某海上风电场施工交通运输方案研究
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作者:凌佳楠 花阳
摘 要：施工交通运输，是海上风电建设中的重要内容。在海上风电场风机建设中，必须根据海洋水文、气象、航道等多方面因素，设计合理的交通运输方案，以保证风电场顺利施工。本文以广东某海上风电场项目为例，对该风电场交通运输方案进行设计研究，为后续海上风电场施工交通运输提供参考。
关键词：海上风电;交通运输;海上施工;钢结构
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2020）02-0080-03
海上风电工程施工交通运输主要包括场外交通和场内交通两部分[1]。场外交通主要是指进场交通、物资设备来源地至卸货港口或铁路车站之间的水路或陆路交通，担负施工期间外来物资、设备、人员的运输任务，即物资设备出运地至海上施工现场的交通。场外运输物资一般为基础钢结构，升压站钢结构等设备，通常采用成本较低、资源较少[2]的水路运输方式运输至海上施工现场。场内交通是联系风电场工程施工现场内部各工区、生产生活区之间的交通，即陆上施工临时基地至海上施工现场的水运交通。海上风电项目的施工交通运输方案，应根据项目所在地海洋水文、气象、航道等场内外因素来综合考虑制定，运输物资诸如基础钢管桩、升压平台钢结构、风机塔筒、风机叶片等均属于超长、超重构件，必须做好合理的交通运输方案，才能确保工程顺利施工完成。本文以广东某海上风电场项目为例，对风电场施工交通运输方案做了相关设计研究。
1项目概况
本项目海上风电场位于南海海域，地属广东省，水深在30～35m之间，规划装机容量为300MW，项目配套建设一座陆上集控中心及一座220kV海上升压站。风电机组发出电能通过10回35kV集电海底电缆接入海上升压站，升压后通过3回220kV海底电缆接入陆上集控中心，拟安装43台单机容量为7MW的海上风力发电机组，其中导管架基础13台，单桩基础40台。
本项目中，施工期运输的物资包括：导管架钢结构及钢管桩、单桩钢管桩、海上升压站支撑钢结构及上部平台钢结构、220kV海缆管线及35kV海缆管线、风电机组设备以及水泥、混凝土等常规建筑材料。
2导管架钢结构及钢管桩交通运输方案
本工程共设导管架基础13台。导管架尺寸为：26.4×26.4×58m（长×宽×高），重约903.2t，设4根钢管桩，钢管桩为打入式直桩，长度约92m，桩径2.4m，单根钢管桩重约174.5t。主要参数如表1所示：
目前，国内许多大型施工企业拥有下属的钢结构制造厂，其加工能力强，制造水平满足项目质量要求，且配套有运输出港码头，可选择海运方式进行运输。通过对本工程周边广东省钢结构企业进行调研，广州珍珠河石油钢管有限公司、番禺珠江钢管（珠海）有限公司、珠海海重钢管有限公司、广州中船黄埔文冲船舶有限公司、广船国际有限公司等钢结构加工企业均能满足生产要求，因此导管架钢结构及钢管桩选择在广东地区钢结构加工厂进行制造，并利用企业自有码头，海运至工作区域。
按照最长钢管桩长度92m的运输要求，本阶段配套选择平底形体长度95m以上，型宽30m，满载吃水3.5m以内的多功能运输驳船，按照普通运输驳船方形系数0.7考虑，其载重量约7000t，考虑运输路线较长，且部分海域海况较差，推荐配置10000t级以上甲板驳船，配备4000HP及以上拖轮运输，每次运输4根钢管桩。
导管架按照最宽长度26.4m约束要求，本阶段配套选择可利用平底形体长度95m以上，型宽30m，满载吃水3.5m以内的多功能运输驳船，按照普通运输驳船的方形系数0.7考虑，其载重量约7000t，考虑运输路线较长，且部分海域海况较差，推荐配置10000t级以上甲板驳船，配备4000HP及以上拖轮运输，导管架按卧立方式运输，每次运输一台。
导管架钢结构及钢管桩运输路线为：广东钢结构生产厂家→南海→海上施工现场，海上运输距离约550km。
3单桩钢管桩交通运输方案
本工程共设单桩基础30台，钢管桩直径7.0～8.5m，桩长103m，壁厚60～85mm，单根钢管桩重约1556.9t。主要参数如表2所示：
经调研，广东本地钢结构加工企业具备大直径单桩、多桩基础钢管桩及导管架加工能力，但其单桩卷制能力小于本项目单桩基础结构尺寸，根据之前项目经验，南通地区有较多满足生产要求的钢结构加工厂，如南通振华重型装备制造有限公司、南通泰胜蓝岛海洋工程有限公司、江苏海力风电设备科技股份有限公司、江苏韩通赢吉重工有限公司、南通润邦海洋工程装备有限公司等，承担过华能灌云400MW海上风电场、大唐江苏滨海300MW海上风电场、珠海金湾300MW海上风电场项目、中广核南鹏岛400MW海上风电场等项目的单桩钢管桩预制工程，大直径钢管桩加工制造经验丰富，故本项目单桩基础钢管桩生产初步选择南通钢结构加工厂进行制造，并利用企业自有码头，海运至工作区域。
钢管桩运输按照最长管桩长度103m的运输要求，选择形体长度100m，型宽30m，满载吃水3.5m以内的多功能运输驳船，按照普通运输驳船方形系数0.7考虑，其载重量约7400t，考虑长距离运输跨越多个海域，拖航时间长且海况条件变化较大，建议选择10000t级以上甲板运输驳船，配备4000HP及以上拖轮运输，每次运输2-3根。
