余晓蔚 高 协 李亚军
张 晗 马丽华 余婷婷
刘 翔
1 引言
经济发展进入新时期，海洋工程装备的发展是海洋经济发展战略及沿海地区发展的重要环节。作为海洋经济发展的基础，海洋工程装备始终处于海洋产业价值链的核心环节。不同于陆地的地理环境，在海上没有装备寸步难行，无论是海洋渔业还是油气产业，没有相应的装备都不能得到很好的发展。美国、韩国、新加坡、挪威等国之所以可以成为世界领先的海洋强国，与其在海洋工程装备领域的领先地位密切相关，谁拥有了先进的技术装备，谁就能够在未来的海洋开发中占据优势。
海洋中蕴含的资源种类丰富且储存量巨大，已成为世界各国解决资源能源问题的新方向，开发、利用、保护和管理海洋，成为关系沿海各国生存、发展和强盛的战略问题[1]。2015年5月在Genova举行的世界海洋大会（OCEANS MTS/IEEE CONFERENCE），其主题Oceans: Discovering Sustainable Ocean Energy for a New World就强调了开发海洋的重要性[2]。
1.1 海洋工程装备概述
海洋工程装备虽然由来已久，但这一概念在学术领域还是很新，要了解海洋工程装备，必须先了解海洋工程、海洋装备，了解他们之间的联系和区别，才能更好地把握海洋工程装备。
海洋工程是一个主要为海洋科学调查和海洋开发提供一切手段与装备的新兴工程门类，指以开发、利用、保护、恢复海洋资源为目的，且工程主体位于海岸线向南一侧的各类新建、改建、扩建工程，包括海岸工程和离岸工程[3]。联合国教科文组织认为海洋工程一般包括以下几类：一是海洋资源开发，包括海底矿物资源、生物资源、自然可再生能源和化学资源；二是海洋勘探和测量，包括海洋资源和环境及其各种活动的调查研究；三是海洋环境保护，包括防止海洋及其边缘环境恶化和人造装置损坏的措施；四是海岸带开发，包括海陆交接地带、200 m等深线内的浅海区和滩涂、港湾等区域的建设和利用等[4]。
海洋装备是指与蓝色经济有关的各类海洋仪器设备，包括海洋动力环境监测设备、海洋生化环境监测设备、海洋生物资源调查设备、海洋灾害预报预警系统设备、海洋生物资源综合利用设备、海洋矿产资源开放利用设备、海洋能源综合利用设备、海水养殖监控设备、海洋捕捞辅助设备、海洋运输辅助设备、海洋旅游资源开发利用装备、船舶制造维修关键技术设备、港口装卸控制设备、深远海洋探测开发技术设备和海洋国防装备等[5]。中国船舶工业集团董事长胡问鸣将海洋装备分为四大类：海洋安全装备、海洋科考装备、海洋运输装备、海洋开发装备。海洋安全装备主要是指各类海洋军事装备和海上执法装备；海洋科考装备主要是指各类专门用于海洋资源、环境等科学调查和实验活动的装备；海洋运输装备主要是指各类海洋运输船舶；海洋开发装备主要是指各类海洋资源勘探、开采、储存、加工等方面的装备[6]。
海洋工程装备则是指海洋工程中所涉及的装备，是人类开发、利用和保护海洋活动中使用的各类装备的总称，其范围比海洋装备要窄，主要是指海洋装备中的运输和开发装备。目前通常认为的海洋工程装备指的是海洋资源（特别是海洋油气资源）勘探、开采、加工、储运、管理、后勤服务等方面的大型工程装备和辅助装备[7]。国际上将其分为三大类：海洋油气资源开发装备、其他海洋资源开发装备、海洋浮体结构物，海洋油气资源开发装备是海洋工程装备的主要部分。按照应用领域的不同，又可以分为六大类：海洋矿场资源开发装备、海洋可再生能源装备、海洋化学资源开发装备、海洋生物资源开发装备、海洋空间资源开发装备和通用及辅助装备[8]。
1.2 全球海洋工程装备产业发展概况
世界海洋工程装备产业基本形成了“欧美设计、亚洲制造”的格局，从全球发展情况来看，目前海洋工程装备世界格局可以分为3个梯队。欧美企业处于第一梯队，有着先进的海洋工程装备技术，基本垄断着海洋工程装备的研发设计和高端制造领域；韩国和新加坡以其在制造领域的绝对优势和地位占据着第二梯队；我国以及巴西、俄罗斯等国家则处于正在发展崛起的第三梯队[9]，如表1所示。
表1 世界海洋工程装备产业国家分布及特点
1.2.1 欧美海洋工程装备发展情况
欧洲是世界海洋工程装备技术发展的引领者，也是世界海洋油气资源开发的先行者，作为传统的海洋强国，其海洋产业生产总值约占其GDP总量的40%，主要集中于海洋工程船及高端配套装备的设计制造上[10]。总部位于丹麦的马士基集团（Maersk Contractors）不仅专注于航运业务，还涉及石油天然气的勘探和生产、造船业等，马士基石油天然气公司（Maersk Oil and Gas）日产原油达到55万桶；马士基油轮公司（Maersk Tankers）拥有180多艘游轮，包括7艘超大型油轮（VLCC）；马士基石油勘探公司（Maersk Contractors）则有着世界上最大的技术先进的自升式平台，有30多个钻井；马士基海洋服务公司（Maersk Supply Service）拥有60多艘各种型号的海洋服务船只，可提供各种远洋服务[11]。荷兰的GustoMSC公司先后开发了DSS系列、TDS系列和OCEAN系列半潜式钻井平台[12]。挪威的Moss Maritime公司主要设计半潜式钻井平台和自升式钻井平台，包括Moss CS一系列钻井平台，其在LNG（Liquefied Natural Gas）技术上也占据领先地位[13]。Aker Kvaener公司不仅有着优秀的平台设计能力，还有着强大的石油专用设备的成套供货能力，在水下生产系统方面也处于世界领先水平，中国“海洋石油981”的钻井包（除井控系统外），均由该公司供货[14]。瑞典的GVA Consultans AB公司有着GVA3000等一系列的半潜式钻井平台，GVA7500是目前的主要产品，可在全球中等和恶劣海洋环境中作业，其新研发的GVA8000系列则可在高达10 000 ft的深海恶劣环境中作业[15]。
