淺談“港航平9”多功能升降平臺船的經濟技術定位

高永生

（天津港航工程有限公司，天津 300457）

1 應用市場概要分析

有關海上風電市場分析方面的論文資料很多，在此不做過多復述，但以下幾方面的因素，對平臺船的經濟技術定位比較敏感，我們進行了分析。

1.1 海上風電單機容量

目前國內風機都是“橫軸式”機組（水平軸），單機容量有向大型化發展的趨勢，但是否會形成今后的主流，需要由市場規則確定，實驗性項目和市場化運作有很大的差異，目前市場規則是并網電價0.75 元和0.85 元，主流風機的規格以及綜合成本需要順應這個市場，否則就沒有前景和生命力，我們定位是充分考慮我國的實際情況，兼顧考慮了國外的經驗，按照海上風電市場必然朝著降低綜合成本方向發展的思路，分析國內海上風電主流也應該是8MW 以下的風機，所以平臺船主要指標定位是滿足8MW 全工藝施工需求稍有冗余即可，這樣可以滿足國內海上風電絕大部分施工需求，在此基礎上進行優化設計，研究施工工藝，以獲得好的性價比，順應市場降低綜合成本的發展趨勢。

1.2 風機安裝高度與吊機吊高

吊機吊高這個指標確定，與吊機價格有直接關系，滿足風機設計施工要求即可，風機的設計軸高度主要考慮風力效能和風葉離水凈高度兩個主要因素，通過這兩個主要因素的優化確定“軸高度”，目前國內海上風機軸高度多數在80～100m，再加上風機結構高度以及工裝高度推算出吊機吊高指標，目前國內比較認可的吊機吊高參數為“甲板以上有效吊高≥110m”，這個指標是平臺船優化設計的關鍵指標之一，我們認為110m 比較合理。

1.3 風機基礎形式

目前國內海上風電基礎主要有“單樁”和“群樁”兩種形式（其他基礎形式在此不做分析），單樁基礎具有重量大施工要求高的特點，平臺船針對單樁基礎施工，充分考慮兼有打樁功能是必要的，但打樁需要的起重能力對于控制建造成本也很敏感，需要綜合考慮確定，我們確定主鉤的吊重能力1200t，是基于8MW 風機以及對應的單樁施工需求。

1.4 設計水深

有關資料介紹，我國海上風電主要在水深30m 左右沿海，實際中有些項目水深達到40m 左右，平臺船作業水深和建造成本有直接關系，水深越深，成本越高，這一點上，我們認為，風機設計水深最終也要由市場規則決定，平臺船作業水深也是一樣，作業水深越大，造價越高，經過分析，認為平臺船作業水深滿足40m 基本可以適應我國海上風電市場。另外，根據國內沿海地質情況，我們認為樁腿長度可以按照平均入泥深度8m 考慮，這樣對于控制平臺船造價有明顯作用。

2 主要功能的經濟技術定位

2.1 升降方式

我們首先對常見的用于風電施工以其他海洋工程平臺船采用“液壓缸、齒輪齒條、絞車鋼絲繩”三種升降系統和機理進行了一些調研，概要因素的比較見表格1。

表1

對表1 的二種升降方式分別分析如下：

（1）液壓缸升降。基本機理是通過液壓缸往復運動，利用液壓缸兩端的動靜銷軸，在樁腿結構上的銷孔轉換配合，實現船體與樁腿之間的位置調整，完成船體的升降。具有較高的可靠性，壽命長，規格型號比較靈活，運動方式主要分為“步進式和連續式”兩種，升降速度＜20m/h 左右，價格適中，市場保有量較多的特點，但是這種抬升形式效率較低，樁腿底部與海床接觸時對波浪影響敏感，只能用在“筒形樁腿”結構，由于受到樁腿重量限制，適應作業水深有局限性，故障維修比較復雜，作業時每根樁腿需要安排人員監護，保證與中控操作人員的實時聯絡。

