殚精竭虑海洋情 矢志不渝强国梦—— 记中国海洋大学教授、博士生导师黄维平

◎ 文/陈贺迎

殚精竭虑海洋情 矢志不渝强国梦
—— 记中国海洋大学教授、博士生导师黄维平

◎ 文/陈贺迎

我国作为海洋资源大国，海洋油气开发也取得长足进展，涌现出一批致力于海洋工程技术和海洋工程结构物研发的专家学者，中国海洋大学工程学院黄维平教授就是其中的杰出代表，为推动我国深水油气开发做出了贡献。

资源能源是一个国家经济增长和社会发展的重要基础，而覆盖地球表面70％的海洋中，蕴藏着石油、天然气、可燃冰等丰富资源，是世界资源的宝库。随着科技的发展，人类对资源的需求日益增加，以及陆地资源的日渐稀缺，海洋资源的开发利用日益成为世界各国关注的焦点，油气勘探重点已由陆地转向海洋，由浅海转向深海，先进的海洋工程技术和各种海洋工程结构物成为海洋开发和利用的重要支撑。

在人类全面步入海洋经济的时代，我国作为海洋资源大国，海洋油气开发也取得长足进展，涌现出一批致力于海洋工程技术和海洋工程结构物研发的专家学者，中国海洋大学工程学院黄维平教授就是其中的杰出代表，为推动我国深水油气开发做出了贡献，被誉为把脉海洋工程、探宝深海龙宫的先行者，为实现海洋强国铺路搭桥。

因责任而结缘海洋工程

出生于20世纪50年代的黄维平，从小就喜欢刨根问底，对任何问题都要问个究竟直到弄明白为止，有些问题的提出让家长和老师都一时难以回答，这就养成了他爱学习思考的习惯。随着年龄的增长特别是中学毕业成为炼油厂工人后，脑海中的问题越来越多，求知欲也越来越强。

恢复高考制度后，黄维平以优异的成绩成为大庆石油学院（现东北石油大学）石油矿场机械专业本科生，毕业后回到炼油厂从事技术工作。4年的机械设备研究工作中，因对技术研究的韧劲和破解问题的钻劲，一个个棘手的技术难题迎刃而解。但他仍深感知识的不足，决定继续深造，之后他顺利考取了大连理工大学工程力学专业研究生，毕业后留校工作，并完成了结构工程专业的博士研究生学习，随后又进入西南交通大学博士后流动站从事研究工作。

黄维平真正结缘海洋工程是因为在项目研究中发现问题，一探究竟而产生浓厚兴趣，进而激发他深入研究的决心。1998年，黄维平作为力学师资进入中国海洋大学工程学院任教。在完成繁重教学任务的同时，他也承担和参与了大量的科研工作。由于扎实的理论功底和超强的科研能力，他很快开辟了新的研究领域——海洋工程。教学不仅夯实了他的力学基础，也为他的科研提供了有力的理论支撑；而科研反哺教学，使他不断为学生开设出新的课程。

一次关于海底管道涡激振动的研究，使他第一次接触了当时被认为几近完善的涡激振动理论，而不断发现新的现象使他坚持了长达十几年的海洋工程涡激振动与涡激运动研究。至今他还清楚地记得当年发表研究成果时一波三折的情形，几次因提出了与当时普遍接受的理论相悖的观点而导致文章被拒，甚至有人善意地提醒他要谨慎，这也激发他深入探讨的兴趣，使他欲罢不能。

当时国内的海洋深水油气开发装备研究制造还处于起步阶段，研究基础薄弱，相关文献很少，尚不能支撑他的研究成果。

那时，我国海上油气勘探、开发、生产主要在大陆架，水深不超过300m，海上原油发现率仅为18.5％，天然气发现率仅为9.2％。我国大量的海上油气资源，极具勘探开发潜力。特别是我国还缺少必要的深海钻探及开发装备，对南中国海油气资源的物探和开发处于空白状态。而南海周边地区的国家，如菲律宾、马来西亚、泰国、印度尼西亚、越南与文莱等，早在我国南中国海开采海上油气田，每年取走4000万吨海上石油。我们是一个海洋大国，却不是海洋强国，只能眼睁睁看着周边国家不断取走海上资源。

