十二五863水运发展规划(水规院1125)

1、十二五” 863 计划水运专业战略研究五” 863 计划水运专业战略研究2009年 11月十二五” 863 计划水运专业战略研究目录1“十一五”情况总结1.1 课题进展情况及成果1.2 存在问题2. 战略需求和发展趋势分析2.1 国家经济社会发展对水运的战略需求2.2 我国技术现状与国外发展趋势及其差距122.3 “十二五”水路交通技术发展主线及重点突破方向 373. 发展思路和战略目标383.1 发展思路3.2 战略目标4. 发展重点424.1 战略重点4.2 重大战略产品4.3 重大技术系统685 保障措施855.1项目选择5.2体制机制保障855.3团队建设与人才培养865.4基地和平台

2、建设865.5成立水运技术创新联盟86十二五” 863 计划水运专业战略研究1“五”情况总结国家中长期科学和技术发展规划纲要 ( 2006-2020 )(以下简称规划纲要)针对我国交通运输业存在的运输供给能力不足、综 合交通体系建设滞后、 各种交通方式缺乏综合协调、 交通能源消耗与 环境污染问题严峻等问题，确定了包括“以提供顺畅、便捷的人性化 交通运输服务为核心， 加强统筹规划， 发展交通系统信息化和智能化 技术，安全高速的交通运输技术，提高运网能力和运输效率，实现交 通信息共享和各种交通方式的有效衔接， 提升交通运营管理的技术水 平，发展综合交通运输；促进交通运输向节能、环保和更加安全的方

3、向发展，交通运输安全保障、 资源节约与环境保护等方面的关键技术 取得重大突破并得到广泛应用；围绕国家重大交通运输基础设施建 设，突破建设和养护关键技术，提高建设质量，降低全寿命成本”的 科技发展思路， 明确提出了包括重点研发离岸深水港在内的 “交通运 输基础设施建设与养护技术及装备 ”的科技发展优先主题。为贯彻规划纲要的要求， “十一五”国家 863 计划在现代交 通技术领域 “重大交通运输基础设施核心技术” 专题中设立了水运行 业第一个国家 863 课题“离岸深水港岩基浅埋轻型结构码头建造技 术研究”。“十一五”科技支撑计划在水运交通领域设立了“现代服务 业共性技术支撑体系与应用示范工程”

4、、“远洋船舶压载水净化和水上 溢油应急处理关键技术研究” 和“国家海上应急搜救系统工程关键技十二五” 863 计划水运专业战略研究术研究及应用示范” 3 个项目，其中包含了“现代物流服务示范工程” 等 8 个水运课题。1.1 课题进展情况及成果我国离岸深水港建设技术需求十分迫切， “十一五” 863 计划设 立了目标导向类课题 “离岸深水港岩基浅埋轻型结构码头建造技术研 究”， 要求提出针对水深大于 25m 、设计波高 1215m 、海流速度 2 3m/s 、岩基覆盖层厚度 015m ，恶劣自然条件下的码头建造技 术。目前课题实施顺利，已提出轻型码头结构型式等多项研究成果， 将形成完整的、 达

5、到国际领先的离岸深水港建设技术， 建立具有自主 知识产权的技术体系， 指导我国沿海重大港口工程建设， 达到规避工 程建设风险、优化方案、节约投资、加快建设速度的目标，满足我国 沿海港口建设发展的战略需求， 提升我国港口建设国际竞争力， 并且 为拓展和提升现有行业规范提供技术支撑。十一五”科技支撑计划 “现代服务业共性技术支撑体系与应用示范工程” 项目中的“现代物流服务示范工程” 课题，主要包括：（1） 建设基于现代港口的散货、集装箱和汽车等物流服务示范工程； （2） 建立区域现代散货物流、 集装箱物流和汽车物流等公共信息服务与应 用服务平台；（3）散货、集装箱和汽车等典型物流服务平台互联及业

6、务集成；（4）现代物流技术在危险品集装箱物流监控中的应用； （ 5） 实现公共码头与钢铁企业间物流链与生产链的无缝衔接； （ 6）建成世 界第一条投入商业运营的民用集装箱电子标签国际示范线。 （ 7）建立十二五” 863 计划水运专业战略研究基于港口码头的完整汽车物流平台。 目前，该课题研究任务基本完成。目前，“十一五”水运行业其他几个科研课题的研究工作也正按 计划、有步骤的进行，总体情况良好。1.2 存在问题经过 30 年的改革开放，水运交通行业走过了引进、消化吸收、 再创新的科技发展之路， 目前沿海港口建设与远洋航运已达到世界先 进水平，承担了我国 90% 的外贸运输。我国内河运量也在迅速

7、提高， 2007 年长江干线年运输量超过 11 亿吨，相当于 16 条京广铁路的运 量，到 2010 年，长江干线货运量将达到 13 亿吨，是美国密西西比 河的两倍多。 与我国水运交通运输蓬勃发展不相适应的是， 目前我国 在水运方面的科研投入力度与水运交通运输对重大技术系统及战略 产品的研发需求尚有差距，国家类课题偏少， “十一五” 863 计划和 科技支撑计划中水运方面仅 9 个课题，有必要加强国家层面的水运科 研投入，建立滚动支持的长效机制。十二五” 863 计划水运专业战略研究2.战略需求和发展趋势分析2.1国家经济社会发展对水运的战略需求交通运输是支撑我国国民经济和社会发展的基础性和先

