余學(xué)佳

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司新能源工程院）

0 引言

全球風(fēng)能理事會（GWEC）預(yù)計到2030年全球?qū)⑿略龀^235GW的海上風(fēng)電裝機(jī)，其中30%新增裝機(jī)將在2021～2025年吊裝完成，其余在2026～2030年完成。2020年亞洲的海上風(fēng)電新增裝機(jī)容量首次超過歐洲，其中76%來自中國，但預(yù)計從2024年開始，越南、韓國和日本的市場占比將逐步提高[1]。龐大的市場吸引著越來越多的中國工程公司參與到海外海上風(fēng)電市場的建設(shè)中，中國電建自2019年開始陸續(xù)簽約朔莊薄寮171MW、平大310MW、茶榮48MW、協(xié)成78MW、金甌350MW等海外海上風(fēng)電項目。然而，蓬勃發(fā)展難掩風(fēng)險隱憂。據(jù)全球海上風(fēng)電安全組織（G+）的報告，2020年全球累計報告事故743起，主要發(fā)生在起吊、人工操作和登離船作業(yè)中[2]。2020年4月，德國Borkum Riffgrund風(fēng)場，一艘交通船撞上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，導(dǎo)致3名運(yùn)維人員受傷。2020年10月，Orion 1 起重船在德國Rostock碼頭做載重試驗時發(fā)生大臂折斷，后掉落在甲板上。2021年10月，MPI在Vattenfall’s Ormonde風(fēng)場更換葉輪時，整個葉輪掉入海中，其中一只葉片砸中支腿船甲板。2020年7月，振江號支腿船在江蘇如東海域作業(yè)過程中發(fā)生海水漫浸事故。2021年7月，中廣核惠州項目“升平001”號作業(yè)船施工平臺發(fā)生傾斜事故導(dǎo)致4人失聯(lián)。國際上的通用做法是引入海事保險來轉(zhuǎn)移風(fēng)險。海事保險單位針對海上風(fēng)電場建設(shè)投資金額大，施工難度高的特點(diǎn)，引入了海事監(jiān)察服務(wù)Marine Warranty Survey（簡稱“MWS”），即通過聘請在海事工程風(fēng)險控制方面具有豐富經(jīng)驗的獨(dú)立第三方監(jiān)督機(jī)構(gòu)來幫助其對項目進(jìn)行技術(shù)審查和評估，旨在確保重要流程和環(huán)節(jié)的安全。簡而言之，通過海事監(jiān)察是海事保險獲賠的必要條件。因此熟悉和適應(yīng)MWS的工作流程，對我國工程公司完成由國際資本投資的海外海上風(fēng)電工程EPC總承包合同履約至關(guān)重要。

1 海事監(jiān)察范圍和保證等級

海事保險行業(yè)中提供MWS的主要有ABL、WAVES、RINA和DNV-GL公司。一般來說，海外海上風(fēng)電項目的海事監(jiān)察單位由海事保險投保人（工程總承包商）自行選擇，但需要得到保險公司的認(rèn)可。確定MWS單位后， MWS單位會根據(jù)以往項目的經(jīng)驗和相關(guān)施工規(guī)范明確海事監(jiān)察范圍并明確保證等級[3]。以越南平大310MW海上風(fēng)電項目為例，見下表。

表 越南平大310MW海上風(fēng)電項目海事監(jiān)察范圍和保證等級

2 海事監(jiān)察服務(wù)的工作流程

以W3級的工作為例，海事監(jiān)察工作可分為桌面調(diào)查和現(xiàn)場監(jiān)督兩部分，其詳細(xì)工作流程見圖1。承包商配合海事監(jiān)察的目標(biāo)是獲取文件審查通過單（Warranty Review Letter）、船舶和設(shè)備適用性檢查（Vessel Suitability Survey Reports）和海事作業(yè)許可證書（Certificate Of Approval）作為證據(jù)來向保險公司主張賠償。

圖1 海事監(jiān)察服務(wù)工作流程

2.1 桌面調(diào)查審批

設(shè)計輸入指的是施工荷載，如起重機(jī)鉤頭荷載等。標(biāo)準(zhǔn)指的是環(huán)境荷載，如風(fēng)、海流、波浪、能見度等。一般情況下，設(shè)計輸入和環(huán)境荷載的計算需要符合DNVGL ST N001 Marine Operations and Marine Warranty的要求，對于沒有明確要求的項目，海事監(jiān)察員會參考類似項目和承包商協(xié)商后明確。