（2）齒輪齒條升降?；緳C理是通安裝在船體結構上帶有減速箱驅動的齒輪動力裝置，與固定在樁腿結構上的齒條之間雙向旋轉運動，實現船體結構與樁腿之間的位置變化，完成船體升降。齒輪驅動裝置有電動和液壓驅動兩種方式，有多種規格，可以根據設計自由組合，齒輪齒條升降系統具有運行平穩，速度范圍30 ～108m/h，速度越快樁腿底部與海床接觸時的敏感性越低，結構緊湊，適用水深較大，日常維護保養方便，作業時每根樁腿無須安排人員實時監護，目前國內齒輪齒條升降系統生產廠家較多，各項技術日臻完善，使用壽命按照50 次/年計算，耐久壽命可以達到20 年，加上維修工藝簡單，已經是成熟可靠的升降裝置了，但目前綜合價格較高。

2.2 吊機選擇

目前國內平臺船主要有全回轉甲板吊機和全回轉繞樁吊機有兩種形式，各有優缺點，其中：

（1）甲板吊?；咎攸c是，吊機通過“將軍柱”固定在樁腿之間的甲板上，有兩種布置方式：第一種是布置在船體的艏、艉端，位于兩根樁腿之間并貼近船端，優點是吊機重量可以分散在兩根樁腿上，對于降低樁靴比壓有好處，還有可能實現浮態兼做全回轉起重船的可能，缺點是占用一些甲板有效面積，臨近樁腿在全回轉作業時有可能會有干擾。第二種是布置在舷側兩根樁腿之間，這種布置只在國外風電施工平臺船應用，比較突出的優點是，對風機基礎擾動最小，吊機重量和作業載荷可以分散到四根樁腿上，樁腿對吊機臂桿回轉作業影響小，舷側空間大便于安放輔助工裝設施，但是船舶偏載平衡以及吊機臂桿在航行狀態的封存擱置會比較麻煩。

（2）繞樁吊。基本特點是，吊機直接安裝在一個樁腿加強的固樁室結構上面，可以繞著這根樁腿進行作業，優點是吊機回轉受臨近樁腿干擾較小，占用加板有效面積小，有三個方面缺點，首先吊機重量全部加在一根撞腿上，該樁腿對地比壓較大，對升降效率有影響；其次繞樁吊臂桿回轉中心到船艏距離較遠，會限制船舶駐位，或影響吊機性能發揮；另外，作為浮態做起重船使用難度很大，且性能衰減幅度較大。

2.3 吊機位置與樁基安全

目前國內外平臺船吊機布置有艏、艉中間布置，舷側布置和繞樁吊三種情況，實際使用中船舶安裝駐位基本情況如樁位示意圖。

圖1

從圖中不難看出，吊機在舷側布置樁腿入泥后離風機基礎最遠，因此，擾動最小，而繞樁吊離樁基距離最近，在作業時應該注意離風機基礎的距離。

3 結語

“港航平9”立項初期，結合自身特點，面向海上風電市場的需求，本著遵循市場規則和優化工藝的思路，把建造成本控制在設計階段，在廣泛調研的基礎上主要有以下幾方面做法和體會：

（1）吊機選擇。吊機布置采用了船艏中間偏右的設計，臨近樁腿考慮了可拆卸，實現了600t 全回轉浮吊功能，盡管犧牲少量甲板有效面積（＜5%），吊機在使用中對本船甲板載貨的覆蓋也受到一些影響，但是浮吊功能的實現，對于市場適應性有好處。

（2）輔助吊機。關于輔助吊機配置，根據國外風電施工平臺船絕大部分沒有輔吊機的特點分析，施工中通過吊裝工藝和專用工具，可以實現風電基礎打樁以及風機安裝全部需求，感覺輔助吊機并不是必須配置的關鍵設備，相反輔助吊機不符合輕型化設計思路，會加大對地比壓，同時對整船造價影響很大，經過比選，我們選擇了不配置輔助吊機的方案。

通過以上的經濟技術定位，對一些主要設備的配置和參數，進行了反復的比選，形成了可以滿足國內絕大部分風電施工要求的設計，建造中通過加大管理力度，化整為零，嚴格控制成本，最終實現了同類船造價最低、建造周期最短的成果。