海上风电工程基础施工效率优化措施

马宁

（上海东华建设管理有限公司，上海 200231）

福建省是全国风力资源最丰富的地区之一。受到台风海峡的“狭管效应”以及季风气候的影响，其风力发电项目的开发建设具有着天然的资源优势。但在享受资源优势的同时，较好的风力资源也带来了较大的风浪，限制了每年的有效施工作业天数。而平潭开发区作为比肩“百慕大”的世界级风口，这种能源优势与施工制约的矛盾更加凸显。据现场施工的初步统计，平潭地区年可作业天数仅有140天左右，再除去无法利用的短暂或不连续的小窗口期，真正能用于施工的可作业天数将更加有限。而海上风电项目船机设备投入巨大，以本工程为例，仅基础施工就投入有主起重船2艘、IHC3000的液压打桩锤、半潜式报桩器船以及数艘运输甲板驳，数艘锚艇等辅助船舶。这些施工船舶在非窗口期的停滞会给整个工程带来巨大的安全风险及经济压力。本文以平潭地区实际海上风电项目为例，探讨恶劣海况下风机基础施工可能遭遇的风险、阻力、原因以及解决措施。

1 典型事件案例

1．1 某大型起重船断锚救援事件

2018年12月，某2200吨级起重船为了抢抓施工窗口期，利用12月冬季气候里的一个短暂窗口期进行施工。应施工效率低于预期，导致船舶未能在风浪恶变前做好撤离准备。最终在8～9级阵风，4～5米海浪的恶劣情况下锚钢丝断裂走锚。最终由东海救助局派遣两艘救助轮、一架直升机经过的两天一夜的救援，终于将船上人员顺利安置，起重船舶拖至避风锚地。虽然最终未发生安全事故，但造成的安全风险极大，经济损失也较大。

1．2 船机选型不合理导致的窗口期浪费事件

某平潭海上风电场项目在首根风机基础施工中，因对平潭海上风浪的情况预判不足，在船机选型时选择了能力较小的运输船，导致船舶定位困难、施工效率大大降低。最终在原本计划3.5个作业日内可完成平台搭设及沉桩施工的全部工作，但最终仅完成了平台搭设工作。而后续下一个窗口期间隔约20天才出现，方才完成后续沉桩作业。由于一个窗口期施工效率的降低，当时看仅仅拖延了1天时间，但在福建平潭海域其造成的船机设备的经济压力可能就长达20余天。

更多案例不再赘述，但由以上2个典型事件就已经可以看出，在其他地区可能仅仅是浪费了半天时间、一天时间的小问题，在风况恶劣的地区可能就会造成不可预估的安全风险和经济损失。提高海上风电工程基础施工效率，在以福建平潭为代表的恶劣海况地区具有极大的意义。

2 影响基础施工效率的原因分析及优化措施

2．1 以报桩器船替代稳桩平台

在较深海域的稳桩平台施工方式是由一艘运输船运输平台，另一艘运输船运输工艺桩及震动锤，然后由起重船配合工艺桩沉桩，再将运输船从平台下移出，然后，不搭平台的剩余工艺桩，整个过程需要设计3艘大型船舶并花费1.5个有效作业日。在遇到上述案例中船机选型不当的问题时，其作业时间可能达到2天或以上。

图1 稳桩平台搭设

为了缩短这一工作时间，经过多方调研，工程最终选择了“海阳59”“正力19000”等报桩器平台船。以“正力19000”半潜驳报桩器船为例，其总长149m，型宽36.58m，甲板面积达4400m2以上，型深7.62m，总吨达10746t。其自身担任了平台运输船、辅助工艺桩运输船以及基础工程桩运输船共3艘船舶的工作，大大减少了船舶抛锚进点、退点的时间。在平台搭设工艺上，由于减少了辅助工艺桩的吊装及拆卸时间，可在一个工作日内完成稳桩平台搭设工作。同时，由于其船体较大，大大降低了因“水土不服”导致的施工效率不足的可能性。

图2 报桩器船搭设报桩器平台

2．2 优化套笼减少海上作业的施工时间

海上风电工程需要将凡是能在陆上解决的问题，绝不带到海上完成，所以需要尽最大可能地对海上施工的工艺流程进行优化。单桩需要起吊翻身势必需要吊耳，但在本工程原有设计中，吊耳的存在却又与后续的附属构件产生干涉。按照原设计方案，为避免后继整体式附属构件圈梁无法安装到位，需要在单桩自稳摘钩后由人工在稳桩平台上将吊耳进行割除施工。由于海上作业环境苛刻，考虑到涌浪、机械设备等因素，海上割除两个吊耳后还需进行打磨平整、油漆防腐，这需要耗费5～6小时。同时，因各个机位的软土覆盖层厚度不一、单桩长度不一，在主吊绳脱钩的时间，翻身吊耳距离平台顶面的高度不一，也就是割除吊耳时的可操作高度存在差异性，使吊耳割除的时间可能进一步增加。为节省割除吊耳的时间，工程最终优化了套笼的设计。在套笼底部增加了两个槽口，避免吊耳和套笼相互干扰，以解决附属构件圈梁无法安装到位的问题。

图3 套笼优化前（左图）与优化后（右图）对比

2．3 加强机械设备的日常检修

在工程施工过程中，不可避免地会发生机械设备故障的问题，尤其在平潭这种风浪较大的海域，船舶摆动较大，对锚机和锚缆的损耗将进一步加大。在工程施工中，现场遇到一次锚机油管爆裂事件，抢修事件约3小时；一次锚缆断裂更换事件，影响约半个工作日；一次震动锤故障，无法使用，错过了一个5天的良好窗口期。其中，震动锤的故障原因具有明显的平潭地区海上施工特点。由于海上窗口期较少，尤其冬季两个窗口期可能间隔很长，工艺桩震动锤正是因为在海上闲置了将近2个月的时间后，因为缺少日常的检修维护，导致了投入施工时故障、无法作业。为了尽最大可能降低设备故障而导致影响窗口期的问题，现场加强了机械设备的检查力度，尽可能利用避风期发现设备隐患问题并解决问题，绝不浪费宝贵的施工窗口期。为了达成这一效果，除了要求施工单位制定设备保养维护规程并填写保养维护记录外，监理单位在非窗口期也会定期在锚地登船，除检查维护记录外，也会要求各项主要设备开机运行，观察设备是否能够正常工作。

图4 锚机油管爆裂后现场抢修

3 结语

通过工程案例的说明，可以清楚地体现出在恶劣海况下施工效率较低所会带来的安全、质量、进度风险。虽然有些效率问题在江苏、浙江地区的海上风电项目中是可以被容忍的，但是在福建地区，尤其是平潭地区，几个小时的时间对海上施工都是非常宝贵的，每个窗口期的工作计划都需要按小时安排的。本文中所介绍的问题和解决措施都是在工程施工过程中实际遇到的，解决方式并不一定完美，但对其他类似工程具有一定的参考价值。