對于海上風(fēng)電項目而言，設(shè)計文件應(yīng)包含但不限于以下內(nèi)容：起重設(shè)備能力驗算（吊重、吊高、半徑）、施工船舶坐底強(qiáng)度驗算（如采用半潛駁）、樁腿插拔驗算（如采用支腿船）、施工船和運(yùn)輸船甲板強(qiáng)度驗算、運(yùn)輸船穩(wěn)性分析、施工船和運(yùn)輸船錨泊計算、碼頭出運(yùn)吊裝計算、貨物綁扎計算、運(yùn)輸船拖航分析等。施工方案應(yīng)包含但不限于以下內(nèi)容：風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)運(yùn)輸方案、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工方案、風(fēng)機(jī)吊裝方案、海纜敷設(shè)方案等。

提交設(shè)計文件和施工方案后，如果存在計算不合理或者不充分的地方，海事監(jiān)察單位會返回技術(shù)澄清單給承包商修改或者補(bǔ)充直至完全滿足相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，最后簽發(fā)文件審查通過單。

2.2 現(xiàn)場監(jiān)督

海上風(fēng)電施工離不開大型船舶和特種設(shè)備的支持，現(xiàn)場監(jiān)督首先要檢查的就是主要施工船舶（浮式起重船、半潛駁、支腿船、運(yùn)輸駁船、拖輪、錨艇）是否能滿足擬進(jìn)行的海事作業(yè)要求。由于計算和方案已經(jīng)通過了桌面調(diào)查審批，現(xiàn)場監(jiān)督的側(cè)重點(diǎn)是驗證現(xiàn)場船舶的規(guī)格和船舶證書保持一致、船況（錨泊系統(tǒng)、電機(jī)設(shè)備、動力系統(tǒng)）良好、船上具有足夠的專業(yè)技術(shù)人員和操作工人、船舶是否取得當(dāng)?shù)卣氖┕ぴS可證書、起重機(jī)工作狀態(tài)正常、索具無磨損等。隨后，海事檢查單位會根據(jù)上述檢查項目出具Check List給承包商整改，整改結(jié)束后即可獲得船舶和設(shè)備適用性證書。

現(xiàn)場施工當(dāng)天，海事檢查單位還會派海事監(jiān)察員到現(xiàn)場檢查船舶和特種設(shè)備的證書是否到期、相關(guān)設(shè)計文件和施工方案是否都已取得審查通過單、海事作業(yè)前是否進(jìn)行安全交底、參建各方即時通訊渠道是否暢通、現(xiàn)場海況是否滿足設(shè)計文件和施工方案明確的標(biāo)準(zhǔn)。如無問題，即可簽發(fā)海事作業(yè)許可證書（Certificate of Approval）。

對于特別重要的海事監(jiān)察作業(yè)，海事監(jiān)察員還會在現(xiàn)場旁站監(jiān)察，確保施工全過程遵循已批準(zhǔn)的方案。如不一致，還需要承包商對施工方案進(jìn)行修改，提交方案修改書Method of Change（MOC）。

3 海上風(fēng)電施工關(guān)鍵監(jiān)察點(diǎn)

海上風(fēng)電施工包括裝船、海運(yùn)、錨泊、吊裝等通用性的海事作業(yè)和樁基礎(chǔ)施工、風(fēng)機(jī)設(shè)備吊裝和海纜敷設(shè)等特有的海事作業(yè)兩種。上述海事作業(yè)的關(guān)鍵監(jiān)察點(diǎn)如下。

3.1 裝船

海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)、導(dǎo)管架基礎(chǔ)、風(fēng)機(jī)塔筒、機(jī)艙、葉輪等屬于超大重件，其裝船作業(yè)風(fēng)險等級高，需要專門的裝船方案和計算。

1）貨物及支架裝船結(jié)構(gòu)分析。應(yīng)包括所有裝船操作涉及到的貨物和運(yùn)輸支架圖紙、強(qiáng)度和承載力分析報告（含程序、模型、邊界條件、荷載組合、主要構(gòu)件桿件強(qiáng)度校核和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)局部風(fēng)機(jī)）。裝船支架焊縫無損檢測。

