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海上風電導管架基礎應力與變形精確調控技術應用案例大力開發海上風電資源， 加快推進海上風電建設，不僅可以帶動海洋經濟和裝備製造業發展， 更是保障能源安全、增加能源供應、優化能源結構、促進節能減排、應對氣候變化、推動低碳經濟發展的重大舉措，海上風電將成為我國應對能源安全問題以及氣候環境變化的有效策略之一，將是推動國家雙碳目標如期達成的有力抓手。

一、 背 景

大力開發海上風電資源，加快推進海上風電建設，不僅可以帶動海洋經濟和裝備製造業發展， 更是保障能源安全、增加能源供應、優化能源結構、促進節能減排、應對氣候變化、推動低碳經濟發展的重大舉措，海上風電將成為我國應對能源安全問題以及氣候環境變化的有效策略之一，將是推動國家雙碳目標如期達成的有力抓手。

海上風電朝着遠海深水化和規模大型化的方向發展，必然使海上風電的海工結構走向大型化，具備高承載能力，能應對更複雜的風浪流荷載，擁有更高可靠性和更長服役使用壽命。海上風電基礎裝備作為深遠海風電的主要承載結構體，因常年在惡劣海況條件下工作， 且動力特性、破壞機理複雜，給基礎裝備結構設計、加工、製造、運輸及維護帶來了巨大挑戰，嚴重製約了深遠海風電產業的持續穩定健康發展。

針對複雜海況條件下的高承載、超大型的海上風電基礎裝備，開發快速的優化設計技術、高效的可控建造技術、安全的可靠運維技術，可以突破大型海工基礎裝備的設計、建造和運行過程中的技術瓶頸，打破國外技術壟斷，大幅提升我國海工基礎裝備的總體設計、建造和運維水平，增強國際市場競爭力，並全力支撐國家和區域海洋戰略、能源戰略以及全球氣候戰略等的具體落實。

二、應用案例

該技術最早應用於 2014 年珠海桂山海上風電示範工程的 27 台導管架基礎以及2017 年國家電投濱海北 H2#400MW 海上升壓站導管架基礎的建造。

本技術核心思想是針對導管架建造過程中的主要關鍵環節，充分利用數值模擬、過程優化、工藝改進創新、自動化等手段開展新技術研發，以發展高可靠低成本建造方法。同時我們更廣泛使用先進數值模擬方法對應力、應變、疲勞損傷等關係到海工結構可靠性和安全性的結構響應進行研究，綜合考慮製造過程、裝配方式等因素的影響，並結合實驗或監測結果進行模型修正，最終對建造過程進行優化，從而全面滿足設計要求。這將區別於傳統的模仿、試湊或依賴於經驗的方法，產品的可靠性和安全性可以得到更好的保障。

該技術的應用，對推動企業生產能力和產品質量的雙提升，具有明確的技術意義和重大的產業影響。

主要功能與創新點：對桁架式複雜結構進行全周期的精確分析，開發相關可靠的調控技術。在設計階段進行優化設計，創新結構形式， 控制結構的材料成本；在建造過程精確控制結構的應力與變形精度要求，改善工藝流程和施工方法，保障建造質量和效率；在服役階段預估結構運行的可靠度，創新結構的相關運維技術，保證結構的服役性能。

通過該技術的實施，在積累前期技術經驗的基礎上，公司又進行

了多次技術優化和升級，使其應用範圍更廣，並在公司後續多個項目中進行了應用，例如國家電投H3、舟山普陀 6 號、中節能南鵬島、國家電投神泉、長樂外海、華電青州等項目。

通過該技術的推廣，建造費用降低 20%，作業效率提升 18%累計節約費用約 3000 萬元。

三、 技術要點

關鍵技術

（1） 設計階段結構應力與變形的數值模擬與拓撲優化。根據海洋環境的氣流-波浪-暗流以及上部風機組件的極端載荷情況以及相關的循環載荷，採用更為精確的結構多尺度技術建立了導管架的一體化全耦合有限元模型，對結構的應力、變形進行數值模擬分析並預估其疲勞壽命；進一步結合結構的強度、剛度和疲勞壽命等方面的需求，採用移動可變形構件法對結構進行拓撲優化。

（2）建造階段結構的動態模擬與工藝優化。基於有限元模型運用單元生死技術建立海上風電導管架的立式與臥式陸地建造過程的動態模型[4]，由模擬結果證明採用立式建造工藝能夠減小建造過程中結構重點部位的應力並保持其穩定，且產生的殘餘應力更小，從而有效提高了結構的可靠性和使役壽命。

（3） 服役期間結構的可靠性分析與運維技術。所受波流載荷的隨機性得到相關載荷的概率分布形式，並基於有限元方法的結果，結合神經網絡模型，對輸入變量（方向大小不確定的波流載荷）與輸出變量（結構的最大應力響應、最大位移等）進行擬合，然後採用蒙特卡洛法進行大量抽樣評估結構的可靠度。