金风科技翟恩地：从分步设计到一体化设计桩基疲劳载荷下降30%-北极星风力发电网

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通过一体化设计或者耦合设计能够给使基桩疲劳载荷下降30%左右。我们需要桩基础的刚度，桩基础的刚度又依赖于整个载荷，如果形成同一个项目团队，整机商提供的载荷是基于整个基础和塔架一体化来设计的话，我们可以对载荷进行优化。10月18日，新疆金风科技股份有限公司总工程师兼海上业务单元总经理翟恩地先生出席2018年北京国际风能大会暨展览会，并在中欧海上风电工程装备论坛作“中国海上风电建设面临的技术问题及建言”的主旨演讲。北极星电力网对大会进行全程直播，如需了解更多会议直播，请联系微信号：13693626116。

新疆金风科技股份有限公司总工程师兼海上业务单元总经理翟恩地

以下为发言实录：

翟恩地：这个题目现在换过来了，今天给大家汇报一下整机商在海上风电基础优化设计方面的作用，大家都知道整机商更多关注是我们风机本身创新制造技术，在海上风电这个领域，整机商在整个支撑结构包括基础设计这一块其实要投入很大精力的。今天主要通过一个工程实例来给大家展示一下整机商如何配合设计院在做桩基础的优化设计，先讲项目的概括，然后成果，然后大直径单桩，特别是有冰冻地方如何做优化设计，第四个就是优化设计的过程。

这个项目简单展示一下，因为项目详细信息的涉及客户信息，我们把项目信息都掩盖掉了，只是展示一下项目地点。从项目来讲，要做桩基础的优化设计地勘工作非常重要，底下有岩石，这样一个地方做桩基设计，整机商要提供设计载荷和设计参数。这是简单地的场地地层概况，国内建海上风电在桩基础施工设计之前通常会进行试桩，一个是试桩可以为我们设计提供更精准的参数，另外一点也是由于我们目前地勘不到位或者不精准，工程师心中不是很踏实，也要增加做试桩的要求，试桩的要求很高，如果这一块能够做得比较精准，试桩是可以取消的。

其实试桩的设计也很重要，是抗压试验还是抗拔试验，0.5到0.7之间，试验过程顺序都有影响，所以说我们在做机桩基试桩试验的时候到底怎么做，每一个加载放多长时间一定要严格按照规范往前推进。这是试桩的一些结果，这个试桩结果我想给大家讲一讲，咱们国家在做试桩，特别是在做海上试桩的时候，抗压、抗拔基本上可以达到水平，但是做水平，因为咱们单桩承载力非常重要，单桩水平承载力非常重要，但是往往我们在水平承载力试验这一块由于水深比较深，比如说25米，再加上水面以上做试验，水平加载一般达不到，即使达到了一米的位移，在泥面处就是10公分、20公分，所以很多场合试桩结果对真正的设计指导意义并不是很大。

这是我们做的一些试验，这是抗拔试验，这是水平试验，因为水平试验主要是验证我们的（英文）曲线到底准不准准确，如果在上升阶段还没有做到非线性阶段就停止了，实际上整个图体抗力这一块的试验还是有限的，这是试验结论，抗拔力基本上可以达到2900吨左右，水平承载力大于650千牛，只能说是大于，这是目前在海上试桩无奈之处的方面。

今天我们讲的重点不是讲这一块，而是说讲整机商如何配合设计院做桩基础的优化设计，这个项目是在北方，这个项目因为有冰，我们要做抗冰锥设计，这里面就带来了很大的一个海洋波动力对桩基础的影响，对整机商影响很大。这一块上面是没有冰锥的，底下是有冰锥的，有冰锥和没有冰锥，在冰对桩基础的水作用力这一块差别是非常大的，因此在桩基础水面处要设计这样一个冰锥如何对整机支撑频率的影响，以及对载荷的影响，这是整机商必须要考虑，必须要给设计院提供更精准的载荷要考虑的因素。因此这个抗冰锥能够简单冰的作用力，同时增大了海洋波浪作用力。

