潜水器标准体系构建研究

朱佳帅 刘伟 王璇 冯书桓 张馨予

摘 要：潜水器是深海资源开发、科考探测、旅游观光、救援保障的重要装备，经过几十年的发展进步，我国潜水器技术发展已迈向国际领先水平，但与之配套的标准尚不完善，标准体系仍需进一步优化更新。本文以潜水器标准体系构建为主题，介绍了国内外潜水器标准现状，阐述了潜水器体系构建原则，对潜水器标准体系框架开展研究，并为该领域后续工作提出了建议。

关键词：潜水器，标准体系，构建思路

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.05.012

“建设海洋强国”是我国的重要战略之一，党的二十大报告指出要发展海洋经济，保护海洋生态环境，加快建设海洋强国。《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》提出，船舶工业应超前布局新一代深海远海极地技术装备及系统的建设，发展无人和载人深潜等关键技术和设备[1]。2020年11月10日，我国“奋斗者”号载人潜水器在“地球最深处”太平洋马里亚纳海沟成功坐底，创造了10，909米的中国载人深潜新纪录。2021年10月，“海斗一号”无人潜水器同样在马里亚纳海沟最深处“挑战者深渊”西部凹陷区实现了国际首次大范围全覆盖声学巡航探测。

以上深潜试验的成果代表着我国潜水器水平已经达到了世界先进，而实现这些任务的核心设备就是潜水器。潜水器是一种具有水下观察和作业能力的活动深潜装置，主要用来执行水下考察、海底勘探、海底开发和打捞、救生等任务，并可以作为潜水员活动的水下作业基地。按照作业方式，潜水器一般分为载人潜水器（HOV）和无人潜水器（UUV），其中无人潜水器又分为有缆遥控潜水器（ROV）、无缆自治潜水器（AUV）和混合遥控潜水器（ARV/HROV）等，以及无动力潜水器等多种类型[2，3]。其技术发展方向为全海深（最大工作深度11，000米）潜水器的研制、高能量密度电池、机械手及作业工具、水面支持系统及保障装备、用于全海深技术装备的关键材料、耐压结构的设计与建造技术等。

1 潜水器标准现状

1.1 中国潜水器标准

我国的潜水器相关标准由SAC/TC 306全国潜水器标准化技术委员会进行归口管理。截至目前，潜水器相关标准共18项，其中国家标准15项、行业标准3项，主要涉及潜水器耐压结构、试验、载人潜水器呼吸系统等领域（见表1）。

1.2 国际潜水器标准

国际潜水器标准化工作主要由国际标准化组织（ISO）[4]下设的船舶与海上技术标准化技术委员会（TC 8）海洋技术分委会（SC 13）潜水器工作组（WG 1）负责，该工作组正式成立于2015年2月，工作组召集人由中国专家担任，目前已发布国际标准2项，在研1项（见表2）。根据ISO/TC 8/SC 13/WG 1的文件解释，其标准化对象是进行水下作业（科研、工程、运输、载客）的运载工具，标准适用于潜水器的管理、设计、建造、试验、运营、维护和水面支持。共有来自中国、美国、英国、俄罗斯、德国、日本、韩国和伊朗等8个国家的20名专家。

从以上标准可以发现，虽然国内外在基础、设计、建造、试验等方面已经发布了部分标准，但目前潜水器领域的标准数量较少，与其技术发展的水平不匹配，仍然有大量的标准缺口，无法满足潜水器领域的设计、建造与使用需求。因此需要通过对相关标准体系进行构建，进而指导开展潜水器标准化建设，支撑潜水器技术发展。

2 标准体系构建原则

2.1 落实国家海洋强国战略

根据《战略性新兴产业标准化发展规划》和《国家标准化发展纲要》要求，需要在潜水器标准体系构建时贯彻落实国家科技强国和海洋强国战略，坚持问题导向和前瞻引领，面向行业发展需求不断夺实基础，立足国民经济发展和国防安全需求，聚焦海洋深潜装备等重大产业领域，开展潜水器及相关部件等关键装备技术标准研究，支撑海洋调查与科技研究、海洋资源开发、深海探测等任务。

2.2 覆盖潜水器全生命周期

作为深海探测的关键装备，潜水器结构和系统复杂，涉及技术和产品范围广，因此潜水器体系应框架全面完整，需考虑并纳入与潜水器设计、建造和使用相关的技术，使体系能够充分覆盖潜水器研制全过程，同时确保界面清晰，易于与船舶、海洋等相关行业标准体系实现有机衔接，充分反映造船、海洋等多方标准建设需求。

2.3 支撑前沿技术发展

体系应能够发挥标准的引领作用，在构建体系时充分体现目前潜水器技术发展现状，补充完善各专业技术领域的标准缺口，还应根据装备发展趋势和任务需要，重点针对深海化、重载化、智能化、集群协同等功能实现要求进行构建，着重反映信息感知、网络与通信、数据、系统集成、分析决策与控制、数字孪生、软件等技术在潜水器設计、试验、作业及运营管理等环节中的应用需求，精准定位、特点鲜明，为潜水器专用标准的建设与发展提供指导依据。