8、导性产业。改革开放以来，我国水路交通事业得到了突飞猛进的发展，尤其 是近十年以来，我国在水上交通运输建设上取得了举世瞩目的成绩。由于我国社会和经济的高速发展，水上交通运输建设还是相对滞后， 仍不能满足我国社会经济发展对水上交通运输的战略需求。十二五”期间，是我国深入贯彻科学发展观、全面建设小康社会、积极构建和谐社会的关键时期。随着我国社会经济的高速发展，十二五” 期间水上交通运输量将进一步加速增长， 水运交通运输的 发展面临着面向世界、 面向未来， 满足服务于全国经济社会发展的战 略需求，集中体现在以下四个方面：一）加快外海交通运输基础设施建设，满足社会经济发展的多层 次需求随着我国经济的快速

9、发展， 港口基础设施建设发展迅猛， 港口吞吐量的不断增长，使很多港口的原有港区已趋饱和。另一方面,自然 条件优越的港址大部已被开发， 同时船舶向大型化趋势发展促使码头 建设从有掩护水域向半开敞、开敞、深水水域发展。这些水域的自然 条件较差且比较复杂，大体可归纳为水深、浪高、流急、冲淤强度大十二五” 863 计划水运专业战略研究和地基软弱等。目前我国已有建造在天然水深超过 30m 、设计波高 达 12m 的深水防波堤；集装箱码头和海湾大桥的设计流速已分别达 到 2.5m/s 和 3.0m/s 以上 ; 深水外航道一次骤淤强度可达 2m 以上。目前，我国建港技术还不能满足我国社会经济发展对离岸深水

10、港的战 略需求，且与国际先进技术尚有一定差距， 急需开展在深水、 大波高、 强流等恶劣自然条件下的离岸深水港建港技术， 软基处理技术和码头及深水航道淤积的研究工作。人工岛为在海域中人工建造的陆地，其主要作用是增加陆域面积和岸线长度。 人工岛上可以建设深水港、飞机场、大型电站、核电站、炼油厂、选矿厂 、冶炼厂、水产加工厂、纸厂、废品处理厂、水文气象观测站以及毒品或危险品仓库等。由于陆域和岸线资源的限制， 海上人工岛的建设逐渐成为关注的焦点问题。 人工岛普遍处于恶劣的 海洋环境之中，受到风浪、潮流、海冰及风暴潮的影响较大。此外人 工岛的建设可能导致海洋水动力环境， 致使泥沙淤积、 滩涂底质结构 等

11、发生变化， 其中的诸多因素之间的关联性和不确定性非常复杂。 国 外在人工岛建设方面有着丰富的技术， 尤其是日本海上人工岛建设已 有几十年的经验积累。世界上最大的人工岛建设项目迪拜棕榈 岛，建成后迪拜的海岸线将增加 720 公里。我国已竣工的澳门国际 机场是我国第一座海上人工岛机场， 该机场的人工岛场道工程由中港 集团承担设计及施工总承包。 我国渤海湾内许多油气田的开采都采用 了人工岛的形式， 自张巨河人工岛后， 渤海湾内陆续建成多个用于油 气开采的人工岛。 目前我国经济速度发展迅猛， 沿海许多大城市的岸十二五” 863 计划水运专业战略研究线资源都十分紧张，天津市已经开始其人工岛的建设工程，此

12、外，大 连、上海、厦门、广东、海口等地都有建设人工岛的规划。我国在人 工岛建设方面尚处于起步阶段，在人工岛的平面布置、结构型式、基 础处理、筑堤材料、 护面块体和防冲护底等方面尚有亟待解决的技术 问题，在海洋环境与人工岛的相互影响方面也需要进行基础理论的研 究，此外在施工技术和施工设备上还需突破深水作业等问题。我国目前城市间的社会经济联系日趋紧密， 城市间的交通运输已 经成为区域经济发展的重要部分。隔海、隔江相望的城市，对能提供 方便、快捷海上交通运输服务的跨海大桥、 海底隧道等交通运输基础 设施的需求十分迫切。 我国已建成的跨海大桥主要有： 作为深港西部 通道主体的深圳湾大桥、 连接上海与洋

13、山深水港的东海大桥和全世界 最长的杭州湾跨海大桥。 我国第一条海底隧道厦门翔安隧道也即将竣 工。即将开工建设的港珠澳大桥，以公路桥的形式连接香港、珠海和 澳门，建成后将成为仅次于庞恰特雷恩湖桥和宁波杭州湾大桥的世界 第三长桥。大桥的起点是香港大屿山，经大澳，跨越珠江口，最后分 成 Y 字形，一端连接珠海，一端连接澳门。建成通车后，开车从香港 到澳门和珠海的时间将由目前的 3 个多小时缩减为半个多小时。 港珠 澳大桥的建设将加速粤港澳经济一体化进程， 提升珠江三角洲地区的 综合竞争力，对保持粤港澳经济繁荣稳定意义重大。此外，我国在渤 海湾内连接山东与河北、山东与辽宁的交通枢纽工程也在论证之中。作

14、为区域经济发展的纽带，这些工程的竣工促进了城市间的交通运十二五” 863 计划水运专业战略研究输，节约了运输成本，提高了运输效率，对促进区域经济发展发挥了 重要作用。“十一五”期间，我国在跨海大桥和海底隧道建设领域积 累了一些经验， 但在外海交通运输基础设施受台风、 风暴潮的影响比 较频繁，工程的建设对海域的淤积以及近岸生态环境影响巨大， 在恶 劣自然条件对工程的影响以及工程对生态环境的影响方面， 仍需开展 大量的基础理论研究工作。 在外海交通运输基础设施施工方面， 我国 现有技术和设备不能满足深水挖泥、 深水基础处理和大型预制构件深 水安装等技术需求，制约了外海交通运输基础设施工程的建设和发

