载极值，用于研究结构的极限承载情况，因此，仅需要考虑结构尺寸和冰的强度相似。对于动冰载荷模型试验，在测量动冰载荷时需要考虑结构自身的响应，以及结构自振与动力学等相似问题，目前暂无适用性的相似律44。我国室内模型试验研究有天津大学的室内冰池试验。基于此实试系统，邵晶杰45研究了破冰桩间距对冰载荷的影响，分别对单桩体和多桩体开展了模型试验，指出在多桩体试验中，两端边缘桩柱的冰载荷值始终比中间桩柱冰载荷值大 1.5 2.5 倍，且应力叠加仅集中在边桩内侧。史庆增 等46开展了冰载荷模型试验，研究正倒组合锥体结构冰载荷特点以及锥体间距对结构冰载荷的影响；结果表明，海冰挤压失效发生在正锥和倒锥的过渡区间；当锥体间距小于直径的 7 8 倍时，各锥体的冰载荷将受锥体间距的影响而小于单个锥体冰载荷。黄焱等研究了冰激柔性结构振动进程的控制机理，发现冰层失效和冰载荷与冰速变化具有不同的特征，指出冰与结构物之间的相互作用是冰激柔性柱结构稳态振动的控制机理的重要因素。天津大学开展的有关锥体和桩柱结构冰载荷模型试验对冰区海工结构的设计具有一定的指导意义。563.3 冰载荷数值计算方法随着计算机技术的发展，采用数值方法计算海洋结构冰载荷具有极大的研究潜力。我国冰与结构相互作用的数值方法研究以离散元方法（discrete element method,DEM）为主。离散元是一种动态的数值分析方法，可以用来模拟海冰的非均质、不连续和大变形等特点，因此在确定海洋结构冰载荷方面离散元具有显著的优势。但离散元法的缺点也较为明显，计算量较大、耗时较长，受计算机性能发展水平的限制较大。季顺迎教授团队在海冰离散元模拟方面进行了大量研究47-48。2014 年，该团队将 GPU 算法引入到冰层与锥体结构的相互作用模拟中，初步解决离散元计算耗时较长的问题49，并且此次模拟结果与德国 HASV 冰池试验较为吻合。2015年，该团队初步建立了模拟结构与冰层相互作用动态响应的有限元法-离散元法（FEM-DEM）耦合方法，可以直接得到冰与结构作用时的冰载荷与结构的动态响应50。近几年，该团队主要集中在离散元模型的开发上，从球形单元演化出扩展多面体单元和扩展圆盘单元，提高了离散元法对不同海冰类型的计算精度51-52。4 抗冰结构设计研究在寒区设计和建造海洋结构物具有一定的挑战性，受风、浪驱动的冰板作用在海洋结构物上可能会产生较大的载荷。1964 年，阿拉斯加库克湾的海上钻井平台被海冰摧毁；1977 年，渤海湾的“海四井”航标塔被海冰掀翻 53；1986 年，波弗特海的 Molikpaq 平台发生强烈的冰激振动，导致沉箱底部的砂土基础液化，整体下陷 1 m 左 右54；2000 年，连续冰激振动导致 JZ20-2 平台管线疲劳断裂，导致平台停产 55。由此可见，冰载荷相比波浪载荷对海洋结构物的威胁更大，服役于寒区的海洋结构物需要具备一定的抗冰性能。寒区海洋结构物根据水线处的直径可以分为窄体结构和宽体结构，现存的典型窄体结构有导管架平 台56、风电基础57、柔性立管58以及升压站59等，渤海导管架平台又被称为经济型结构60-61。窄体结构具有水线处直径小、刚度小以及固有频率低等力学特性，在进行窄体结构抗冰性能分析时，需要考虑结构的 3 大失效模式62：极值静冰力失效、冰振失效以及疲劳失效。静冰力失效是指极值静冰力导致的结构强度失效，冰振失效是指冰激振动导致平台上部加速度响应过高，目前窄体结构主要关注动冰力失效和疲劳失效问题。大连理工大学张大勇、岳前进等对冰区导管架平台56、简易平台63、自升式平台64-65、风电基础57等固定式结构的抗冰性能和冰振失效模式进行了系统的研究。