浅析海上风电塔筒绑扎安全技术研究

单益东  蔡佳冬 陈自平

摘要

海上风电工程的快速发展和规模化建设，使得海上风电工程货物绑扎作业安全风险管控技术成为当前研究的热点和难点问题。海上风电机组部件需要通过陆运转船运方式运输至机位点，过程中会存在一系列的安全风险，如恶劣天气、操作不当、突发海况、车辆船舶故障等情况，严重影响货物运输安全，因此需要研究海上风电机组运输过程中货物绑扎技术，对运输过程中进行安全风险管控工作。本文主要以海上风电机组塔筒为研究对象进行分析。

关键词：海上风电；运输；绑扎；塔筒；安全风险管控

一、运输前的存放

塔筒制作完成后需要进行三方检验，经检验合格后方可允许运输发货，在运输发货前需具备以下包装和存放条件：

（1）塔筒外表面油漆完全固化后，在装车前需进行清扫，并在筒体外表面通体包装以防尘；考虑到运输中可能因风阻而造成包装损坏，还需要使用收紧带进行捆扎，每两道捆扎间距不大于 1.5m。

（2）塔筒在焊接完成后须打好支撑，在喷砂、喷漆时可暂时拆下，但喷砂、喷漆后必须立即打好支撑，以防法兰变形。同时，为了防止法兰在运输过程中变形，塔筒法兰采用“米”字支撑、三字支撑或其他技术要求方式固定。

（3）所有支撑和法兰之间的连接螺栓要保证紧固，途中不松动。

（4）在运输前，需要将塔筒内部打扫清洁及清除不相关的杂物，如在塔筒内附件安装时留下很多难以去除的污迹，可用高压水枪冲洗，冲洗干净以后必须用干净的抹布擦拭干燥，需保证灯具等其它易损件不被破坏。

（5）根据包装设计按件号及数量包装后，加挂防潮、防锈标志，经检查合格，分别贴相应包装清单。

（6）每段塔筒内附件及电气件安装完好后，塔筒的两端须使用封头布进行封堵确保运输过程中的防雨、防尘和防盗。封头布须捆绑牢固，途中不得出现破损、吹落；禁止在运输途中人为划伤或者去除封头布。

成品存放

二、运输方式及工装设计

场内及码头短倒采用液压轴线车和重心平板车进行运输。

除底段塔筒外，其他段塔筒在陆运、海运时采用卧式运输，根据塔筒重心和焊缝分布，选定支垫位置，卧式运输采用两个支垫位置进行支撑。陆上运输时，采用横梁加强式托架，托架与运输板车采用 L型码进行连接，托架下方焊接或铆接工装支腿，并且在弧形板位置支垫保护物（将宽度约300mm、长度为弧形板长度的草垫用棉被包裹，然后用塑料薄膜完全包裹后用尼龙绳绑扎在工装弧形板位置，每隔 200~400mm 绑扎一道，确保可靠）。海运托架采用实腹式简易支架，支架弧形板位置采用同样的方式进行支垫后将托架运输至码头进行安装，运输工装底部左右两侧用工型码将船体与工装焊接连接，前后两侧用挡块做限位处理，以保证运输过程中不出现侧翻。运输工装如下图：

卧式陆运运输工装 卧式海运运输工装

塔筒下段支垫采用立桩运输一体化工装进行运输，无需单独制作运输工装。下段塔筒运输工装上加装连接脚座较链，保证运输安全。运输车板与工装之间的连接采用脚座较链连接，将与车板接触的脚座较链（前后两个方向）与车板进行焊接，左右两侧因车板宽度比工装宽度小，采用C字码+楔铁的连接方式进行连接。底塔工装如下参考图：

立桩运输一体化工装

三、装船吊装

3.1 吊装条件

选择具有吊装条件的码头，吊机及选择范围如下图：

吊机

3.2 浮吊吊装

根据码头现场情况，结合塔筒及浮吊参数对塔筒吊装过程进行分析，以下段塔筒为例: 浮吊与运输船之间的最小距离定为 1000mm，运输船与岸线最小距离 2000mm，为了保证安全，运输车辆与岸线边缘的最小距离定为 2000mm，在绘图软件上进行吊装模拟，若控制作业仰角约 45°，则主钩距离水面有效高度为 44.52m，根据浮吊性能参数表可知主钩单钩载荷可满足 268t 起重需求进而确定是否可满足货物起吊要求。

