海上风机单桩基础的船舶碰撞风险评估方法研究

作     者：汤荣铿 

作者单位：江苏科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：白旭

授予年度：2021年

学科分类：081505[工学-港口、海岸及近海工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：船舶碰撞风险 单桩基础 定量风险评估 多状态贝叶斯网络 风力机防撞结构 

摘      要：当前国内大量建设的海上风电场都在近海,且靠近港口航道,对船舶航行安全造成了一定的影响。随着海上风力发电场的数量持续增加,虽还未发生重大的风力机与船舶碰撞事故,但针对对海上风力机与船舶碰撞风险评估的研究已不容忽视。国外一些国家和组织已经对许多海上风电项目进行了风险评估,并试图建立统一的风险评估方法来为海上风力风电场的安全风险制定准则,但单一的风险评估模型并不完全适用于不同国家和地区的海洋环境和航行条件。而国内对海上风电场的船舶碰撞定量风险评估的研究相当缺乏,亟需制定全面的安全风险评估准则,以确保海上风电场周围的海上作业安全和海洋环境的保护。本文结合国内外对船舶碰撞风险评估的研究,以我国福建近海某风电场为研究背景,建立了海上风力机单桩基础的船舶碰撞定量风险评估模型,主要研究成果如下:（1）通过对风电场的调研分析,识别出影响风力机与船舶碰撞风险的环境因素、船舶因素和人为因素;简要介绍了船舶漂移碰撞和动力碰撞的几何概率计算模型,并计算出漂移和动力几何碰撞概率分别为0.0141和0.00474。（2）应用结合故障树和多状态贝叶斯网络的风险概率分析方法和多源信息融合方法,建立风力机与船舶碰撞因果概率计算模型;通过故障树快速构建贝叶斯网络模型,再通过层次分析方法和三角模糊数综合专家评分和历史数据来获取条件概率表,计算出了船舶与风力机的漂移和动力碰撞概率分别为0.04599和0.03879,并进行了风险因素重要度分析。（3）应用***程序模拟了某型风电吊装船在漂移和动力碰撞状态下以不同的速度撞击海上风力机单桩基础的动态过程,对风力机桩基结构的碰撞能量、应力应变和机舱的位移加速度进行了分析。（4）通过ALARP原则和风险矩阵确定了单桩风力机与船舶碰撞风险可接受准则,并进行了不同碰撞工况下和不同风险因素影响下的单桩基础受船舶碰撞的风险评价,发现超过3m/s的动力碰撞风险是完全无法容忍的,并提出了降低海上风力机受船舶碰撞风险的措施。（5）设计了一种针对单桩基础的环形钢结构防撞设施,计算了加装防撞结构的单桩基础的碰撞损伤,并进行了碰撞风险评价,与无防撞结构的风险进行对比,发现3m/s的动力碰撞风险等级降低了两级,从完全无法容忍风险降低到了可容忍风险,证明了加装防撞设施是极为有效的碰撞风险降低措施。