21 世纪初，岳前进提出了 JZ20-2 北高点单桩导管架锥体海洋平台的抗冰设计概念，该平台位于渤海海域，具有抗冰振、抗疲劳的优点。直立结构安装抗冰锥体是提升寒区海洋工程结构抵御海冰威胁能力的有效手段。安装抗冰锥能够有效减小冰力和降低平台冰激振动，在渤海油气平台中取得了较好的应用66。抗冰锥设计中锥体角度是影响锥体抗冰能力的主要因素。龙雪等67-68基于离散元数值分析，发现加锥角度应当取 60 65，此时冰载荷较小且锥角合理。除了安装抗冰锥的减振措施外，在海洋平台振动控制中应用调谐质量阻尼器（tuned mass damper,TMD）和 调 谐 液 体 阻 尼 器（tuned liquid damper,TLD）也可以起到较好的抗冰振效果。陆建辉等69采用黏弹性阻尼器来控制平台的振动，并对阻尼器的设计与位置优化问题进行了深入研究。欧进萍 等70-71致力于研究渤海海洋平台结构的冰激振动问题，在导管架平台上应用隔振装置以此达到减振效果，取得了良好的抗冰振效果。极地海域的冰情与我国渤海相比差异很大，我国的经济型导管架结构在极地海域没有较好的适用性。目前，国际上认为大尺度结构（沉箱结构72和半潜式平台73）是比较适合极地海域的平台形式。宽大结构具有水线处直径较宽、刚度较大以及57岳前进，等：我国海冰工程研究回顾2023年第1期总第202 期专题三固有频率较高等力学特性，宽大结构可以依靠其重力产生的摩擦力来有效抵御海冰的水平载荷，并且宽大结构与海冰作用不易发生冰激振动现象。但宽大结构因其水线处直径较宽，破碎后的海冰不易从结构两侧清除而导致冰堆积现象，故宽大结构主要考虑静冰力失效和冰堆积的问题。目前宽大结构的冰载荷研究成果主要来自于 Kulluk 和 Molikpaq 钻井平台的实测数据。5 海冰管理研究世界范围内的寒区海洋资源探索已进行了数十年，为保障寒区海洋资源的安全开发，国内外经过数十年的探索，已初步形成科学合理的海冰管理技术，避免或减轻海冰对资源开发过程的影响。早期在波弗特海率先开展极区海上勘探钻井作业，由于抗冰技术的不完善，使作业窗口期较短，寒区能源开采成本较高。为了延长钻探时长，1983年，在波弗特海首次应用了一种锥形钻井平台（即Kulluk 平台），同时还搭建了针对极区能源开发的安全保障系统。这一成熟体系为后续的寒区海域资源开发提供了有力的参考与借鉴60，比如萨哈林岛的海洋资源开发、加拿大东海岸以及格陵兰岛北部地区的石油钻探作业等。众多应用表明，海冰风险管理能够有效降低寒区资源开发过程中的海冰 威胁。每年冬季，我国渤海、北黄海等海域也会发生不同程度的结冰现象，从而对航运、养殖和油气开发等各类海洋活动造成严重影响。史庆增等74对渤海海冰灾害历程进行简要论述，分析了海冰作用于海上结构物的破坏规律以及海冰灾害预防措施。戴厚兴75针对冰区航运问题，探讨了渤海冰期船舶航行风险控制措施。史文奇等76分析了核电站冷源取水海冰堵塞的致险模式与预警流程。徐广远 等77分析了海冰灾害期间的海参养殖管理策略。赵宝刚78基于雷达遥感技术，针对局部海域冰情变化，探索了海冰监测方法与预报方法。针对渤海油气平台的海冰风险管理，YUE等79分析了渤海导管架平台的主要失效模式，即结构性失效和非结构性失效，并指出冰激振动引起的平台上部管线破坏与人员舒适度降低是抗冰平台的主要风险。WANG 等80介绍了面向冰振失效风险的平台原型监测及预报系统设计，阐述了监测信息应当包含冰载荷、海冰参数、环境参数以及结构响应等信息；同时表明，为保证信息的时效性，应将经验预报应用于冰情的预测模型。