振兴海洋工程，探宝深海龙宫。一种强烈的责任感和使命感油然而生，加之在研究中发现的问题，促使他对海洋工程产生浓厚兴趣，更加坚定了深海油气开发装备创新研发的决心。2005年，黄维平主动申请去美国Texas A＆amp;M University做访问学者，真正开始了深水油气开发的研究，向深海龙宫探宝进发。

潜心研究求突破

在美国做访问学者的1年间，黄维平如饥似渴，查阅了大量的文献资料。回忆当年的情形，他仍然显得有些兴奋，向图书馆索要文献时，经常超出每次10篇的限制而受到Email的提醒或警告。但他仍然如饥似渴地查询、不知厌倦地索要，并扫描成电子文档带回国，这些文献也成为他回国后一段时间的研究支撑。

一次查阅文献时，黄维平发现国外一篇文献的观点与他2004年因“与现有理论相悖”而未能发表的文章相同，这更加坚定了他继续研究的信心。2006年回国后，他又重新将文章进行了修改整理，详细阐述了自己的观点，很快得以发表，并在学术界产生一定影响。

涡激振动是引起深水立管失效的主要因素之一，它包括涡激升力引起的横向振动和涡致脉动阻力引起的顺流向振动。但目前的涡激振动分析方法主要是基于尾流振子模型的横向涡激振动分析，没有考虑浮式平台运动引起的参数振动对涡激振动的影响；大长细比的弹性结构和刚性或弹性柱群的涡激振（荡）动。这些都是传统涡激振动研究不曾涉及的范围，其最大的区别在于流固耦合的强弱。对此，黄维平经过10余年对涡激振动和涡激运动的深入研究，取得了有价值的成果，对海洋工程涡激振动和涡激运动有了创新性的认识，提出了一些改进的数学模型及相应的计算方法，研发了一些试验装置，改进了试验方法，为该领域的深入研究积累了重要经验。

在关于内、外压和管内流体流速对立管及管道动力特性的影响研究中，黄维平发现目前深水立管几何刚度计算方法的偏差，其物理概念与自然现象不符。比如，从目前的计算公式可推导出，在相同的顶张力和外压条件下，管内流体的压力越大，立管的等效张力越小，从而立管的几何刚度越小，甚至变为负值而使立管的弯曲刚度降低，即管内流体的压力对立管弯曲刚度的影响是负的，显然是不符合自然规律的。生活经验告诉我们，管内流体的压力越大，管道会变得越硬，即刚度越大。例如一根充满水的弯曲软管，当水压为大气压力时，软管将保持原来的形状，而当增加管内的压力时，弯曲的软管将会伸展，即弯曲的程度变小，水的压力达到一定程度时，软管会伸直，正如消防水龙带的情形，当水流高速流经水龙带时，柔软的水龙带变得十分刚硬。我们知道流体压力与其流速的平方成正比，流速越大，流体的压力也越大。因此，流速越大管道的刚度越大等价于流体压力越大立管的刚度越大。同样依据该计算公式，推导出的随着外压的提高，有效张力增大，管道的频率提高，显然与现有的欧拉梁理论相悖。经过多年的理论推导和实验研究，黄维平提出了载流管道横向弯曲振动的固有频率计算方法和深水立管几何刚度计算方法，可以说实现了创新性突破，为该领域的深入研究奠定了基础。

黄维平说，研究中发现的一些不尽合理之处并不说明相关研究存在问题，因为研究工作受到研究对象和研究方法及手段的限制。现有理论提出的年代，尚不存在如今深水立管这样大柔性且服役条件复杂的结构，当时的研究方法和手段也远不及现在这样强大的计算能力和试验手段，因此，当今的研究在传统理论的基础上发现和提出一些新的观点和方法是完全正常的，也是人类进步的表现。

