海外海上风电工程建设中的海事监察服务实践

余学佳

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司新能源工程院）

0 引言

全球风能理事会（GWEC）预计到2030年全球将新增超过235GW的海上风电装机，其中30%新增装机将在2021～2025年吊装完成，其余在2026～2030年完成。2020年亚洲的海上风电新增装机容量首次超过欧洲，其中76%来自中国，但预计从2024年开始，越南、韩国和日本的市场占比将逐步提高[1]。庞大的市场吸引着越来越多的中国工程公司参与到海外海上风电市场的建设中，中国电建自2019年开始陆续签约朔庄薄寮171MW、平大310MW、茶荣48MW、协成78MW、金瓯350MW等海外海上风电项目。然而，蓬勃发展难掩风险隐忧。据全球海上风电安全组织（G+）的报告，2020年全球累计报告事故743起，主要发生在起吊、人工操作和登离船作业中[2]。2020年4月，德国Borkum Riffgrund风场，一艘交通船撞上风机基础，导致3名运维人员受伤。2020年10月，Orion 1 起重船在德国Rostock码头做载重试验时发生大臂折断，后掉落在甲板上。2021年10月，MPI在Vattenfall’s Ormonde风场更换叶轮时，整个叶轮掉入海中，其中一只叶片砸中支腿船甲板。2020年7月，振江号支腿船在江苏如东海域作业过程中发生海水漫浸事故。2021年7月，中广核惠州项目“升平001”号作业船施工平台发生倾斜事故导致4人失联。国际上的通用做法是引入海事保险来转移风险。海事保险单位针对海上风电场建设投资金额大，施工难度高的特点，引入了海事监察服务Marine Warranty Survey（简称“MWS”），即通过聘请在海事工程风险控制方面具有丰富经验的独立第三方监督机构来帮助其对项目进行技术审查和评估，旨在确保重要流程和环节的安全。简而言之，通过海事监察是海事保险获赔的必要条件。因此熟悉和适应MWS的工作流程，对我国工程公司完成由国际资本投资的海外海上风电工程EPC总承包合同履约至关重要。

1 海事监察范围和保证等级

海事保险行业中提供MWS的主要有ABL、WAVES、RINA和DNV-GL公司。一般来说，海外海上风电项目的海事监察单位由海事保险投保人（工程总承包商）自行选择，但需要得到保险公司的认可。确定MWS单位后， MWS单位会根据以往项目的经验和相关施工规范明确海事监察范围并明确保证等级[3]。以越南平大310MW海上风电项目为例，见下表。

表 越南平大310MW海上风电项目海事监察范围和保证等级

2 海事监察服务的工作流程

以W3级的工作为例，海事监察工作可分为桌面调查和现场监督两部分，其详细工作流程见图1。承包商配合海事监察的目标是获取文件审查通过单（Warranty Review Letter）、船舶和设备适用性检查（Vessel Suitability Survey Reports）和海事作业许可证书（Certificate Of Approval）作为证据来向保险公司主张赔偿。

图1 海事监察服务工作流程

2.1 桌面调查审批

设计输入指的是施工荷载，如起重机钩头荷载等。标准指的是环境荷载，如风、海流、波浪、能见度等。一般情况下，设计输入和环境荷载的计算需要符合DNVGL ST N001 Marine Operations and Marine Warranty的要求，对于没有明确要求的项目，海事监察员会参考类似项目和承包商协商后明确。

对于海上风电项目而言，设计文件应包含但不限于以下内容：起重设备能力验算（吊重、吊高、半径）、施工船舶坐底强度验算（如采用半潜驳）、桩腿插拔验算（如采用支腿船）、施工船和运输船甲板强度验算、运输船稳性分析、施工船和运输船锚泊计算、码头出运吊装计算、货物绑扎计算、运输船拖航分析等。施工方案应包含但不限于以下内容：风机基础运输方案、风机基础施工方案、风机吊装方案、海缆敷设方案等。

提交设计文件和施工方案后，如果存在计算不合理或者不充分的地方，海事监察单位会返回技术澄清单给承包商修改或者补充直至完全满足相关设计标准，最后签发文件审查通过单。

2.2 现场监督

海上风电施工离不开大型船舶和特种设备的支持，现场监督首先要检查的就是主要施工船舶（浮式起重船、半潜驳、支腿船、运输驳船、拖轮、锚艇）是否能满足拟进行的海事作业要求。由于计算和方案已经通过了桌面调查审批，现场监督的侧重点是验证现场船舶的规格和船舶证书保持一致、船况（锚泊系统、电机设备、动力系统）良好、船上具有足够的专业技术人员和操作工人、船舶是否取得当地政府的施工许可证书、起重机工作状态正常、索具无磨损等。随后，海事检查单位会根据上述检查项目出具Check List给承包商整改，整改结束后即可获得船舶和设备适用性证书。

