海上風(fēng)電工程基礎(chǔ)施工效率優(yōu)化措施

馬寧

（上海東華建設(shè)管理有限公司，上海 200231）

福建省是全國(guó)風(fēng)力資源最豐富的地區(qū)之一。受到臺(tái)風(fēng)海峽的“狹管效應(yīng)”以及季風(fēng)氣候的影響，其風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的開發(fā)建設(shè)具有著天然的資源優(yōu)勢(shì)。但在享受資源優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，較好的風(fēng)力資源也帶來了較大的風(fēng)浪，限制了每年的有效施工作業(yè)天數(shù)。而平潭開發(fā)區(qū)作為比肩“百慕大”的世界級(jí)風(fēng)口，這種能源優(yōu)勢(shì)與施工制約的矛盾更加凸顯。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的初步統(tǒng)計(jì)，平潭地區(qū)年可作業(yè)天數(shù)僅有140天左右，再除去無法利用的短暫或不連續(xù)的小窗口期，真正能用于施工的可作業(yè)天數(shù)將更加有限。而海上風(fēng)電項(xiàng)目船機(jī)設(shè)備投入巨大，以本工程為例，僅基礎(chǔ)施工就投入有主起重船2艘、IHC3000的液壓打樁錘、半潛式報(bào)樁器船以及數(shù)艘運(yùn)輸甲板駁，數(shù)艘錨艇等輔助船舶。這些施工船舶在非窗口期的停滯會(huì)給整個(gè)工程帶來巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)及經(jīng)濟(jì)壓力。本文以平潭地區(qū)實(shí)際海上風(fēng)電項(xiàng)目為例，探討惡劣海況下風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工可能遭遇的風(fēng)險(xiǎn)、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(jí)起重船為了搶抓施工窗口期，利用12月冬季氣候里的一個(gè)短暫窗口期進(jìn)行施工。應(yīng)施工效率低于預(yù)期，導(dǎo)致船舶未能在風(fēng)浪惡變前做好撤離準(zhǔn)備。最終在8～9級(jí)陣風(fēng)，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(jī)經(jīng)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(fēng)錨地。雖然最終未發(fā)生安全事故，但造成的安全風(fēng)險(xiǎn)極大，經(jīng)濟(jì)損失也較大。

1．2 船機(jī)選型不合理導(dǎo)致的窗口期浪費(fèi)事件

某平潭海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目在首根風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工中，因?qū)ζ教逗Ｉ巷L(fēng)浪的情況預(yù)判不足，在船機(jī)選型時(shí)選擇了能力較小的運(yùn)輸船，導(dǎo)致船舶定位困難、施工效率大大降低。最終在原本計(jì)劃3.5個(gè)作業(yè)日內(nèi)可完成平臺(tái)搭設(shè)及沉樁施工的全部工作，但最終僅完成了平臺(tái)搭設(shè)工作。而后續(xù)下一個(gè)窗口期間隔約20天才出現(xiàn)，方才完成后續(xù)沉樁作業(yè)。由于一個(gè)窗口期施工效率的降低，當(dāng)時(shí)看僅僅拖延了1天時(shí)間，但在福建平潭海域其造成的船機(jī)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壓力可能就長(zhǎng)達(dá)20余天。

更多案例不再贅述，但由以上2個(gè)典型事件就已經(jīng)可以看出，在其他地區(qū)可能僅僅是浪費(fèi)了半天時(shí)間、一天時(shí)間的小問題，在風(fēng)況惡劣的地區(qū)可能就會(huì)造成不可預(yù)估的安全風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失。提高海上風(fēng)電工程基礎(chǔ)施工效率，在以福建平潭為代表的惡劣海況地區(qū)具有極大的意義。

2 影響基礎(chǔ)施工效率的原因分析及優(yōu)化措施

2．1 以報(bào)樁器船替代穩(wěn)樁平臺(tái)

在較深海域的穩(wěn)樁平臺(tái)施工方式是由一艘運(yùn)輸船運(yùn)輸平臺(tái)，另一艘運(yùn)輸船運(yùn)輸工藝樁及震動(dòng)錘，然后由起重船配合工藝樁沉樁，再將運(yùn)輸船從平臺(tái)下移出，然后，不搭平臺(tái)的剩余工藝樁，整個(gè)過程需要設(shè)計(jì)3艘大型船舶并花費(fèi)1.5個(gè)有效作業(yè)日。在遇到上述案例中船機(jī)選型不當(dāng)?shù)膯栴}時(shí)，其作業(yè)時(shí)間可能達(dá)到2天或以上。

圖1 穩(wěn)樁平臺(tái)搭設(shè)

