深海开发需求高，钢结构在其中有何应用前景？

那些被称作深海的区域，一般是指水深超过特定界限的海域，比较常见的一种说法是，指的是水深超过二百米的海域，当然，也有人觉得是水深超过一千米的海域。深海开发属于当前海洋科技领域里重要的努力方向，它涵盖了深海资源勘探、深海科研、深海基地建设等诸多方面。伴随技术持续取得进步以及资源越发紧张这样的情况，深海开发如今已然变成各国海洋战略里重要的构成部分。

深海开发对所需材料要求特别高，不但要拥有高强度、耐腐蚀等特性，而且要适应深海复杂的环境状况，特别是深海导航定位、深海信息获取与处理、深海基地建设等关键部分都需要高性能材料的支撑。钢结构作为一种轻质、高强、耐腐蚀的材料，在深海领域有着广泛的应用前景。本期特意推出钢结构在深海发展应用的前瞻报道，邀请读者一同思考钢结构在深海开发上的无限可能，欢迎留言。

近日，中国批准建设一个生态系统研究设施，这个设施名为“冷泉”，它将建在南海水下2000米处，此消息一经传出，便受到了国际社会的广泛关注。

“冷泉”生态系统研究设施，它是目前国际首个坐底式深海载人驻留实验室，它也是国际最大尺度的深海化能生态系统与深海甲烷物态演化模拟这样的重大科技基础设施，预计在2030年前后投入使用。投用之后，该设施会成为人类历史上首个真正意义上的深海研究设施。

依据已公开的材料来看，世界上最早的水下研究实验室，是在1962年的时候，于法国马赛海岸10米深的地方组建而成的。该项目构建起了世界上首个水下栖息地Conshelf I，它是由大概5米高、直径2.5米的具备水密性的不锈钢圆柱体钢结构组合而成的，这里面容纳了两名海洋学家去开展为期一周的实验。

可以预见到，伴随人类针对海洋资源的探索以及开发持续深入下去，深海钢结构身为海洋工程的重要支撑，它的发展潜力越发明显地凸显出来。文章将会从深海钢结构的应用现状方面，技术挑战方面，发展趋势方面以及潜力等方面展开探讨。

钢结构在深海的应用优势

钢结构于深海领域应用的探索，时间已经很久远了。在20世纪70年代的时候，美国开启了对具备深海隐蔽探测、试验与作业能力的NR - 1号核动力工作站的研制工作，它的耐压结构是由HY - 80钢制作而成的。到了21世纪初期，美国针对千吨级NR - 2项目开展了论证工作，这里面涵盖了海洋物理学、海洋生物学以及海洋考古学等民用任务需求，进而形成了多种建造方案，其中在900米级和1500米级这两个设计深度等级所对应的耐压壳体材料分别是HY - 130钢和HY - 100钢。

据已公开的资料而言，钢结构具备高强度、耐腐蚀、可焊接等良好性能，于深海资源勘探、基地建设等高压以及复杂海洋环境当中存在应用优势。详细来讲，其一，钢结构拥有高强度以及出色的韧性，能够经受深海高压与复杂海洋环境的挑战。其二，借助特殊的防腐处理，钢结构能够抵抗深海环境的腐蚀，从而延长使用寿命。其三，钢结构是一种可回收材料，符合环保要求，对深海开发的可持续发展有益处。四是钢结构能够于工厂进行预制，继而在现场开展安装工作，如此一来，极大地缩减了施工周期，还提升了深海开发的效率。

就应用现状而言，钢结构当下在深海导管架平台方面有应用，在深海采矿设备方面有应用，在深海科研与观测平台等方面也有应用。像中国自主设计建造的亚洲第一深水导管架，也就是“海基二号”。这个平台的导管架总高度是338.5米，总重量达到3.7万吨，其作业海域平均水深大概为324米，并且大量运用了由国产高强钢制造而成的钢结构，这其中涵盖了导管架、桩腿以及上部模块等。又如，深海采矿车需要在极端环境下作业，深海采矿机器人也需要在极端环境下作业，可在巨大水压下服役的钢结构成为其主体结构材料的首选，可在腐蚀环境下服役的钢结构同样成为其主体结构材料的首选。

钢结构在深海应用面临的技术挑战

在深海特殊作业环境的影响之下，钢结构于性能方面面临技术挑战，在工艺方面也面临技术挑战，并且其发展空间较大。

其一为材料性能挑战，在高强度与轻量化要求方面，深海钢结构要有高强度，用来承受深海高压环境以及极端气候条件，与此同时要轻量化，以此降低建造成本并提高运输效率，此需求促使高性能钢材得以研发，像420兆帕级甚至更高强度的钢材，然而这类钢材生产技术难度颇大，并且要保证其在深海环境下的长期稳定性以及耐腐蚀性。对耐腐蚀性有着高要求，钢结构处在深海环境里，长久都暴露于盐雾、潮湿以及海水等腐蚀性介质之中，这就要求钢材得具备良好的耐腐蚀性，传统的防腐措施有可能无法满足深海环境的长期需求，所以要开发新型防腐材料以及防腐技术。