2）碼頭設(shè)計文件。應(yīng)包括碼頭總布置，能清楚的展示碼頭前沿、貨物堆存位置、場內(nèi)運(yùn)輸路線、碼頭系纜柱布置位置、堆場地面硬化情況）；碼頭剖面圖，能清楚展示靠船結(jié)構(gòu)、運(yùn)輸船以及碼頭水位的高度；碼頭前沿、連接棧橋和堆場的設(shè)計承載力；系纜柱規(guī)格；碼頭和進(jìn)港航道水深。

3）運(yùn)輸船舶穩(wěn)性和強(qiáng)度驗算。應(yīng)包括運(yùn)輸船整體布置圖、船體結(jié)構(gòu)圖含加強(qiáng)構(gòu)件、甲板均布和點(diǎn)荷載限制、靜水力曲線圖、艙室布置、系纜柱規(guī)格尺寸、錨機(jī)布置。

4）壓載水計算。應(yīng)包括計劃裝船的日期、時間、作業(yè)時長、是否有潮位和天氣限制。計算工況至少包括結(jié)構(gòu)物全部在岸上、一部分在船上一部分在岸上、全部在船上、最終就位前的某一個調(diào)整位置。對于每一個計算工況，應(yīng)清楚標(biāo)明裝船的時間、潮位、貨物位置、壓載水分布、船舶吃水、縱傾角度、船舶離海床面距離、水泵使用情況和利用率以及每一步需要進(jìn)行的壓載水操作。

5）裝船方案。包括詳細(xì)的裝船操作溝通表、設(shè)備裝船監(jiān)控程序、壓載水操作手冊、裝船計劃甘特圖（至少含設(shè)備移動、壓載水和錨機(jī)試驗、移船試驗、初始壓載水、結(jié)構(gòu)物移動、結(jié)構(gòu)物裝船、去除板車、海綁、移錨）、海洋環(huán)境限制條件、應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案（水泵故障、發(fā)電機(jī)停機(jī)、錨機(jī)故障、板車液壓千斤頂故障、板車爆胎、錨繩斷裂、碼頭破壞、天氣惡化）。

3.2 海運(yùn)

海上風(fēng)電風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、風(fēng)機(jī)設(shè)備、升壓站上部組塊、升壓站基礎(chǔ)等超大、重型設(shè)備一般采用海運(yùn)的方式從制造場運(yùn)輸?shù)斤L(fēng)電場安裝。為獲得MWS許可，海運(yùn)設(shè)計可參考圖2的流程執(zhí)行，并滿足規(guī)范[4]11章對于船舶運(yùn)動響應(yīng)、強(qiáng)度、穩(wěn)性、運(yùn)輸船和拖輪選擇、拖帶設(shè)備、運(yùn)輸方案、錨泊和壓載水以及船員配備的要求。此外，提交給MWS的文件還應(yīng)該包括以下信息：貨物信息、海運(yùn)航線（含補(bǔ)給港口和避風(fēng)錨地）、海運(yùn)計劃、海運(yùn)限制天氣、溝通矩陣（貨物業(yè)主、運(yùn)輸船負(fù)責(zé)人、拖輪負(fù)責(zé)人、海岸應(yīng)急響應(yīng)負(fù)責(zé)人）、運(yùn)輸船穩(wěn)定性計算和壓載水方案、運(yùn)輸船運(yùn)動和海綁強(qiáng)度計算、圖紙（甲板總布置、貨物和海綁布置、拖航設(shè)備布置、裝船和卸貨布置）、拖輪拖力計算、運(yùn)輸船和拖輪規(guī)格、船員列表（如果有）。

圖2 海運(yùn)設(shè)計參考流程

3.3 錨泊

海上風(fēng)電施工船走錨后極易和其他船舶或者已有的固定平臺發(fā)生碰撞，后果十分嚴(yán)重。因此MWS要求海事作業(yè)船舶必須提供以下信息供監(jiān)察：

1）規(guī)范。目前錨泊設(shè)計主要有ISO 19901 7[5]、DNVGL OS E301[6]和API Recommended Practice 2SK （RP 2SK）[7]，設(shè)計者可以參考多種規(guī)范條文，但是將不同規(guī)范最不保守的條款組合起來考慮是不合適的。