作为世界头号海洋强国，美国的海洋工程技术设备及研发能力长期处于全球领先地位，其海洋经济占全国GDP总量的50%以上，也是世界海洋石油开发服务公司最为集中的国家，其各类装备的拥有量占全球该类装置总量的75%以上，休斯敦则是全球海洋工程及海洋石油开采技术的研发中心[16]。美国墨西哥湾有各类钻井平台120余座和大量的固定式平台，并且是全球利用浮式生产设施最多的地区之一，包括17座SPAR平台、12座TLP平台、7座半潜式生产平台和4艘FPSO[17]。美国的F&G公司（Friede& Goldman）是全球海洋工程移动式钻井平台领先设计商，主要从事海洋工程平台设计和平台配套设备设计、制造业务，拥有超过60年海洋工程平台设计经验，不过其在2010年被中交股份收购[18]。LeTourneau公司是自升式钻井平台设计先驱，全世界约三分之一的自升式平台都是LeTourneau型号，不过其已被Joy Global公司收购[19]。Transocean公司则是世界上最大的近海钻探商，在全世界范围内提供领先的钻探管理服务，拥有着136座海上移动式钻井平台，并有着全球总数30%左右的深海钻井装置[20]。
总而言之，近年来虽然海洋工程装备的制造产业已经向亚洲转移，但在高端海洋工程装备的设计和制造上如海洋工程总包、装备研发设计、平台上部模块和少量高端装备总装建造、关键通用和专用配套设备（海洋工程装备运输与安装、水下生产系统安装、深水铺管作业）集成供货等领域，欧美企业仍然占据着垄断地位，特别是大型综合性一体化模块、海底隧道及关键的配套装备，处于整个海洋工程产业价值链的高端[21]。
1.2.2 韩国、新加坡海洋工程装备发展情况
韩国在总装建造领域发展较快，以价格低廉、交货迅速、质量上乘等优势在全球海洋工程制造上占据领先地位[22]，据统计2013年韩国的造船企业承接海洋工程装备订单金额占全球订单总额的42%[23]，位居全球第一，2014年虽然有所下滑，但还是紧紧占据前三地位。除了低端海洋工程装备之外，韩国在高端装备领域的制造上也逐步掌握了关键技术，在钻井船、FPSO、高规格自升式钻井平台、半潜式平台领域也有着强力的竞争能力，拥有现代重工、大宇造船、三星重工、韩国STX等多家企业。现代重工是韩国造船业的领头羊，累计完成了全球170多个海洋工程项目，为多个国家建造FPSO、半潜式钻井平台等各种海洋工程装备[24]；三星重工是全球第二大造船企业，不仅在钻井船建造方面居世界首位，而且在破冰型深海钻探石油船方面堪称世界第一[25]。大宇造船则是一家专注于造船和海洋工程的企业，目前共有6家船厂，主要海洋产品包括FPSO、固定式平台、石油化工装备等，目前基本上以承建高附加值船舶和海洋工程设备为主[26]。不仅如此，韩国还鼓励本国的造船企业去国外学习，吸收欧洲先进的海洋工程制造技术，积极进行国际合作、拓展海外市场。现代重工、大宇造船等企业积极开拓巴西和俄罗斯的海洋油气开发市场，2011年现代重工与巴西EBX集团在巴西共同建造了钻井船、FPSO以及其他海洋工程船；大宇造船则与俄罗斯联合造船集团合作投资船厂，建造钻井船、FPSO等[27]。
新加坡是世界修船中心。从修理到改装到造船，新加坡是逐步发展，因此储备了大量的技术和人才。由于修理的多是钻井平台，因此新加坡秉承一贯的经验，专注于自升式和半潜式钻井平台的建造，侧重修理与改装，并在FPSO改装上独树一帜。2014年时新加坡海洋工程装备世界订单金额达到了43亿美元，承接了11座钻井设备制造，并采用自主设计打破了韩国的垄断[28]。新加坡吉宝集团和胜科海事在海洋工程装备建造方面久负盛名，力量十分雄厚。两家企业在自升式钻井平台建造领域遥遥领先，并且在半潜式钻井平台和改装FPSO市场上占有较高的比率。吉宝集团在全球海洋工程装备市场尤其是自升式平台、半潜船的设计和建造方面占据领导地位，是全球最负盛名的海洋工程装备提供商，经营着全球17家船厂[29]。吉宝岸外与海事（Keppel O&M）不仅是世界上最大的钻井设备建造公司，还是世界上最具成本竞争力的岸外钻井平台建造基地。吉宝曾经通过许可证形式建造Marathon型平台，从而来发展自己的平台建造业务。除此之外，还积极吸收国外公司的平台产品，比如美国Ensco公司承造的8500系列平台等，利用国外先进的研发能力来促进本国的科研能力，可以说新加坡在打造自己的品牌的同时，又积极与国外公司合作建造[30]。胜科海事是新加坡第二大造船修船企业，其在船舶维修、建造、改装、海洋平台及其装备和改装方面有着丰富的历史和经验，拥有着11家船厂，足迹遍布新加坡、中国、巴西、澳洲以及新西兰等地[31]。
1.2.3 中国海洋工程装备发展情况
中国是海洋大国，根据《联合国海洋法公约》有关规定，管辖的海面积约300万km2，濒临渤海、黄海、东海、南海四个海域，蕴含着丰富的资源，特别是南海有着巨大的油气储量，占我国油气总资源量的三分之一，被誉为“第二波斯湾”[32]。但中国却并不是一个海洋工程产业强国，海洋工程装备制造业起于20世纪60年代，但发展极其缓慢。2010年后，政府确立高端装备制造业为国家的七大新兴产业之一，《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》将海洋工程装备产业纳入了重点发展的战略性新兴产业[33]，海洋工程装备才开始得到大力发展。目前也已经取得了一些成果，拥有了一批自己的海洋工程装备，在高端制造装备的研发上也有一些突破性的进展，同时有着一大批优秀的海洋工程装备企业，如大连船舶重工海洋有限公司、上海振华重工、烟台中集来福士海燕工程有限公司、上海外高桥造船有限公司、山海关船舶重工有限责任公司、南通中远船务工程有限公司等[34]。
大连船舶重工集团是目前中国规模最大、建造船舶产品最齐全的现代化船舶总装企业，拥有以中国工程院院士领衔的研发设计团队，也是目前国内海洋工程装备设计建造数量最多、种类齐全、产值和自主研发程度最高的企业，设计建造完工的主要产品有自升式钻井平台、半潜式钻井平台、FPSO以及海洋工程船[35]。中远船务则是以大型船舶和海洋工程建造、改装及修理为主业，集船舶配套为一体的大型企业集团，自主设计建造了包括圆筒型超深水海洋石油钻井平台、带有自航动力系统的自升式海洋平台、海洋铺缆船改装超深水海洋铺管船等高端海洋工程装备[36]。
2014年，中国的海洋工程装备订单139亿美元，位居世界第一，生产总值59 936亿元，比上年增长7.7%，占国内生产总值的9.4%[37]。同时除了在传统的自升式/半潜式钻井平台、FPSO改装等方面，还首次获取了LNG–FRU（Floating LNG Regasification Unit）、半潜式修井平台、自升式天然气压缩平台等装备的订单，这些数据无一不说明我国在海洋工程装备领域的快速发展，但与世界发达国家还存在着较大的差距，主要体现在设计研发上面，仅能设计部分前海海洋工程装备，无法涉足高端、新型装备领域，核心技术研发能力就更难具备，在深水海洋工程装备方面，缺乏专业的设计人员和设计机构，海洋工程配套设备方面发展也不完善[38]。
