張 笛，金 曄，鄭和輝，陳旭東，薛 馳，林 峰，蔡舒鵬

（1.武漢理工大學(xué)交通與物流工程學(xué)院，武漢 430070；2.中鐵建港航局集團(tuán)有限公司，廣東珠海 519075；3.招商局重工（江蘇）有限公司，江蘇南通 226100；4.江蘇中天科技股份有限公司，江蘇南通 226000；5.廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，廣州 510006）

0 引言

海裝如東400 MW海上風(fēng)電場（如東H3#）位于江蘇省南通市如東縣東側(cè)的牛角沙海域，如東H1#風(fēng)電場南側(cè)。場區(qū)中心離岸距離39 km，海床面高程為-3.1～-23.5 m（1985國家高程基準(zhǔn)），平面布置呈梯形，東西方向長約為18 km，南北方向平均寬約為6 km，規(guī)劃面積約為90 km2。風(fēng)電場總裝機(jī)容量400 MW，安裝80臺單機(jī)容量5.0 MW變槳變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括55臺海裝H151-5.0 MW機(jī)型和25臺海裝H171-5.0 MW機(jī)型。海裝如東海上風(fēng)電場的地理位置如圖1所示。

圖1 海裝如東400 MW海上風(fēng)電場位置示意圖

本文重點(diǎn)針對海上風(fēng)電施工和運(yùn)維作業(yè)對風(fēng)機(jī)、航行環(huán)境等存在的影響進(jìn)行深入分析[1]，并提出緩解措施。風(fēng)電場風(fēng)機(jī)施工期間，施工船舶進(jìn)出作業(yè)水域以及現(xiàn)場風(fēng)機(jī)安裝改變了水域通航環(huán)境，對船舶通航的安全性造成危險(xiǎn)。國內(nèi)早期的研究主要關(guān)注風(fēng)電場施工本身安全與可靠性保障技術(shù)，例如海上風(fēng)機(jī)安裝平臺起重機(jī)結(jié)構(gòu)可靠性[2]、吊臂優(yōu)化設(shè)計(jì)[3-5]、風(fēng)機(jī)樁腿焊接技術(shù)[6-7]、防腐蝕技術(shù)[8]等。對于風(fēng)電場風(fēng)機(jī)施工通航安全性的研究起步較晚，其成果相對薄弱，主要包括風(fēng)電場施工風(fēng)險(xiǎn)、對策措施以及通航安全監(jiān)管3個(gè)層次的內(nèi)容，如：梁帥[9]、黃意財(cái)[10]、楊逸飛[11]等對海上風(fēng)電場施工對通航環(huán)境的影響及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，意圖理出風(fēng)電場施工安全風(fēng)險(xiǎn)源；陳傳全[12]、嚴(yán)輝煌[13]等結(jié)合風(fēng)電場施工安全現(xiàn)狀，從不同方面提出了通航安全措施及體系；袁志濤[14]、張華偉[15]等從安全監(jiān)管的角度保障海上風(fēng)電場施工作業(yè)安全。本研究對海裝如東400 MW海上風(fēng)電（H3#）項(xiàng)目風(fēng)機(jī)施工通航安全風(fēng)險(xiǎn)源分析及評估，用以保障風(fēng)機(jī)施工作業(yè)安全，豐富海上風(fēng)電場施工安全相關(guān)理論和實(shí)踐。

1 海裝如東400 MW海上風(fēng)電（H3#）項(xiàng)目風(fēng)機(jī)施工通航安全風(fēng)險(xiǎn)源分析

根據(jù)海裝如東400 MW海上風(fēng)電場（如東H3#）項(xiàng)目施工方案，風(fēng)電場風(fēng)機(jī)主體施工順序?yàn)椋轰摴軜兜蠕摻Y(jié)構(gòu)制作→穩(wěn)樁定位平臺安裝→沉樁（高應(yīng)變檢測）→穩(wěn)樁定位平臺拆除→基礎(chǔ)防護(hù)→附屬構(gòu)件安裝→風(fēng)機(jī)安裝及調(diào)試送電→單位工程驗(yàn)收。從風(fēng)機(jī)施工的4個(gè)主要環(huán)節(jié)進(jìn)行通航安全風(fēng)險(xiǎn)源分析，即：施工材料及人員運(yùn)輸、單樁基礎(chǔ)沉樁施工、附屬設(shè)備安裝施工以及風(fēng)機(jī)設(shè)備吊安裝施工。