15、 展。此外，对于外海交通运输基础设施的防灾减灾及安全保障工作还 需进一步深入研究。二）提高长江黄金水道的综合运输能力，满足沿江经济带可持续 发展战略的需求内河航运具有运量大、成本低、能耗小、污染少等优势，在平原地区和渠化的河流上， 优势更加明显， 一艘万吨级货船的运量相当于 3 列重载火车和 500 辆载重 20 吨汽车的运量，上述货船、火车和汽 车在运输线上的占地面积比为 0：2400:12000 （平方米）；另外，水 路每吨公里的综合运价仅是铁路的 1/3 、公路的 1/6 ，而从能耗方面 看，水路每千吨公里耗油不到公路的 1/9 。提高内河航运的综合运输 能力是我国实现可持续发展的必然选

16、择。长江经济带中的七省二市 （ 上海市、江苏省、安徽省、江西省、 湖北省、湖南省、重庆市、四川省和云南省 ），土地面积占全国的 15% ，十二五” 863 计划水运专业战略研究人口占 38% ，GDP 占46% ，是目前世界可开发规模最大、影响范围 最广的内河流域经济带。 随着沿江经济的快速发展， 长江沿线已发展 成为我国重要的冶金、石化、汽车、电力等产业密集带。据统计，长 江流域钢铁产量占全国的 36% ，石化产量占全国的 28% ，汽车产量 占全国的 47% ，火电装机容量占全国的 16% 。沿江大型企业生产所 需 80%的铁矿石、 40%的原油、 83%的电煤都是依靠长江水运来保 障的。

17、长江流域作为我国内河航运最发达的地区， 长江航运对区域经 济的发展做出了重要的贡献。长江水系航运资源丰富，通航里程长， 通航能力大， 在我国内河航运体系中占有极其重要的地位。 干支流通航里程达 6.5 万多公里，占全国内河通航总里程的 53 。在我国“两横一纵两网十八线”的高等级航道布局规划中，长江水系就占有“横一纵一网十线”。可见，充分发挥长江黄金水道作用，缓解土地、能源和环境的压力，保障和促进长江流域经济社会又好又快发展， 既是建设资源节约型、环境友好型社会对长江水运提出的时代发展要求，也是水运业落实国家发展战略的重要举措。近年来，长江干线实施了一系列的航道整治工程，干线航道的维护尺度及通

18、航保证率有较大提高， 航行条件明显改善， 服务水平稳步 提升，航道通过能力大幅提高。 2007 年长江干线年运输量超过 11 亿吨，相当于 16 条京广铁路的运量， 2008 年长江干线货运量已达 到 12 亿吨，是美国密西西比河的两倍和欧洲莱茵河的三倍，长江干 线已成为世界上运输最繁忙、 运量最大的通航河流， 真正体现了长江黄金水道”的巨大作用。专家预测，长江干流航运若完全开发，最十二五” 863 计划水运专业战略研究保守的估计，其运能应该是 3060 亿吨，而长江干流现有货运量不 过 12 亿吨（ 2008 年），仅发挥了长江运能的 20 40 ，表明长江 运能的潜力十分巨大，亟待开发。因

19、此，以科学发展观为指导，又好 又快推进长江黄金水道建设， 进一步释放长江航运潜力， 全面提升航 运服务及保障能力， 已成为完善国家综合运输体系建设和长江干线沿 江地区可持续发展战略的重要内容。我国长江航道整治工程已经实施并铺开， 部分滩段的工程已告竣 工，其整治效果已逐渐显现，航道条件有较大改善，为长江的水运发 展提供了必要的基础条件。 但长江是一条大河， 除已进行了部分滩段 的航道整治外， 多数河段航道还处于自然状态， 而且目前已实施的工 程是以孤立滩段的形式进行，缺乏系统性。同时，无论是国内还是国 外，在类似长江这种条件下开展航道整治技术并不多见， 难度非常大， 而且没有成熟的可以直接应用

20、的工程技术， 迫切需要将长江航道整治 技术加以系统化，形成成套技术，指导工程建设。打造数字航道、发展智能航运，用信息化带动长江航运现代化， 全面提高长江航运生产效率， 提升长江航运服务和管理水平， 是现代 化运输方式的基本要求。 信息化是交通运输行业实现现代化的必由之 路，必须依靠科技进步和创新，提高科技对于长江航运的贡献率。大 力加强长江航运信息化建设，打造数字航道，发展智能航运，构建物 流信息平台和长江航运电子政务平台， 全面带动长江航运管理现代化 水平，为长江航运提供强有力的支持保障。十二五” 863 计划水运专业战略研究三）大力发展水上运输安全保障与环保节能减排技术，满足水上 运输安全

21、、高效、便捷、环境友好的战略需求水上安全保障是国家履行国际义务、 维护社会稳定、 促进经济发 展、保障水上运输安全的一项重要的社会责任。近十年来，我国加大 了沿海和长江中下游地区的信息化建设， 为我国水上交通安全运输提 供了有力的保障。随着我国水路运输基础设施和运输网络的逐步成 型，水路运输量占社会运输总量的比重将逐步增大， 货物品种不断丰 富，危险品运输异军突起， 航运安全、环境安全面临前所未有的压力。保护环境和节约资源是我国的基本国策， 在防治船舶污染、 港口环保、 建设内河生态航道和节能减排上还需进一步开展研究工作，以满足两型”社会建设的需求。为保障我国水运安全、有序和健康发展， 解决航

22、运安全管理及决策管理这一重大技术问题，需要加快水运通信网络建设、 航运信息系统建设、水上救体系建设、海事监管巡航与救助一体化建设、水上现代监管系统建设、 水上搜救组织协调指挥系统建设、 防污及快速反应 系统建设，全面提高海事监管能力、快速应急处置能力、紧急事务处 理的应变能力、 反恐预控能力， 根本提升水运交通主管部门的管理水 平，以适应不断发展的水运需求。船舶污染包括船舶生产性污染和事故性污染。 船舶燃油燃烧产生的废气（硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳等）总量逐年上升，造成的 大气污染尚未得到有效控制， 经济、合理、实用的防治技术较为缺乏， 需大力推广水运节能减排技术来降低污染。 船舶溢油和危险