1.3 海洋工程装备细分领域
为了推动中国海洋资源开发和海洋工程装备产业创新、持续、协调发展，国家发展改革委、科技部、工业和信息化部、国家能源局编制了《海洋工程装备产业创新发展战略（2011—2020）》，战略将海洋工程装备分为5个重点：主力海洋工程装备、新型海洋工程装备、前瞻性海洋工程装备、配套设备和系统以及关键共性技术，如图1所示。
图1 中国重点海洋工程装备体系
海洋资源种类丰富，但是以油气资源为代表的海洋矿产资源开发才是目前海洋工程装备研究的重点和热点。不仅油气资源的勘探开发技术最为成熟，而且装备种类多、数量规模大。因此，国际上普遍形成共识，认为海洋工程装备主要是指在海洋油气资源开发过程中使用的各类装备，主要包括钻井平台、生产平台、海洋工程船、油气外输系统和水下设备等5类[39]，这也是国内最常见的海洋工程装备分类体系，如图2所示。
图2 海洋工程装备体系
2 主要国家发展战略要点
2.1 美国
海洋工程及装备研究在各国的海洋规划中越来越重要，发展海洋工程事业已经成为国际性大趋势和各沿海国家的战略抉择[40]。美国和西欧国家位居世界海洋工程产业链最高端，以设计、研发、建造高端海洋工程设备（主要是深水、超深水高技术平台）见长，具备工程总包能力，垄断关键配套设备。特别是美国，其跨国公司占有全球海洋石油装备50%的市场份额[41]。进入21世纪以来，布什和奥巴马两位美国总统先后在其任期内颁布了《美国海洋行动计划》（U.S.Ocean Action Plan）和《海洋、海岸、五大湖国家管理政策》（National Policy for the Stewardship of the Ocean, Our Coasts, and the Great Lakes），鼓励并推进海洋资源开发和海洋经济发展。
2011年2月，美国能源部、内政部联合出台《国家海上风能战略》（A National Offshore Wind Strategy: Creating an Offshore Wind Energy Industry in the United States），着力于扩大海上风能创新和示范规模，加速海上风能商业发展。能源部和内政部将通过促进技术开发、消除市场障碍及推进示范项目三大措施，围绕风力涡轮机、海洋系统工程、计算工具和数据测试、资源规划、选址审批、互补性基础设施建设和先进技术示范项目等7个具体分支展开行动[42]。
2013年4月，美国国家海洋委员会（National Ocean Council）发布了《国家海洋政策执行计划》（National Ocean Policy Implementation Plan）。《计划》指出，为促进海洋经济发展、推进海洋产业就业，美国政府将提升海洋测绘能力，以满足企业和政府在利用海洋资源时所需要的高质量的科学信息和数据；将提供更多可访问数据和信息，支持商业捕鱼、海洋运输、海洋能源、水产养殖等商业和产业；将进一步发展海洋观测系统，提供海洋、海岸、五大湖航路的实时信息。
2013年7月，美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA）主持召开了2020国家海洋探测论坛（Ocean Exploration 2020: A National Forum）。论坛报告指出，到2020年，需有更多船只、潜水器、平台直接用于海洋物理、化学、生物学、地质学探测之中。现有平台技术不足以支持不断发展的国家项目，需要设计制造多样的、动态的平台组合。
2.2 欧盟及其成员国
随着世界制造业向亚洲国家的转移，欧美企业逐渐退出了中低端海洋工程装备制造领域，但在高端海洋工程装备制造和设计方面，欧美企业因开发北海油田而积聚了强大的海洋工程设备建造力量。欧洲船厂擅长建造海洋工程辅助船，其中挪威船厂表现尤为突出，市场份额始终保持在25%左右[43]。
2014年1月，欧委会、BALance技术咨询公司(BALance Technology Consulting GmbH)发布《欧洲海洋供应行业竞争地位及未来机遇》（Competitive Position and Future Opportunities of the European Marine Supplies Industry）报告。该报告预计，2013年至2017年海洋油气探测和开采行业在全球范围内有8% ～ 12%复合年均增长率，创造价值1.2万亿美元的财富，其中仅英国和挪威北海地区就达到3 700亿美元。此外，未来十年也是海上风能的快速发展时期。预计2020年，全球海上风能投资将达到1 300亿欧元，欧盟将占据该市场72%的份额。随着海洋资源开采投资的增加，海上特种船舶变得越来越重要。钻井船、半潜式和自升式船只、锚拖船、浮式生产储油轮将成为市场焦点。为巩固在该领域中的领先地位，欧盟将加大对新兴市场（尤其是海上油气勘探、生产船只和海上可再生能源生产设施）的支持，促进机械工程行业和电子工程行业的交流[44]。
2010年起欧盟在第七科研框架内开展了“明日海洋计划”。2014年欧委会发布文件“明日海洋项目（2010—2013）”，总结了过去几年间的项目进展。该工程旨在促进多学科交流、推进科学界和经济部门的合作，共同应对海洋问题的挑战。“计划”共计资助了31个海洋研究项目，其中与海洋工程装备密切相关的有外海海域风浪能平台、风浪能开发和水产养殖多功能平台、热带海洋资源模块化多功能平台等3个项目，欧盟累计为其投资了1 487万欧元[45]。
英国作为全球主要的海洋国家之一，近年来密集推出了若干重要的海洋战略和研究计划，在海洋研究国家层面的顶层设计、海洋产业经济增长和海洋研究基础设施建设等方面做出了详细的规划[46]。
2011年9月，英国海洋工业联盟（UK Marine Industries Alliance）发布《英国海洋工业增长战略》（A Strategy for Growth for the UK Marine Industries）。这是英国在对企业、政府和学术界的思想不断整合的基础上形成的第一个海洋产业增长战略，该战略的实施有望带动英国海洋产业产值增长80亿英镑[47]。《战略》指出，英国面临的海洋出口机遇遍及海上平台、海洋系统、海上休闲娱乐等项目，其国内海洋可再生能源产业同样也将面临大规模的扩张[48]。