（1）施工材料及人員運(yùn)輸

風(fēng)機(jī)、鋼管樁、附屬結(jié)構(gòu)等大型構(gòu)件材料均通過海上拖帶方式運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，風(fēng)機(jī)葉片、輪轂等設(shè)備航行路線涉及我國長江航行及沿海航線，水深條件良好，滿足本工程運(yùn)輸駁船航行所需水深要求，由于運(yùn)輸頻次不高，運(yùn)輸船舶在遵守避碰規(guī)則的基礎(chǔ)上，執(zhí)行相關(guān)水上交通安全法規(guī)，對現(xiàn)有長江航線及沿海航線通航秩序和通航環(huán)境的影響較?。皇┕と藛T及小型機(jī)械設(shè)備由洋口港碼頭通過海上交通船經(jīng)海運(yùn)進(jìn)場。施工材料及人員運(yùn)輸期間的風(fēng)險(xiǎn)源同一般海上運(yùn)輸及拖帶作業(yè)較為類似，主要來自于風(fēng)、波浪以及駁船穩(wěn)性及操縱性。海上運(yùn)輸及拖帶作業(yè)期間，運(yùn)輸需要注意風(fēng)對拖帶作業(yè)的影響（特別注意橫風(fēng)影響），降低風(fēng)對船舶帶來的影響，尤其是海上大件設(shè)施的拖帶運(yùn)輸受風(fēng)影響較為明顯，極易因大風(fēng)導(dǎo)致船舶搖晃，甚至翻沉。

（2）單樁基礎(chǔ)沉樁施工

單樁基礎(chǔ)沉樁施工采用“穩(wěn)樁定位平臺穩(wěn)樁、起重船吊打沉樁”的工藝。單樁沉樁施工分兩條線進(jìn)行平行施工，一條線選擇1 600 t起重船“穩(wěn)強(qiáng)8”+穩(wěn)平2（穩(wěn)樁定位平臺）；另一條線選擇1 000 t起重船“秦航工65”+650 t全回轉(zhuǎn)起重船“海洋52”。施工期間，現(xiàn)場沉樁施工安全性主要來自3個(gè)方面的威脅：一是外界船舶（如漁船等）誤入施工水域，影響作業(yè)安全；二是沉樁施工位于外海，波浪掩護(hù)條件較差，受風(fēng)浪影響較大，容易引起船舶搖晃、沉樁不到位等現(xiàn)象，甚至可能發(fā)生失控、走錨，同時(shí)受潮汐的影響風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)的出水面可能會被海水淹沒，不易被過往船舶識別；三是起重船吊裝工藝及穩(wěn)性若不符合要求，可能會引起船舶側(cè)翻。

（3）附屬設(shè)備安裝施工

附屬構(gòu)件的安裝包括防撞管、爬梯、內(nèi)平臺、外平臺、電纜管、陰極保護(hù)系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)的安裝。為避免防撞管、爬梯、內(nèi)平臺、外平臺、犧牲陽極、電纜管等結(jié)構(gòu)在打樁過程中損壞，均考慮沉樁后現(xiàn)場安裝。內(nèi)平臺在沉樁之后立即安裝，集成式附屬構(gòu)件在場內(nèi)制作組拼，現(xiàn)場整體吊裝。該階段主要采用600 t級起重船進(jìn)行附屬構(gòu)件的安裝施工。這一安裝施工階段和單樁基礎(chǔ)沉樁施工較為類似，危險(xiǎn)主要來自起重船作業(yè)期間。因此，附屬設(shè)備安裝施工期間危險(xiǎn)源主要為風(fēng)、浪以及起重船操作安全。

（4）風(fēng)機(jī)設(shè)備吊安裝施工

海裝5.0 MW風(fēng)機(jī)采用“塔筒和機(jī)艙分體吊裝、輪轂和葉片組裝成葉輪后整體吊裝”的安裝工藝。風(fēng)機(jī)機(jī)組安裝施工期間，包括浮吊船定位、風(fēng)機(jī)塔筒吊安裝、風(fēng)機(jī)機(jī)艙吊裝、風(fēng)機(jī)葉片甲板面組裝、風(fēng)機(jī)葉輪吊裝等主要的現(xiàn)場作業(yè)環(huán)節(jié)。該施工階段主要為吊裝作業(yè)，吊裝期間施工船舶定位后會在海面以上留下錨纜，過往船只由于船速過快，較難發(fā)現(xiàn)錨纜的位置，其螺旋槳容易和錨纜絞到一起，使施工船偏離原始點(diǎn)位，甚至發(fā)生碰撞事故；現(xiàn)場吊裝作業(yè)受風(fēng)影響較大，大風(fēng)及風(fēng)生浪容易導(dǎo)致施工作業(yè)船舶產(chǎn)生較大搖擺，甚至可能發(fā)生失控、走錨，同時(shí)風(fēng)力過大也容易導(dǎo)致風(fēng)機(jī)安裝不到位或掉落海中，成為水中礙航物。