單桩钢管桩运输路线为：南通钢结构生产厂家→长江→东海→南海→海上施工现场，海上运输距离约1400km。
4海上升压站支撑钢结构及上部钢平台交通运输方案
本工程共设220kV海上升压站一座，基础型式为导管架结合桩基的结构，基础桩为4根钢管桩，单根桩重量约为247.13t;基础导管架总重量约2484t。基础上部采用钢结构平台，平台总重3910t（含主要电气设备）。主要参数如表3所示： 升压站分为下部钢结构（本项目为导管架钢结构）和上部钢平台（共四层），一般四层平台钢结构建造分为小组件预制、单层平台结构拼装、合拢拼装三个阶段[3]，对加工企业的生产力要求较高。经调研，上海振华重工（集团）股份有限公司承担过国内多座海上升压站支撑钢结构及上部钢平台制造，如粤电湛江外罗项目220kV海上升压站、三峡新能源江苏大丰300MW海上风电项目220kV海上升压站、龙源江苏大丰（H12）200MW海上风电项目220kV海上升压站等，有着丰富的海上升压站加工业绩，故本项目海上升压站钢结构生产初步选择上海振华重工（集团）股份有限公司进行制造，并利用其自有码头，海域至工作区域。
结合海上升压站各部分尺寸及重量，同样选择10000t级以上甲板运输驳船，配备4000HP及以上拖轮运输。
海上升压站支撑钢结构及上部钢平台运输路线为：上海钢结构生产厂家→长江→东海→南海→海上施工现场，海上运输距离约1350km。
5海缆交通运输方案
初步选择山东地区有经验海缆供应商，如青岛汉缆、万达电缆等进行海缆生产，并利用其自有码头，海运至施工现场。
本工程220kV海缆共3根，单根长度约49.65km，单根220kV海缆重约5610t。考虑国内目前海缆厂家单根海缆加工长度及海缆敷設船敷设能力，本阶段单根220kV海缆暂按分2段的方案进行敷设。采用具有3000t以上载缆量的专业海底电缆敷设船铺缆船进行220kV海缆运输与施工。
海缆运输路线为：山东海缆生产厂家→黄海→东海→南海→海上施工现场，海上运输距离约1500km。
6风电机组运输方案
本工程风电机组采用单叶片法分体吊装方式进行吊装，需将风电机组分为机舱轮毂、塔筒、叶片三部分，分别运输至现场陆上施工临时基地进行风机预拼装后，再运输至海上施工现场[4]、[5]，三部分部件主要参数如表4所示：
根据本阶段推荐选用的风电机组设备各组件潜在的生产基地与运输来向，对主要风电机组设备部件轮毂、塔筒、叶片分别进行交通运输方案的规划设计。
（1）风电机组机舱、轮毂运输方案：风电机组机舱、轮毂初步选择广东当地风电机组设备厂家，采用公路运输的方式运送至陆上临时施工基地。机舱、轮毂运输路线为：风机设备厂家→陆上临时施工基地，陆上运输距离约30km。
（2）叶片运输方案：风机叶片初步选择福清地区生厂厂家，利用其自有出运码头，海运至陆上临时施工基地。叶片运输路线为：福清地区厂家→东海→南海→陆上临时施工基地，海上运输距离约380km。
（3）塔筒运输方案：风机塔筒初步选择漳州地区生厂厂家，利用其自有出运码头，海运至陆上临时施工基地。塔筒运输路线为：漳州地区厂家→东海→南海→陆上临时施工基地，海上运输距离约130km。
风电机组在陆上临时施工基地预拼装完成后，选择3000t及以上甲板运输驳船，配备1500HP及以上拖轮，将风机散件海运至海上施工现场，海上运输距离约40km，进行风机吊装安装作业。
7常规物资交通运输方案
本工程所涉及到的施工期常规外来建筑材料和物资主要为水泥、钢筋、钢材、木材、油料、混凝土与小型电气设备等，考虑从项目所在地广东地区建材市场购买，选择公路运输的方式至陆上临时施工基地，陆上运输距离约20km，再通过1000t及以上甲板运输驳船运输至海上施工现场，海上运输距离约40km。
8结束语
根据本工程运输设备、构件运输尺寸、重量等，采取的运输方案汇总如表5所示，施工海上交通运输路线图如图1所示：
考虑到海上风电项目施工交通运输，主要以水路运输为主，水路运输与其他运输方式相比，具有成本低、资源消耗少等特点，但也存在着不少安全隐患，特别是由于海上气候多变，风浪影响，给海上运输造成不小困难。因此，在做好交通运输方案的同时，也必须要做好安全防范措施，可从“人、机、管”三个方面为切入点[6]，逐一排查安全隐患，确保施工交通运输安全完成。
参考文献：
[1]NB/T 31033-2012.海上风电场工程施工组织设计技术规定[Z].6-9.
[2]杨阳.水路运输管理中的问题及对策[J].中国水运，2019.8：43-44.
[3]孙云.浅谈海上升压站钢结构建造[J].122-124.
[4]刘志杰，刘晓宇，孙德平等.海上风电安装技术及装备发展现状分析[J].船舶工程，2015.37（7）：1-3.
[5]杨骏，舒雅，许蓉.海上风电机组安装装备与技术的发展[J].中外船舶科技，2016.（3）：6-8.
[6]苗慧峰. 舟山跨海大桥桥区水域通航安全风险及防控建议[J].中国水运，2017.5，17（5）：33-34.
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