2011年11月，为加深对海洋科学重大问题的理解、协调国际性研究、发展新技术、培训科学家，英国海洋学中心（National Oceanography Centre）发布《海洋研究优先顺序和社团愿景》（Setting Course: A Community Vision and Priorities for Marine Research），确立了未来海洋学优先发展方向。其中包括提高海洋资源开采的安全性、恢复能力和可持续性；建造大型科研基础设施和海上平台；通过自动平台和卫星监测系统推进系统性的海洋观察项目；设立科研社团可广泛参与其中的机制，推动控制平台和传感器按照科研工作需求发展等。
2013年2月，英国海洋工业联盟发布《英国海洋出口战略》（UK Marine Export Strategy）。《战略》建议英国贸易投资总署（UKTI）鼓励针对海洋风能的投资，增加英国建造能力，刺激出口，为海洋产业供应链（如涡轮组件、海底电缆、高压电器设备、复合材料、运营维修服务及特殊咨询服务）提供机遇[49]。
2.3 澳大利亚
澳大利亚拥有全世界最大的海洋管辖范围，其海洋经济区和大陆架面积相当于陆地面积的2倍，海洋产业极为发达。为了促进海洋经济和产业的快速发展，澳大利亚联邦政府及各州在海洋经济发展、资源开发管理、生态环境保护方面投入了大量财力物力。
澳大利亚从2007年开始在《国家竞争性研究设施战略》（National Competitive Research Infrastructure Strategy, NCRIS）指导下，着手建设覆盖国境周围海洋装备、数据和信息服务的综合性海洋观测系统（Integrated Marine Observing System, IMOS）。
2012年7月，澳大利亚联邦科学与工业研究组织（Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization, CSIRO）发布《海洋可再生能源2015—2050》（Ocean Renewable Energy 2015—2050: An Analysis of Ocean Energy in Australia）。CSIRO建议通过发展高分辨率海浪模型，增加浪能资源细节数据的精确度；监测大型浪能转换器在极端风浪条件下的操作状况，评定工程可行性；以当前模型开展灵敏度分析，改进海洋可再生能源技术，提高设备适应力；增加海浪浮标阵列，升级浮标技术，测量海浪信息，以更精确地估算海浪产能；投资潮汐能和洋流能技术，提升其竞争力；原位测量潮汐流动，修正模型参数，最大限度远景预测潮汐情况；原位测量洋流流动速度，修正公海洋流能量转换模型，模拟洋流对水下1 km深度安装涡轮机的影响；评估大型海上可再生能源装置可行性及其与油井和风能涡轮机的协同工作能力[50]。
2013年3月，澳大利亚海洋政策科学顾问组（Oceans Policy Science Advisory Group, OPSAG）发布《海洋国家2025》战略（Marine Nation 2025: Marine Science to Support Australia’s Blue Economy）。文件指出，澳大利亚在海洋研究和海事行业的投资不足，国家需从观测设施、实验设施、数据研究设施建设和科研人员培训及合作等方面解决这一问题[51]。澳大利亚还将在IMOS的基础上建设新的海洋数据网络，为国内的科研、教育、环境管理及政策制定提供数据支持。
2.4 韩国
2012年，韩国政府公布了《海洋工程装备产业发展方案》。韩国企业在海洋工程装备领域的制造能力正快速提升，但还存在两方面问题：一是装备零部件国产率低，仍停留在20%的水平；二是海上平台建造能力虽强，但深海作业装备方面尚处于空白。韩国政府计划在提升装备订单达到800亿美元的同时，大幅提高制造环节的国内实施率以及相关构件的国产化比例。根据《方案》的安排，现阶段韩国发展海洋工程装备产业的重点是：石油和天然气等海洋资源的钻井勘探、生产和处理等相关装备的建造、供货和安装，今后还将扩展到海底其他各种矿产品的生产开发领域[52]。
2012年春季，韩国的大型船企、韩国天然气公社和相关配套企业签署了海洋工程装备配套物资设备研发生产和采买业务及开辟国外市场的合作协议。在此基础上，韩国政府将优化各方之间的合作方式、提高合作水平，要求核心配套设备要与信息通信技术相融合，由大企业和中小企业共同合作，实现一揽子的整套模块式开发和生产。
韩国政府通盘考虑，根据全国不同市、区的特长进行了业务分工：蔚山市主要进行整体建造和模块组装；釜山市负责配套设备生产、技术交流和人才培养；庆尚南道主管生产建造、配套物资设备试验和技术质量认证；全罗南道重点建造各种支援补给船；大田市和首尔市主管工程技术研发和人才教育培养。通过区域分工，韩国有望形成明确的业务分工体系，从而提高海洋工程产业链条效益，增大附加值[53]。
2.5 中国
我国海洋工程装备建造以国企为主导，虽然与世界海洋强国在研发实力、管理和生产效率上仍有一定差距，但整体发展较快，目前对大部分海洋工程产品都有涉足。凭借较好的前期建造经验积累，加上政府政策支持以及南海油气开发带来的装备需求，我国海洋工程装备制造业开始具备获得更多市场份额的实力[54]。
近年来我国政府各部出台了系列文件，加速海洋工程装备产业的发展。2009年，国务院制定《船舶工业调整和振兴规划》，将发展海洋工程装备视为我国加快发展先进制造业的主要任务之一[55]。2012年7月，在国务院《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》中，海洋工程装备制造业被列为五大高端装备制造业之一[56]。2011—2014年，工信部连续四年发布《海洋工程装备科研项目指南》，从工程与专项、特种作业装备、关键系统和设备三个方面，提出了海洋工程装备制造业的重点科研方向[57]。
2011年8月，国家发改委、科技部、工信部、能源局联合发布了《海洋工程装备产业创新发展战略（2011ü2020）》。《战略》提出以主力海洋工程装备、新型海洋工程装备、前瞻性海洋工程装备、关键配套设备和系统和关键共性技术为发展重点，到2020年要形成完整的科研开发、总装制造、设备供应、技术服务产业体系，打造若干知名海洋工程装备企业，基本掌握主力海洋工程装备的研发制造技术，具备新型海洋工程装备的自主设计建造能力，形成完备的产业创新体系，创新能力跻身世界前列。
