长乐外海风电场创新应用，推动全球智慧海上风电发展

• 长乐外海C区风电场共有风力发电机组57台，场址中心离岸距离约 45 公里，水深最深达近 50 米。
• 在全球海上风电行业中，此海上风电场首次大面积采用了吸力桩导管架基础结构形式。
• 永福股份开展了可行性研究，以评估创新型风机基础结构的完整性和成本效益。
• 项目的成功得益于集成了岩土工程分析和海工结构设计的数字化解决方案，使用 PLAXIS 和 SACS 应用程序构建整体三维模型，解决了一系列技术和工程问题。
• 该风电场具有节能和环境效益，推动了福建省能源基础设施的现代化，并推动了中国和全球的智慧海上风电发展。

提出采用创新型风机基础结构

长乐外海风电场 C 区项目位于长乐区外海，规划面积 58.6 平方公里，由37台单机容量8MW和20台单机容量10MW的风力发电机组成，总装机容量496MW。该风电场采用了可承受多种环境荷载的新型风机基础结构——吸力桩式导管架基础。项目建成后，该风电场将成为全球最大的吸力桩式导管架基础风电场，节约能源，并利用自然再生资源，减少对周围环境的污染，同时保护生态环境，促进福建当地经济的可持续发展。

永福股份致力于为电力和能源系统提供综合解决方案，在该项目中负责设计和安装基础，并在设计阶段进行可行性研究，以确定拟建风机基础结构的可行性。创新型吸力桩式导管架基础除了具有传统钢管桩式导管架基础的优点外，钢材消耗量小，成本低，施工安装快速简便，可节省施工时间。这是中国首个在深海风电场采用吸力桩式导管架基础的项目。

位置、环境和地质挑战

该风电场场址中心离岸距离约 45 公里，水深最深达近 50 米，水文气象条件恶劣，加之复杂的工程地质条件，该项目面临结构完整性和施工管理方面的重大挑战。永福股份海电结构专家宋启明表示：“项目区沿海是受台风风暴潮威胁较严重的海域，目前这也是中国水深最深的风电场。”鉴于这些挑战，永福股份的结构设计解决方案不仅需要适应土体的不稳定性和沉降，承受环境荷载，还需要加快施工进度，缩短施工周期，并最大限度地降低成本。

为了应对这些挑战，永福股份决定采用吸力桩式导管架基础，这种基础形式在全球海上风电行业运用的还较少。他们进行了可行性研究，以评估该解决方案的结构完整性和成本效益。在设计阶段，他们需要精确模拟下部吸力桩和土体之间的交互作用，与上部导管架结构的设计协同考虑。宋启明表示：“我们曾尝试将吸力桩与土壤交互作用采用传统的PY方法进行模拟，但是发现此方法不适用于大直径的吸力桩结构，会导致整个项目成本的大幅度增加。”鉴于传统的土体模拟和强度评估方法不够完善，他们随后尝试使用其他软件程序进行岩土分析和结构设计，但发现分析结果难以与上部导管架结构设计进行耦合。

利用集成的岩土应用程序

永福股份意识到需要集成的数字化海工结构和岩土设计方案，他们选择了 Bentley 的 SACS 和 PLAXIS 应用程序。永福股份高级工程师范夏玲表示：“Bentley 提供独特的基于 SACS 与PLAXIS 的一体化设计流程，允许用户在 SACS 中创建吸力桩导管架整体模型，将吸力桩网格模型以及上部导管架关键典型负载提取到 PLAXIS，以方便 PLAXIS 进行桩土相互作用分析。”通过采用 Bentley 技术，彻底解决了大尺寸吸力桩式基础设计中的难题，桩土相互作用模拟以及结构岩土集成化设计，此方法属于业内最新创新性技术，验证了吸力桩式导管架基础的应用。

用户可以通过综合结构设计和岩土分析环境得到一个包含导管架与桩体的复合模型，同时模型上包含土体对桩体的非线性支撑单元。基于 SACS 和 PLAXIS 的数据互用性和自动化特性，团队施加风机基础相关设计荷载之后，用户可以进行吸力桩基础的整体分析，包括线性和非线性、静力与动力响应分析。范夏玲补充说：“SACS 计算结果和 PLAXIS 三维有限元分析结果完全符合设计要求。”永福股份实现了上部基础与岩土工程的耦合分析计算，开创了行业先河。

数字化推动智慧海上风电发展

Bentley 技术的应用解决了新型吸力桩式导管架基础的各类技术难题，其中包括传统技术无法解决的因施加过大荷载而导致吸力桩体周围土体破坏的问题。通过集成 SACS 和 PLAXIS 数字化解决方案，为新型导管架基础的实施提供了有力的支持。这项设计显著降低了风电塔架的重量和钢材用量，与常规基础结构相比，风机基础总成本降低了约 30%。宋启明表示：“本项目采用新型风机基础结构，适用范围广、施工周期短、设备用量小，对海洋生态环境和可持续发展具有积极影响，在海上风电高速发展的今天，具有重要的推广价值。”

长乐外海风电场采用的基础型式获得了海上风电基础设计领域的发明和实用新型专利。这是中国首个大面积应用这项技术的项目，为深海风电场提供了工程经验和技术支持，也为今后这类深海设施施工提供了参考。此外，通过制定支持深海风电场施工创新解决方案的综合数字化战略，永福股份兑现了其对清洁、智慧能源以及福建省能源基础设施现代化的承诺。团队将持续推进海上风电吸力桩技术研究和智慧海上风电设计。他们也计划采用 Bentley iTwin技术构建数字孪生模型，以促进行业的智慧化。宋启明总结道：“我们还积极参与智慧海上风电场运维平台的筹划与建设，构建一体化智能系统，服务海上风电行业。”