23、化学品泄10十二五” 863 计划水运专业战略研究漏事故带来的环境污染风险日益加大， 事故预防与应急处置技术是国 内外的研究热点， 也是难点。 我国港口建设项目环境影响评价的执行 率基本达到 100% ，港口规划环评、港口建设项目环境监理和验收环 评逐步强制推行。 而部分老港区与城市发展和城市环境之间的矛盾日 益突出，少数码头装卸作业时产生的煤炭、 矿石、散粮等粉尘或油气， 对周边地区产生较大的环境污染。 部分大型集装箱码头的集疏运车辆 给所在城市带来了一定程度的环境污染。 针对这方面的技术研究开展 较少。目前，我国待开发的内河航道多数依然处于天然状态，航道等 级较低，生态环境脆弱，生态恢复条

24、件较差。因此，在建设资源节约 型、环境友好型社会与构建和谐社会的新形势下，在开发内河航道、 发展内河航运的过程中，必须切实做好环境保护、生态恢复等工作， 否则内河航运难以可持续发展。水运节能减排工作的主要任务是提高船舶和港口的能源利用效 率，降低船舶和港口的能源（重点是燃油）单耗，减少温室气体及大 气污染物的排放。水运行业在“十五”期间及 2006 年以来，在节能 减排、节能降耗方面开展了卓有成效的工作。 而为进一步满足环境和 能耗的需求，还需进一步大力推广行之有效的节能减排技术。11十二五” 863 计划水运专业战略研究2.2 我国技术现状与国外发展趋势及其差距2.2.1 外海交通运输基础设

25、施建设技术通过一系列科研项目关键技术的突破， 我国在外海交通运输基础 设施建设方面取得了一系列的技术创新成果， 尤其在深水港口建设和 养护关键技术取得了突破；港口设计的许多方面已达到国际领先水 平，大型、高效港口机械装备研制与开发取得了飞跃；现代信息化、 智能化技术也逐步得到应用。但与国外比较，我国在港口设计理念、 港口功能多元化设计、基础资料积累与获取手段、结构型式、港口施 工等方面仍存在一定差距。此外，为了满足迅速增长的内、外贸运输 和城市间经济发展的需求， 必须不断新建更大规模、 更现代化的交通 运输基础设施，因此在岸线的深度开发与有效利用方面， 海上人工岛、 跨海大桥、海底隧道建设领域

26、，以及对老港口的改造技术，是我国海 上交通运输基础设施发展技术创新所面临的挑战。一）外海交通运输基础设施设计技术1 、设计理念虽然目前我国在外海交通运输基础设施设计中开始注意以人为 本，建设资源节约型、环境友好型工程，设计手段与方法也有较大改 进，但与发达国家相比仍有一定差距。具体体现在以下三个方面：1）生态型工程设计理念与国外的差距外海交通运输基础设施是水域生态系统和陆域生态系统、 自然生12十二五” 863 计划水运专业战略研究态系统和人文生态系统相互作用影响的脆弱敏感地带。 同时，外海交 通运输基础设施建设和运行会带来一系列的生态和环境问题， 如三废 排放、生物入侵、生物多样性退化、以及

27、大型外海交通运输基础设施 周围泥沙的淤积和侵蚀等。 国际上一些经济发达的国家如美国、 欧洲、 澳大利亚、日本等国家， 在外海交通运输基础设施建设方面较早就注 重生态化建设和运作， 其中较为系统推广的生态型港口评价指标体系 来自 1999 启动的欧盟生态港计划。 外海交通运输基础设施生态重点 在外海交通运输基础设施环境、生物、管理和经济效益等方面，包括 空气环境、声环境、水体、土壤、绿化建设、自然资源、人居环境、 生产过程监控、能源使用效率、污染控制、环境管理水平和社会参与 等要素。国外在其他外海交通运输基础设施设计之中也普遍考虑了项 目对环境造成的影响。 而对建设生态型外海交通运输基础设施的理

28、念 如何评价的研究在我国尚处于起步阶段。2）设计与养护相结合理念与国外的差距我国外海交通运输基础设施设计普遍存在前期设计与后期结构 养护脱节的现象， 这与发达国家的设计与养护有着理念上的差距。 发 达国家在工程建成后，由设计方密切跟踪结构物的使用和老化情况， 并结合建设的设计情况为其提出养护方案， 达到提高效率， 降低成本 的目的。3）港口功能一体化设计理念与国外的差距经济全球一体化使货物流动范围越来越大， 速度越来越快。 港口 规模越来越大，要求现代港口必须具备完善的内河、公路、铁路、航13十二五” 863 计划水运专业战略研究空的立体集疏运网路系统。 我国港口功能比较单一， 带动和服务区域

29、 经济发展的能力不强； 在经营理念、 管理方式等方面和国外企业相比 存在一定差距； 港口与城市协调发展方面存在一定问题， 港口功能仍 有较大提升空间。 在政策框架制定后， 保税物流园区及保税港功能的 充分发挥需要进一步探索， 如何利用跨国公司全球物流运作转移的机 遇，拓展国际中转、国际配送、国际采购、国际分拨等业务，扩大中 国港口在全球物流链中的影响力，加强全球物流对中国港口的依赖 性，仍是值得认真研究和实践的重要难题。2、复杂条件下外海交通运输基础设施建设技术外海交通运输基础设施的建设往往处在复杂海岸、 复杂海域、 开 敞海域等从前被认为建港条件较差、 恶劣的条件下， 这对工程建设的 技术创