2012年2月，工信部出台《海洋工程装备制造业中长期发展规划》。《规划》提出，要全面掌握深海油气开发装备的自主设计建造技术，提高装备安全可靠性，并在部分优势领域形成若干世界知名品牌产品；突破海上风能工程装备、海水淡化和综合利用装备的关键技术，具备自主设计制造能力；突破海洋可再生能源、天然气水合物开发装备及部分海底矿产资源开发装备的产业化技术，增强海洋生物质资源和极地空间资源开发利用装备、极地特种探测/监测设备的研发能力和技术储备；在海洋钻井系统、动力定位系统、深海锚泊系统、大功率海洋平台电站、大型海洋平台吊机、自升式平台升降系统、水下生产系统等领域形成若干品牌产品；具备深海铺管系统、深海立管系统等关键系统的供应能力；实现海洋观测/监测设备、海洋综合观测平台、水下运载器、水下作业装备、深海通用基础件等自主设计制造[58]。
3 科学研究及技术发展全景展示
3.1 领域发展概况
如“1.1 海洋工程装备概述”所述，海洋工程装备是人类开发、利用和保护海洋活动中使用的各类装备的总称，如要对其相关学术研究做全景展示及分析，在文献检索策略制定上存在一定难度。本报告分别以SCIE数据库、CPCI–S为数据源，利用Web of Science分类，选取海洋工程分类，即：wc=(ENGINEERING OCEAN or ENGINEERING MARINE)为检索策略，查询近10年（2005—2015年8月）的文献，并进行相关文献计量学分析。
3.1.1 领域成果时间分布
Web of Science是根据期刊研究方向所做的分类，因此，本报告的检索结果是近10年海洋工程类期刊所发表的学术论文集。表2揭示了2005—2015年SCIE所收录的海洋工程领域的各期刊及其年度论文产出分布情况。由表2可以看出，近十年海洋工程领域的期刊种类虽然不断变化，但总的论文产出相对较为稳定，基本维持在1 500 ～ 2 000篇/年。此外，投稿方面，除了Ocean Eng., J.Atmos.Ocean., Technol.Sea Technol.和Coast.Eng.等期刊之外，Int.J.Nav.Archit.Ocean Eng.和Ships Offshore Struct.等期刊近年来论文数逐年增长，值得关注。
表2 SCIE海洋工程领域期刊及其年度论文产出分布
（续表）
对海洋工程类会议论文进行分析，数据显示会议论文数在2005—2008年呈迅速增长，之后则急剧下滑，2014年会议论文产出139篇，仅为2008年产出的二十分之一，如图3所示。对各会议历年来发文情况进行分析，发现论文产量较大的OCEANS CONFERENCE和INTERNATIONAL CONFERENCE ON OCEAN, OFFSHORE AND ARCTIC ENGINEERING等会议论文近年来都未被CPCI-S海洋工程领域收录是导致2008年后会议论文产出骤降的主要原因。
图3 海洋工程领域会议论文产出年度分布
3.1.2 国家总体分布
选取SCIE期刊论文发文量Top10国家以及引言部分提及的丹麦、荷兰、瑞典和新加坡四国作为分析对象，计算其发文率。由图4可以看出，美国的SCIE期刊论文发文率（23.7%）稳居榜首，较位居第二的中国（11.5%）具有绝对优势，英、韩、日紧随中国之后，这5个国家的发文量占到了总量的53.9%，说明这5个国家在此领域的投入和产出均比较多；此外，澳大利亚、挪威和意大利发文率也在3%以上，荷兰、丹麦、新加坡、瑞典四国发文率较低，尤其瑞典不足1%。
从Top7高发文国家期刊论文产出年度分布趋势来看（见图5），美国起步早于其他国家，似乎已经步入成熟期，2005—2012年发文量较为稳定，2013—2014年有小幅增长。中国发文趋势变化比较明显，2005—2010处于孕育期，发展相对缓慢；2010年以后进入成长期，尤其是2013年和2014年论文产出增长迅猛，2014年中国海洋工程领域期刊论文产出已经非常接近美国，其他4个国家海洋工程领域论文产出一直保持稳定发展的趋势。
图4 主要国家期刊论文发文率分布图
图5 Top7国家期刊论文年度分布趋势图
3.1.3 国家影响力分析
选取被引频次Top10国家以及引言部分提及的挪威、丹麦、瑞典和新加坡四国作为分析对象，计算其被引频次比率。从图6可以看到，美国被引频次居于首位，占31%，在海洋工程领域美国论文发文量和被引频次均遥遥领先于其他国家，说明在此领域美国具有强大的综合实力；英国论文被引次数比率（9.4%）与发文比率（8.4%）几乎相当，反映英国在海洋工程领域论文产出能够保持质与量的均衡发展；中国的论文被引频次相对于绝对数量来说并没有优势，其论文虽多，但其被引频次却不高。值得注意的是，荷兰、法国和丹麦三个国家在发文量较少的情况下却有相对较高的被引频次。
图6 国家论文被引频次百分比分布图
对发文100篇以上国家或地区的被引频次和篇均被引进行统计。如表3所示，荷兰以篇均被引9.65次/篇位居全球第一，丹麦、澳大利亚、意大利和西班牙篇均被引也达到7次/篇以上。美国以篇均被引6.45次/篇，位居第七。中国在发文量大于100篇的国家中论文篇均被引频次几乎是最低的，只有2.68次/篇。
表3 部分国家/地区发文量及被引频次统计表（按篇均被引排序）
3.1.4 学科分布
海洋工程领域期刊论文及会议论文按Web of Science学科进行分类，除了海洋工程（Engineering, Ocean[59]）、海事工程（Engineering, Marine[60]）外，还涉及土木工程（Engineering, Civil）、机械工程（Engineering,Mechanical）和海洋学（Oceanography）等众多学科。从期刊论文学科分布图（见图7）和会议论文学科分布图（见图8）上看，海洋工程领域期刊论文在土木工程（Engineering, Civil）学科方面所占比例较多，占总发文量的55%；而会议论文更倾向于机械工程（Engineering,Mechanical）学科，占总发文量38%反映期刊论文与会议论文关注点有所差别。
从国家和地区论文技术领域分布来看（见图9），美国在海洋工程方面具有绝对优势，在土木工程和海洋学方面亦有突出表现，美、中、英、韩四国在海事工程领域的差距相对不明显。中国技术优势在于海洋工程和土木工程领域，海事工程和海洋学领域发展也较为均衡。
图7 海洋工程领域期刊论文学科分布
图8 海洋工程领域会议论文学科分布
