海上風電工程基礎施工效率優化措施

馬寧

（上海東華建設管理有限公司，上海 200231）

福建省是全國風力資源最豐富的地區之一。受到臺風海峽的“狹管效應”以及季風氣候的影響，其風力發電項目的開發建設具有著天然的資源優勢。但在享受資源優勢的同時，較好的風力資源也帶來了較大的風浪，限制了每年的有效施工作業天數。而平潭開發區作為比肩“百慕大”的世界級風口，這種能源優勢與施工制約的矛盾更加凸顯。據現場施工的初步統計，平潭地區年可作業天數僅有140天左右，再除去無法利用的短暫或不連續的小窗口期，真正能用于施工的可作業天數將更加有限。而海上風電項目船機設備投入巨大，以本工程為例，僅基礎施工就投入有主起重船2艘、IHC3000的液壓打樁錘、半潛式報樁器船以及數艘運輸甲板駁，數艘錨艇等輔助船舶。這些施工船舶在非窗口期的停滯會給整個工程帶來巨大的安全風險及經濟壓力。本文以平潭地區實際海上風電項目為例，探討惡劣海況下風機基礎施工可能遭遇的風險、阻力、原因以及解決措施。

1 典型事件案例

1．1 某大型起重船斷錨救援事件

2018年12月，某2200噸級起重船為了搶抓施工窗口期，利用12月冬季氣候里的一個短暫窗口期進行施工。應施工效率低于預期，導致船舶未能在風浪惡變前做好撤離準備。最終在8～9級陣風，4～5米海浪的惡劣情況下錨鋼絲斷裂走錨。最終由東海救助局派遣兩艘救助輪、一架直升機經過的兩天一夜的救援，終于將船上人員順利安置，起重船舶拖至避風錨地。雖然最終未發生安全事故，但造成的安全風險極大，經濟損失也較大。

1．2 船機選型不合理導致的窗口期浪費事件

某平潭海上風電場項目在首根風機基礎施工中，因對平潭海上風浪的情況預判不足，在船機選型時選擇了能力較小的運輸船，導致船舶定位困難、施工效率大大降低。最終在原本計劃3.5個作業日內可完成平臺搭設及沉樁施工的全部工作，但最終僅完成了平臺搭設工作。而后續下一個窗口期間隔約20天才出現，方才完成后續沉樁作業。由于一個窗口期施工效率的降低，當時看僅僅拖延了1天時間，但在福建平潭海域其造成的船機設備的經濟壓力可能就長達20余天。

更多案例不再贅述，但由以上2個典型事件就已經可以看出，在其他地區可能僅僅是浪費了半天時間、一天時間的小問題，在風況惡劣的地區可能就會造成不可預估的安全風險和經濟損失。提高海上風電工程基礎施工效率，在以福建平潭為代表的惡劣海況地區具有極大的意義。

2 影響基礎施工效率的原因分析及優化措施

2．1 以報樁器船替代穩樁平臺

在較深海域的穩樁平臺施工方式是由一艘運輸船運輸平臺，另一艘運輸船運輸工藝樁及震動錘，然后由起重船配合工藝樁沉樁，再將運輸船從平臺下移出，然后，不搭平臺的剩余工藝樁，整個過程需要設計3艘大型船舶并花費1.5個有效作業日。在遇到上述案例中船機選型不當的問題時，其作業時間可能達到2天或以上。

圖1 穩樁平臺搭設

為了縮短這一工作時間，經過多方調研，工程最終選擇了“海陽59”“正力19000”等報樁器平臺船。以“正力19000”半潛駁報樁器船為例，其總長149m，型寬36.58m，甲板面積達4400m2以上，型深7.62m，總噸達10746t。其自身擔任了平臺運輸船、輔助工藝樁運輸船以及基礎工程樁運輸船共3艘船舶的工作，大大減少了船舶拋錨進點、退點的時間。在平臺搭設工藝上，由于減少了輔助工藝樁的吊裝及拆卸時間，可在一個工作日內完成穩樁平臺搭設工作。同時，由于其船體較大，大大降低了因“水土不服”導致的施工效率不足的可能性。

圖2 報樁器船搭設報樁器平臺

2．2 優化套籠減少海上作業的施工時間

海上風電工程需要將凡是能在陸上解決的問題，絕不帶到海上完成，所以需要盡最大可能地對海上施工的工藝流程進行優化。單樁需要起吊翻身勢必需要吊耳，但在本工程原有設計中，吊耳的存在卻又與后續的附屬構件產生干涉。按照原設計方案，為避免后繼整體式附屬構件圈梁無法安裝到位，需要在單樁自穩摘鉤后由人工在穩樁平臺上將吊耳進行割除施工。由于海上作業環境苛刻，考慮到涌浪、機械設備等因素，海上割除兩個吊耳后還需進行打磨平整、油漆防腐，這需要耗費5～6小時。同時，因各個機位的軟土覆蓋層厚度不一、單樁長度不一，在主吊繩脫鉤的時間，翻身吊耳距離平臺頂面的高度不一，也就是割除吊耳時的可操作高度存在差異性，使吊耳割除的時間可能進一步增加。為節省割除吊耳的時間，工程最終優化了套籠的設計。在套籠底部增加了兩個槽口，避免吊耳和套籠相互干擾，以解決附屬構件圈梁無法安裝到位的問題。

圖3 套籠優化前（左圖）與優化后（右圖）對比

2．3 加強機械設備的日常檢修

在工程施工過程中，不可避免地會發生機械設備故障的問題，尤其在平潭這種風浪較大的海域，船舶擺動較大，對錨機和錨纜的損耗將進一步加大。在工程施工中，現場遇到一次錨機油管爆裂事件，搶修事件約3小時；一次錨纜斷裂更換事件，影響約半個工作日；一次震動錘故障，無法使用，錯過了一個5天的良好窗口期。其中，震動錘的故障原因具有明顯的平潭地區海上施工特點。由于海上窗口期較少，尤其冬季兩個窗口期可能間隔很長，工藝樁震動錘正是因為在海上閑置了將近2個月的時間后，因為缺少日常的檢修維護，導致了投入施工時故障、無法作業。為了盡最大可能降低設備故障而導致影響窗口期的問題，現場加強了機械設備的檢查力度，盡可能利用避風期發現設備隱患問題并解決問題，絕不浪費寶貴的施工窗口期。為了達成這一效果，除了要求施工單位制定設備保養維護規程并填寫保養維護記錄外，監理單位在非窗口期也會定期在錨地登船，除檢查維護記錄外，也會要求各項主要設備開機運行，觀察設備是否能夠正常工作。

圖4 錨機油管爆裂后現場搶修

3 結語

通過工程案例的說明，可以清楚地體現出在惡劣海況下施工效率較低所會帶來的安全、質量、進度風險。雖然有些效率問題在江蘇、浙江地區的海上風電項目中是可以被容忍的，但是在福建地區，尤其是平潭地區，幾個小時的時間對海上施工都是非常寶貴的，每個窗口期的工作計劃都需要按小時安排的。本文中所介紹的問題和解決措施都是在工程施工過程中實際遇到的，解決方式并不一定完美，但對其他類似工程具有一定的參考價值。