2）錨泊區(qū)域信息。應(yīng)包括拋錨點(diǎn)坐標(biāo)、水下地形圖、海床地質(zhì)和附近海域障礙物。特別的，對于近岸或碼頭系泊，可能還需要了解當(dāng)?shù)氐匦蔚囊恍┘?xì)節(jié)，以幫助確定應(yīng)用的避風(fēng)效果和風(fēng)切變剖面。碼頭墻剖面圖，詳細(xì)說明水位和擋泥板布置標(biāo)高。碼頭系纜柱能力、靠船護(hù)舷剛度。

3）設(shè)計環(huán)境狀況。以有效波高、譜峰周期、波浪譜模型和峰值放大系數(shù)表示的海況、設(shè)計陣風(fēng)風(fēng)速、設(shè)計潮流剖面、涌浪周期和方向。

4）被系錨船舶。船舶狀態(tài)（工作吃水、位移、豎向重心、軸向重心、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量矩或橫搖、俯仰和偏航中的回轉(zhuǎn)半徑）、環(huán)境荷載和響應(yīng)特征（風(fēng)荷載系數(shù)、流荷載系數(shù)、二次傳遞函數(shù)和低頻附加質(zhì)量和阻尼、波高-頻率響應(yīng)函數(shù)）、錨點(diǎn)（布置、規(guī)格、數(shù)量）。國內(nèi)施工船舶普遍采用四錨定位系統(tǒng)，不具備單錨失效后的船舶定位能力。為獲得MWS的許可，必須準(zhǔn)備詳細(xì)的錨泊失效應(yīng)急響應(yīng)措施、安排人員24小時監(jiān)控錨泊系統(tǒng)狀態(tài)和安排拖輪在旁值守來補(bǔ)充冗余性。特別的，越南風(fēng)電市場上的駁船一般僅配備兩錨，投入使用前應(yīng)進(jìn)行升級改造。

5）錨泊分析。錨的數(shù)量、型號和規(guī)格。系泊線的材料、長度、形式和使用年限。系泊線公稱直徑，MBL，單位長度干、濕重量和系泊線的軸向剛度或纖維繩的荷載擴(kuò)展曲線，最近的檢查報告，工作最大應(yīng)力，安全系數(shù)。錨泊布置圖、船舶偏移量、系泊線和障礙物的間隙、錨的橫向和豎向作用力。

3.4 吊裝

海上風(fēng)電場施工涉及大量的吊裝作業(yè)，對于風(fēng)機(jī)設(shè)備、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、升壓站上部組塊、升壓站基礎(chǔ)等超大、重型設(shè)備和結(jié)構(gòu)的吊裝應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的吊裝分析。為獲得MWS許可，吊裝設(shè)計可參考圖3的流程執(zhí)行，并滿足規(guī)范[4]16章的要求。提交給海事監(jiān)察單位審查的報告應(yīng)包含以下三部分內(nèi)容：

圖3 吊裝設(shè)計參考流程

1）吊裝結(jié)構(gòu)分析。包括設(shè)計輸入、主要構(gòu)件結(jié)構(gòu)尺寸（平面圖、立面圖和側(cè)視圖）、合理的重量和重心分布估計、鋼材等級和性能指標(biāo)、荷載組合、校核規(guī)范、校核結(jié)果（桿件和節(jié)點(diǎn)UC應(yīng)小于0.8）、吊點(diǎn)和吊梁強(qiáng)度校核。

2）吊索系統(tǒng)布置。包括被吊結(jié)構(gòu)尺寸、中心、吊點(diǎn)布置、起重機(jī)械布置和鉤頭位置、吊索長度和角度、吊索和卸扣強(qiáng)度校核。

3）起重船。包括起重船總布置圖、工作和生存吃水、錨泊定位布置、起重機(jī)吊重半徑曲線圖、起重機(jī)駕駛員資格證書、起重操作對應(yīng)的壓載水方案。

3.5 樁基礎(chǔ)施工和風(fēng)機(jī)設(shè)備吊裝

提交給海事監(jiān)察單位審查的報告應(yīng)包含以下內(nèi)容：

1）安裝允許偏差和作業(yè)天氣限制。如風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)位置和方位，穩(wěn)樁平臺位置，樁身垂直度偏差。如起吊作業(yè)和安裝作業(yè)允許風(fēng)速、流速和浪高。