中段和上段吊装时，同陆上装车方案类似，根据底塔吊装校核，浮吊对中段和上段亦满足要求。

装船示意

3.3 吊装注意事项

（1）将浮吊置于船舶外侧成“丁”字型摆放，起吊幅度根据船舶尺寸，码头装载车辆适当调整，吊卸前先将浮吊移至塔筒工作半径以内。

（2）卸车装船作业顺序为: 作业环境准备、作业机具检查调整定位、检查核实吊点、起吊装船。

1）作业环境准备:对作业码头货物运输通道，包括重件运输平板车停放位置清理作业码头前沿无关船舶转移。

2）作业机具调整定位，运输船舶停靠码头指定位置，浮吊停放在水运船舶外侧并使钩头与塔筒重心一致。

3）车辆与码头岸线平行摆放，并使其几何中心与塔筒重心及钩头相一致。

4）对起吊机具进行作业前检查，对规格进行确认，再次检查钢丝绳的质量、磨损状况，以确保其达到使用要求。

5）检查核对吊点，技术人员提供的重心标识进行悬挂钢丝绳

（3）吊装作业时，必须按规定负荷进行吊装，吊具、索具经计算选择使用，严禁超负荷吊装

（4）起装船

1）各操作和安全监护人员到位，启动浮吊（浮吊事先挂好平衡梁），将吊具兜底挂钩，再次确定作业幅度，无误后浮吊缓缓起吊，检查起吊钢丝绳中心是否与塔筒中心保持一致，并检查钢丝绳包垫是否有松落。

2）无误后，浮吊起吊，当重物离开车板面 20cm 时停止 10 分钟，检查索具连接情况，浮吊卷扬机情况，确认安全后正式起吊。

3）调整角度，使设备靠近船舶。

4）在货物距船舶 1m 处时，起升钩头，使塔筒底部超出船甲板装载面 20cm 停止再次移动浮吊使塔筒在船甲板上面停止。

5）船上工作人员负责稳关。

6）调整浮吊，使塔筒与预摆放位置一致，落下钩头完成装船。

现场装船情况

四、海运方案

4.1 驳船选型

根据载货特性及卸货现场条件，选择适合吨位级别的甲板货船，获取船舶相关参数信息，如下图示例：

船舶信息示例

4.2 船舶积载

运输船只在码头提前根据工装定位图进行工装定位，提前将支垫物绑扎到工装上。下段安装位置需根据定位图通过支垫垫板，使工装覆盖区域在同一平面上。船型一般采用自航式甲板驳船，在确保装载后船体平衡的前提下，拟计划每船装载一定配套数量塔筒设备。

驳船积载示意（拟定两套3段式塔筒）

因塔架装卸船过程，不同甲板分布区域载荷量受塔架取放的影响而不同，船舶压载水舱负载能力即船体平衡调节能力对运输过程及驳船过程较为重要。海运货船需根据所具备压载水调节能力来调节装卸过程中的压载情况，满足安全货物装卸施工。

4.3 海运绑扎计算

绑扎强度依据《海上拖航指南》[1]，对货物进行绑扎强度校核。

（1）横向作用力Fy

Fy=M（rφ×φ0Π/180×（2Π/ Tφ）2+gsinφ0）+ Fq+ Fw

项目	代码	单位
货物重量	M	t
货物质量中心至水线处假定的旋转中心的距离	rφ	m
最大横摇角	φ0	度
横摇周期	Tφ	s
重力加速度	g	m/s²
货物横向受风面积	A1	㎡
风作用力	Fq	kN
货物距主甲板2m以下受风面积	A2	㎡
海水飞溅冲击力	Fw	kN

（2）纵向作用力Fx

Fx=M（rΨ×Ψ0Π/180×（2Π/ TΨ）2+gsinΨ0）+ Fq+ Fw

项目	代码	单位
货物重量	M	t
纵摇转动半径（质量中心至水线处假定的旋转中心距离）	rΨ	m
最大纵摇角	Ψ0	度
纵摇周期	TΨ	s
重力加速度	g	m/s²
货物纵向受风面积	A1	㎡
风作用力	Fq	kN
货物距主甲板2m以下受风面积	A2	㎡
海水飞溅冲击力	Fw	kN