3 潜水器标准体系框架

结合潜水器的技术特点，以体现技术现状与发展需求为目的，构建并完善潜水器标准体系。体系可包括“基础通用”“关键共性技术应用”“载人潜水器”“无人潜水器”“作业支持”和“运营管理”6个大类。具体如图1所示。

3.1 基础通用

基础通用标准用于明确潜水器相关概念、界面及相互间关系，规定潜水器材料、可靠性、人机交互、生态保护等基础共性要求，包括术语和定义、材料与检验、产品保证、人因工程、安全运行与风险评估、生态保护等标准，如图2所示。

（1）术语和定义标准主要对相关术语、定义（或解释性说明）及所对应的英文名称等进行规定，主要用于统一潜水器设计、建造、运营涉及的相关概念，说明其内涵或外延。

（2）材料与检验方法主要对用于潜水器耐压结构等关键部位的金属材料（钢、铝合金、钛合金）、非金属材料（结构陶瓷、复合材料、有机玻璃）的性能、检验方法等进行规定。

（3）产品保证标准为使组织与用户确信产品达到规定的质量要求，对潜水器设计、生产、试验、交付使用等全过程所进行的一系列有计划、有组织的技术和管理活动进行规定，用于保证潜水器及相关设备可靠性具有高置信度水平和产品质量具有稳定质量一致性，满足用户要求。

（4）人因工程标准主要对人员在深海工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素，人和机器及环境的相互作用，以及在工作、生活和休息时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全与舒适等进行规定。

（5）安全与风险评估标准主要对潜水器总体、系统、设备、软件安全运行与应急处置需满足的技术要求及所采取技术措施进行规定。

（6）生态保护标准主要用于规范潜水器研制与作业时对生态环境的保护要求，以避免因装备自身或操作不当而破坏海洋环境。

3.2 关键共性技术应用

关键共性技术应用标准用于明确潜水器作业所需的基础及通用技术，规定了水下探测、操控、智能化技术的基本要求，包括水下信息获取与环境感知技术应用、水下通信与导航技术应用、数据管理与应用、分析决策与运动控制技术应用等标准，如图3所示。

（1）水下信息获取与环境感知技术应用标准主要涉及水下信息测量、信息采集与处理、水下观察与探测、水下声学环境感知、水下视觉环境感知等，对相关的技术与系统进行规定。

（2）水下通信与导航技术应用标准主要对水下电磁波通信、可见光通信、水声通信、惯性导航、声学导航、地球物理导航等技术进行规定。

（3）数据管理与应用标准主要对潜水器水下获取的复杂数据相关技术进行规定，明确数据的管理结构模型设计，提高数据精确性，通过结构化建设降低复杂性。

（4）分析决策与运动控制技术应用标准主要包括人工智能与先进控制两部分，对潜水器的航行控制和智能决策技术领域进行规定，增强潜水器操控能力。

3.3 载人潜水器

载人潜水器标准用于明确载人潜水器的整体性能、关键指标、型式与试验方法，以及涉及潜水器作业和载人相关的设备与系统。包括载人潜水器设计、载人潜水器试验、载人潜水系统及设备等标准，如图4所示。

（1）载人潜水器设计标准主要对载人特点的潜水器总布置、总体性能等总体设计，耐压结构、观察窗、主框架等结构设计，舾装、机电系统等软硬件配置设计进行规定，明确潜水器整体性能和功能。

（2）载人潜水器试验标准主要对载人舱、阻力分析、操纵性分析、外形优化等工作的仿真试验、模型试验和实船试验等进行规定，同时对试验的条件提出要求，保障試验基础。

（3）载人潜水器系统及设备主要对载人潜水器除船体外其他为满足潜水器航行、作业功能所安装的设备及组成的系统进行规定，尤其是救生系统和生命支持系统与相关设备。

3.4 无人潜水器

无人潜水器标准用于明确无人潜水器的整体性能、关键指标、型式与试验方法，以及涉及潜水器作业、远程控制、自主识别相关的设备与系统。包括无人潜水器设计、无人潜水器试验、无人潜水系统及设备等标准，如图5所示。

（1）无人潜水器设计标准主要对无人特点的潜水器总布置、总体性能等总体设计，耐压结构、主框架等结构设计，舾装、机电系统等软硬件配置设计进行规定，明确潜水器整体性能和功能。

（2）无人潜水器试验标准主要对无载人舱情况下的阻力分析、操纵性分析、智能化试验、遥控操作试验、外形优化等工作的仿真试验、模型试验和实船试验等进行规定，同时对试验的条件提出要求，保障试验基础。