30、新提出了新的挑战， 特别是复杂条件下基础资料的获取技术和 分析方法；开敞外海建港建桥风、浪、流、沙综合模拟技术；外海交 通运输基础设施的布置； 岸线的深度利用、 以及适合恶劣条件的新型 外海交通运输基础设施结构物方面有待进一步研究。 目前有待解决的 问题主要有：（1 ）结构型式单一不能满足不同条件下的建设需求。 如 何开发适用于恶劣自然条件下的新型结构形式是需首要解决的问题。2）地基处理技术不能满足水深的需求。目前的水下基础处理技术 对于深水情况都不适用， 开发新的深水基础处理技术是外海交通运输 基础设施建设的保证。（3）复杂水动力影响还需深入研究。 外海复杂 的水动力影响如强流、 大浪、风暴

31、潮等与结构物的相互作用问题尚需 进一步开展基础理论的研究工作。 （4）结构物的寿命低，耐久性差。14十二五” 863 计划水运专业战略研究结构物的寿命与我国所采用的设计理念有关， 同时与我国目前所采用 的建筑材料也有很大关系。 我国建筑所采用的建筑材料如钢筋、 混凝 土等的性能与发达国家有一定差距， 在特殊施工材料的运用上也有一 定差距。（5）集成一体化设计、计算与发达国家存在差距，主要体现 在设计、科研的计算软件集成一体化方面。 发达国家可以做到软件一 体化设计，自动计算、自动优化、自动出图。我国设计科研应用软件 集成度显著不够， 且所使用计算软件多数采用国外的商业软件， 缺少 具有自主知识

32、产权的一体化商业计算软件。二）外海交通运输基础设施施工技术与装备外海交通运输基础设施施工技术与国外的差距主要体现在拼装 技术、疏浚技术和环保技术上。 法国采用结构预制海上施工平台拼装 技术建造一座 25 万吨级的原油码头，工期仅为 2 个月。同样一座码 头，国内施工至少一年时间。国外的疏浚技术也很成熟，已有利用疏 浚土做人工生态岛的成功实例。此外国外的环保技术在港口陆域形 成、航道疏浚等方面都有广泛的应用。 国内在这些技术方面比较欠缺， 继续突破一些关键技术难题。外海交通运输基础设施施工装备与国外的差距主要体现在深水 施工作业能力上。 我国目前海洋施工装备不适于深水施工的需求， 对 可用于深水

33、挖泥、 基础处理的设备需进一步研制。 为提高海上施工的 效率还需开发适应于外海开敞海域施工的海上大型升降平台。15十二五” 863 计划水运专业战略研究三）基于全寿命周期的外海交通运输基础设施建设与结构物耐久 性技术基于全寿命周期的外海交通运输建设技术的重要内容是如何对 结构和构件在明确使用年限 （寿命） 和辅以环境下进行从结构设计到 材料设计、施工养护到服役阶段的耐久性设计。 从整个设计方法来看， 全寿命观念的设计方法是继安全系数法和两阶段 （正常使用状态、 承 载力极限状态） 设计方法后的又一次结构设计观念的重大改变。 这种 改变的深层次原因是人们从传统的仅仅关注被设计结构的观点转变 为被

34、设计结构作为未来社会经济与环境单元的观点。 全寿命观念在国 外的房屋建筑领域、 公路桥梁领域以及国内的相关领域都进行了有益 的尝试，但在外海交通运输基础设施构设计中使用全寿命观点重新透 射结构物的建设与服役全过程在国内外皆是一个创新理念。 该技术在 外海交通运输基础设施的应用在国内外都属于前沿技术， 目前还需进 行大量的基础理论研究工作。我国现行规范基于的可靠度设计主要考虑的是荷载作用下的安 全性和适用性， 实际上没有考虑耐久性的失效概率 。有关耐久性设计 至今仍普遍采用传统的经验方法， 不能给出与耐久性极限状态有关的 可靠指标或寿命安全系数等数据，设计使用年限不具有应有的保证 率，造成耐久性

35、设计不合理， 不合理的设计将来无法给工程未来使用 期合理的维护和维修提供可靠的依据， 最终将造成工程全寿命成本巨 大的浪费。近年来国际上开始用概率可靠度方法进行耐久性设计，如欧盟16十二五” 863 计划水运专业战略研究13 个成员国共同开展的 Duracrete 耐久性设计研究项目、欧洲混凝 土学会的使用寿命设计模型规范（ fib MC SLD），在建立基于可 靠度的寿命预测模型的基础上， 将设计使用年限与材料性能、 环境条 件及施工质量建立起定量关系。 为了达到预期的设计使用寿命， 综合 采用了耐久性高性能防腐蚀新材料和耐久性防护新技术， 而且将营运 期耐久性维护纳入设计内容， 通过营运期

36、的实时监控和定期检测， 及 时发现因环境和荷载造成的功能退化情况， 以便快速恢复和永久保持 结构安全使用功能。可见， 在耐久性可靠度设计的基础上，综合考虑 了耐久性新材料、 新技术应用和营运期耐久性维护的技术体系， 比传 统经验的耐久性技术更可靠、 科学，更能保证工程在设计使用年限内 的安全健康营运。 国际上的耐久性技术正在发生重大的技术进步， 而 我国在此方面的研究较少。四）外海交通运输基础设施中风险分析与控制研究随着交通运输基础设施呈现离岸化、 深水化，自然条件越来越恶 劣； 20 万吨级以上超大型散货船越来越多，对驾驶员操作经验提出 了更高的要求； LNG 、LPG 等危险品船舶增多 ；