（3）垂直作用力Fz

Fz（-）=M（g-3.75e-0.0033L）

项目	代码	单位
货物重量	M	t
驳船船长	L	m
重力加速度	g	m/s²

（4）横向滑动校核

Fy≤u Fz（-）+ΣCSi（usinα+cosαsinβ）        CSi=nP/K

项目	代码	单位
第i个系固设备与水平面的夹角	α	度
第i个系固设备与船纵剖面的夹角	β	度
摩擦系数，钢+木板/橡胶0.3；钢+钢干燥0.1，潮湿0	μ
第i个系固设备的安全工作负荷	CSi	kN

其中CSi根据系固设备的破断负荷或材料屈服应力，按下表给出的安全系数计算确定

极限负荷	系固设备材料	K
破断负荷	卸扣、环、甲板孔、低碳钢兰花螺丝	3
	纤维绳	4.5
	钢丝绳，钢带（一次使用）	2
	钢丝绳，钢带（二次使用）	5
	钢链条	3
屈服应力	焊接钢结构（受弯和受压）	1.5
	焊接钢结构（剪切）	2.6
	对接全焊透焊缝（拉伸和压缩）	1.5
	对接全焊透焊缝（剪切）	2.6
	填角焊缝（拉伸和压缩）	2.2
	填角焊缝（剪切）	2.6

（5）横向翻转校核

Fy·a≤b·Fz（-）+ΣCSidi

（6）纵向滑动校核

Fx≤uFz（-）+ΣCSi（usinα+cosαsinβ）

4.4 绑扎材料

以下材料以某一执行完成项目为例

名称	数量	尺寸规格	备注
链条	12根	5m	20t
挡块	23块	10公分（长）（宽）	中间带圆孔
钢丝绳	6根	23米	24mm
钢丝绳卡环	24个		25mm钢丝绳用
稳绳	4根	20米
花篮	22个	25t-30t
卸扣	22个	8t-10t
7型挡块	16个	10公分（长）（宽）
厚胶皮	若干	3mm
找平垫块	28组	20*500*500

4.5 绑扎示意

（1）卧式

在卧式托架前后左右烧焊三角板/工 型钢板，分别衬档卧式托架的四个方向，在焊接过程中，三角板和设备底座之间如果有间隙需放置隔板，防止在运输途中发生移位和横倾。

工装防护在每个托架与塔筒接触位置支垫胶皮，增大设备摩擦系数，防止运输过程中塔筒蹿动。

工装防护示意

卧式塔筒绑扎方式 采用下压式八字加固法，在甲板适当位置烧焊地铃，绑扎钢丝绳一端连接设备绑点，另一端与地铃连接，用花篮螺丝及手拉葫芦收紧，每处吊点使用钢丝绳向前、后牵拉加固成两道“八” 字型加固，保证设备和船体固定为一个整体，防止其在运输途中发生位移和倾侧。

钢丝绳与筒体直接接触点加垫胶皮或麻布作为隔离保护，避免设备与钢丝绳接触表面受到磨损。

法兰工装在上法兰螺栓孔中安装四组法兰工装，用于钢丝绳绑扎，有利于避免钢丝绳在运输过程中对法兰表面油漆磨损，每组法兰工装相距 90°。

卧式绑扎示意

（2）立式

下段塔筒立式装载，立式固定工装脚座与船板全部满焊，4 根中24mm、23m 长的钢丝绳从顶端进行斜拉固定。

立式绑扎示意

五、安全管理

（1）设置安全监察质量管理部门，项目组织架构中配备足够的有经验的HSE 安全管理人员、技术人员和操作人员；

岗位职责表

序号	岗位	职责描述
1	技术工程师	① 主要负责陆地运输阶段的技术方案、实施细则的编制工作； ② 执行陆地运输阶段的技术指导、技术审核工作，做好相关的技术交底和技术资料的整理。
2	HSE工程师	① 负责整个运输的 HSE 和质量工作，做好 HSE 和质量管理体系，负责应急预案的编制、整理、执行工作； ② 监督、管理日常的 HSE 和质量检查工作； ③ 做好项目 HSE 和质量资料的整理、记录。
3	运输操作组	① 负责监督运输的各个阶段的工作； ② 负责运输的相关海事手续。

