李振华于金亮卢智斌交通运输部上海打捞局摘 要：以风电安装船作业过程中可能出现的风险为研究对象，主要介绍可能出现的风险并提出了预防和应对措施，如平台浸水、起重机折臂、运输碰撞、平台穿刺等。
研究证实，通过加强海上风电作业风险分析，做好风险评估，完善风险控制措施，建立完整的管理体系，可进一步确保海上风电作业安全，降低相关损失。
关键词：自升式风电安装船;工况风险;设备状态风险;作者简介：李振华（1986—），男，工程师，研究方向为救助打捞、海洋工程、海上风电等。
;1 自升式风电安装船及作业工况自升式风电安装船是四桩腿液压插销式，主要由船体、4个圆柱式桩腿、4套液压升降系统等组成。
采用流线型船艏，方型艉部，全焊接钢质船体，艉部左舷设1 200t绕桩式全回转起重机，艉部3台全回转推进器，艏部3台艏侧推，具有DP-2级动力定位能力。
该船具备起重、运输、储存及补给等作业支持功能，可用于近海风电场风机基座、支撑塔架、机舱及叶片的运输和吊装，兼顾海底管线维修、平台维修、平台生活支持和近岸各类结构物的吊装等工作。
该船主要通过桩腿和升降系统配合将船抬升到一定高度，以便适应不同水深和作业高度。
但由于海上作业未知情况相对陆地较多，例如在航行就位、举升、预压、降船、拔桩、吊装作业和风暴自存等操作过程中会遇到许多突发情况，出现风险概率较大，因此结合海上作业过程情况，有必要对不同作业操作风险进行分析，做出相应控制措施，以保证船舶作业安全。
自升式风电安装船作业工况包含航行就位、插桩作业、站桩举升、站桩吊装、站桩降船、拔桩作业、收桩离场以及风暴自存。
2 各工况风险2.1 碰撞桩基础为满足风机吊装高度和起吊重量，作业船舶一般会尽可能靠近作业区域，例如在艉站位风机吊装时，船尾距风机基础外圆最小距离约6m，相对较近。
在船舶移位过程中，如受较大风浪、海流影响可能会导致船舶碰撞风机基础。
防范措施：船舶航行定位前查阅相关施工定位图、天气海况等资料，选定较好海况进行船舶移位；移船船舶靠近基础时，尽量选择接近平潮流速较低时段，以减少水流对船舶影响；制定站位方案是船舶艏向尽量保持与流向一致或接近，也可减少水流对船的影响；安排人员瞭望测量，报告船舶与基础距离。
2.2 穿刺穿刺是指在插桩作业过程中，桩靴站立于上部坚硬下部松软的地层（也称蛋壳），当继续施加的载荷（预压载荷和桩腿桩靴重量总和）超过硬质层地基极限承载力，使地基土层发生冲剪，桩靴穿过硬质层进入软土层，地基承载力大幅下降，桩腿快速下沉致使船舶发生大角度倾斜。
防范措施：根据准确的地质报告计算站桩位置的地基承载力，结合预压载荷判定入泥深度和极限入泥深度；通过计算，对站桩位置做穿刺危险性分析；预压载荷采取由小至大循序渐进的策略，并有足够的静候时间；预压载选择对角桩腿预压（如图1所示）；预压载时，要选择涌浪较小的天气，船体与水面保持最小的距离，在发生穿刺时使船舶尽快入水，通过浮力一定程度上减缓穿刺风险；当满足起吊重量可变载荷并确保安全的情况下，适当减少预压载荷也可降低穿刺风险。
图1 对角桩腿预压示意图 下载原图穿刺危险分析通常采用YOUNG和FOCHT提出的3∶1荷载扩展分析法，即假定施加在硬土层上的基础荷载被扩展通过硬土层，在软土层的顶面产生假设的等效载荷。
通过硬层的扩展比例为n∶1（垂直方向：水平方向），如果施加在等效基础上的载荷超过下层软土层的承载力，则刺穿将会发生，一般情况下n取值3～5。
图2为无回填情况下穿刺分析示意图。
图2 无回填情况下穿刺分析示意图 下载原图应急措施：计算入泥深度时考虑船舶极限入泥深度，穿刺时，穿刺桩腿尽快下放至备选承载层；根据穿刺情况，通过内部压载水进行反向压载调整，减少穿刺桩腿载荷，以减缓倾斜速度；也可降船，使船舶尽快落水，通过自身浮力，减轻桩腿载荷，尤其是穿刺桩腿载荷。
