辽阔的海洋是人类的资源宝库,开发和利用海洋一直是人类梦寐以求的目标,要实现这个目标,船舶与海洋工程装备必不可少。人类对海洋开发和利用不断增长的需求促进了船舶与海洋装备的发展,也推动了海洋工程类专业的发展。
人类对海洋的认识和开发走过了一段漫长的历程,从近海到远海、从浅海到深海、从大洋到极地……船舶与海洋工程装备也随着人们探索的步伐悄然变化,从远古的独木舟、中世纪的大型帆船、近代的蒸汽机船到现代的大型舰船和海上平台,船舶与海洋工程装备为人类对海洋的开发和探索提供了技术支撑。
最开始,人类对海洋的利用是“鱼盐之利”和“舟楫之便”,早期沿海地区的人们从海中捕鱼、晒盐、采集海菜。由于渔猎的需要,人类已经制造了众多的原始渡水工具,如独木舟、筏等,但受到生产力水平及科学技术的限制,早期的舟、筏只能支撑人类从事近海活动。
具有5 000多年历史的帆船是继舟、筏之后又一种水上交通工具,它主要靠帆具借助风力航行。15世纪初期,郑和率领庞大船队7次出海,到达亚洲和非洲的三十多个国家,所使用的都是风力驱动的帆船。西班牙和葡萄牙在15—16世纪期间使用威风凛凛的“卡拉克”(Carrak)型帆舰船进行远洋探险,这种舰船拥有充足的船舱以容纳物资及水手,其多层甲板可以安放重型火炮,便于发射并排的侧舷火炮,增加船只威力。但“卡拉克”型帆舰船在逆风时不易操纵,在1588年的海战中败给了英国以“盖伦”(Galleon)型帆舰船为主力的舰队。“盖伦”型帆舰船船型相对狭长,航速较快,在逆风中操纵性极佳,是英国海军当时的主力舰船船型。
郑和宝船模型
“卡拉克”型帆舰船
“盖伦”型帆舰船
世界上第一艘蒸汽机船“克莱蒙特”号
18世纪中叶,英国人瓦特通过改进蒸汽机技术实现了从手工劳动向动力机器生产转变的重大飞跃。1807年,美国人富尔顿建成世界上第一艘蒸汽机船“克莱蒙特”(Clement)号,采用明轮推进。从此,海洋船舶逐渐进入蒸汽动力时代。英国“挑战者”号科学考察船是典型的蒸汽动力帆船,船长68米,排水量2 306吨,在1872—1876年间,依靠风帆和蒸汽机为动力推进的“挑战者”号完成了除北冰洋以外的各大洋的综合科学考察。在蒸汽动力应用于造船业后,作为传统运输工具的帆船渐渐淡出了人们的视线,全新动力的大型“铁甲船”开始成为海上的霸主,人类对海洋的探索逐渐由浅海转向深海大洋。
1892年,德国人狄塞尔发明了压燃式发动机,即柴油机。柴油机热效率高、油耗低,20世纪初开始应用于船上,迅速取代了蒸汽机,从此开始进入柴油机船时代,各类新型的商船和舰船相继出现,世界船舶工业按下了迅猛发展的“加速键”。
散货船
从20世纪50年代起,以柴油机为动力的船舶推进装置大规模地取代了蒸汽机,并开始采用核能作为推进动力。散货船、油轮、集装箱船成了三大主流船型,并开始不断向专业化和大型化发展。散货船是专门用来运输大宗干散货物的船舶,这些货物多为煤炭、矿石、木材、牲畜、谷物等。1954年,散货船平均单船载重吨位仅为1.9万吨,1973年已达到5.4万吨,之后逐步发展形成了6万~8万吨巴拿马型和12万~20万吨好望角型散货船。
油船
油船是指运载石油及石油产品的船舶。为取得更高的经济效益,原油运输船在航道条件许可下必须尽可能地向大型化发展。1967—1975年苏伊士运河关闭时期,波斯湾到欧美的原油运输须绕道好望角,从而推动了原油船的大型化发展进程。1980年,在世界油船船队中,超大型油船(载重20万吨以上)和特大型油船(载重30万吨以上)已超过半数。20世纪70年代末,出现了载重50万吨以上的大油船,如法国在1976—1977年建成的55万吨级姊妹船“巴提留斯”(Batillus)号和“贝拉美亚”(Bellamya)号。1981年,载重量为56万吨的“海上巨人”(Seawise Giant)号香港油船成为世界上吨位最大的船舶。后来,由于苏伊士运河的重开和各国采取节能措施,巨型油船大量过剩,原油船过度大型化的过程才逐渐结束。
