編者按
深海通常是指水深超過一定界限的海域，較為普遍的說法是指水深超過200米的海域，也有認為是水深超過1000米的海域。深海開發是當前海洋科技領域的重要方向，涉及深海資源勘探、深海科研、深海基地建設等。隨著技術的不斷進步和資源的日益緊張，深海開發現已成為各國海洋戰略的重要組成部分。
深海開發對所需材料的要求極高，不僅需要具備高強度、耐腐蝕等特性，還需要適應深海復雜的環境條件，尤其是深海導航定位、深海信息獲取與處理、深海基地建設等關鍵環節均需要高性能材料的支持。而鋼結構作為一種輕質、高強、耐腐蝕的材料，在深海領域有著廣泛的應用前景。本期特推出鋼結構在深海發展應用的前瞻報道，邀請讀者共同思考鋼結構在深海開發上的無限可能，歡迎留言。
近日，中國批準在南海水下2000米處建設一個名為“冷泉”的生態系統研究設施的消息一經傳出，便受到了國際社會的廣泛關注。
“冷泉”生態系統研究設施是目前國際首個坐底式深海載人駐留實驗室、國際最大尺度的深海化能生態系統與深海甲烷物態演化模擬重大科技基礎設施，預計在2030年前后投入使用。投用后，該設施將成為人類歷史上首個真正意義上的深海研究設施。
根據已公開材料，世界上最早的水下研究實驗室于1962年在法國馬賽海岸10米深處建立。該項目建造了世界上第一個水下棲息地Conshelf I，由大概5米高、直徑2.5米的水密性不銹鋼圓柱體鋼結構組成，容納了兩名海洋學家進行為期一周的實驗。
可以預見，隨著人類對海洋資源探索和開發的不斷深入，深海鋼結構作為海洋工程的重要支撐，其發展潛力日益凸顯。本文將從深海鋼結構的應用現狀、技術挑戰、發展趨勢及潛力等方面進行探討。
鋼結構在深海的應用優勢
鋼結構在深海領域應用的探索由來已久。20世紀70年代，美國開始研制具備深海隱蔽探測、試驗與作業能力的NR-1號核動力工作站，其耐壓結構由HY-80鋼制成。21世紀初，美國就千噸級NR-2項目展開論證，包括了海洋物理學、海洋生物學和海洋考古學等民用任務需求，形成了多種建造方案，其中在900米級和1500米級這2個設計深度等級對應的耐壓殼體材料為HY-130鋼和HY-100鋼。
根據已公開資料，鋼結構有著高強度、耐腐蝕、可焊接等優良性能，在深海資源勘探、基地建設等高壓及復雜海洋環境下有著應用優勢。具體來看，一是鋼結構具有高強度和優異的韌性，能夠承受深海高壓和復雜海洋環境的挑戰。二是通過特殊的防腐處理，鋼結構能夠抵御深海環境的腐蝕，延長使用壽命。三是鋼結構是一種可回收材料，符合環保要求，有利于深海開發的可持續發展。四是鋼結構可以在工廠預制，現場安裝，大大縮短了施工周期，提高了深海開發的效率。
從應用現狀來看，鋼結構目前在深海導管架平臺、深海采礦設備、深海科研與觀測平臺等方面均有應用。如中國自主設計建造的亞洲第一深水導管架——“海基二號”。該平臺導管架總高338.5米，總重達3.7萬噸，作業海域平均水深約為324米，大量使用了由國產高強鋼制造的鋼結構，包括導管架、樁腿和上部模塊等。又如，深海采礦車、深海采礦機器人等設備需要在極端環境下作業，可在巨大水壓和腐蝕環境下服役的鋼結構便成為其主體結構材料的首選。
鋼結構在深海應用面臨的技術挑戰
受深海特殊作業環境的影響，鋼結構在性能、工藝等方面均面臨技術挑戰，發展空間較大。