现有预警理论中的结构抗力分析及载荷模型多源于结构设计理论，工程应用中还不能很好地量化描述冰与结构的相互作用，难以同时满足预警精度需求。为解决这一矛盾，于嵩松采用物联网理念，集合大数据分析、智能计算的新一代信息技术来提升海冰风险的预警决策能力；利用数据驱动的冰振风险预警方法，结合物联网监测技术的集成研发，形成了依托结构冰振风险要素感知、预测与预警的信息综合服务体系；提出了冰情-冰振响应最优预测模式，为冰区经济型结构的海冰风险预警提供理论参考。6 结 语近三四十年，结合我国黄海和渤海区域的冰情和结构特征，有关海冰调查、冰载荷研究、结构抗冰方法及海冰管理均有大量的研究成果，这些主要是以抗冰油气平台为基础发展而来。近几年，黄海和渤海地区平台的老龄化以及风电场的建设等，对海冰工程研究提出了新的要求。通过对我国海冰工程研究的回顾可以发现：目前关于黄海和渤海地区冰情信息的调查与统计分析时间较早，气候的改变使得近年来黄海和渤海地区的短期冰情发生了一定变化，同时风电场及冰区监测浮标的建设对冰情信息的精细化和准确性提出更高要求。因此，我国冰区工程未来发展的一个重点方向是黄海和渤海地区现场冰情调查和数值推演的冰情数据构建研究。对于海冰载荷方面的研究主要集中于 20 世纪58油气平台的现场监测数据建立的模型，包括直立柔性结构与窄锥体结构的极值静载荷模型和动载荷模型，提出了随机冰载荷谱。近年来，冰载荷的研究主要集中在数值方法的构建（如离散元数值模拟方法），有关模型试验和现场观测的研究成果和数据相对较少。而冰区新型装备的不断涌现，结构面临的冰载荷特征不够明确，数值分析方法不够成熟，很难完全模拟海冰材料的特性。海冰的模型试验设计、模型冰制备以及海冰相似等成为海冰工程研究的另一个重点方向。我国在海冰管理方面开展的工作也比较早，主要针对渤海油气平台的海冰风险预警，包括海冰监测、风险评价、冰振预测、破冰建议以及人员和设备冰振预警措施等方面。对于未来北极地区作业的装备，海冰管理是其安全运行的最重要保障，渤海海冰管理技术的研究成果能够极大地推动极地海冰管理体系的研究。参考文献1 李志军.辽东湾海冰现场调查研究J.海洋预报,1999（3）：48-56.2 雷瑞波,李志军,秦建敏,等.定点冰厚观测新技术研究J.水科学进展,2009（2）：287-292.3 江崇波,郭可彩,曹丛华,等.渤海沿岸和船舶冰情调查中冰物理及单轴压缩强度测试技术研究J.海岸工程,2013（1）：44-50.4 中国海洋石油总公司.Q/HSn 3000-2002,中国海海冰条件及应用规定S.2002.5 李培顺,王相玉,邵剑波.海冰船舶调查有关问题探讨J.海洋通报,1994（5）：90-93.6 李志军.辽东湾海冰现场调查研究J.海洋预报,1999（3）：48-56.7 李培顺.海冰航空调查有关初生冰记录商讨J.海洋通报,1995（1）：94-95.8 郭衍游,谢宏全,杨光.基于 MODIS 影像渤海 2012 年海冰变化分析J.海洋科学,2014（6）：60-64.9 国巧真,顾卫,孙从容,等.基于遥感数据的渤海海冰面积提取订正模型研究J.海洋科学,2008（8）：70-75.10 谷洪钦,毕海波,黄海军.桑沟湾海冰厚度遥感反演研究J.海洋科学,2016（9）：79-84.11 李志军.中国第 19 次南极科学考察总结J.冰川冻土,2003（增 2）：279-280.12 王昆,刘潘,金生,等.基于热力学过程的渤海海冰生消模型J.水科学进展,2017（1）：116-123.13 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