（3）无人潜水器系统及设备主要对除船体外其他为满足潜水器航行、作业功能所安装的设备及组成的系统进行规定，尤其是自动识别与探测系统、远程控制系统与相关设备。

3.5 作业支持

作业支持标准用于明确潜水器在水下作业时，水面所能提供支持的装备与相关技术，以及维持潜水器作业功能的相关技术，保障潜水器任务完成。包括水面支持与监控、水下作业与交互、协同作业与保障等标准，如图6所示。

（1）水面支持与监控标准主要对潜水器水面支持系统进行规定，为潜水器提供能源动力、潜水器搭载、维护和保养、布放与回收、水面指挥、通信支持和水面警戒等。

（2）水下作业与交互标准主要对潜水器在水下进行作业的技术以及人机交互进行规定，涉及水下作业设备、人机信息交互设备以及相关软硬件。

（3）协同作业与保障标准主要对多设备情况下的协同作业及相关保障技术提出要求，实现无人和有人的有机结合，多维度多目标完成水下作业，并对相关设备提供必要保障。

3.6 运营管理

运营管理标准用于明确潜水器作业前的作业任务合规性，作业人员能力培养与管理，以及作业后装备的维护与保养。包括海事监管、维护保养、教育与培训、人员管理等标准，如图7所示。

（1）海事监管标准主要涉及潜水器及母船是否适航、船员是否适任，船上设备是否符合港口及作业海域的环保要求，是否制定相应安全应急预案等内容，规范潜水器作业，充分满足海事行政许可要求和监督检查。

（2）维护保养标准主要涉及潜水器全系统检查和维护保养、备品备件的购置与测试、水池调试等内容，是为了使潜水器保持良好的状态，为后续作业做好基础和准备，延长潜水器使用寿命。

（3）教育与培训标准用于保障潜水器正常工作、完成乘员科学家要求的水下科学作业任务，让潜航员对潜水器性能、操控和水下环境有相当程度的了解，提高潜水器作业的效率及安全。

（4）人员管理标准涉及潜水器作业及配套的人员管理要求，用于确认人员职责、个人风险评估、临时调用、工作负荷平衡、应急状态人员集合撤离搜救、人员信息统计等。

4 潜水器标准化发展建议

4.1 加强国际标准化工作

在国际标准化工作中，与船舶行业其他专业的各国积极参与标准制定情况不同，潜水器领域工作开展时间较短，标准数量较少，ISO/TC 8/SC 13/WG 1在2015年成立时只有3个国家派出了专家。但其他国家逐渐开始重视起该领域，目前已有8个国家参与WG 1工作。而我国在潜水器装备的设计、建造、试验等方面技术已达到了国际先进水平，应该借机发力积极开展国际标准活动，通过标准体现技术水平，获取世界范围的地位与声望，支撑商用市场开发。

4.2 装备研发与标准协调发展

标准是对技术与经验的总结固化，但目前潜水器标准体系建设与标准制定已经明显落后于潜水器技术发展，很多技術并未转化为正式标准，研究成果没有形成正式的文件以指导潜水器设计、建造、试验和使用，不利于整个行业的发展进步。随着管理水平的提升，近年来标准的重要性不断被重视，在技术研发过程中也越发强调标准化工作的同步开展，因此在潜水器新技术的开发时应注重标准化技术积累，二者互相协调支撑形成良性关系。

4.3 标准体系动态更新

潜水器产业链条长、应用领域广、分级分类复杂。从装备设备层面包括了载人用的生命维持系统、无人用的遥控系统，从用途层面包含了科学研究、深海探险、观光旅游、资源开发、水下救援等任务，涉及的技术领域较多。尤其近年来智能化、深海化、材料和能源新型化、作业工具模块化等新的发展方向给潜水器标准化工作带来了新的需求和挑战。潜水器标准体系应为开放式体系，标准体系框架和项目将根据国际市场需求、装备技术发展、国家产业政策调整等进行动态调整和补充完善[5-6]。

参考文献

[1]国务院.“十三五”国家战略性新兴产业发展规划[Z].

[2]赵羿羽，曾晓光，金伟晨.海洋科考装备体系构建及发展方向研究[J].舰船科学技术，2019，41（19）：1-6.

[3]曹俊，胡震，刘涛，等.深海潜水器装备体系现状及发展分析[J].中国造船，2020，61（1）：204-218.

[4]许冬彦，周玉霞.国家航天标准体系建设研究[J].南京航空航天大学学报，2021，53（S1）：135-142.

[5]国务院办公厅.国家标准化体系建设发展规划（2016—2020年）[Z].

[6]国家标准化管理委员会，中央网信办，科技部，等“. 十四五”推动高质量发展的国家标准体系建设规划[Z].

作者简介

朱佳帅，硕士，高工，主要从事高技术船舶标准研究。

刘伟，硕士，高工，主要从事高技术船舶与先进制造标准研究。

王璇，硕士，高工，主要从事潜水器标准研究。

（责任编辑：袁文静）