關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)基礎(chǔ);海上風(fēng)電;防撞型式;浮式防撞;船樁碰撞;疲勞損壞

　　海上風(fēng)電因節(jié)約土地、風(fēng)資源儲(chǔ)備量大及靠近用電市場(chǎng)等天然優(yōu)勢(shì)，得到了快速發(fā)展。海上風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址范圍與海上航線、傳統(tǒng)漁場(chǎng)等區(qū)域逐漸靠近甚至交叉存在，船舶與海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)發(fā)生碰撞的概率也隨之大大增加[1]。一旦發(fā)生船舶碰撞事故，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)將可能發(fā)生失穩(wěn)、傾斜等問題，影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行，造成較大的發(fā)電量損失和產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)，且船舶也會(huì)因碰撞造成損傷，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生燃料泄露和沉船事故，造成重大環(huán)境污染和人員傷亡事件[2]。

　　李艷貞[3]、Bela[4] 等分別運(yùn)用非線性有限元模擬船舶側(cè)向撞擊海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架、單樁基礎(chǔ)的碰撞過程，表明不利條件下撞擊事故會(huì)造成風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)損傷，但沒有給出主動(dòng)防御或被動(dòng)防撞型式的具體措施以減少碰撞損害。楊思遠(yuǎn)[5]模擬分析了有無防撞設(shè)施的船撞基礎(chǔ)過程，結(jié)果表明：有防撞設(shè)施的碰撞過程時(shí)間延長，最大撞擊力降低，但文中主要研究了防撞設(shè)施材料的性能參數(shù)，并沒有涉及防撞標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境適應(yīng)性等關(guān)鍵指標(biāo)的研究。

　　中國近海深水風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)處于起步階段，技術(shù)尚未完全成熟，對(duì)海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)浮式防撞設(shè)施研究不多，也較少有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可供參考。本文在分析了國內(nèi)海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)防撞型式及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，介紹了不同防撞型式的適用范圍，重點(diǎn)探討了風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)浮式防撞設(shè)施關(guān)鍵指標(biāo)、防撞體耐撞性、連接件性能及疲勞損壞機(jī)理等方面的技術(shù)難題，并給出了研究的基本思路和方向，可供海上風(fēng)電相關(guān)研究人員參考。

　　1 防撞設(shè)施基本型式及適用性

　　1.1 主動(dòng)防御

　　一般認(rèn)為，主動(dòng)防御是依靠安裝在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)上的探測(cè)裝置、攝像工具等，在撞擊事故發(fā)生之前及時(shí)發(fā)現(xiàn)靠近的船舶，并通過監(jiān)控中心發(fā)出警告等方式提醒靠近的船舶注意避讓，進(jìn)而構(gòu)建全天候海上風(fēng)場(chǎng)船舶航行的監(jiān)控、預(yù)警系統(tǒng)。主動(dòng)防御的主要特點(diǎn)是基于AIS數(shù)據(jù)、雷達(dá)數(shù)據(jù)等對(duì)海上風(fēng)場(chǎng)區(qū)域通航的船舶行為預(yù)測(cè)分析，在考慮風(fēng)、浪、流等外界環(huán)境干擾的影響下，預(yù)測(cè)某段時(shí)間范圍內(nèi)船舶的航行軌跡，并判斷船舶通行危險(xiǎn)區(qū)域，確定風(fēng)機(jī)安全范圍。福建興化灣海上試驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)的主動(dòng)防御系統(tǒng)包括雷達(dá)、AIS、VHF(甚高頻電波)、CCTV(閉路電視監(jiān)控系統(tǒng))、掃海燈和服務(wù)器等，設(shè)備主要功能和作用見表1。該主動(dòng)防御系統(tǒng)自投入使用以來，在實(shí)際應(yīng)用中較好地預(yù)警了進(jìn)入風(fēng)場(chǎng)周邊的風(fēng)險(xiǎn)船舶，避免了碰撞事故的發(fā)生。

　　主動(dòng)防御的難點(diǎn)在于如何準(zhǔn)確及時(shí)發(fā)現(xiàn)靠近的船舶，尤其是發(fā)現(xiàn)缺少或關(guān)閉船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的漁船等船舶，并評(píng)估與風(fēng)場(chǎng)基礎(chǔ)發(fā)生碰撞的可能性。此外，在船舶失去控制的情況下，主動(dòng)防御預(yù)警攔截方案將不再適用，此時(shí)失事船舶噸位可能更大，速度也相對(duì)更快，一旦發(fā)生碰撞事故造成的損失較大。因此，主動(dòng)防御方案在應(yīng)對(duì)不受控制的船舶、漂浮物等碰撞風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)事故方面需要進(jìn)一步研究。