坚持成就梦想，执着创造辉煌。黄维平对实现海洋强国的执着追求，促使他十几年如一日拼搏于海洋工程研究领域，并取得丰硕成果。累计发表学术论文120余篇，获国家发明专利31项，主持和参加30余项国家自然科学基金、863计划和产学研合作项目。通过不断研究积累，他还提出了创新研发深水浮式平台与立管系统的思路：当设计全新结构或提高结构性能较为困难时，可以从降低结构和建造以及海上安装成本出发来开发新结构，从而达到自主设计建造的目标。降低结构成本是通过优化设计来降低结构自身重量，提高结构的承载比；降低建造成本则是通过结构优化设计来简化结构的建造工艺，缩短建造周期；降低海上安装成本主要是将上部组块和下部壳体的集成规划在码头完成，避免海上安装时使用大型起重安装船并缩短海上作业时间。基于这些理念，他提出了S-Spar、Tri-Truss Spar和S-Cell Spar三种新型Spar平台以及新型延展式张力腿平台（ETLP）的概念，在深水浮式平台与立管系统研究方面取得了重要突破。

呕心沥血育桃李

一枝独秀不是春。作为一名教授、博士生导师，在学术和科研上成果再丰硕，也只是自己的。黄维平说，教学是教师的主业，只有尽心为学生“传道、授业、解惑”，才能让春色满园，让人生价值实现最大化。

黄维平作为力学专业人才引进到中国海洋大学后，除完成科研任务外，主要承担了《理论力学》、《船舶与海洋工程结构力学》、《结构动力学》、《海洋工程结构动力分析》、《海洋工程结构焊接》、《海洋工程结构建造与施工》和《深水工程》等9门本科生、研究生课程的教学工作，毫不保留地把自己所学理论知识和科研思路、前沿理念等传授给学生。

开放式教学是黄维平积极倡导的教学理念。黄维平的办公室紧挨着学生的实验室，他办公室的门始终是敞开的，随时都会有学生过来咨询或探讨问题。黄维平说，我比较喜欢和欣赏能提出问题特别是能反驳老师意见的学生，能提出问题说明学生认真思考了。因为我提出的问题有的我自己也没有答案，学生的每一次反驳都促使我做进一步思考，同时还可以在师生的碰撞中产生火花，产生新的想法。

黄维平每年还安排两三组国家和学校大学生创新训练计划项目，以培养学生的动手能力。10余年来培养研究生60余名，为国家海洋工程建设领域输送了一批专业人才。

教学中，根据课程设置的实际需求和现有教材的单一性，黄维平坚持自己编写教材，使教学内容系统化、规范化，并在有限的课时内把更多的知识传授给学生，更易于让学生接受。在讲授《船舶与海洋工程结构力学》课程时，由于教材的缺乏，加之船舶和海洋工程原分属于两个不同的一级学科，分别采用不同的结构力学教材，因此，尚没有一本综合两专业的教材。因此，黄维平根据多年的教学经验，结合课程实际，编写了《船舶与海洋工程结构力学》一书，把海洋工程和船舶工程涉及的结构力学内容纳入其中，目的是为船舶与海洋工程专业提供了规范、系统的教学参考用书。此外，他还在这本教材中进行了大胆地尝试，将传统结构力学教材以方法立题的编排方式改为以结构立题的编排方式。

黄维平说，编写教材不是为了单纯的出书，也不是为了积累成果，而是为了将自己的教学和科研经验记录下来，供读者参考。要实现教材的价值，一切应从教学实际出发，在讲授过程中，不是单纯地教给学生方法，还必须让学生了解当时提出该方法的缘由，让学生理解和掌握该方法是如何创造出来的。同时，作为教师还要结合自己对该方法的理解，把当时创造该方法的思维过程还原出来。当然，这只是老师的理解和还原，学生还可以用自己的思维去理解和还原，这样培养出的学生才具备独立思考能力和创新能力。