37、水域内各种船舶航 行密度越来越大；特殊船舶进港、出港及经过跨海大桥速度越来越快； 外海交通运输基础设施在使用期期间受多种不确定因素的影响增多， 这无疑都增大了船舶靠、 离泊位及航行时与各种结构物发生碰撞的危 险性。目前我国在这些影响因素的分析中尚处于起步阶段。 因此对外 海交通运输基础设施在使用期不确定因素影响的理论分析和控制技17十二五” 863 计划水运专业战略研究术进行研究是十分迫切的。外海交通运输基础设施风险分析和控制技术与国外差距主要体 现在不确定因素分析，失效模式建立，概率分析管理模式等方面。2.2.2 内河航运建设技术我国内河航运建设近二十年有了突飞猛进的发展， 在通航建筑物及高

38、水位差码头的建设方面取得了不少经验；在航道治理技术成功应用于多处航道的治理，效果显著；内河航运信息化、智能化建设已应 用于部分内河航道；其中许多技术已接近或达到发达国家的先进水 平，部分方面已处于国际领先水平。但是在长江黄金水道建设中，存 在大量长河段航道系统整治和典型碍航河段整治的关键技术难题， 需 要长期开展研究工作， 同时我国在升船机建设技术和通航枢纽建设基 础理论研究方面与国外尚有一定差距。 在大型河流航道建设规划、 管 理信息化和智能化、航道整治生态结构方面与国际先进水平还有差 距。一）航道建设与整治1、山区河流航道整治技术大型河流上游一般为山区河流， 国外对于河流上游及主要支流基

39、本采用枢纽渠化手段进行治理，以水资源的综合利用和开发为原则， 进行统一领导， 科学规划，在建设前重视科研的作用， 进行系统规划、 研究、论证，尤其美国对密西西比河治理兼防洪、航运和发电，将航18十二五” 863 计划水运专业战略研究运放在突出地位。 密西西比河上游及其四大主要支流伊利诺斯河、 俄100亥俄河、田纳西河、阿肯色河全部实现了渠化，建设通航梯级 多个，船闸 130 多座。因此，山区河流滩险处少数炸礁、疏浚外， 很少有碍航发生， 也就没有形成系统的山区河流整治技术。 而我国通 过对西部山区河流航道整治的系统研究、 总结，提出完善的山区河流 整治理论和技术。如不同滩险分类、碍航机理、整治

40、原则等等。在这 一领域，我国处于世界前列。2、平原河流航道整治技术国内现有航道整治理论多是中小河流上的实践总结， 现有规范中 有关整治关键参数确定方法的治理理念在中小河流是适宜的。 长江中 下游属于水、沙量丰沛的强冲积河流，浅滩的自身演变规律复杂，洲 滩及航槽变化幅度大， 航道整治工程布置和长江防洪时有矛盾。 长江 中下游一些浅滩的成功治理的实例表明， 很难按照规范规定航道整治 参数进行整治，需针对长江中下游水沙变化及河道演变特点结合相关 部门需求开展长江中下游系统航道整治。长江中下游河道多为分汊河型。 关于汊道的整治， 目前国内外采 取的措施主要为两大类， 一类是固定汊道， 稳定或调整各汊道

41、的分流 比；另一类是塞支强干。其目的均是为了满足航运的要求。西方一些 国家是以发展航运为主， 采取的措施主要是为了增加航道水深。 我国 河流因防洪的要求， 多采取稳定汊道的整治措施。 对长江中下游这样 的大型平原河流的治理， 特别是在大型水利枢纽下游的碍航严重的弯 曲分汊浅滩的演变规律和整治措施研究目前尚未有成熟的经验。19十二五” 863 计划水运专业战略研究从航道网整体建设规划来看， 对整个航道规划特别是航道的发展 尺度的研究，制定明确的中长期航道建设的规划目标，航道、船闸、 船队尺度标准统一、性能优良，做到了系列化，规范化和标准化，不 仅提高了航运效率，而且便于维护。通过不断的工程建设，

42、逐步提高 分段的航道尺度。而我国目前，航道网尺度论证规划还不完善，尤其 大型河流干流中长期尺度发展、干支联动，如何航道、通航设施、船 舶规划配合发挥航道整体效益方面， 与发达国家还有差距。3、大型河口航道整治技术密西西比河每年向墨西哥湾推进 150m ，定向深入海湾， 将泥沙 搬运进深水区。 在治理拦门沙，采用的是双导堤工程束流， 结合疏浚， 以取得所需水深， 并将拦门沙航道轴线做适当的偏转， 以避开墨西哥 湾由东而西的沿岸流所造成的严重淤积的部位。 德国根据威悉河口潮 汐和泥沙运动的规律，采取疏浚与整治工程（长导堤及丁坝）相结合 的方法，增强了河道本身的冲刷能力， 使威悉河能够满足不断提高的

43、 航运要求。而我国长江口深水航道治理工程是一项具有世界级技术难 度的重大工程，提出了“导流、挡沙、减淤”的指导思想，采用了稳 定分流口、 宽导堤加长丁坝群的总体方案， 整治建筑物结构型式及设 计方法。施工工艺和施工装备、基础技术研究、工程管理模式等方面 深水航道治理工程成套技术的创新成果多达 74 项，其中原始创新 49 项，形成的大型河口深水航道治理工程成套技术具有世界先进水平。20十二五” 863 计划水运专业战略研究随着长江口三期工程建设，预计 2010 年 12.5m 深水航道上延 至太仓。长江口深水航道建设将有力地促进了长江航运发展，特别 是对上海市、江苏省沿江开发、以港兴市的发展战

44、略有极大的带动 作用。由于南京至浏河口河段特别是江阴以下三沙（福姜沙、通州沙 和白茆沙）河段受径流和潮流的双重影响，江面展宽，多汊并存，沙 细易动，河床演变复杂，航道整治工程规模大，技术难度高，本河段 航道尚未经过大规模系统整治， 在很大程度上仍然处于天然状态， 受 自然条件影响大， 给长江航运带来了很多不确定性的因素。 在对本河 段航道进行系统整治之前， 需要解决航道治理所涉及的关键技术。 目 前国内外的同类研究中还存在很多待解的问题。4、大型航运枢纽基础设施变动回水区及坝下近坝段航道整治技 术研究欧美发达国家， 枢纽建设以水资源的综合利用和开发为原则， 进 行统一领导， 科学规划，枢纽建设