图9 国家和地区论文技术领域分布
3.1.5 会议地点分布
选取高发文的（大于400篇）会议地点进行分析，如图10所示，葡萄牙里斯本、加利福尼亚州圣迭戈以及德国汉堡占据高发文会议地点前三甲。中国上海位于第六位，发文量达654篇，这和以上地区召开较多的海洋工程领域大型会议有关。
图10 会议地点分布
3.1.6 会议影响力分析
计算CPCI–S海洋工程领域Top10会议发文百分率及被引百分率，如图11所示。近海与极地工程国际会议（International Offshore and Polar Engineering Conference）被引百分比率最高，此外近海力学与北极工程国际会议（International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering）、地中海国际海事协会大会（International Congress of the International-Maritime-Association-of-the-Mediterranean）和IEEE电动船技术国际研讨会（IEEE Electric Ship Technologies Symposium）被引百分率高于发文百分率，说明这些会议具有较高影响力，也值得关注。
3.2 主题分析
根据期刊论文、会议论文检索结果，本报告利用CiteSpace进行可视化分析，探索、发现海洋工程类学术论文的热点研究主题。
图11 CPCI-S海洋工程领域Top10会议发文率及被引百分率图
3.2.1 期刊论文热点主题分析
1）主题（Term）共现分析
利用CiteSpace对18 921条SCIE论文数据进行主题共现可视化分析，得到主题共现可视化分析网络知识图谱。如图12所示，共有16 395篇有效文献被纳入分析，将图中的主题整理得到高频次、高中心度[61]主题列表，如表4所示。高频和高中心度主题反映了海洋工程领域的热点主题，将热点主题分类归纳如下：
研究方法 数值模拟（numerical simulation）、数值模型（numerical model）等。
海洋区域 碎浪带（surf zone）、浅水（shallow-water）、海滩（beach）等。
图12 海洋工程领域近十年主题共现可视化图谱
表4 高频、高中心度主题列表
流体研究 波及深度（propagation）、湍流（turbulence）、散射（scattering）、洋流（currents）、波浪（breaking waves、waterwaves）等。
其他 动力学（dynamics）、输沙（sediment transport）等。
2）主题（Term）聚类分析
对以上SCIE论文主题词利用Modularity Q[62]和Silhouette[63]方法进行聚类分析，从中挖掘与“海洋工程装备”相关的研究领域及主题，得到图13所示结果：图谱聚类模块度Q = 0.688 3，说明该图聚类内的关系及类间关系的紧密型比较均衡，但Silhouette平均值仅为0.198 2，即聚类相似性极低、主题并不明确，说明海洋工程领域包含的研究主题比较笼统宽泛、可拓展性强。
图13中共有9个聚类，分析每个聚类，发现与海洋工程装备相关的是平均年份最晚的5号和8号聚类，总结如下：
5号聚类 由7个节点（主题词）组成，Silhouette = 1，平均年份是2013年，聚类关键词是卫星观测（satellite observations）、微波观测（microwave observations）、水下应答器（acoustic long baseline (lbl) aiding）等。其中，“海洋工程装备”对应的主题有潜水器（underwater vehicles）、遥感（remote sensing）、水下应答器（acoustic long baseline (lbl) aiding）、成像光谱仪（imaging spectrometer）等。
8号聚类 由5个节点（主题词）组成，Silhouette = 1，平均年份是2010年，聚类关键词是材料疲劳（fatigue）、海上设施（offshore installations）、阻抗（damping）、流体力学（hydrodynamics）、桩体（pile）等。其中，“海洋工程装备”对应的主题有材料疲劳（fatigue）、海上设施（offshore installations）、船舶（ships）、桩体（pile）等。
图13 海洋工程领域近十年主题聚类
综上所述，海洋工程装备涌现于近几年的聚类中，属于前沿研究领域，船舶（潜水器）、材料（材料疲劳、桩体等）、遥感、水下应答器、成像光谱仪、海上设施等主题标志着近年来海洋工程装备的研究热点。
3）引文聚类主题分析
图14 海洋工程领域近十年引文聚类
通常，某一领域的研究热点可通过对一定时间内，具有内在联系，数量相对较多的一组文献所共同探讨的问题来发现，即引文聚类。对18 921条SCIE论文进行引文聚类，得到图14所示结果。2005年至今共有2 584篇被引文献被纳入分析（有效率=100%），图14中共有549个节点，246条连线，20个聚类。该图谱聚类模块度Q = 0.978 3，说明该图聚类内的关系非常紧密，类间关系则极为松散，Silhouette 平均值为0.301 3，即聚类相似性不高、主题明确性偏低，同样说明海洋工程领域学者关注的研究领域众多，关注的研究主题非常宽泛。
3.2.2 期刊论文新兴主题分析
利用CiteSpace提供的词频探测技术，通过考察词频的时间分布，将其中频次变化率高的词（burst term）从大量的主体词中探测出来，依靠词频的变动趋势，而不仅仅是频次的高低，来确定前沿领域和发展趋势[64]。所以在这里，本报告以爆发性（burst值）高的关键词代表技术前沿领域。对SCIE论文抽取的主题词进行爆发性检测，检测到63个爆发性主题词，如表5所示，对近3年爆发性增长的新兴主题总结如下：
表5 海洋工程领域近10年爆发性主题列表
（续表）
“海洋工程装备”研究前沿 传感器（sensors、remote sensing）、钢悬链线立管（steel catenary risers）、波能转换器（wave energy converter）等。