　　1.2 被動(dòng)防撞

　　被動(dòng)防撞是在發(fā)生船舶撞擊風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)事故時(shí)，能夠依靠自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度盡量減小基礎(chǔ)損傷的結(jié)構(gòu)型式。常見的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)附著式被動(dòng)防撞設(shè)施主要采用橡膠護(hù)舷、靠船柱等固定式防護(hù)結(jié)構(gòu)，即依靠風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)附屬結(jié)構(gòu)提供靠泊抵抗力。這種設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)單易用，但限制也同樣突出。一方面防撞能力過小，難以適應(yīng)海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)越來越高的防撞性能要求。另一方面，護(hù)舷等結(jié)構(gòu)的主要作用是風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的登乘系統(tǒng)，僅具備某些方向——大多是漲潮或者落潮方向的防撞能力，無法防范來自風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)四周各個(gè)方向的船舶撞擊(圖1)，且由于漲落潮水位變化大，固定式的防撞型式導(dǎo)致保護(hù)基礎(chǔ)范圍有限。

　　另一種提高海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)被動(dòng)防撞性能的方法是增加基礎(chǔ)自身剛度，優(yōu)化基礎(chǔ)型式，依靠基礎(chǔ)自身強(qiáng)度抵抗船舶撞擊力。這種方式會(huì)造成風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)剛度富裕，樁基鋼管壁厚變大，需要耗費(fèi)大量鋼材，增加基礎(chǔ)造價(jià)，進(jìn)而影響整個(gè)風(fēng)場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)可行性。且此種方法設(shè)計(jì)的防撞能力一般較低，因壁厚過大導(dǎo)致的邊際效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)性等原因造成防撞性能上限提高幅度不大，只能抵擋能量較小的船舶碰撞，留下了安全隱患。

　　近期，一些研究人員借鑒跨海大橋橋墩防撞型式結(jié)構(gòu)，提出了海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)浮式防撞設(shè)施的概念[6-8]。浮式防撞設(shè)施屬于被動(dòng)防撞的一種特殊型式，主要由防撞體、連接件、附屬結(jié)構(gòu)等構(gòu)成，最大優(yōu)點(diǎn)是能夠隨水面上下浮動(dòng)，防撞性能高，結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，從而達(dá)到節(jié)省材料，降低造價(jià)的目的。浮式防撞尤其適用于潮差變化大、浪涌變化幅度小的區(qū)域，可在較高性價(jià)比的基礎(chǔ)上，使基礎(chǔ)保護(hù)范圍足夠大。作為柔性防護(hù)的一種常用結(jié)構(gòu)型式，浮式防撞不僅能夠?qū)︼L(fēng)機(jī)基礎(chǔ)起到較好的保護(hù)作用，同時(shí)也能夠最大程度降低撞擊船舶的損傷，避免撞擊事故造成的損失進(jìn)一步擴(kuò)大。

　　1.3 不同防撞結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)缺點(diǎn)及適用性

　　不同的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)防撞結(jié)構(gòu)型式具有不同的優(yōu)點(diǎn)和適用性(表2)，主動(dòng)防御可以做到提前預(yù)警，最大程度避免撞擊事故發(fā)生，但其在防御失控船舶、大型漂浮物等方面作用不大，因此適用于船舶應(yīng)答設(shè)備齊全、風(fēng)場(chǎng)毗鄰航線的近、遠(yuǎn)海風(fēng)電場(chǎng);以附著式和依靠自身剛度為代表的被動(dòng)防撞型式因其方案簡(jiǎn)單易用、施工方便仍有一定的運(yùn)用價(jià)值，考慮到其防撞能力不高，因此該方案往往應(yīng)用于航行船舶噸位小、潮差變化小的近海淺水風(fēng)電場(chǎng);作為一種新型柔性防撞結(jié)構(gòu)，浮式防撞具有防護(hù)范圍大、防撞能力高、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，但目前應(yīng)用技術(shù)不夠成熟，面臨的一些技術(shù)難題亟待解決。

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