45、运行进行调度相对合理， 水位衔接， 因此，研究涉及较少， 而我国以三峡、葛洲坝枢纽上下游通航为代表， 对枢纽上游变动回水区和下游近坝段河床演变、碍航特点和整治技 术、整治措施进行了研究， 拥有一定的整治经验。而对枢纽联合调度 条件下变动回水段的航道治理问题目前还处于起步阶段。5、整治建筑物结构研究国外航道治理工程结构技术主要为： 护岸有石块、 绞链钢筋混凝 土块等的直接护岸，也有丁坝、导流堤、潜堤等的间接护岸。其中绞21十二五” 863 计划水运专业战略研究链混凝土板护岸是一种地毯式护岸方法， 先在工厂生产好， 再到现场 将绞链在一起的水泥块平铺在岸坡上， 以起到防浪抗冲的作用， 可以 有效地

46、防浪淘刷， 保护河岸。 我国对传统航道整治结构研究应用研究 中，形成独有的较为成熟的护滩带技术， 在长江等航道整治中得到广 泛应用。目前，发达国家航道整治中， 非常重视河岸稳定等相关的泥沙和 生态环境研究， 并形成较为完善的生态结构设计理论， 这对于我国河 道和生态环境保护具有重要的借鉴意义， 我国在这一方面还处于起步 阶段。二）船闸建设技术船闸建设的主要技术指标为水头、 闸室尺寸及输水时间， 船闸尤 其是高水头船闸的关键技术问题是探求保证船舶徐苏安全过闸的经 济合理的输水系统型式； 防止闸门段及阀门空化和振动的措施以及船 闸的结构形式等。 输水系统方面美国发展了法国首创的动力平衡等惯 性输水

47、系统，提出了水平及垂直分流的二区段和四区段出水的各种型 式，大大丰富和提高了等惯性输水系统在工程实践中的应用， 使其成 为目前世界上应用等惯性输水系统最多的国家。 美国还在船闸上首次 并普遍采用反向弧形阀门， 并成功应用了阀门快速开启和阀门后廊道 顶自然通气的改善阀门工作条件的措施。 目前美国是世界上高水头船 闸建设最多的国家，据不完全统计美国已建 30m 水头以上的单级船 闸5 座，15m 水头以上的单级船闸达 23 座，占其运行船闸总数的22十二五” 863 计划水运专业战略研究8.4% ，采用分散输水系统的船闸更占其总数的 73% ，可以说美国是 当今世界上对船闸分散输水系统研究最多的国

48、家， 尤其对闸墙长廊道 短支孔输水的研究深度已达到可供设计直接应用的程度。前苏联对船闸集中输水系统的研究较为深入和系统， 对船闸水力 学的基本理论做出较大的贡献，早在上世界 50 年代已有多部船闸水 力学专著出版，并建成目前世界上水头最高的石山口单级船闸H=42m ），但其运行条件不好、输水时间较长。上世纪 80 年代建 成运行的第聂伯水电站二线船闸为目前世界上运行较好、水头最高H=38.4m ）的单级船闸。前苏联曾研究水头为 70m ，甚至高达 100m 的井式单级船闸的可行性， 并提出了阀门段廊道突扩体型以改 善阀门工作条件的措施，但未见工程实际。我国自上世纪 80 年代以来，随着国民经济

49、的告诉发展，以及西 部大开发战略的实施， 内河航运事业飞速发展， 一大批高水头船闸相 继建成，如长江葛洲坝 1 号、2 号、3号船闸；赣江万安船闸，世界 上水头最高， 规模最大的三峡双线连续五级船闸； 中间级船闸水头在 40m 以上的闽江水口船闸、沅水五强溪船闸；水头居世界单级船闸 前列的红水河大化、 乐滩船闸， 平面阀门应用水头最高的红水河桥巩 船闸等，使我国在船闸水力学研究的领域迅速达到国际领先水平。尽管我国船闸研究取得了长足进步， 但随着我国内河航运的快速 发展，对船闸的研究和建设水平提出了更高的技术要求， 仍有许多技 术难题需要长期研究。23十二五” 863 计划水运专业战略研究1、我

50、国中东部地区航道等级较高，虽然大多是船闸水头较低， 但闸室规模大，航运繁忙， 船闸输水时间短，对输水系统效率及闸室 消能要求高。2、在我国西部地区，船闸的应用水头日益增大，由此带来高水 头船闸的阀门防空化与流激振动问题十分突出， 同时大型工作阀门的 设计和制造安装技术难度较大， 对闸室输水系统布置、 消能方式及水 工结构提出了更高的技术要求。3、省水船闸在解决中高水头枢纽通航和节约水资源方面有独到 的技术优势， 尤其在沟通不同水系的运河工程中更为明显。 省水船闸 和传统船闸相比最大可节约水资源 60% ，目前国外对省水船闸的研 究和应用非常重视。如德国美茵多瑙运河上的 16 座船闸中有 14

51、座为省水船闸；而在建设的巴拿马运河扩建工程则采用了三级连 续省水船闸， 对其进行了大量研究。 我国目前对该型式船闸研究才刚 刚起步，制约了该型式船闸在国内的应用。三）升船机建设技术国外对升船机的研究较早，德国上世纪 30 年代就修建了提升重 量达 4200t 的尼德芬诺垂直升船机并一直正常运行至今，比利时斯 特勒比垂直升船机提升高度达 73.15m ，提升重量 8800t ，是世界上 已建成提升高度暨提升重量最大的垂直升船机， 目前国外已建成的升 船机工程 60 余座，其升船机研究和制造水平相对比较成熟。我国上 世纪 70 年代以前受到机械制造、 运行维护、 科研水平等因素的制约，24十二五”