现场施工当天，海事检查单位还会派海事监察员到现场检查船舶和特种设备的证书是否到期、相关设计文件和施工方案是否都已取得审查通过单、海事作业前是否进行安全交底、参建各方即时通讯渠道是否畅通、现场海况是否满足设计文件和施工方案明确的标准。如无问题，即可签发海事作业许可证书（Certificate of Approval）。

对于特别重要的海事监察作业，海事监察员还会在现场旁站监察，确保施工全过程遵循已批准的方案。如不一致，还需要承包商对施工方案进行修改，提交方案修改书Method of Change（MOC）。

3 海上风电施工关键监察点

海上风电施工包括装船、海运、锚泊、吊装等通用性的海事作业和桩基础施工、风机设备吊装和海缆敷设等特有的海事作业两种。上述海事作业的关键监察点如下。

3.1 装船

海上风电单桩基础、导管架基础、风机塔筒、机舱、叶轮等属于超大重件，其装船作业风险等级高，需要专门的装船方案和计算。

1）货物及支架装船结构分析。应包括所有装船操作涉及到的货物和运输支架图纸、强度和承载力分析报告（含程序、模型、边界条件、荷载组合、主要构件杆件强度校核和关键节点局部风机）。装船支架焊缝无损检测。

2）码头设计文件。应包括码头总布置，能清楚的展示码头前沿、货物堆存位置、场内运输路线、码头系缆柱布置位置、堆场地面硬化情况）；码头剖面图，能清楚展示靠船结构、运输船以及码头水位的高度；码头前沿、连接栈桥和堆场的设计承载力；系缆柱规格；码头和进港航道水深。

3）运输船舶稳性和强度验算。应包括运输船整体布置图、船体结构图含加强构件、甲板均布和点荷载限制、静水力曲线图、舱室布置、系缆柱规格尺寸、锚机布置。

4）压载水计算。应包括计划装船的日期、时间、作业时长、是否有潮位和天气限制。计算工况至少包括结构物全部在岸上、一部分在船上一部分在岸上、全部在船上、最终就位前的某一个调整位置。对于每一个计算工况，应清楚标明装船的时间、潮位、货物位置、压载水分布、船舶吃水、纵倾角度、船舶离海床面距离、水泵使用情况和利用率以及每一步需要进行的压载水操作。

5）装船方案。包括详细的装船操作沟通表、设备装船监控程序、压载水操作手册、装船计划甘特图（至少含设备移动、压载水和锚机试验、移船试验、初始压载水、结构物移动、结构物装船、去除板车、海绑、移锚）、海洋环境限制条件、应急响应预案（水泵故障、发电机停机、锚机故障、板车液压千斤顶故障、板车爆胎、锚绳断裂、码头破坏、天气恶化）。

3.2 海运

海上风电风机基础、风机设备、升压站上部组块、升压站基础等超大、重型设备一般采用海运的方式从制造场运输到风电场安装。为获得MWS许可，海运设计可参考图2的流程执行，并满足规范[4]11章对于船舶运动响应、强度、稳性、运输船和拖轮选择、拖带设备、运输方案、锚泊和压载水以及船员配备的要求。此外，提交给MWS的文件还应该包括以下信息：货物信息、海运航线（含补给港口和避风锚地）、海运计划、海运限制天气、沟通矩阵（货物业主、运输船负责人、拖轮负责人、海岸应急响应负责人）、运输船稳定性计算和压载水方案、运输船运动和海绑强度计算、图纸（甲板总布置、货物和海绑布置、拖航设备布置、装船和卸货布置）、拖轮拖力计算、运输船和拖轮规格、船员列表（如果有）。

图2 海运设计参考流程

3.3 锚泊

海上风电施工船走锚后极易和其他船舶或者已有的固定平台发生碰撞，后果十分严重。因此MWS要求海事作业船舶必须提供以下信息供监察：

1）规范。目前锚泊设计主要有ISO 19901 7[5]、DNVGL OS E301[6]和API Recommended Practice 2SK （RP 2SK）[7]，设计者可以参考多种规范条文，但是将不同规范最不保守的条款组合起来考虑是不合适的。

2）锚泊区域信息。应包括抛锚点坐标、水下地形图、海床地质和附近海域障碍物。特别的，对于近岸或码头系泊，可能还需要了解当地地形的一些细节，以帮助确定应用的避风效果和风切变剖面。码头墙剖面图，详细说明水位和挡泥板布置标高。码头系缆柱能力、靠船护舷刚度。

3）设计环境状况。以有效波高、谱峰周期、波浪谱模型和峰值放大系数表示的海况、设计阵风风速、设计潮流剖面、涌浪周期和方向。

4）被系锚船舶。船舶状态（工作吃水、位移、竖向重心、轴向重心、质量、转动惯量矩或横摇、俯仰和偏航中的回转半径）、环境荷载和响应特征（风荷载系数、流荷载系数、二次传递函数和低频附加质量和阻尼、波高-频率响应函数）、锚点（布置、规格、数量）。国内施工船舶普遍采用四锚定位系统，不具备单锚失效后的船舶定位能力。为获得MWS的许可，必须准备详细的锚泊失效应急响应措施、安排人员24小时监控锚泊系统状态和安排拖轮在旁值守来补充冗余性。特别的，越南风电市场上的驳船一般仅配备两锚，投入使用前应进行升级改造。

