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“梦想”号综合试航。蒙志家 摄一艘承载人类探索地球深部奥秘梦想的大洋钻探船——“梦想”号，正准备着以其全球领先的综合性能，带领科学家们一层层探向地球深部。“梦想”号具备远超一般科考船的极强性能，不仅拥有11000米深的钻探能力，续航力更是达到15000海里，可以连续在海上工作120天；不仅具备全球海域无限航区作业能力，还能抵御16级的超强台风。“梦想”号能有如此强大的稳定性，得益于其较低的重心和精心设计的船型。“梦想”号采用长首楼船型，在舯部区域建有新型连体式双月池，既可以满足4种钻探模式的作业条件，又比传统单月池减少了航行阻力。月池正上方配备有全球最先进的新一代液压举升钻机，装机功率小、能耗低，而且钻探效率高、补偿能力强、响应速度快，可显著提高综合钻探能力。月池后方是管子堆场，与多功能共享猫道相组合。猫道是钻井作业中的一个重要设施，主要用于从钻台起放管材和钻井工具，以便作业人员可以在安全的环境下进行提放钻采工具的操作。舯部前面区域是总面积超过3000平方米的船载实验室，可满足九大功能的实验需求。其配置的国际首个船载岩心自动传输系统，从海底采集到的岩心样品可实现从钻台到出库转运的无缝衔接。除了固定的九大功能实验室，其顶部的主甲板上还建有可拆式模块化堆场。该堆场主要用于交接和保管集装箱，这些集装箱可以是一个个专门的实验室，可大幅扩展船载实验室的功能。该堆场与管子堆场相结合，能轻松实现不同堆场的多功能组合和切换。通常，像这种几万吨重的大家伙，一般都需要小拖船帮忙拖进拖出码头，而“梦想”号却像一辆拥有“蟹行模式”的汽车，依靠自身的动力就可以实现停进或开出码头的泊位。这是因为“梦想”号有着几组特殊的推进器：3个尾部全回转推进器+3个首部可伸缩式推进器+1个首侧推进器。尾部全回转推进器就像汽车的后驱，可以让水里的大船如汽车行驶一般灵活，甚至能够做到原地打转。首部可伸缩式推进器相当于汽车的前驱，在必要时伸出，帮助大船在恶劣的天气和海况条件下稳稳地停靠在一个地方。首侧推进器设计在船头，它可以在船体靠近码头时伸出来，帮助大船平稳地靠岸或者离开，相当于给汽车多加了一个横向的“侧驱”，以保证在泊位空间有限的情况下也能够轻松进出码头。“梦想”号上还有很多巧妙的设计和构思，置身船中你总能惊叹其装备技术的先进和各项功能的强大。期待这艘承载着全球科学家“打穿地壳、进入地球深部”科学梦想的巨轮，在不久的将来，为推动构建人类命运共同体作出新的更大贡献。
“梦想”号于2020年5月完成初步设计，2021年11月启动建造，仅用两年多时间便实现了主体贯通下水，历时3年便正式建成入列。一般来说，要建造这样一艘大船怎么也要花上五六年的时间。这一海洋地质调查“神兵利器”是怎样一步一步建造而成的呢？全船建造模式由分到整。建造团队把“梦想”号共划分了3个巨型总段、17个总段、280个分段，并分艏、艉两个巨型总段同时进行分区域建造。该船的建造过程，实现了7000吨巨型总段通过浮驳的方式异地转运，利用液压小车移动对接的方式进行整船合拢。这样的建造模式，大大减少了船舶整体的建造周期，为后续的设备安装调试、管路系统安装、电缆敷设等工程作业创造了有利条件。精细化安装钻采关键设备。“梦想”号配备了全球首台兼具油气钻探和岩心钻取功能的液压举升钻机。该套钻机由我国科研机构联合国际顶级油气钻机企业研制而成，其安装方案也是“量身定制”。“梦想”号的上建部分像搭乐高积木一样，一段一段搭载。钻探设备的安装贯穿了钻台搭载的全过程。钻台搭载前后，建造团队都制定了详细的安装方案，通过大量计算，分析出最优的钻台合拢焊接顺序，以及提前确定在钻台总组时要加放的防变形量及精度补偿量。正是每一个环节的精细化落实，建造团队实现了整个箱式钻台的成功搭建。层层敷设电缆线路。电缆好比船舶的“神经网络”，控制着全船的所有“运动”。“梦想”号敷设的电缆长度约1200千米，是同等大小箱散船的10倍以上。此外，主船体被分为3个巨型总段，在总段合拢的时候要把一根根的“神经”精准接上，施工难度可谓呈几何倍数级增长。空间狭小、舱室复杂、设备多样等都是施工期间要克服的困难。工程技术人员会事先统计好所有电缆的数量、直径、敷设方向等信息，全船统筹考虑设计，最大限度预留电缆布置空间，根据区域划分图科学布置电缆路径。