為了縮短這一工作時(shí)間，經(jīng)過多方調(diào)研，工程最終選擇了“海陽59”“正力19000”等報(bào)樁器平臺(tái)船。以“正力19000”半潛駁報(bào)樁器船為例，其總長(zhǎng)149m，型寬36.58m，甲板面積達(dá)4400m2以上，型深7.62m，總噸達(dá)10746t。其自身擔(dān)任了平臺(tái)運(yùn)輸船、輔助工藝樁運(yùn)輸船以及基礎(chǔ)工程樁運(yùn)輸船共3艘船舶的工作，大大減少了船舶拋錨進(jìn)點(diǎn)、退點(diǎn)的時(shí)間。在平臺(tái)搭設(shè)工藝上，由于減少了輔助工藝樁的吊裝及拆卸時(shí)間，可在一個(gè)工作日內(nèi)完成穩(wěn)樁平臺(tái)搭設(shè)工作。同時(shí)，由于其船體較大，大大降低了因“水土不服”導(dǎo)致的施工效率不足的可能性。

圖2 報(bào)樁器船搭設(shè)報(bào)樁器平臺(tái)

2．2 優(yōu)化套籠減少海上作業(yè)的施工時(shí)間

海上風(fēng)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(duì)海上施工的工藝流程進(jìn)行優(yōu)化。單樁需要起吊翻身勢(shì)必需要吊耳，但在本工程原有設(shè)計(jì)中，吊耳的存在卻又與后續(xù)的附屬構(gòu)件產(chǎn)生干涉。按照原設(shè)計(jì)方案，為避免后繼整體式附屬構(gòu)件圈梁無法安裝到位，需要在單樁自穩(wěn)摘鉤后由人工在穩(wěn)樁平臺(tái)上將吊耳進(jìn)行割除施工。由于海上作業(yè)環(huán)境苛刻，考慮到涌浪、機(jī)械設(shè)備等因素，海上割除兩個(gè)吊耳后還需進(jìn)行打磨平整、油漆防腐，這需要耗費(fèi)5～6小時(shí)。同時(shí)，因各個(gè)機(jī)位的軟土覆蓋層厚度不一、單樁長(zhǎng)度不一，在主吊繩脫鉤的時(shí)間，翻身吊耳距離平臺(tái)頂面的高度不一，也就是割除吊耳時(shí)的可操作高度存在差異性，使吊耳割除的時(shí)間可能進(jìn)一步增加。為節(jié)省割除吊耳的時(shí)間，工程最終優(yōu)化了套籠的設(shè)計(jì)。在套籠底部增加了兩個(gè)槽口，避免吊耳和套籠相互干擾，以解決附屬構(gòu)件圈梁無法安裝到位的問題。

圖3 套籠優(yōu)化前（左圖）與優(yōu)化后（右圖）對(duì)比

2．3 加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的日常檢修

在工程施工過程中，不可避免地會(huì)發(fā)生機(jī)械設(shè)備故障的問題，尤其在平潭這種風(fēng)浪較大的海域，船舶擺動(dòng)較大，對(duì)錨機(jī)和錨纜的損耗將進(jìn)一步加大。在工程施工中，現(xiàn)場(chǎng)遇到一次錨機(jī)油管爆裂事件，搶修事件約3小時(shí)；一次錨纜斷裂更換事件，影響約半個(gè)工作日；一次震動(dòng)錘故障，無法使用，錯(cuò)過了一個(gè)5天的良好窗口期。其中，震動(dòng)錘的故障原因具有明顯的平潭地區(qū)海上施工特點(diǎn)。由于海上窗口期較少，尤其冬季兩個(gè)窗口期可能間隔很長(zhǎng)，工藝樁震動(dòng)錘正是因?yàn)樵诤Ｉ祥e置了將近2個(gè)月的時(shí)間后，因?yàn)槿鄙偃粘５臋z修維護(hù)，導(dǎo)致了投入施工時(shí)故障、無法作業(yè)。為了盡最大可能降低設(shè)備故障而導(dǎo)致影響窗口期的問題，現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)了機(jī)械設(shè)備的檢查力度，盡可能利用避風(fēng)期發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患問題并解決問題，絕不浪費(fèi)寶貴的施工窗口期。為了達(dá)成這一效果，除了要求施工單位制定設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)規(guī)程并填寫保養(yǎng)維護(hù)記錄外，監(jiān)理單位在非窗口期也會(huì)定期在錨地登船，除檢查維護(hù)記錄外，也會(huì)要求各項(xiàng)主要設(shè)備開機(jī)運(yùn)行，觀察設(shè)備是否能夠正常工作。

圖4 錨機(jī)油管爆裂后現(xiàn)場(chǎng)搶修

3 結(jié)語

通過工程案例的說明，可以清楚地體現(xiàn)出在惡劣海況下施工效率較低所會(huì)帶來的安全、質(zhì)量、進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)。雖然有些效率問題在江蘇、浙江地區(qū)的海上風(fēng)電項(xiàng)目中是可以被容忍的，但是在福建地區(qū)，尤其是平潭地區(qū)，幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間對(duì)海上施工都是非常寶貴的，每個(gè)窗口期的工作計(jì)劃都需要按小時(shí)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(shí)際遇到的，解決方式并不一定完美，但對(duì)其他類似工程具有一定的參考價(jià)值。