5）锚泊分析。锚的数量、型号和规格。系泊线的材料、长度、形式和使用年限。系泊线公称直径，MBL，单位长度干、湿重量和系泊线的轴向刚度或纤维绳的荷载扩展曲线，最近的检查报告，工作最大应力，安全系数。锚泊布置图、船舶偏移量、系泊线和障碍物的间隙、锚的横向和竖向作用力。

3.4 吊装

海上风电场施工涉及大量的吊装作业，对于风机设备、风机基础、升压站上部组块、升压站基础等超大、重型设备和结构的吊装应进行详细的吊装分析。为获得MWS许可，吊装设计可参考图3的流程执行，并满足规范[4]16章的要求。提交给海事监察单位审查的报告应包含以下三部分内容：

图3 吊装设计参考流程

1）吊装结构分析。包括设计输入、主要构件结构尺寸（平面图、立面图和侧视图）、合理的重量和重心分布估计、钢材等级和性能指标、荷载组合、校核规范、校核结果（杆件和节点UC应小于0.8）、吊点和吊梁强度校核。

2）吊索系统布置。包括被吊结构尺寸、中心、吊点布置、起重机械布置和钩头位置、吊索长度和角度、吊索和卸扣强度校核。

3）起重船。包括起重船总布置图、工作和生存吃水、锚泊定位布置、起重机吊重半径曲线图、起重机驾驶员资格证书、起重操作对应的压载水方案。

3.5 桩基础施工和风机设备吊装

提交给海事监察单位审查的报告应包含以下内容：

1）安装允许偏差和作业天气限制。如风机基础位置和方位，稳桩平台位置，桩身垂直度偏差。如起吊作业和安装作业允许风速、流速和浪高。

2）易损位置保护。如电缆管口被海床堵塞、支腿船桩腿冲刷对稳定性的影响、支腿船对已敷设海缆的破坏、外平台和施工船舶发生碰撞、螺旋桨和系缆绳对潜水员作业的影响、叶片运输时波浪对叶片的冲击保护。

3）施工船舶。施工船舶应严格遵守经船级社认证的船舶操作手册规定。支腿船应和已敷设海缆保持足够的安全距离。对于非天气限制操作，应抬升支腿船保证船体和预计坏天气引起的海面保持足够的距离；对于天气限制操作，应保证支腿船拖航过程中不会出现恶劣的天气（有效波高1.5m以上）。浮式起重船不允许勾头长时间悬挂重物。近岸坐底式起重船和驳船必须在船级社认可的海洋环境下进行作业。

4）运输。单桩套笼、风机底端塔筒等高重心立式运输货物解绑需要专项方案。

5）风机设备安装。吊具多次使用后完整性检查。塔筒海运至现场后需检查椭圆度。叶片或者叶轮吊装需明确天气限制和缆风绳布置。

3.6 海缆敷设

提交给海事监察单位审查的报告应包含以下内容：

1）敷设船。包括敷设船外形尺寸、总体布置和作业吃水；甲板布置（含固定和移动设备）；船载吊机起重能力曲线；锚泊系统（含锚机、控制系统、锚索、锚、浮球、中央监控系统和锚绳张力计）；电缆盘装载能力和驱动系统；海缆敷设限制天气（流、浪）；船级社认证证书（船体、设备）。

2）锚泊方案。对于开阔海域，需提供典型抛锚图；对于登陆点附近海缆密集区，需要对每一段海缆敷设的锚位进行详细描述。至少包含两艘抛锚艇，并提供抛锚艇规格参数。断锚或者走锚后的应急响应方案。

3）海缆路由。准确描述海缆敷设路径（起始点、转弯半径），详细描述路径周围已有的平台、管道、电缆等海上建筑物，航道、军事保留区、渔网、UXO、沉船、珊瑚礁、岩石等障碍物。

4）海缆参数。包含海缆内外径和保护层厚度、重度、允许张力、允许应变、最小弯曲半径、设计环境因素、埋设深度要求、接头要求等。

5）海缆敷设。包括退缆方案、敷设方案、天气预报、危险分析、海缆完整型测试、穿越J形管受力分析、牵引线参数、牵引机能力和布置、外放、回收以及接头处理（如有）、敷设后回填方案等。

4 结束语

1）说明了国外海上风电场工程建设引入海事监察服务的必要性，并介绍了海上风电工程海事监察的范围、等级和工作流程，有助于国内总承包单位和施工单位熟悉和适应MWS的工作流程。

2）全面梳理了海上风电施工装船、海运、锚泊、吊装、桩基础施工和风机吊装以及海缆敷设监察要点，并结合DNV ST-N001规范给出了海运和吊装操作参考设计流程，给国内施工单位走出国门承接海外风电场施工准备施工方案提供了指南，给国内EPC单位顺利完成海外项目履约提供了技术支撑。