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海上风电导管架基础应力与变形精确调控技术应用案例大力开发海上风电资源， 加快推进海上风电建设，不仅可以带动海洋经济和装备制造业发展， 更是保障能源安全、增加能源供应、优化能源结构、促进节能减排、应对气候变化、推动低碳经济发展的重大举措，海上风电将成为我国应对能源安全问题以及气候环境变化的有效策略之一，将是推动国家双碳目标如期达成的有力抓手。

一、 背 景

大力开发海上风电资源，加快推进海上风电建设，不仅可以带动海洋经济和装备制造业发展， 更是保障能源安全、增加能源供应、优化能源结构、促进节能减排、应对气候变化、推动低碳经济发展的重大举措，海上风电将成为我国应对能源安全问题以及气候环境变化的有效策略之一，将是推动国家双碳目标如期达成的有力抓手。

海上风电朝着远海深水化和规模大型化的方向发展，必然使海上风电的海工结构走向大型化，具备高承载能力，能应对更复杂的风浪流荷载，拥有更高可靠性和更长服役使用寿命。海上风电基础装备作为深远海风电的主要承载结构体，因常年在恶劣海况条件下工作， 且动力特性、破坏机理复杂，给基础装备结构设计、加工、制造、运输及维护带来了巨大挑战，严重制约了深远海风电产业的持续稳定健康发展。

针对复杂海况条件下的高承载、超大型的海上风电基础装备，开发快速的优化设计技术、高效的可控建造技术、安全的可靠运维技术，可以突破大型海工基础装备的设计、建造和运行过程中的技术瓶颈，打破国外技术垄断，大幅提升我国海工基础装备的总体设计、建造和运维水平，增强国际市场竞争力，并全力支撑国家和区域海洋战略、能源战略以及全球气候战略等的具体落实。

二、应用案例

该技术最早应用于 2014 年珠海桂山海上风电示范工程的 27 台导管架基础以及2017 年国家电投滨海北 H2#400MW 海上升压站导管架基础的建造。

本技术核心思想是针对导管架建造过程中的主要关键环节，充分利用数值模拟、过程优化、工艺改进创新、自动化等手段开展新技术研发，以发展高可靠低成本建造方法。同时我们更广泛使用先进数值模拟方法对应力、应变、疲劳损伤等关系到海工结构可靠性和安全性的结构响应进行研究，综合考虑制造过程、装配方式等因素的影响，并结合实验或监测结果进行模型修正，最终对建造过程进行优化，从而全面满足设计要求。这将区别于传统的模仿、试凑或依赖于经验的方法，产品的可靠性和安全性可以得到更好的保障。

该技术的应用，对推动企业生产能力和产品质量的双提升，具有明确的技术意义和重大的产业影响。

主要功能与创新点：对桁架式复杂结构进行全周期的精确分析，开发相关可靠的调控技术。在设计阶段进行优化设计，创新结构形式， 控制结构的材料成本；在建造过程精确控制结构的应力与变形精度要求，改善工艺流程和施工方法，保障建造质量和效率；在服役阶段预估结构运行的可靠度，创新结构的相关运维技术，保证结构的服役性能。

通过该技术的实施，在积累前期技术经验的基础上，公司又进行

了多次技术优化和升级，使其应用范围更广，并在公司后续多个项目中进行了应用，例如国家电投H3、舟山普陀 6 号、中节能南鹏岛、国家电投神泉、长乐外海、华电青州等项目。

通过该技术的推广，建造费用降低 20%，作业效率提升 18%累计节约费用约 3000 万元。

三、 技术要点

关键技术

（1） 设计阶段结构应力与变形的数值模拟与拓扑优化。根据海洋环境的气流-波浪-暗流以及上部风机组件的极端载荷情况以及相关的循环载荷，采用更为精确的结构多尺度技术建立了导管架的一体化全耦合有限元模型，对结构的应力、变形进行数值模拟分析并预估其疲劳寿命；进一步结合结构的强度、刚度和疲劳寿命等方面的需求，采用移动可变形构件法对结构进行拓扑优化。

（2）建造阶段结构的动态模拟与工艺优化。基于有限元模型运用单元生死技术建立海上风电导管架的立式与卧式陆地建造过程的动态模型[4]，由模拟结果证明采用立式建造工艺能够减小建造过程中结构重点部位的应力并保持其稳定，且产生的残余应力更小，从而有效提高了结构的可靠性和使役寿命。

（3） 服役期间结构的可靠性分析与运维技术。所受波流载荷的随机性得到相关载荷的概率分布形式，并基于有限元方法的结果，结合神经网络模型，对输入变量（方向大小不确定的波流载荷）与输出变量（结构的最大应力响应、最大位移等）进行拟合，然后采用蒙特卡洛法进行大量抽样评估结构的可靠度。