海上风电导管架两种建造工艺对比

1 前言

海上风电导管架通常采用插桩式结构，下部是灌浆连接段结构，与海上预先植入海床的钢管桩连接固定；导管架中部为主体桁架结构，一般按支撑腿数量分为三腿式和四腿式，由主弦杆和连接主弦杆的水平撑杆、斜撑杆组成，此外主体桁架结构上还有登船梯、靠船件、J 型管、灌浆管等附属构件；导管架上部为过渡段箱型结构，过渡段上设置工作平台，用于设备安装及人员作业，顶部设置大型法兰连接塔筒和风机基础。

根据导管架的结构特点分析，其过渡段结构相对完整，且与主体桁架结构有较明显分界线，因此将过渡段与主体桁架结构划分为独立整段，连同附属件一起单独制作组装完成后，进行总装成型。

2 导管架建造过程简述

根据导管架各部位的重量和尺寸，将其总体分成上下部分进行制作。下部分主要包括主体桁架结构、灌浆连接段结构、靠船件、灌浆管线、J 型管、阴极保护系统以及其他安装在主体桁架结构上的附件。上部分主要包括过渡段箱型结构、内工作平台、外平工作台以及位于过渡段区域的附件。

其中下部分根据桩腿数量及连接撑杆布置情况，将其分成若干片体小组、片叉小组及单弦杆小组；J 型管、灌浆管线、靠船件、外加电流等附属件按小组区域进行拆解和预装。各部分小组制作成型后，按照建造工艺进行立式或卧式组装成下部分。

上部分将分成底板小组、筒体小组、箱体结构小组、工作平台小组等，各小组成型后按照：底板小组→筒体小组→箱体结构小组→内工作平台→外工作平台的顺序组装成上部分；各附属件结构根据上下部分合拢口位置断开后，位于过渡段区域的部分进行预装。

3 立式建造法

3.1 概述

根据导管架下部分的重量及高度，将其分为 1～2 个大段，上下大段均采用立式组拼的方法。在总组拼装场地上划好定位控制线并布置主弦杆支撑工装，支撑工装中间布置内胆靠模工装或加强斜撑工装，上部分的片体小组、片叉小组及单弦杆小组均在水平胎架上制作，完工后采用吊装起重设备进行翻身组拼，按照片体小组→单弦杆小组→片叉小组的顺序依次组装成导管架下部分结构，最后完成上部分结构的吊装合拢。

3.2 优缺点分析

导管架采用立式建造法的主要优点如下所示：

（1）导管架的平面尺寸相对于立面尺寸较小，采用立式建造法时，导管架占地面积为平面尺寸，对总组场地的空间要求较低，有利于节约总组场地资源；

（2）总组场地仅需完成片体、单弦杆和片叉小组的立式组拼，无需再提供基面片体小组的预制和卧拼胎位，提高了总组场地的利用率和周转效率；

（3）立式建造的导管架，下部分结构组装完成后可直接转运合拢，无需复杂的整体翻身作业工序，对大型起重设备的载荷能力要求较低，可节省吊车资源，降低安全风险；

（4）导管架下部分主体桁架结构在组拼成型过程中，始终保持与导管架装船发运和海上施工作业状态一致，因此组拼过程中自重产生的应力和应变对导管架影响较小，有利于精度控制和施工质量。但是立式建造法也存在一些缺点：

（1）由于导管架通常尺寸超高，因此采用立式建造法时，高空作业量大，施工风险和施工成本高（2）立式建造法需准备大型内胆靠模工装或足够强度的斜撑加强工装，因此工装成本高；

（3）立式建造法要求导管架的片叉小组需由上至下的顺序安装，且总组场地较小，吊车布置位置有限，因此工作面较少，施工效率较低。

4 卧式建造法

4.1 概述

在总组拼装场地上划好定位控制线并布置卧拼片体胎位，在片体胎位上完成片体小组的制作，片叉小组及单弦杆小组均在水平胎架上制作，完工后采用吊装起重设备进行翻身组拼，按照片叉小组→单弦杆小组的顺序依次组装成导管架下部分结构，下部分结构完工后整体翻身定位到定位布置好的主弦杆支撑工装上，最后完成上部分结构的吊装合拢。

4.2 优缺点分析

导管架采用卧式建造法的主要优点如下所示：

（1）由于导管架在卧式组拼过程中是水平放置，建造高度低，高空作业量减少，对组拼吊机的吊高和吊重要求低，有效降低了施工风险和施工成本；

（2）导管架两侧片叉小组重量较小，采用卧式组拼时，对片叉小组临时固定加强工装要求低，片叉小组定位焊接完成后直接安装单弦杆小组，可减少工装材料成本；

（3）导管架卧式组拼时，所有片叉小组件的安装顺序互不影响，因此片叉小组的安装工作面较多，施工效率较高。

但是卧式建造法同样存在一些缺点：

（1）导管架采用卧式建造法时，是水平放置进行组拼，占地面积大，且基面的片体小组需在总组场地上提前布置胎架和制作，对总组场地的空间要求较高，占用周期较长，场地资源投入大；

（2）卧式建造的导管架，下部分结构组装完成后需进行复杂的整体翻身作业工序，对大型起重设备的载荷能力要求较高，设备投入成本安全风险较大；

（3）导管架的桩腿位置精度较高，卧式组拼以及整体翻身作业时，结构自重都将产生横向应力应变，易造成桩腿位置精度超差，质量风险高。

5 卧式建造法和立式建造法选用原则

在选择卧式建造法或立式建造法时，应综合考虑场地资源、设备能力、项目结构特点、建造周期、施工质量和安全等因素，根据我司完成多个导管架项目的建造经验，可以得出以下最优的选用原则：

（1）根据场地吊装设备能力选择：卧式建造法对大型吊装设备的吊高和荷载能力要求较高，整体翻身工序要求吊装设备能承载导管架下部分的整体重量，因此采用卧式建造法须具有满足要求的吊装设备；

（2）根据总组场地资源选择：由于立式建造法对总组场地要求较低，场地利用率和使用周转率较高，因此总组场地资源紧张时优先选用立式建造法；

（3）根据工装材料情况选择：立式建造法需投入较多的加强支撑工装，对工装强度和刚度要求较高，在工装材料有限的情况下优先选用卧式建造法；

以我司建造完工的广投防城港二期导管架项目为例，结合不同生产基地的场地情况，合理选用不同的建造方案，充分利用了各建造方案的优缺点，大大提高了项目建造效率，降低施工成本，缩短生产周期，得到了业主的一致好评。

6 结语

卧式建造法和立式建造法是海上风电导管架的两种主要建造方法，本文详细介绍了两种建造方法，并分析总结出两种建造方法的优缺点，提出合理的选择原则以达到降低项目成本、缩短建造工期、保证施工安全和产品质量的目标，且在实际项目中得到应用并取得显著的效果。

作者简介：黄祖宽（1981—），男，广东湛江人，工程师，本科，主要从事钢结构工程管理工作；邓荡涤（1981—），男，广东茂名人，工程师，本科，主要从事钢结构工程管理工作；罗文明（1989—），男，湖南湘西土家族人，工程师，本科，主要从事钢结构工程管理工作；黄楚明（1992—），男，广东潮州人，工程师，本科，主要从事钢结构工程设计工作；