黄维平在教授《结构动力学》课程时，国内的参考书主要是美国加州大学伯克利分校的Ray Clough教授同名著作的中文版译著。该书出版于上世纪70年代，少有涉及现代计算机方法。而现代计算机方法在结构动力学的普及和应用中起到了不可替代的作用，这促使他萌生了编著《结构动力学》的想法。另一个使他有编著《结构动力学》冲动的是，一些依托于早期计算机技术的算法在中文版《结构动力学》中的消失。而最后令他下决心完成这部著作的还是多年的科研积累，特别是深水立管和海上风电场基础结构研究。正是这些内容为他的这本著作增色添彩，使他的这本著作有了鲜明的特色——创新性和传承性，其中传承性的特色很快得到了印证。2013年，国内某海上风电场在索取风机荷载时，被国外厂商要求提供基础结构的超单元刚度矩阵及波浪荷载向量，设计单位咨询了几所高校和研究机构未果，最终在黄维平教授这儿得到了解决。而解决问题的方法还是他在大连理工大学学到的知识，随着计算机的发展，该方法已很少被采用，但作为知识的传承还是被他编入了书中，这也是他写书的目的之一。黄维平的另外两本著作不日也将与读者见面，谈起这两本书时，他仍沉浸在创作的兴奋中。《深水油气开发装备与技术》一书是他多年科研和教学的积累，当他发现由于缺乏对深水油气开发装备的了解，一些文献报道的研究与工程不符甚至不正确时，黄维平萌生了写一本专业性科普类图书的愿望，而在几次国内会议上的主题发言，得到了与会专家及外国船级社代表的首肯，并有与会代表表达了购书的愿望，这给了他编著这本书的信心。《结构有限元分析及ANSYS应用》一书则是他根据多年授课和指导学生的经验而编写的一本教材，其目的是使应用有限元这个数学工具的人不仅会用，而且能够对工具本身有深入的了解，从而用好这个工具甚至开发出更有效的工具。

黄维平说，我比较享受写书的过程，自知其中的乐趣和收获，在键盘上敲打每一段文字时，都是一个深入思考、深化理解的过程，跟讲课不一样，课堂上学生提问促使教师思考，但写书落笔时的每一句话仍需要好好斟酌，有的还要再查证资料，才能把这句话比较满意地表达出来，这个过程每每体现在后续的教学实践中。

殚精竭虑海洋情

最近十多年来，我国开始了大规模的深水油气开发与装备研究，特别是“十一五”和“十二五”期间国家投入较大，从浅水到深水装备实现跨越式的发展，特别是深水装备从无到有，且装备整体水平比较高，有了质的飞跃。但整体水平与国外相比还存在一定的差距，加之世界海洋油气资源开发的持续提速推动着海洋工程装备市场的发展和扩大，我国海洋油气资源开发装备未来发展大有可为、任重道远。

殚精竭虑，耳顺扬鞭。作为国内进行深水油气开发装备设计研发及其动力学理论与分析方法研究最早的学者之一，黄维平虽已近退休，但他不轻言放弃，始终坚守在科研第一线。深水立管的涡激振动是他的长线研究项目，特别是对深水立管动力学问题的研究更是耗了他10余年的心血，研究成果表明：内流的影响与几何刚度计算的张力取值与现有的结论不一致，对现有的结论是一种质疑，甚至颠覆。现在已有充分的理论证明，也有试验数据验证了他的最新研究结论的正确性，接下来还将持续进行试验验证，他有足够的信心在退休之前完成项目研究。

著书立说，惠及后人，也是黄维平的一大心愿。在海洋工程研究领域，黄维平的深水立管项目研究成果比较多，包括钢悬链式立管、顶张式立管等，特别是涡激振动和内外压对立管的影响等，现有专业书籍的理论推导过程存在一些问题，也有实验数据证明其中的错误。黄维平说，我有责任和义务编辑成书，从理论上和实验数据上给后人阐述清楚，为后人的研究应用提供详实的理论依据。黄维平也希望他的研究起到抛砖引玉的作用，希望有更多的人与他争辩，从而使问题得到圆满的解决，使结论尘埃落定。

沐浴书香强国志，不待扬鞭自奋蹄。尽管已进入耳顺之年，但黄维平的海洋情怀未减，报国之志依然，始终坚守在海洋工程教学和科研一线，矢志不渝践行着海洋强国梦想。