下面进入今天演讲重点，就是整机商配合设计院如何来做优化设计，这个项目应该是金风科技在我们推动支撑结构，塔架基础、耦合结算的先例。这里面我也在多次国际国内场所都指出过这样的问题很大，大的原因就是整机商提供的载荷是在塔架底部，把这个载荷交给设计院，设计院进行计算，由于规范不统一，同时由于安全系数不统一，载荷不统一，使得过于保守。

金风科技采取的是耦合或者是整体化设计，把整个塔架基础作为统一支撑结构，我们计算的载荷不光是塔架底部，同时泥面处，疲劳载荷，极限载荷，让他们对桩基础进行设计。这个对载荷的优化非常重要，欧洲现在也是刚刚从分步设计过渡到耦合设计，我们在中国什么时候能把它变成规范，现在我们先做一个这个项目应该是一个先例，据我了解这是中国第一个采取耦合设计或者一体化设计的一个项目。

那么这是整个一体化设计的概念。大家也知道我们现在用的是整机商和设计院采取的是分步设计，整机商在计算载荷的时候也要把基础模拟到整个支撑结构，交给设计院，设计院对桩基础再进行重新调整，然后改变了刚度矩阵，整机商根据新的来计算频率、极限载荷、疲劳载荷，通常按照我们国家海上风电勘察设计能做到三轮就很不错了，基本上做不到五轮，你想一想这么大的支撑结构，三轮，完全没有达到优化的地步，因此说，现在在支撑结构特别是基础设计这一块过于保守的原因就在于此，这种方法我们是说整机商要具备对整个支撑结构设计的能力，把基础和塔架作为一体化建模，而且是跟设计院紧密配合，一定要形成一个工作组，这样我们提供的载荷是不光在塔架的底部，而是在任何一个界面，设计院拿到这样的载荷以后，他就不需要再重新把波浪力，把涌动力再加到桩基础，拿到我们的载荷就可以直接进行基础的界面设计了。

这是一个对比，分步设计和耦合设计或者一体化设计，对整个疲劳载荷的影响，那么这一条绿线应该说是现在咱们国家规范所推荐的分步设计、迭代设计，通常三轮，这条线是做整体耦合设计的疲劳载荷，大家可以看到，随着变化，特别是从正10米到负20米，这是桩基础受力最大的地方疲劳载荷的变化。右边这个图是给出了百分比的变化，所以这个工程案例指出，我们通过这样一个一体化设计或者耦合设计能够给我们疲劳载荷下降30%左右，因此我们经常说整机商在整个载荷的优化设计里面，我们需要桩基础的刚度，桩基础的刚度又依赖于整个载荷，两边都依赖，如果形成同一个项目团队，整机商提供的载荷是基于整个基础和塔架一体化来设计的话，我们对载荷可以优化。

有了这样的载荷优化，设计院就可以对机组进行优化，因此这个项目本来有这么大的抗冰锥结构是很难设计下来，很难体现项目经济性，通过这样的优化设计最终使得项目达到原定经济收益要求。

我们说金风科技6.45兆瓦的风机在这个项目里得以应用，大直径单桩基本上达到7米，如何在这样既有覆盖层又有基岩、又有冰复杂环境下，使得支撑结构达到优化。第二个我们是讲了一个比较典型的北方地区的海上风电基础设计案例。第三个是针对整个试桩，我也给出了一定指导意见。第四个是主要讲一下如何在抗冰锥设计这一块，既考虑对冰荷载的降低，同时对波浪荷载的增加，这两个之间要平衡。第五个是整机商和设计院如何联手做整体化优化设计，使得项目经济性能够得以体现，所以说海上风电不光在整个设计院对基础设计，通过降低风机造价达到瓶颈阶段，如何降低工程造价体现中国海上风电在竞价上网时代还有一定的经济性，这值得大家共同思考。

（发言为能见APP整理，未经本人审核）

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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