海洋工程其他领域研究前沿 卫星观测（satellite observations）、雷达（radars）、雷达观测（radar observations）、算法（algorithms）、仪器（instrumentation）、原位观测（in situ oceanic observations、in situ atmospheric observations）、数据处理（data processing）、声学多普勒流速剖面仪（profilers）、气候变化（climate change）、水动力性能（hydrodynamic performance）等。
3.2.3 专利主题分析
同样由于海洋工程装备的多样性和复杂性，本报告选取海洋工程装备中最具代表性的船和海上平台进行专利分析，即：选择国际专利分类“B63（船舶或其他水上船只；与船有关的设备）”作为检索式，时间范围为：2005—2015年8月，在DII数据库中检索到68 185条记录；为获得更多的分析字段，将德温特入藏号导入到TI数据库中，得到67 307条同族专利，其中发明专利49 543条。
采用国际专利分类号作为技术分类的依据，对全球船舶/海上平台领域专利申请技术领域布局（67 307条同族专利）进行分析，获得相关领域的专利技术类别，详见图15。在该领域中，专利数量最多的类别是B63B，占总专利数量的一半以上（58%），其次是B63H，占21%。其他3类分别占13%、4%和4%。各国际专利分类包含内容如下：
B63B 船舶或其他水性船只；运输设备（ships or other waterborne vessels; equipment for shipping）。
B63H 船舶推进、转向装置（marine propulsion or steering）。
B63C 船舶的下水，牵引或入港；水中救援；水下工作或水下处所相关设备；水下目标搜索或打捞方法（launching,hauling-out, or dry-docking of vessels; life-saving in water;equipment for dwelling or working under water; means for salvaging or searching for underwater objects）。
B63J 船舶辅助（auxiliaries on vessels）。
图15 B63类专利分布
B63G 船舶进攻或防御设施；布雷；扫雷；潜艇；航母（offensive or defensive arrangements on vessels; mine-laying; minesweeping; submarines; aircraft carriers）。
由于浮式结构物（B63B–035/00和B63B–035/44）是B63B的主要类别，因此，选取浮式结构物领域，利用CiteSpace对专利文献进行主题分析，得到图16浮式结构物主题分析，将热点主题加以整理，归纳如下：
浮式结构物 钻井船（driling ship）、浮式结构物（floating structure）、浮式平台（floating platform）、浮式体（floating body）、风轮机（wind turbine）等；
浮式结构物部件 船体（ship body）、月池（moon pool）、立柱（upright post）、系泊系统（mooring system）、主甲板（main deck）、浮箱（floating box）、浮码头（floating pier）、提升装置（lifting device）、主体（main body）、主体部分（main portion）、上部（upper portion）、上端（upper end）等；
浮式结构物相关名词 海洋建筑（marine structure）、纵向（longitudinal direction）、钻井作业（drilling work）、外镀（outer plating）等；
图16 浮式结构物主题分析
其他 天然气（natural gas）、天然气生产储存装运（natural gas production storage shipment）、水面（water surface）、海平面（sea surface）等。
3.3 主要国家科技实力分析
3.3.1 SCIE论文国家/地区发文网络
利用CiteSpace对SCIE论文进行国家/地区发文网络分析，共有14 002条记录有效被纳入分析，得到图17所示结果，未检测出中心度高的国家/地区，可见研究“海洋工程”领域的国家/地区合作关系并不显著。
对国家/地区发文情况进行爆发性检测，检测到频次与爆发性均比较高的国家/地区是波兰，说明波兰对于“海洋工程”领域的研究在近几年加速增长。
图17 海洋工程领域近10年国家/地区发文网络图谱
3.3.2 专利国家分布分析
由于个别国家的实用新型专利较多，为了便于横向分析与比较，专利国家分布分析针对49 543条发明专利进行。从图18、图19及表6中可以看到，专利数量遥遥领先的是韩国，其次是中国、美国、日本，俄罗斯和德国、法国、英国、意大利、澳大利亚发明专利量非常相近。从专利引用情况看，美国处于绝对优势地位，日本、韩国、中国依次递减。从发明专利数量TOP5国家的年度分布趋势来看（见图20），韩国、中国发明专利数量自2005年至2012年呈上升发展态势，尤其韩国的发明专利数量增长更为迅速；美国、日本、俄罗斯近10年的分布趋势基本一致，呈现平缓态势。由于专利从申请到公开要经历2 ～ 3年的时间，所以2012年至2015年数据不做分析。
对比各个国家/地区的专利数量及引用情况，可以看到，美国发明专利引用数量、篇均被引均位列第一位，创新能力稳居榜首；日本发明专利引用数量位居第四位，篇均被引均位列于第二位，也是创新能力较强的国家；韩国、中国发明专利数量分列第一位、第三位，但篇均被引情况不够理想，亟待提高。
图18 发明专利Top10国家/地区分布图
图19 发明专利Top10国家引用情况分布图
图20 发明专利Top5国家年度趋势图
表6 Top10国家发明专利数量及引用
3.4 主要机构竞争力分析
3.4.1 机构分布
1）机构总体分布情况
整理全球SCIE论文产出排名前20的机构（以下简称Top 20机构）数据，如表7所示。美国国家海洋和大气管理局以438篇领跑全球。以美国为首的欧美发达国家机构被引频次和篇均被引普遍高于亚洲国家，美国国家航空航天局以16.76次/篇的篇均被引数遥遥领先于其他机构。以美国为首的欧美发达国家机构被引百分比大部分都超过发文百分比，而包括中国在内的亚洲地区机构被引百分比均低于发文百分比。