2）易損位置保護(hù)。如電纜管口被海床堵塞、支腿船樁腿沖刷對穩(wěn)定性的影響、支腿船對已敷設(shè)海纜的破壞、外平臺和施工船舶發(fā)生碰撞、螺旋槳和系纜繩對潛水員作業(yè)的影響、葉片運(yùn)輸時波浪對葉片的沖擊保護(hù)。

3）施工船舶。施工船舶應(yīng)嚴(yán)格遵守經(jīng)船級社認(rèn)證的船舶操作手冊規(guī)定。支腿船應(yīng)和已敷設(shè)海纜保持足夠的安全距離。對于非天氣限制操作，應(yīng)抬升支腿船保證船體和預(yù)計壞天氣引起的海面保持足夠的距離；對于天氣限制操作，應(yīng)保證支腿船拖航過程中不會出現(xiàn)惡劣的天氣（有效波高1.5m以上）。浮式起重船不允許勾頭長時間懸掛重物。近岸坐底式起重船和駁船必須在船級社認(rèn)可的海洋環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)。

4）運(yùn)輸。單樁套籠、風(fēng)機(jī)底端塔筒等高重心立式運(yùn)輸貨物解綁需要專項方案。

5）風(fēng)機(jī)設(shè)備安裝。吊具多次使用后完整性檢查。塔筒海運(yùn)至現(xiàn)場后需檢查橢圓度。葉片或者葉輪吊裝需明確天氣限制和纜風(fēng)繩布置。

3.6 海纜敷設(shè)

提交給海事監(jiān)察單位審查的報告應(yīng)包含以下內(nèi)容：

1）敷設(shè)船。包括敷設(shè)船外形尺寸、總體布置和作業(yè)吃水；甲板布置（含固定和移動設(shè)備）；船載吊機(jī)起重能力曲線；錨泊系統(tǒng)（含錨機(jī)、控制系統(tǒng)、錨索、錨、浮球、中央監(jiān)控系統(tǒng)和錨繩張力計）；電纜盤裝載能力和驅(qū)動系統(tǒng)；海纜敷設(shè)限制天氣（流、浪）；船級社認(rèn)證證書（船體、設(shè)備）。

2）錨泊方案。對于開闊海域，需提供典型拋錨圖；對于登陸點(diǎn)附近海纜密集區(qū)，需要對每一段海纜敷設(shè)的錨位進(jìn)行詳細(xì)描述。至少包含兩艘拋錨艇，并提供拋錨艇規(guī)格參數(shù)。斷錨或者走錨后的應(yīng)急響應(yīng)方案。

3）海纜路由。準(zhǔn)確描述海纜敷設(shè)路徑（起始點(diǎn)、轉(zhuǎn)彎半徑），詳細(xì)描述路徑周圍已有的平臺、管道、電纜等海上建筑物，航道、軍事保留區(qū)、漁網(wǎng)、UXO、沉船、珊瑚礁、巖石等障礙物。

4）海纜參數(shù)。包含海纜內(nèi)外徑和保護(hù)層厚度、重度、允許張力、允許應(yīng)變、最小彎曲半徑、設(shè)計環(huán)境因素、埋設(shè)深度要求、接頭要求等。

5）海纜敷設(shè)。包括退纜方案、敷設(shè)方案、天氣預(yù)報、危險分析、海纜完整型測試、穿越J形管受力分析、牽引線參數(shù)、牽引機(jī)能力和布置、外放、回收以及接頭處理（如有）、敷設(shè)后回填方案等。

4 結(jié)束語

1）說明了國外海上風(fēng)電場工程建設(shè)引入海事監(jiān)察服務(wù)的必要性，并介紹了海上風(fēng)電工程海事監(jiān)察的范圍、等級和工作流程，有助于國內(nèi)總承包單位和施工單位熟悉和適應(yīng)MWS的工作流程。

2）全面梳理了海上風(fēng)電施工裝船、海運(yùn)、錨泊、吊裝、樁基礎(chǔ)施工和風(fēng)機(jī)吊裝以及海纜敷設(shè)監(jiān)察要點(diǎn)，并結(jié)合DNV ST-N001規(guī)范給出了海運(yùn)和吊裝操作參考設(shè)計流程，給國內(nèi)施工單位走出國門承接海外風(fēng)電場施工準(zhǔn)備施工方案提供了指南，給國內(nèi)EPC單位順利完成海外項目履約提供了技術(shù)支撐。