在实际施工时，工人把密集的电缆上下一层一层地进行敷设，最多的时候，要用到11层电缆托架才能把该区域的电缆铺好。精巧运用模块化设计。月池机器上方的钻台区域虽空间有限，却要安装大量的钻采关键设备和管线，用一般的方案很难实现。建造团队针对钻采系统的4种钻探模式巧妙地分别建模，并对不同模式下的主要钻采设备进行单元模块化设计，实现了这些单元模块在切换作业模式时的快速组装和调试。“梦想”号建造团队创新突破了我国高新技术船舶建造技术工艺，坚持模块设计、精准计算、精细安装、保障安全。现在，“梦想”号正式入列，我国自主的超深水钻探装备设计建造技术体系进一步构建。![]()
即使在波涛汹涌、暗流涌动中，“梦想”号上的科学家依然能够平稳地实施科学钻探。“梦想”号可以在6级海况下正常作业、16级台风下安全生存。“梦想”号能如此“稳”，主要是基于该船配备的三级动力定位系统（DP-3）。动力定位系统的工作原理是：计算机通过控制推进器的推力大小和方向，以对抗由风、浪、流等造成的外部作用力，从而使船体位置和船头朝向保持不变，保证船体稳稳地保持在同一个定位。在“梦想”号上，动力定位控制系统中的传感器、位置参考系统和控制器均采用冗余设计，动力和辅助系统分布在三个防火分隔区域。这样设计的优势是，任何单个舱室的动力系统一旦发生故障，其他舱室的系统依然能发挥作用，这就是三级动力定位系统。精确的位置测量是动力定位系统的基础。“梦想”号安装了6套位置参考系统，这些系统分别基于卫星和声呐等两类不同的工作原理。所有系统的位置测量精度都达到分米级，任何一套位置参考系统都能满足定位要求。如遭遇太阳风暴，卫星定位系统可能会受到影响而失效，这时声呐定位系统依然能够保证动力定位系统仍有可靠的位置参考。动力定位控制器是动力定位系统的“大脑”，它接收位置测量、风速风向、船舶姿态以及艏向等信号，通过精密计算，输出正确的控制信号，控制推进器的转速和转向，使船舶保持在设定的位置和艏向上。三级动力定位系统配置了三个控制器，其中一个作为主控制器，其输出信号控制推进器。当主控制器故障时，另外一个控制器将自动切换为主控制器，实现定位功能不受影响。因此，三级动力定位系统可靠性非常高。“梦想”号安装了7台推进器，采用全电力驱动，为动力定位系统提供动力。为了保障电力供给的稳定，“梦想”号采用了闭环电网技术，即将多个中压配电板首尾互联，形成一个环形的供电网络，具有容量大、抗冲击能力强、可靠性高、使用灵活的特点，采用了先进的计算机综合保护系统和高级发电机保护技术，可实现对电网及发电机故障点的精准判断和快速切除。为了避免高耗油量带来的高昂运营成本，以及造成的环境污染，“梦想”号配备了蓄能蓄电池系统。“梦想”号的蓄能蓄电池闭环电网比传统的电网能节约超15%的油耗。“梦想”号的能量管理系统由功率管理系统和电池管理系统组成，将它与动力定位系统密切配合，为科学钻探作业的稳定安全实施奠定坚实基础。为了节能增效、维持电网稳定，能量管理系统使出了两大“高招”。高招一：利用动力定位系统预测推进器负荷，通过提前调节发电机的频率，实现对动态负载的补偿，以减少电网频率的变化。高招二：根据电网中发电机以及蓄能蓄电池系统所能够承担的最大负载变化率（千瓦/秒）来控制大型负载的功率变化速度，实现动态负载的惯性补偿，减小电网波动，进一步增强电网的稳定性，减少在网发电机的数量，提高发电机的运行效率，实现节能增效。
科学家如何从几千米深的海底中获得地质结构和能源资源信息？为了在同一艘船上同时实现大洋科学钻探、深海油气勘探和“可燃冰”勘查试采等多种功能，“梦想”号的建造团队联合国际顶级油气钻机企业研制了全球首台兼具油气勘探和岩心钻取功能的液压举升钻机，在国际上首次集成了4种钻探模式和3种取心方式。“梦想”号肩负多种作业需求，因此设计时便提出“小吨位、多功能、模块化”的理念，最终根据作业需求形成4种钻探模式。传统隔水管模式：这种模式常用于海洋油气的开采。隔水管把海底和钻探船连接起来，可以通过钻井液的循环增加钻井的安全性和效率。简单来说，这种方式能确保钻井过程顺畅且有足够的保护措施，是海洋油气开采的“标配”。“可燃冰”专用测试模式：天然气水合物是一种新型能源，经实践证明其开采过程安全环保可控。如使用传统隔水管进行试采，不仅显得过于笨重，成本也高。