表7 Top 20机构发文量与被引次数表
2）机构年度分布情况
图21展示了发文量靠前的6所机构近10年发展趋势。总体来看，美国国家海洋和大气管理局、美国国防部、美国海军部虽有略微波动但基本保持稳定。挪威科技大学在2012年出现激增，近两年略微下降。大连理工大学呈现缓慢增长趋势。尤其值得注意的是，上海交通大学在近两年出现爆发性增长，并有持续增长之势。
图21 发文量Top6机构论文产出近10年分布
3.4.2 SCIE论文机构发文网络
对机构发文情况进行爆发性检测，检测到近3年爆发性较高的机构共10个，如表8所示。其中，上海交通大学的文献量和爆发性位居第一，浙江大学紧随其后，反映出这两所国内高校在海洋工程领域的研究产出增长迅猛。
表8 海洋工程领域近3年爆发性机构列表
3.4.3 专利机构分析
同理，专利机构分析针对49 543条发明专利进行。从图22和表9中看到，B63类（船舶或其他水上船只；与船有关的设备）发明专利数量最多的机构依次为三星重工有限公司、大宇造船与海洋工程有限公司及现代重工有限公司。从机构所属国家来看，韩国、日本在这个领域发展迅猛，Top10机构中，除中国的哈尔滨工程大学外，其余9家皆为韩国、日本机构。从授权发明专利数量来看，趋势与发明专利基本相同，从授权率来看，授权率较高的机构有三信公司、雅马哈发动机株式会社、本田汽车有限公司及三星重工有限公司，授权率均达到75%以上。
从发明专利引用情况看，三星重工有限公司被引总量最高，其次是大宇造船与海洋工程有限公司、雅马哈发动机株式会社（见图23），篇均被引则普遍体现为日本机构高于韩国、中国机构。
从专利申请量Top5机构年度趋势图（见图24）中可以看到，三星重工有限公司、大宇造船与海洋工程有限公司及现代重工有限公司3家机构的专利数量基本是从2009年开始迅速增长，而两家日本公司三菱重工株式会社、雅马哈发动机株式会社则呈现平稳发展态势。由于专利公开的滞后特点，自2012年以来呈下降趋势。
图22 发明专利数量Top10机构分布图
图23 发明专利Top10机构引用情况图
图24 发明专利数量Top5机构年度分布图
表9 Top10机构发明专利数量及引用
（续表）
4 研究结论
通过对海洋工程装备的文献调研及相关领域的发展态势分析可以看到：无论是我国还是亚洲相关国家、欧美发达国家都非常重视海洋发展，出台了相关政策或规划，这些政策的重点是海洋油气开采及可再生能源的开发，相关领域的技术研发将是未来研究的重要方向。
从学术论文国家分布角度分析，2005—2015年，海洋工程类SCIE期刊论文主要分布在美国，中国在论文发表数上也有不俗的表现，位居第二，但在篇均被引次数方面落后于其他国家，位列23位，荷兰以篇均被引9.65次/篇位居全球第一。
从发明专利国家分布角度分析，2005—2015年，B63类（船舶或其他水上船只；与船有关的设备）发明专利申请量遥遥领先的是韩国，其次是中国、美国、日本；韩国、中国发明专利数量自2005年至2012年呈上升发展态势，尤其韩国的发明专利数量增长更为迅速。从发明专利引用情况看，美国处于绝对优势地位，日本、韩国、中国依次递减。
在学术交流举办地方面，葡萄牙里斯本、加利福尼亚州圣迭戈以及德国汉堡为高发文会议地点前三甲，其当地机构为组织学术交流做出了巨大贡献。中国上海位于第六位，在海洋工程领域具有较高建树，颇具影响力。
通过主题分析，可以发现海洋工程领域近10年SCIE论文研究主题主要热点体现在：数值模拟、数值模型、动力学等方面。值得关注的是近3年爆发性增长的新兴主题为：remote sensing、satellite observations、radars、algorithms等。
以B63类专利为代表，通过专利主题分析，发现在该领域中，专利数量最多的类别是B63B（船舶或其他水性船只；运输设备），占总专利数量的一半以上（58%）。以B63B的主要类别：浮式结构物（B63B–035/00和B63B–035/44）进行主题分析，热点主题主要体现在：钻井船、浮式结构物、浮式平台、海洋建筑、天然气、船体、月池等。
从期刊论文机构分析可以看到，美国国家海洋和大气管理局、美国国防部、挪威科技大学、美国海军部、大连理工大学、上海交通大学发文量位列前六。从近3年爆发性机构的分析看到，上海交通大学和浙江大学位于前两名，说明这两所国内高校在海洋工程领域的研究产出增长迅猛。
从专利机构分析可以看到，B63类发明专利中，专利申请量最多的机构依次为三星重工有限公司、大宇造船与海洋工程有限公司及现代重工有限公司，Top10机构中，除中国的哈尔滨工程大学外，其余9家皆为韩国、日本机构，反映韩国、日本在这个领域的研发产出占有较强优势。
【注释】
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[58]工信部.海洋工程装备制造业中长期发展规划［EB/OL］.［2015–12–09］.http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n11294072/n11302450/14521189.html.
[59]Engineering, Ocean学科包含所有为开发和利用海洋资源而在水下或者海洋表面所进行的操作所涉及的设备和技术。
[60]Engineering, Marine学科主要包括工程师在轮船和其他海洋船舶的设计、建造、导航和推进中必须考虑的环境限制和物理限制方面的资源。
[61]中心度：Betweenness centrality，节点的中心度是指网络中所有最短路径通过该点的比例，中心度高的节点在网络中起到了桥梁作用。
[62]Modularity Q衡量聚类的模块性，取值介于0和1之间，值越大，表明聚类网络的模块性越好，即聚类内的关系越紧密，类间的关系越松散。
[63]Silhouette用以衡量聚类主题的明确性，取值介于–1和1之间，值越大，表明各类的主题越明确。
[64]黄鲁成，王凯，王亢抗.基于CiteSpace的家用空调技术热点、前沿识别及趋势分析［J］.情报杂志，2014（2）：40–43
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