2.3 滑桩在一些海底情况相对复杂的作业现场，如有多种不同平台多次作业，海底脚印错综复杂，或海底岩层结构相对复杂，作业船舶在就位后随桩靴载荷的增加会有滑桩风险，滑桩一旦发生可能会导致桩腿和船体结构受损。
防范措施：索要施工定位图，结合施工定位图确定适合的站位方向；放桩时观测桩腿载荷，如桩腿载荷与其他桩腿载荷出现较大偏差则放弃站桩重新选择位置。
2.4 冲刷海底浅土层冲刷对插桩和站桩也有很大影响。
①冲刷会导致基础周边出现深坑，进而削弱地基承载力，致使计算承载力大于实际地基承载力，出现穿刺。
②船舶站桩后，由于海域洋流较急，桩靴周边也会形成冲刷，使桩靴出现踩空，进而导致船舶出现倾斜。
防范措施：根据潮流方向，尽量远离桩基冲刷产生的深坑；缩短站桩时间，尤其是大潮汛期间；不可避免地长时间站桩时，视情况适当进行重新压桩。
2.5 倾斜在插拔桩作业以及出现穿刺、滑桩、冲刷的情况下，船舶会出现倾斜，进而导致自由液面出现变化（燃油、液压油吸空，压载水串舱），严重会导致倾覆。
防范措施：插拔桩作业前，调整压载水布局，尽量保持桩腿受力均衡；插拔桩作业时，时刻监控横纵倾变化，控制船舶横纵倾角度，避免过大；严格执行操作手册，避免出现穿刺、滑桩和冲刷情况；插拔桩作业前设备系固，水密舱盖关闭。
2.6 拔桩困难在国内一些近海风场，如江苏、福建部分区域，海底淤泥层很厚，地质疏松，入泥过深和长时间站桩回填都可能导致拔桩困难。
防范措施：为保证平台拔桩作业安全顺利，在作业前应预先分析在特定地质条件及入泥深度的拔桩能力，保证船舶安全的情况下是否有足够的浮力进行拔桩，如不具备，则放弃插桩作业；拔桩作业前，检查冲桩系统是否正常，确保能提供足够的压力和流量以松动桩靴周边土壤；与插桩时预压载一样，拔桩采取对角拔桩方式。
3 设备状态对作业安全的影响船舶就位、插拔桩作业涉及的机械设备较多，主要设备有DP系统、电力系统、升降系统等相关设备。
3.1 DP系统DP系统与插桩、拔桩密切相关，插桩过程中DP准备和退出时间、拔桩过程中DP准备和进入时间需要升降操作工程师时刻与驾驶员（或DPO）保持联系沟通，DP系统设备正常运转和准时（提前）介入，对在插拔桩过程中防止船体失位，防止与附近基础或风机相撞至关重要。
3.2 电力系统该船配备全电力推进系统，推进、作业、船舶日用负载均由船舶主电站供电。
根据该船设计，平台升降（插拔桩）过程使用2台主发电机，DP介入情况下使用6台主发电机，所以要保证6台发电机在任何时候都可以正常使用，配电系统以及电站正常工作。
一旦在平台升降过程中电力系统出现故障，桩腿承载不足和潮汐涨落都会对船舶安全造成影响，DP失位，严重会导致船舶倾覆，所以配电系统稳定性非常重要。
3.3 升降系统该船配有四套液压插销式连续升降系统。
每根桩腿安装一套升降装置，包括高位环梁、低位环梁、提升油缸、插销装置。
配置4个液压站作为动力源，通过电控系统对升降系统与液压站进行控制。
表1为设备组件配置表。
表1 设备组件配置表 下载原图下载原表升降系统在每一次操作之前，需要根据检查表查液压管路和设备运转情况，液压管系接头是否有松动、信号传输是否准确、系统设备内部接口是否渗漏都关乎升降系统操作能否正常，任何一点出现异常，都会导致升降操作停滞，进而影响船舶安全。
3.4 冲桩系统冲桩系统采用高压冲水系统和压缩空气的组合方式。
用于拔桩时破开桩靴上方的泥土和减小桩靴底面泥土的吸附力和黏结力。
冲桩管系主要由法兰连接且穿过桩腿空舱和桩靴，如果遇到插桩深度较大以及承载层为黏土地质的施工海域，需要经常对所有法兰检查，以防止冲桩系统泄漏出现无法对桩靴喷冲。