52、 863 计划水运专业战略研究建设和投入运行的升船机模型较小、 水平较低、 安全保障体系也不完 备，大都没有发挥应有的作用。 我国近代升船机的研究及建设始于上 世纪 80 年代，发展迅速，已先后建成红水河滩、闽江水口、清江隔 河岩、高坝洲等多做升船机。 近年来，我国提出了具有自主知识产权、已应用于澜不需外加提升动力、 运行安全性高的水力浮动式升船机， 沧江景洪水电站升船机。近 10 多年来，虽然国内也开展了一些相应 的研究工作， 如水口及岩滩两座升船机均进行了包括机械提升、 自动 调平、事故安全在内的比尺为 1：10 的全动态整体模型试验，这在 世界升船机研究中尚属首创， 为这两座升船机的建设

53、运行提供了可靠 的证据。正在研究的比尺为 1 ：10 的景洪水力浮动式升船机模型试 验，许多方面的成果也是独一无二的。但与国外相比还有较大差距， 如我国三峡升船机采用的“齿轮齿条爬升、长螺柱短螺杆 安全保证体系”方案即为德国的技术。升船机的设计和建设涉及到水力学、机电、制造、控制等诸多科 学技术问题， 其运行安全一直是阻碍其发展的重要技术难题， 如升船 机水动力学、高塔柱结构型式、安全保障技术、大型金属结构与机电 设备、运行控制及安装调试技术等需要进一步开展深入研究。四）航运管理信息化技术航运管理信息化和智能化系统的相关研究与应用开发一直是国 际航运界关注的问题。 自上世纪九十年代以来， 无论

54、在国内还是在国25十二五” 863 计划水运专业战略研究外，数字化和智能化产品在公路、 铁路交通领域的应用与发展十分迅 速，并且取得了显著的效益。 欧美等发达国家在上世纪九十年代中期 就开始进行内河数字化和智能化系统的建设和探索， 长江航运数字化 和信息化方面起步较晚。 近年来，长江中下游建设了船舶交通管理系 统， 2008 年 9 月，长江江苏段建成了全国内河第一段数字航道，南 京至浏河口段数字航道与智能航运建设示范工程的建成， 初步实现了 电子辅助导航、船舶动态监控的目标，构建起“数字航道”的基本框 架，为船舶航行提供了优质的服务， 使得长江航道的潜能得到进 发挥。尽管已有一些应用系统，

55、但也只是从相对单一应用需求出发开 发出来的专用系统。 长江航运集港口、 船舶和航道于一体的数字化和 智能化管理系统的开发运用将发挥长江黄金水道的运输效率， 进一步 优化长江海河联动航运资源配置，确保长江黄金水道的水上运输安 全。2.2.3 水上运输安全保障与环境保护技术在水运安全监管与保障技术领域， 国内以科研项目的形式开展了了一定基础性研究和应用开发工作， 初步形成了从航运监管、 险情跟 踪搜寻、辅助决策、风险评估，到应急联动、救助打捞等技术体系。在内河水上运输安全领域， 提出了三峡船闸通航安全事故分类分级标 准，开发的饱和潜水技术进入了世界前列， 长江敏感资源与保护目标 地理信息系统也达到

56、国际先进水平。 但由于多年的投入不足， 与国外26十二五” 863 计划水运专业战略研究先进发达国家相比， 我国水上运输安全科技的研发和应用水平还处理 起步阶段，水上交通安全支持与保障技术体系不完善。存在的主要问题是：技术装备落后、科技含量不高、监控手段缺 乏，对水上交通安全事故预防预控能力不足， 事故应急指挥辅助决策 支持系统落后， 不能够有效、 及时地提出科学的事故应急救助解决方 案，在水上搜救技术体系、 危险品运输监管技术、重大污染源防治技 术、深潜水打捞技术等领域存在一定的技术空白， 与国外的差距比较 大，难以适应国家社会经济发展对水路运输安全监控与保障支持的战 略需求。我国在水运环境

57、保护和节能减排技术的研究与应用方面做出了 不懈努力， 通过各级政府立项和水运企业自主研发等方式， 组织开展 了远洋船舶压载水净化和水上溢油应急处理关键技术、 内河港口粉尘 防治技术、内河航道生态保护技术、内河船型标准化技术、港口与船 舶节能减排技术等研究， 并获得一些研究成果， 支撑水运环境保护和 节能减排工作取得长足进展。 一部分技术或研究成果已接近或达到发 达国家的先进水平，有的已处于国际领先水平。但是，总体上看，同 国际先进水平相比， 同国家、 国际社会在环境保护和节能减排方面的 要求相比，还有较大差距。 一是受我国经济社会发展水平、技术发展 水平以及发展观念的制约， 我国水运环境保护和

58、节能减排工作起步较27十二五” 863 计划水运专业战略研究晚，对技术需求、 技术研究的推动力度不够；二是业已开展的相关关 键技术研究尚未全部完成， 仍有大量技术难题需要长期开展研究； 是面对全球气候变暖、 温室气体减排和能源危机等新形势， 我国水运 行业还有许多新的关键技术及政策亟待研究。一）水上运输安全监管技术水上运输安全监管是水上运输安全、畅通、环保的前提保证，同时又是对航运资源优化、 促进运输效率提高、 支持应急救助打捞等方 面有着重要支撑作用。 随着现代科技的快速发展， 水上运输安全监管 也逐步向信息化、网络化、集成化、智能化方面迈进，集信息处理、 安全监管、事故预防、决策支持、现场指挥协调为一体的现代化水上 运输安全监管体系，满足全方位覆盖、全天候运行、能快速反应的要