其一是设计与施工技术存在相当大的挑，战于结构设计方面，针对深海钢结构的设计而言，诸多因素要进行综合考量，涵盖深海这一区域的水压、温度、具备一定流动性得海流等环境要素，同时还涉及结构自身所拥有的稳定性、安全性以及经济性，这给钢结构设计，特别是连接方式提出了极为苛刻的要求，于施工技术方面，深海环境当中的施工难度极大，要直面深海高压、低温、黑暗等恶劣状况，这就要求水下机器人拥有非常高超的技术水准，并需要配备先进的施工设备以及工艺，以此来保障施工质量以及安全。

三是存在检测与维护技术方面的挑战，在检测技术领域，对于深海钢结构展开检测时，要运用先进的无损检测技术，诸如超声波检测、射线检测等，以此来保障结构的完整性以及安全性。在维护技术方面，深海钢结构的维护需借助特殊的设备以及工艺，从而确保维护的质量与效率，并且深海环境下的维护成本十分高昂，要综合考量经济性以及安全性。

深海钢结构发展潜力巨大

依据已公开的资料来看，钢结构于深海领域之中发展潜力极大且十分深远。其一，是深海资源的开发这一方面。随着深海采矿以及深海油气开发等相关活动持续不断地增多起来，针对深海钢结构的需求必然会持续不断地增长上去。其二，是深海科研这一方面。深海科研需要依靠深海探测器以及深海潜艇等等这类设备去进行深入的探索以及研究工作。而这些设备需要运用到钢结构这种类型的材料用以保障其结构的稳定性以及安全性。其三，是国防建设这一方面。在国防建设范畴之中，钢结构这类材料具备着关键的应用价值，像深海潜艇，还有水下导弹发射装置等，都得依靠钢结构去保障其结构的强度，以及稳定性。

从发展趋势来看，深海钢结构性能要求将进一步提升。

一是朝着更高强度、更高韧性的方向去发展，随着深海资源的开发朝着更深、更远的海域不断推进，对于深海钢结构材料的强度以及韧性的要求也就变得越来越高。

这有着第二项，是要去提升耐腐蚀的性能，为了能够解决深海环境之下所存在的腐蚀问题，深海钢结构材料会采用更为先进的防腐技术，像涂层防腐，合金化防腐诸如此类的，以此来提高它耐腐蚀性能。

三是对焊接工艺予以优化，深海钢结构所具备的焊接工艺，对于其性能而言有着至关重要的影响，并且该焊接工艺还同后期维护有所关联。未来时节，将会更为着重对焊接工艺展开优化以及创新，从而达成提升深海钢结构焊接质量以及性能的目的。

其四是加快数字化以及智能化进程，鉴于数字化、智能化技术在持续发展，深海钢结构于设计、制造、安装以及监测等环节将会愈发智能化与自动化，进而提升其生产效率与安全性。

对深海钢结构发展的建议

使得钢结构于深海范畴的运用以及发展能够得以推进，提议朝着如下几个方面去使劲。

第一方面是要强化技术的开发研究，针对深海环境所具备的独特特性，加大针对深海使用钢材材料的研发投入力度，提升材料在强度方面的表现，增强材料韧性特点，提高材料对于腐蚀侵袭的耐受能力等一系列性能，以此来达成针对深海开发对于材料性能提出的更为高标准要求。

一是根据深海运用的特定需要，对钢结构的设计予以优化，提升结构的稳定性与安全性，为降低建造成本奠定基础，二是优化结构设计。

其一是完善标准体系，同步建立健全，针对深海用钢结构的这一庞大标准门类，规范其中材料选择、设计、制造以及安装等各个环节，提升材料具备的安全性与可靠性，还要加强与国际标准的接轨，强化相互认定，推动钢结构在全球范围的深海开发市场得以应用。

四是对产业链以及供应链予以完善，构建起完备的钢结构产业链，还有供应链体系，提升材料的生产效率，以及供应稳定性，与此同时，强化上下游企业之间的合作，以及协同，促使钢结构在深海领域得以广泛应用。

一，强化人才培育以及引入之举，二，着重加持钢结构范畴之内的人才培育以及引入事项，三，致力于提升从业人士有关专业技能以及综合素养，四，借助诸般产学研合作等类方式，五，去培育出一批具备创新精神以及实践能力的钢结构专业人才。

六是强化国际合作，同国际上先进的企业以及研究机构展开合作交流，借鉴先进的技术以及管理经验，促使钢结构在深海领域朝着国际化方向发展。

我们心怀期待，在并不遥远的将来之时，钢结构能够于深海开发这一领域之上，作出至关重要的贡献来，从而助力我国海洋强国的建设进程。

作者 | 谢高