一是材料性能挑戰。在高強度與輕量化需求上，深海鋼結構需要具備高強度以承受深海的高壓環境和極端氣候條件，同時輕量化以降低建造成本和提高運輸效率。這一需求推動了高性能鋼材的研發，如420兆帕級甚至更高強度的鋼材，但這類鋼材的生產技術難度大，且需要確保其在深海環境下的長期穩定性和耐腐蝕性。在耐腐蝕性的高要求上，鋼結構在深海環境中會長時間暴露在鹽霧、潮濕和海水等腐蝕性介質中，這要求鋼材必須具備良好的耐腐蝕性。傳統的防腐措施可能無法滿足深海環境的長期需求，因此需要開發新型防腐材料和防腐技術。
二是設計與施工技術挑戰。在結構設計上，深海鋼結構的設計需要綜合考慮多種因素，包括深海的水壓、溫度、海流等環境因素，以及結構自身的穩定性、安全性和經濟性，這對鋼結構設計，尤其是連接方式提出極高要求。在施工技術上，深海環境下的施工難度極大，需要面對深海高壓、低溫、黑暗等惡劣條件。這要求水下機器人具備高超的技術水平，并需要配備先進的施工設備和工藝，以確保施工質量和安全。
三是檢測與維護技術挑戰。在檢測技術上，深海鋼結構的檢測需要采用先進的無損檢測技術，如超聲波檢測、射線檢測等，以確保結構的完整性和安全性。在維護技術上，深海鋼結構的維護需要采用特殊的設備和工藝，以確保維護的質量和效率，且深海環境下的維護成本高昂，需要綜合考慮經濟性和安全性。
深海鋼結構發展潛力巨大
根據已公開的資料，鋼結構在深海領域發展潛力巨大。一是深海資源開發。隨著深海采礦、深海油氣開發等活動的不斷增加，對深海鋼結構的需求將持續增長。二是深海科研。深海科研需要依賴深海探測器、深海潛艇等設備進行深入探索和研究。這些設備需要用到鋼結構這類材料來保證其結構的穩定性和安全性。三是國防建設。鋼結構這類材料在國防建設領域也有著重要的應用價值，如深海潛艇、水下導彈發射裝置等都需要依賴鋼結構來保證其結構的強度和穩定性。
從發展趨勢來看，深海鋼結構性能要求將進一步提升。
一是向更高強度、更高韌性方向發展。隨著深海資源的開發向更深、更遠的海域推進，對深海鋼結構材料的強度和韌性要求也越來越高。
二是提升耐腐蝕性能。為了解決深海環境下的腐蝕問題，深海鋼結構材料將采用更加先進的防腐技術，如涂層防腐、合金化防腐等，以提高其耐腐蝕性能。
三是優化焊接工藝。深海鋼結構的焊接工藝對其性能有著重要影響，且涉及后期維護。未來，將更加注重焊接工藝的優化和創新，以提高深海鋼結構的焊接質量和性能。
四是加速數字化、智能化。隨著數字化、智能化技術的不斷發展，深海鋼結構的設計、制造、安裝和監測等過程將更加智能化和自動化，以提高其生產效率和安全性。
對深海鋼結構發展的建議
為了推動鋼結構在深海領域的應用和發展，建議從以下幾方面發力。
一是加強技術研發。針對深海環境的特點，加大對深海用鋼材料的研發力度，提高材料的強度、韌性、耐腐蝕性等性能，滿足深海開發對材料性能的更高要求。
二是優化結構設計。針對深海開發的具體需求，優化鋼結構的設計，提高結構的穩定性和安全性，降低建造成本。
三是完善標準體系。同步建立健全深海用鋼結構的標準體系，規范材料的選擇、設計、制造、安裝等各環節，提高材料的安全性和可靠性，并加強與國際標準的接軌和互認，推動鋼結構在全球深海開發市場的應用。
四是完善產業鏈與供應鏈。構建完善的鋼結構產業鏈和供應鏈體系，提高材料的生產效率和供應穩定性。同時，加強上下游企業的合作與協同，推動鋼結構在深海領域的廣泛應用。
五是加強人才培養與引進。加強鋼結構領域的人才培養與引進工作，提高從業人員的專業技能和綜合素質；通過產學研合作等方式，培養一批具有創新精神和實踐能力的鋼結構專業人才。
六是加強國際合作。加強與國際先進企業和研究機構的合作與交流，借鑒先進技術和管理經驗，推動鋼結構在深海領域的國際化發展。
我們期待，在不遠的未來，鋼結構能在深海開發上做出重要貢獻，助力我國海洋強國建設。（謝高）