集装箱船
集装箱船指可用于装载国际标准集装箱的船舶。第一艘集装箱船是美国于1957年用一艘货船改装而成的,它的装卸效率比常规杂货船高出10倍,停港时间大为缩短,并减少了运货装卸中的货损量。从此,集装箱船得到迅速发展,经历了从第一代到第六代的不断更新换代历程,可装载量从第一代的700~1 000标准箱发展到第六代的10 000标准箱。21世纪后,集装箱船吨位还在增大,如2020年江南造船(集团)有限责任公司为法国达飞海运集团建造的超大型双燃料集装箱船载箱量达到了23 000标准箱。
随着科学技术的进步,船舶与海洋工程装备的种类越来越丰富,除了传统的船舶类装备外,海洋油气开采装备也逐渐出现。最早的海洋油气钻采实践可追溯到1887年美国加利福尼亚州西海岸架木质栈桥打井,随后又用围海筑堤填海、建人工岛、从岸边向海上架设栈桥等办法开发海底油田。由于当时技术条件不足和海洋油气开采成本高,海洋工程装备发展较为缓慢。二战后,各个国家石油需求量激增,促进了海洋工程装备建造技术和海洋施工技术的快速发展,各类海洋油气钻采平台如雨后春笋般出现。20世纪40年代末,墨西哥湾出现了用于浅水油气钻采的导管架平台。1954年,第一座自升式钻井平台“迪龙一号”问世,配有12个圆柱形桩腿。1962年,壳牌石油公司用世界上第一艘半潜式钻井船“碧水一号”钻井成功。1976年,壳牌石油公司用一艘5.9万吨的旧油轮改装而成世界第一艘浮式生产储卸油装置(floating production storage and offloading, FPSO),该装置前往地中海卡斯特利翁油田进行作业。1984年,世界第一座张力腿平台Hutton TLP服役。1987年,Horton设计了一种专用于深海钻探和采油工作的新型单柱式Spar平台。通过吸纳先进技术更新换代,新型海洋工程装备在发展中不断壮大。
如今,人类将目光投向深远海,开发矿产、渔业、能源等海上新资源。针对深远海开发需要,不断涌现出如海底采矿装备、海洋牧场平台装备、海上风力发电装备、海洋能(潮汐能、波浪能等)发电装备等新的海洋工程装备。进入21世纪,随着信息技术和智能技术的不断进步,船舶与海洋工程装备和技术研究也开始进入智能化海洋装备时代。物联网、云计算、大数据、人工智能等技术的发展,使船舶与海洋工程装备的智能化发展迈上新的台阶。
19世纪中叶,帝国主义列强用武力打开了长期闭关锁国的清朝大门,一次次战争的失利,使得清朝统治阶级的一部分人认识到,没有近代的科学技术就不能自强。于是,洋务派由此诞生,采取了实业救国、兴办学堂、派遣留学等举措。其中,洋务派代表左宗棠于1866年奏请创办福建船政学堂,沈葆桢就任船政大臣后,认真执行了左宗棠的主张,积极筹划开办事宜,福建船政学堂于1967年1月正式开学。福建船政学堂是我国历史上第一所培养近代工程技术人才的新式学校,为我国培养了第一批船舶类技术人才。辛亥革命后,福建船政学堂的两支分别改称福州海军制造学校、福州海军学校,后合并入海军学校,于1949年迁至台湾。
福建船政学堂
继福建船政学堂之后,晚清洋务派希望发展航运业,虽然1872年开办的轮船招商局已经运营多年,但仍缺乏船舶类技术人才,于是于1905年将交通大学的前身南洋公学改名为高等实业学堂,并奏请商部在学校内设轮、电专科,培养相关技术人才。1909年,高等实业学堂改名为商船学校。1912年,船政科迁出徐汇,在吴淞独立建校,成立吴淞商船学校。1921年,交通部将当时的上海工业专门学校、北京铁路管理学校、北京邮电学校、唐山工业专门学校四所学校合并组成交通大学,并在交通大学上海学校内设置造船科。
南洋公学