为此，“梦想”号专门设计了一种轻型隔水管系统，能减轻设备负担，降低钻探成本。传统无隔水管模式：该模式下，钻杆直接暴露在海水中，并从海底往下钻探，适用于大洋钻探。在钻进海底的时候，需要加入特殊的泥浆（钻井液），起到冷却钻头、润滑钻具和带走钻出的岩屑等作用。因为没有隔水管的负重，钻杆可以达到的水深最深可达8000米，适合深海钻探任务。无隔水管闭式循环模式：传统无隔水管模式下加入的泥浆一般会直接排到海里，既污染环境又增加成本。“梦想”号钻采系统中配置了专门泥浆循环管线，并通过水下泵将泥浆抽回到船上，通过过滤等处理，实现循环利用。这种模式既实践应用了绿色勘查理念，又可以有效保护海洋环境。“梦想”号的3种取心模式分别是提钻取心、绳索取心、气举反循环取心，可实现不同地层和岩体持续钻进取心。提钻取心：这是一种很直接的取心方法，把整根钻杆从钻孔中提出来，从而取出暂存在钻杆最底端的岩心。绳索取心：通过一根钢丝绳从钻杆内取出岩心，不需要将整个钻杆拉出钻孔。这种方式不但省力，还节省时间，较为适合较深钻探的取心操作。气举反循环取心：在常规的钻探中，钻井液从钻杆内壁注入并从孔隙间返回海底，这叫正循环。而反循环则是，钻井液从孔隙进入并从钻杆返回。气举反循环是一种特殊的取心方式，通过往上部钻杆内注入空气，上部钻杆的液体混入空气后的密度变小，而下部液体密度不变，因为上部和下部液体存在的密度差，上部的液体会往上“举”，从而带动下部的钻井液和岩心被“吸”到地面。“梦想”号的4种作业模式、3种取心方式，就像打开通往地心秘密大门的钥匙，将为我们探索地球深部奥秘、寻找深海深地资源提供强大助力。“梦想”号不仅钻探能力全球领先，信息化水平也达到国际先进水平。“梦想”号就像是一个海上移动的信息化数据中心，配置2万余个监测点，能够实时监控、汇聚、分析、处理来自船舶和海洋的数据，实现作业智能监测、实验智能协同、健康智能保障、船岸智能融合，为科学家的探索提供全方位支持。从通信网络到智能安全，从云数据处理到实验室管理，“梦想”号强大的信息化系统让科学家们的大洋钻探之旅更加智能化。“梦想”号的信息化系统，就像它的“大脑”，保障整艘船的工作高效、安全。该系统整合了弹性网络、云数据服务、通信传输保障、智能安全管控、综合调度、作业监控、实验室信息管理等9个子系统，管理着从通信、网络到数据分析等各个方面。“梦想”号采用了先进的SDN架构和船舶自组网技术。船上的科学家可以很方便地传送数据到岸上，并通过卫星通信随时与陆地联系。“梦想”号数据中心提供的云数据服务能处理庞大的数据，为船上的设备提供强大的计算能力。这意味着船上采集到的科学数据都能实时分析，有力辅助科学家进行科学决策。深海环境瞬息万变，钻探作业随时面对复杂情况。为做好应对，“梦想”号配备了强大的监控和管理系统。作业监控系统可以全面监控不同钻探作业时产生的数据流，实时识别风险，还能在异常情况下作出快速反应。船载九大功能实验室中，各种科研过程时刻生产出科学数据。通过智能系统，样本的生命周期被记录，产生的实验数据也能实现自动采集和展示，帮助科学家们更方便地开展研究。为了确保船员和设备安全，“梦想”号配备了智能安全管控系统，整船布置了167个摄像头，密切监控着每一个角落。船上还配备了智能穿戴设备与体检仪器，能够实时了解船员动态位置，并获取人体相关健康信息。如果出现异常情况，系统会自动报警，船员可以立即采取措施，避免更严重的情况发生。此外，综合调度系统还将指挥和通信结合，让船员之间的沟通更高效，确保作业的顺利进行。“梦想”号大洋钻探船配置的信息化系统还预留了接口，为迭代发展的高新信息技术提供了充分的升级扩展空间。
〔文章作者来自中国地质调查局广州海洋地质调查局、中国地质图书馆（中国地质调查局地学文献中心）；本文图片除署名外，由中国地质调查局广州海洋地质调查局、宣传教育中心提供。〕
重大突破！我国首艘大洋钻探船“梦想”号正式入列
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来源：《中国自然资源报》
作者：胡琳、李苒苒、陈萍、章茵、盛利、汪明鑫、刘澜、李昊
文字编辑：赵玲玲
新媒体编辑 ：刘川
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