（2）运输设备上需配备有用于设备质量控制的检测仪器、维修记录；现场配备有充足经验的设备维修人员，现场重要设备配件安排备品备件；

（3）按照技术规格书、现场制约因素变化及时编制、更改合格的运输方案、检查试验大纲、质量计划；

（4）制定符合项目要求质量计划，管理程序，并在整个项目操作过程中严格实施，按照质量控制点进行监督、检查。

质量控制表

质控系统	质量职责
质控策划	根据ISO9001质量体系要求，针对项目特点，编制质量保证大纲并组织实施，确保安全稳妥运输，向业主提供满意服务。
方案设计	对于卸船装车、配车装载、排障护送、超限运输和工地卸车等作业，根据业主作业指令进行设计输入和方案设计，确保作业质量，满足业主要求。
系统审核	贯彻质量保证标准，落实系统内各级组织、各类人员的质量职责，保证质控系统的规范操作和程序控制。
作业实施	对各项作业实施质量要素的控制，所有作业人员明确各自的管理职责和质量职责，以整体的努力防止不合格服务。
过程控制	对各项作业过程的中的突发情况，质保体系及时介入，加强组织协调，排除非正常因素的干扰，确保各项作业的顺利实施。
质量评价	对于每项作业和每一批次作业，及时收集业主意见，对照质量保证标准，进行质量评价，据此制定预防和纠正措施并追踪措施的执行过程。

（5）运输方案要经过严格的评审要求，船舶装载货物的稳定性计算需要通过 CCS或者 DNV 等机构认证；

（6）船在航行时，要求避开复杂路线，提前做好航线的规划，避免极端天气的作业计划；

（7）船舶在航行时要求控制船速，保持与来往船只的近距离接触，在驳船上悬挂减速警示旗语，通过高频呼喊过往船舶减速慢行，尽量减少船舶相遇时带来的波浪的影

（8）每个航次的开航前都要落实甲板和机舱的检查制度，做好相关记录；

（9）到达卸货地点后，提前跟业主沟通确认驳船停船位置，严格按照业主指示做好停泊工作，停泊过程中尽量做到平稳，安全停泊；

（10）货物到达后与业主方做好货物的检测和交接手续，货物经业主质量检测人员检测后方允许解除绑扎。

（11）确保运输时的监督、保护工作，做好海运前的船舶检查、货物绑扎、天气监控等等系列检查工作。提供安全的航行环境和航行路线，确保海运工作安全。针对码头运输作业特点，做好适应运输实际情况的应急预案。 不断提高施工人员安全管理技能，做好应对各种突发时间应急响应和应急物资准备工作，严格落实突发事件安全教育、实际演习制度。

（12）依据《中华人民共和国海洋环境保护法》以及《中华人民共和国防止船舶污染海域管理条例》等法规，禁止在海运过程中随意排放生活污水，丢弃生活垃圾，可以根据实际情况在船上装载监控装置，对船上的行为进行实时监控，对于违反环保规定行为将进行追责，并移交相关执法部门进行处理

（13）每次作业中，现场配备急救箱，并确保药品有效，与现场医务室和最近的医院保持良好的沟通，遇到危机情况可以及时得到救治和帮助。实时关注天气变化情况，提醒人员注意天气变化，冬天注意防寒保暖，夏天注意中暑等。提高后勤保障要求，针对气候特殊采购必要的防护药品和物资，食物要经过严格的卫生检查。

（14）如在项目操作中出现不符合项，应及时进行记录，根据出现不符合项的等级情况进行相应的处理。在必要的情况下，应对不符合项进行纠正处理以消除缺陷。工程物流现场人员应将不符合项报告及纠正处理情况详细记录，并存放在相应的运输操作完工报告中。

（15）设备运输完成后，应检验、交接，检查设备结构外观，结构是否完好，绑扎结构是否紧固安全有效，并做好相关记录。如发现货损等情况，应详细记录。设备完成验收后!应在交接记录单上进行签字确认。

（16）在该项目实施过程中要积极预防和控制潜在的事故或紧急情况。对潜在的火灾、交通安全，环境，卫生做好应急准备和响应，预防或减轻对人员的伤害及对环境造成的负面影响。应急措施及风险对策将在全面分析的各类风险可能的基础上，对影响运输活动的关键环节，专门制定备用方案或应急预案。

（17）根据选用的船型及航行海况信息对船体装载货物后的稳性、运动分析、绑扎设计等进行分析及计算。对项目使用船型参考载货量及船体结构相近、运输航线海况相近的可使用计算过程假设条件更为严苛、计算标准更高的进行覆盖。

六、参考文献

[1]中国船级社.海上拖航指南[M]. 北京,2012.1.1

[2]林振东;王雨生.海上风电内护筒运输绑扎工艺研究[J].中国水运,2021:3.

[3]王革栋.海上风电机组运输与安装方式分析[J].装饰装修天地,2019:370.