1937年抗日战争全面爆发,国家危亡迫在眉睫,沦陷区高等学校纷纷内迁。1939年,吴淞商船学校内迁到重庆复课,改名为重庆商船专科学校。交通大学于1940年在重庆小龙坎设立分校。1942年日军侵占上海租界后,交通大学总部从上海转移到重庆九龙坡。1943年,交通大学在战乱中接办了内迁重庆的商船学校,叶在馥、王公衡、辛一心、杨仁杰、杨俊生、王荣瑸、张文治、方文均、杨槱等学成归国的老一辈造船专家,秉持兴办造船工程教育以图自强的朴素愿望,创建了我国高等教育史上的第一个造船工程系。交通大学造船工程系的诞生在中国造船工程教育史上具有重大的意义。它不仅是我国高等院校建立的第一个培养大学本科生的造船工程系,而且结束了我国造船工程高等教育断断续续、风雨飘摇的历史,开始稳定地规模化培养造船工业的高级人才,为我国此后的造船工业和科学技术的发展做出了卓越贡献。抗日战争结束后,交通大学上海校区复员,1947年,参照美国麻省理工学院,于造船系内成立轮机门,进一步丰富了专业方向。
重庆九龙坡交通大学旧址
老一辈造船专家们
中华人民共和国成立后,国家进入了和平发展时期,全国各高校进入新发展时期。1952年暑假,全国高等院校进行了大规模的院校调整。同济大学、武汉交通学院和上海市立工业专科学校的造船系科被合并到交通大学,交通大学造船系得到扩展和加强。
同年,因应国防建设的需要,中央决定在哈尔滨筹建军事工程学院,其中,海军工程系内设舰船制造科。交通大学造船系部分教师被调往该校参与筹建和教学工作。哈尔滨军事工程学院内迁后,其海军工程系划归第六机械工业部,拟迁武汉,发展为现在的中国人民解放军海军工程大学,原址的部分组建哈尔滨船舶工程学院,1994年更名为哈尔滨工程大学,这两所大学均设有船舶与海洋工程专业。
在全国院系调整后,国内高校开始向苏联学习,全面开展高校教学体制改革。改革的标志之一是高度集中的统一管理,另一个标志是大大加强了“专才教育”,学科门类细分,培养专门人才。
1955年,国务院决定将交通大学迁往西安,由交通大学造船系和大连工学院造船系于交通大学原址合并成立上海造船学院。合并后的上海造船学院的船舶制造系共设三个专业,即船舶制造专业、船舶蒸汽发动机及装置专业和船舶内燃发动机及装置专业。之后考虑到上海工业建设的需要,国务院将交通大学分设上海和西安两地。
上海造船学院、南洋工学院和交通大学上海部分合并后,船舶制造系重新回到了上海交通大学,此时,上海交通大学船舶制造系的规模得到了进一步扩大,汇聚了全国船舶制造专业重要的教学力量。
1953年初,我国第一座重力式船模试验池建成。1958年,我国第一座现代化双轨拖曳式船模试验池建成。1976年,我国第一座空泡水筒实验室建成。
拖曳式船模试验池
空泡水筒实验室
世界海洋资源开发和利用技术自20世纪60年代后发生了巨大的发展和变化。西欧和北美等发达国家开始大力开发海洋油气资源,这引起了国内造船工作者们的极大关注,并将海洋工程学科的研究和人才培养提上了议事日程。在高等学校中,一些设有土木、水利、港口等专业的学校开始筹建海洋工程方面的专业。以上海交通大学船舶与海洋工程专业为例,1978年交大船舶制造系更名为船舶及海洋工程系。1993年招生时,海洋工程专业扩大为海岸与海洋工程专业。
1998年教育部颁布普通高等学校本科专业目录,海洋工程类目中下设船舶与海洋工程专业。后来,国家根据科学规范、主动适应、继承发展的修订原则,经分科类调查研究、专题论证、总体优化配置、广泛征求意见、专家审议、行政决策等过程,在1998年本科专业目录的基础上印发2012年普通高等学校本科专业目录,海洋工程类增加海洋工程与技术、海洋资源开发技术2个特设专业。随着学科发展,海洋工程类本科专业逐渐增加到6个,包含1个基本专业和5个特设专业。2018年新增海洋机器人专业、2021年新增智慧海洋技术专业、2023年新增智能海洋装备专业。