郭超 中國(guó)鐵建港航局集團(tuán)有限公司

1.引言

隨著科技進(jìn)步與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，全世界對(duì)環(huán)境保護(hù)、能源安全問(wèn)題高度重視。在中國(guó)，風(fēng)能儲(chǔ)量巨大、分布廣泛、對(duì)生態(tài)環(huán)境影響較小，它是能源發(fā)展中極具前景的領(lǐng)域之一。據(jù)估算，全世界風(fēng)能資源總量約為 1400億千瓦，我國(guó)擁有的儲(chǔ)量約13 億千瓦，主要分布在陸地和近海區(qū)域，其中近海區(qū)域儲(chǔ)量約為 10 億千瓦。風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有很多優(yōu)勢(shì)，比如經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益以及環(huán)境效益。但也存在很多問(wèn)題，比如風(fēng)電設(shè)備制造質(zhì)量有待進(jìn)一步提高、風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈整合能力不足等一系列問(wèn)題。為了更好地利用風(fēng)力發(fā)電，以及改善海上風(fēng)力發(fā)電的效果。本文研究了創(chuàng)新的設(shè)施組織以及科學(xué)化施工方面，設(shè)計(jì)了一款兼顧氣象條件、水文條件、波浪、風(fēng)資源、地質(zhì)形貌的單樁穩(wěn)樁平臺(tái)。該平臺(tái)是液壓插銷式自升式平臺(tái)，適合不同施工區(qū)域；適合單樁、三樁和四樁導(dǎo)管架穩(wěn)樁施工；適合最大直徑8.5m的鋼管基礎(chǔ)樁。另外該平臺(tái)采用六錨定位，通過(guò)錨機(jī)收放錨鏈，能夠使平臺(tái)快速就位。該平臺(tái)能在風(fēng)電項(xiàng)目中優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施組織并且實(shí)施科學(xué)化施工，為風(fēng)電企業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

2.我國(guó)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

相比與陸地上風(fēng)電項(xiàng)目而言，海上風(fēng)電項(xiàng)目進(jìn)展較為緩慢。查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)關(guān)于海上風(fēng)電項(xiàng)目的問(wèn)題主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：（1）政策制約方面。海上風(fēng)電項(xiàng)目相對(duì)而言起步較晚，對(duì)其的政策扶持方面也相對(duì)較少。（2）在海上建立風(fēng)電項(xiàng)目。海上的風(fēng)電項(xiàng)目要求要比陸地上風(fēng)電項(xiàng)目要高。另外相比于國(guó)外，國(guó)內(nèi)企業(yè)在核心技術(shù)方面掌握不足，所以海上風(fēng)電項(xiàng)目的發(fā)展容易穩(wěn)定性不強(qiáng)。（3）陸地上風(fēng)電項(xiàng)目和海上風(fēng)電項(xiàng)目都面臨著聯(lián)網(wǎng)效率不高的問(wèn)題。

圖1 單樁穩(wěn)樁平臺(tái)的安裝工況

圖2 單樁穩(wěn)樁平臺(tái)的作業(yè)工況

3.風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢(shì)與不足

關(guān)于風(fēng)電項(xiàng)目發(fā)展優(yōu)勢(shì)，可以從環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益這三個(gè)方面來(lái)闡述。（1）環(huán)境效益：風(fēng)力發(fā)電是一種對(duì)環(huán)境影響較小的發(fā)電模式，具有正外部效應(yīng)。（2）社會(huì)效益。據(jù)我國(guó)可再生能源研究機(jī)構(gòu)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，從 2020 年一直到 2050年，隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展人才需求也隨之增加，預(yù)計(jì)到 2050 年風(fēng)電市場(chǎng)總就業(yè)人數(shù)將達(dá)到47 萬(wàn)人。（3）經(jīng)濟(jì)效益。相比于傳統(tǒng)發(fā)電方式，風(fēng)電項(xiàng)目?jī)?yōu)勢(shì)更為明顯，潛藏著巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

我國(guó)在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展中當(dāng)然也存在一些問(wèn)題，例如①成本壁壘。一直以來(lái)，風(fēng)力發(fā)電呈現(xiàn)出成本明顯偏高的特點(diǎn)，這也是阻礙風(fēng)電技術(shù)推廣應(yīng)用的主要因素。②人才壁壘。相比于火電水電，我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)屬于起步階段，因此在人才方面不夠豐富。尤其是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)制造等程序，這些都需要各種專業(yè)人才。③技術(shù)壁壘。完整的風(fēng)電開(kāi)發(fā)過(guò)程主要包括評(píng)估風(fēng)能資源、設(shè)計(jì)風(fēng)電場(chǎng)所、安裝使用風(fēng)電設(shè)備、運(yùn)營(yíng)維護(hù)電場(chǎng)的日常。具備成熟經(jīng)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)隊(duì)伍對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)十分重要。

4.創(chuàng)新組織與科學(xué)化施工

針對(duì)目前我國(guó)在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目發(fā)展中的一些弊端，如技術(shù)壁壘和成本壁壘，本文提供了風(fēng)電技術(shù)的創(chuàng)新組織以及一些科學(xué)化施工的策略、工藝。