海裝如東400 MW海上風(fēng)電（H3#）場風(fēng)機(jī)施工通航安全風(fēng)險(xiǎn)源如圖2所示。

圖2 海裝如東400MW海上風(fēng)電（H3#）場風(fēng)機(jī)施工通航安全風(fēng)險(xiǎn)源

2 海裝如東400 MW海上風(fēng)電（H3#）場風(fēng)機(jī)施工通航安全性評估

在海裝如東400 MW海上風(fēng)電（H3#）場風(fēng)機(jī)施工通航安全分析的基礎(chǔ)上，為了更為清晰地展示海裝如東400 MW海上風(fēng)電（H3#）場風(fēng)機(jī)施工通航安全風(fēng)險(xiǎn)等級程度，采用模糊數(shù)學(xué)法判定海裝如東400 MW海上風(fēng)電（H3#）場風(fēng)機(jī)施工通航安全風(fēng)險(xiǎn)等級。

為了較好地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級判別，邀請了10位具有海上風(fēng)電施工經(jīng)驗(yàn)的船長及現(xiàn)場管理者填寫調(diào)查表，其中涉及的相關(guān)權(quán)重取值以及判斷矩陣均通過專家調(diào)查表獲取。

（1）風(fēng)險(xiǎn)評語集

將海裝如東400 MW海上風(fēng)電（H3#）場風(fēng)機(jī)施工通航安全評判等級劃分為以下5個(gè)等級：安全、相對安全、一般、相對危險(xiǎn)、危險(xiǎn)。不同評判級別所對應(yīng)的范圍如表1所示。

表1 不同評判級別所對應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)范圍

（2）確定權(quán)重

每位專家對每一層級的每項(xiàng)指標(biāo)賦予一定權(quán)重值，權(quán)重值從0～1中選取，取值越大，所對應(yīng)指標(biāo)的重要性越大。

（3）判斷矩陣

每位專家按照風(fēng)險(xiǎn)評語集中的5種等級對各項(xiàng)指標(biāo)作出判斷，據(jù)此每項(xiàng)指標(biāo)的不同等級均有一個(gè)判斷值，將不同等級判斷值除以總的專家數(shù)量就獲得了每項(xiàng)指標(biāo)的判斷矩陣。

根據(jù)調(diào)查表計(jì)算每項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值以及判斷矩陣如表2所示。

表2 每項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值以及判斷矩陣

（4）評判結(jié)果

二級指標(biāo)施工材料及人員運(yùn)輸下的三級指標(biāo)權(quán)重值W（0.3,0.32,0.38），其 所 對 應(yīng) 的 判 斷 矩 陣 為，則二級指標(biāo)施工材料及人員運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)等級值Q計(jì)算如下：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，施工材料及人員運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)等級為一般安全。同理，單樁基礎(chǔ)沉樁施工、附屬設(shè)備安裝施工、風(fēng)機(jī)設(shè)備吊安裝施工風(fēng)險(xiǎn)等級值分別為2.54、2.71和2.85。

則海裝如東400 MW海上風(fēng)電（H3#）場風(fēng)機(jī)施工通航安全 風(fēng) 險(xiǎn) 等 級 值 為（2.844×0.24+2.54×0.23+2.711×0.25+2.852×0.28）=2.74，海裝如東400 MW海上風(fēng)電（H3#）場風(fēng)機(jī)施工通航安全風(fēng)險(xiǎn)等級為一般。

3 海裝如東400 MW海上風(fēng)電（H3#）場風(fēng)機(jī)施工通航安全保障措施

通過對海裝如東400 MW海上風(fēng)電（H3#）場風(fēng)機(jī)施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析及評估結(jié)果可知，雖然海裝如東400 MW海上風(fēng)電（H3#）場風(fēng)機(jī)施工作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)等級為一般安全，但在風(fēng)機(jī)運(yùn)輸及安裝期間仍易誘發(fā)水上交通事故，需采取針對性的預(yù)防控制措施。

3.1 針對施工材料及人員運(yùn)輸?shù)姆揽卮胧?/h3>

風(fēng)機(jī)、鋼管樁、附屬結(jié)構(gòu)等大型構(gòu)件材料在拖帶運(yùn)輸前，需要對拖帶期間的船舶穩(wěn)性以及涉及的相關(guān)通航要素（拖力、通航水深、通航寬度）進(jìn)行核算，并做好系固，確保拖帶作業(yè)期間的通航安全；風(fēng)機(jī)等大型構(gòu)件拖帶運(yùn)輸受外界影響較大，需要根據(jù)氣象以及海況預(yù)報(bào)資料，選擇合適的時(shí)間作為構(gòu)件運(yùn)輸?shù)钠鹜先?，?dāng)拖帶作業(yè)條件不滿足起拖條件時(shí)，禁止開展拖帶作業(yè)。