每一次拔桩作业结束后，需要检查冲桩系统是否正常，喷嘴是否堵住。
同时冲桩系统的连续，在入泥深度较大和作业水域水深较浅时，对拔桩作业极为重要，可极大地减少拔桩作业时间，提升作业效率，避免船舶因潮水导致的搁浅。
4 其他风险源4.1 地质报告和施工定位图地质报告包含了区域地质概况、构造稳定性、地形地貌、地层岩性、水文地质和岩土层物理力学指标。
施工定位图包含原附近船舶站桩位置、海底是否存在海缆和异物等，如允许，可作业前进行海床扫测。
地质报告和施工定位图为后续船舶进场、入泥计算和站桩情况判断提供基础参数和依据。
应确保准确，以免造成错误的计算结果和判断。
留出计算余量预防计算偏差。
4.2 作业海况以及气象条件作业区域海况和气象条件对船舶作业安全存在影响，插拔桩以及站桩作业应考虑作业期间的海况和气象条件，如不具备，则采取规避措施放弃作业。
4.3 入泥深度计算与判断(1）根据地质勘探报告，计算出地基承载力，进而结合预压载荷、安全气隙高度和吊装高度，确定船舶升高位置。
地质和桩靴参数对于桩靴的入泥深度计算很关键，目前没有合适的公式和准确的桩靴参数确保较深入泥计算的准确性，因此需要多方公式相互印证，对比参照。
鉴于很多不确定性，需要操作时采取预压载荷由小至大逐步增加。
(2）参照计算结果和预压载荷，预判船舶入泥深度以及此情况下是否满足站桩要求，有无穿刺风险。
如有穿刺应采取什么样的措施，需要操作者预先做好准备。
因此，对于站桩承载层的计算和判断尤为重要，如承载层判断失误，则会导致压桩、站桩和吊装时出现穿刺，导致船舶出现严重倾斜甚至倾覆，进而产生不可挽回的损失。
4.4 操作过程风险(1）升降船作业涉及近乎全船大部分的人员，沟通与配合至关重要。
升降船操作前需要检查发电机组是否满足作业需求、固桩油缸松开、吊机是否已经放置到位并通知不可再运行、冷却水转换等，操作过程中驾驶设备（例测深仪和计程仪）脱离和进入水面后的开关、海底阀箱排气、冲桩系统对接与拆卸、DP系统的介入和退出、船舶上升高度的确认等方面，升降船结束后桩靴喷冲、桩腿紧固、桩腿载荷调整等，以上均需升降操作人员与各个部门进行沟通和确认，其中任何环节都会有影响。
(2）人员操作问题。
操作人员须经过相应培训取证，如选择错误的模式进行操作，导致程序禁止环梁动作或超限报警不动作；一个环梁未到达程序设定的行程，导致另一个环梁插销无法找孔。
操作者按错按键，多选或少选环梁；摇杆方向选错，导致实际升/降平台方向错误或桩腿提放方向错误；系统操作过程中越控后没有及时复位，导致系统保护功能不起作用，使后续操作越限（这种情况可能导致超载和超倾角，对系统和平台安全产生非常严重的威胁，如超载导致桩靴变形、损坏；环梁受伤，产生裂纹；液压系统超压，泄漏。
操作过载还可能对平台造成损坏，如弯矩过大船体结构受损；平台倾角过大可能导致桩腿弯曲受伤；吃水过大甲板面浸水；油缸超行程油封被拉伤）。
4.5 运输船走锚本船施工过程中，难免有运输船舶就近抛锚，为本船提供相关设备、物资和人员，如运输船出现走锚，可能会碰撞我船。
因此在作业过程中对近平台锚泊船的锚系能力进行评估，增加瞭望，时刻关注附近船舶，“早发现，早预警，早制止”以确保船舶的安全。
5 结语自升式海上风电安装船作为海上风电安装的关键设备，在海上作业时面临复杂恶劣的环境，属于高风险作业，且近几年事故频发，已出现了包含平台浸水、起重机折臂、碰撞、平台穿刺等多起事故。
因此，加强海上风电作业风险分析，做好风险评估，完善风险控制措施，建立完整的管理体系，应引起主管机关和相关部门的高度重视，以确保海上风电作业安全降低损失。
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