4.1 概述

為了海上風(fēng)場(chǎng)的打樁作業(yè)，設(shè)計(jì)制造了海上風(fēng)電安裝單樁穩(wěn)樁平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱單樁穩(wěn)樁平臺(tái)）。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它就是為鋼管樁下沉的專用導(dǎo)向裝置。對(duì)于穩(wěn)樁平臺(tái)，它自帶發(fā)電供電系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)，并且可以獨(dú)立輔助作業(yè)船舶施工。另外，該平臺(tái)具備以下功能：（1）調(diào)節(jié)工程樁的沉樁作業(yè)以及樁身垂直度；（2）滿足受海洋風(fēng)、浪、流影響的施工需求。其主要結(jié)構(gòu)為Q355B型材料，附屬結(jié)構(gòu)為Q235B型材料。其安裝概況如圖1所示。圖2是兩種作業(yè)工況，如圖2所示。

4.2 設(shè)計(jì)依據(jù)

單樁穩(wěn)樁平臺(tái)主要參考的是《海港水文規(guī)范》《港口工程荷載規(guī)范》《船舶與海上設(shè)施起重設(shè)備規(guī)范》《材料與焊接規(guī)范》《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》以及《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》。其適應(yīng)的作業(yè)環(huán)境要求為：在作業(yè)時(shí)水深為20～40m，水流速度要不大于2m/s，風(fēng)速不大于20m/s。另外在非工作時(shí)，水流速度要不大于5m/s，承受的最大風(fēng)速為55m/s。對(duì)于打樁導(dǎo)向能力而言，其直徑為6.0m～8.5m，水平調(diào)整能力為±0.5m（專指油缸伸縮方向），糾編能力 200t（單油缸作用力）。

表1 涂裝要求

4.3 主要部件

單樁穩(wěn)樁平臺(tái)的主要部件包含穩(wěn)樁平臺(tái)結(jié)構(gòu)、油缸導(dǎo)向裝置、定位樁、平臺(tái)掛索、扶梯平臺(tái)、液壓系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)等。（1）對(duì)于單樁穩(wěn)樁平臺(tái)結(jié)構(gòu)，上部是導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)，主體是一個(gè)24m×23m×12m的空間立方體桁架結(jié)構(gòu)。下部是立柱結(jié)構(gòu)，是鋼管焊接的桁架結(jié)構(gòu)。最后在平面下層鋪設(shè)防沉板以保證穩(wěn)樁平臺(tái)結(jié)構(gòu)整體放入海底后的穩(wěn)定。（2）對(duì)于油缸導(dǎo)向裝置一共有8套，在平臺(tái)的上下兩層各布置4套。其中的4件油缸行程為2m，另外的4件油缸行程是1m。（3）另外，油缸導(dǎo)向裝置與底座通過(guò)螺栓連接，底座螺栓孔預(yù)留孔位，用于油缸導(dǎo)向裝置的移位安裝。油缸導(dǎo)向裝置通過(guò)放置于下部平臺(tái)上的液壓站提供動(dòng)力和控制作業(yè)。同層的4套抱樁油缸即可同步動(dòng)作也可單獨(dú)動(dòng)作，開(kāi)閉油缸和插拔銷油缸均為單獨(dú)動(dòng)作，無(wú)聯(lián)動(dòng)作業(yè)工況，高低位抱樁器配備視頻監(jiān)控設(shè)施。（4）對(duì)于定位樁，它是一種鋼板卷制的焊管。其中直徑為2.5m，主要材質(zhì)為Q355B。為了保障施工人員的安全，需要安裝輔助設(shè)施，在下部平臺(tái)及上層抱箍四周設(shè)置欄桿。（5）對(duì)于電氣及液壓這種控制系統(tǒng)，將臨時(shí)樁頂部和穩(wěn)樁平臺(tái)采用掛索的裝置進(jìn)行連接。對(duì)于電腦操作的操控臺(tái)、配備高清顯示屏幕，各類打樁作業(yè)數(shù)據(jù)、監(jiān)控畫(huà)面實(shí)時(shí)顯示，打樁作業(yè)時(shí)，在操控臺(tái)顯示器上可看到鋼管樁傾斜儀傳感器顯示的數(shù)據(jù)、可顯示抱箍油缸位移傳感器的位移數(shù)據(jù)，可看到打樁作業(yè)高低位抱樁器視頻監(jiān)控畫(huà)面。

4.4 防腐

對(duì)于穩(wěn)樁平臺(tái)結(jié)構(gòu)，在運(yùn)行中需要考慮防腐的問(wèn)題。要求所有鋼管兩端必須嚴(yán)格焊接密封。在封閉箱梁內(nèi)部，要在封閉前涂裝環(huán)氧富鋅防銹底漆兩道，并且要求厚度不得小于 70 μm。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的外表面，需按表1所示體系涂裝。

5.小結(jié)

風(fēng)電產(chǎn)業(yè)作為全球最為熱門的可再生清潔能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)之一，它對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步都具有舉足輕重的地位。通過(guò)加大基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)力度，強(qiáng)化政策對(duì)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的支持力度，整合風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈，來(lái)促進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新，提升風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的自身運(yùn)營(yíng)管理水平。嚴(yán)格把控風(fēng)電項(xiàng)目的工程質(zhì)量，動(dòng)態(tài)管理風(fēng)電工程的施工情況，在經(jīng)濟(jì)收益不斷提高的基礎(chǔ)上，獲得生態(tài)效益，讓風(fēng)電工程項(xiàng)目成為高效、質(zhì)量好并且可以有序管理的國(guó)家重點(diǎn)工程。單樁穩(wěn)樁平臺(tái)的使用為海上打樁施工提供了可靠的技術(shù)支持，在保證施工安全的前提下，提高了打樁的經(jīng)濟(jì)效益，為發(fā)展風(fēng)電產(chǎn)業(yè)做出一定的貢獻(xiàn)。