拖帶運(yùn)輸期間，施工材料及人員運(yùn)輸所經(jīng)海域船舶交通密度較大，必須制定詳細(xì)的航行計(jì)劃，嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定，在航行過程中駕駛員要謹(jǐn)慎駕駛，注意瞭望，小心避讓，加強(qiáng)安全值班，通過VHF等通訊設(shè)備加強(qiáng)船舶之間的交流，提前明確船舶動態(tài)，防止意外事故的發(fā)生。

3.2 針對單樁基礎(chǔ)沉樁施工的防控措施

沉樁施工過程中，如遇到風(fēng)浪較大侵襲時(shí)，船舶搖晃，落錘不穩(wěn)，難以達(dá)到實(shí)際落錘效果，甚至溜錘乃至樁傾斜，影響施工作業(yè)效率及安全。施工作業(yè)期間，必須嚴(yán)格按照施工作業(yè)限制條件進(jìn)行施工，并安排專人收集氣象預(yù)報(bào)并將氣象信息傳輸給施工船舶，提高施工作業(yè)效率及安全。

為了防止外界船舶進(jìn)入作業(yè)水域，需要提前向海事申請發(fā)布航行通告，并在施工船舶外圍設(shè)置警戒維護(hù)船，用以提醒船舶繞開作業(yè)水域。

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)沉樁施工完成，為了確保其在大潮淹沒時(shí)能夠被他船發(fā)現(xiàn)，須在鋼管樁頂部設(shè)置醒目的警示帶或警示燈，以提醒過往船舶注意。

3.3 針對附屬設(shè)備安裝施工的防控措施

附屬設(shè)備安裝期間，必須要在合適的風(fēng)級條件下進(jìn)行作業(yè)，降低因大風(fēng)引起的船舶晃動，使得安裝失敗，設(shè)置設(shè)備掉落；起重施工現(xiàn)場作業(yè)期間嚴(yán)格限制浪高對施工作業(yè)的影響，當(dāng)浪高大于1.5 m或者視當(dāng)時(shí)海浪情況對施工作業(yè)安全造成影響的，立即停止作業(yè)。

附屬設(shè)備起重期間需要認(rèn)真驗(yàn)算各吊點(diǎn)承受力要滿荷載要求，每班吊裝起重前安全檢查吊具完好上吊。起重吊裝前做好必要的安全技術(shù)交底，堅(jiān)持做到“十不吊”。作業(yè)時(shí)起重臂下設(shè)置作業(yè)半徑范圍警示標(biāo)志，禁止無關(guān)人員入內(nèi)。

3.4 針對風(fēng)機(jī)設(shè)備吊安裝施工的防控措施

風(fēng)機(jī)設(shè)備安裝在定位、水平校正方面要求精度較高，且風(fēng)機(jī)安裝高度很高，增加了施工的復(fù)雜性。因此要求施工在綜合考慮風(fēng)、浪、流的影響下，控制好船位、船舶的航向和船舶的搖擺，并且制定相應(yīng)的管理措施，包括施工船舶之間的避讓關(guān)系、行動規(guī)則、聯(lián)系方式等，同時(shí)對施工人員進(jìn)行培訓(xùn)，規(guī)范施工船舶之間的相互協(xié)調(diào)行動，保證安全和工程的順利進(jìn)行。

施工期間，加強(qiáng)拋錨作業(yè)船舶船艏和船尾的瞭望，在錨纜靠近錨的一端拴上有鮮艷顏色的漂浮物（錨標(biāo)），避免過往船只絞纜，影響吊安裝施工。

4 結(jié)束語

由于風(fēng)電場風(fēng)機(jī)施工的特殊性及危險(xiǎn)性，風(fēng)機(jī)構(gòu)件的運(yùn)輸以及現(xiàn)場安裝不可避免地對水域通航安全產(chǎn)生影響，本文分析了風(fēng)機(jī)施工全過程涉及到的4個(gè)主要環(huán)節(jié)，即：施工材料及人員運(yùn)輸、單樁基礎(chǔ)沉樁施工、附屬設(shè)備安裝施工以及風(fēng)機(jī)設(shè)備吊安裝施工進(jìn)行通航安全風(fēng)險(xiǎn)源分析，在此基礎(chǔ)上將專家經(jīng)驗(yàn)和歷史數(shù)據(jù)有效融合，利用模糊數(shù)學(xué)法進(jìn)行計(jì)算得出海裝如東400 MW海上風(fēng)電（H3#）場風(fēng)機(jī)施工通航安全風(fēng)險(xiǎn)等級為一般，最后針對風(fēng)機(jī)施工的4個(gè)主要環(huán)節(jié)提出了針對性的安全防護(hù)措施，研究結(jié)論有助于為保障海裝如東400 MW海上風(fēng)電（H3#）場風(fēng)機(jī)施工作業(yè)安全提供決策支持。