《从船员转运船到海上风力发电机的船员安全转运——最新技术综述》学术报告
本文是一篇发表于《Ocean Engineering》期刊第352卷（2026年）的学术综述文章。主要作者为来自美国马萨诸塞大学阿默斯特分校（University of Massachusetts Amherst）的Krish Thiagarajan Sharman（通讯作者）、Malakonda Reddy Lekkala，来自德州农工大学（Texas A&M University）的Moohyun Kim，以及来自美国船级社（American Bureau of Shipping）的Suqin Wang。该文系统性地回顾了海上风电行业中，通过船员转运船（CTV）进行人员转运至风力发电机这一关键安全操作的技术现状、挑战、最佳实践与未来展望。
本文的核心主题是海上风电运维中至关重要的环节——人员安全转运。随着海上风电产业向深远海、大型化及浮式基础发展，传统的船员转运方式面临更严峻的海况挑战，安全风险与运维成本控制之间的矛盾日益突出。本文旨在全面梳理当前CTV及相关转运技术的现状，分析影响安全与效率的关键因素，总结行业指南与最佳实践，并展望未来技术发展方向，为提升海上风电运维作业的安全性、效率及经济性提供综合性参考。
一、 船员转运船（CTV）的类型与性能对比
文章首先对执行船员转运任务的核心装备——CTV进行了详细分类与比较。CTV主要根据船体几何形状分为三类：双体船（Catamaran）、小水线面双体船（SWATH）和单体船（Monohull）。
- 双体船（Catamaran）：是目前海上风电市场的主流选择。其特点是两个细长的片体通过甲板连接，具有甲板空间大、横向稳定性好、航速较快（20-25节）等优点。但其在波浪中的运动响应相对较高，安全作业的极限有义波高（Significant Wave Height, Hs）通常在1.5米左右。
- 小水线面双体船（SWATH）：其水下体远离水面，通过支柱支撑上船体，因此水线面面积小。这种设计使其在波浪中具有优异的运动性能（垂荡、横摇、纵摇幅度小），能提供更高的乘员舒适度和更长的安全作业窗口（Hs可达2.5米）。然而，SWATH船型设计更复杂，建造成本高，航速可能略低，且吃水较深可能限制港口访问。
- 单体船（Monohull）：作为传统的船型，其设计简单、建造和维护成本相对较低。但其在波浪中的运动响应较高，稳定性不及双体船，安全作业的Hs极限也约为1.5米。
文章通过表格对比指出，在横摇稳定性、甲板空间和实用性方面，双体船综合评分最高；SWATH在运动性能上最优，但设计复杂性和实用性评分较低；单体船则在各项性能上均不占优。此外，文章引用的一项运维成本分析显示，对于所有CTV类型，因天气导致的停机造成的发电收入损失是总成本的最大组成部分（约占60%），远高于船舶本身和人员成本，这凸显了提升船舶可作业性和减少停机时间对于降低整体运维成本的关键意义。
二、 船员转运方法及其特点
文章详细阐述了从CTV到海上风力发电机（OWT）的几种主要人员转运方法：
- “碰撞跳跃”（Bump-and-Jump）法：这是最传统且应用广泛的方法，尤其适用于较小的CTV。操作时，CTV的船首（通常配备护舷）抵靠在风机基础（如单桩）的登乘平台上，船员抓住时机直接跨步跳上平台。该方法简单、成熟，但对海况高度敏感，严重依赖船员的技巧和时机判断，安全作业的Hs通常限制在1.5米。文中特别分析了在此过程中可能发生的“粘滑”（Stick-Slip）现象，即船体与护舷之间因摩擦力的动态变化而产生的非稳定接触，这是导致安全事故的重要风险源。
- “步行上班”（Walk-to-Work, W2W）系统：该方法通常用于更大的服务运营船（SOV）。船上配备运动补偿栈桥（Motion-Compensated Gangway），通过液压系统主动补偿船体与风机结构之间的相对运动，形成一个稳定的连接通道，人员可以安全行走通过。W2W系统极大地扩展了安全作业的海况窗口（Hs可达更高，如配合SOV可达3米以上），提高了转运安全性和效率，但需要更昂贵的船舶和设备投资。
- 人员转运吊篮（Personnel Transfer Capsules, PTC）：使用起重机将封闭式吊篮吊运至风机平台。该方法可以在直接跨步不安全时使用，并能实现垂直方向的转运。但其操作更复杂，需要额外的培训和规程，且仍受天气限制。
- 直升机转运：通常用于紧急情况或当其他方法不可行时，速度快但成本高昂。
文章总结认为，对于固定式基础风机，双体CTV配合“碰撞跳跃”法因其成本效益和灵活性仍是当前主力。而对于浮式风机（FOWT）或恶劣海况，W2W系统因其能解耦船舶运动对转运的直接影响，正成为提高可及性和安全性的关键发展方向。
三、 影响CTV转运安全与效率的关键因素
本文深入探讨了制约CTV性能和安全作业的多种约束条件，可归纳为以下几类：
- 环境与操作约束：主要包括极限有义波高（Hs）、波向与风向。CTV的性能和稳定性随波向变化显著，侧浪和斜浪通常更为不利。在恶劣海况下，船舶会遭遇失速，影响往返效率。
- 船舶运动与转运约束：这是安全转运的核心。文章列出了具体的运动限制标准，例如，转运时垂向和横向加速度RMS值需分别低于0.05g和0.04g，横摇RMS需低于3度；而航行时限制可稍放宽。其他风险包括甲板上浪、船首埋入波浪、螺旋桨吸气等。
- 设计与技术约束：
- 护舷性能：护舷是“碰撞跳跃”法的关键接口。其形状（如V形、杯形）和摩擦系数直接影响接触稳定性和防滑能力。低摩擦护舷可能允许在更高Hs下安全靠泊。
- 船体线型与干舷：直接影响耐波性。高干舷有助于减少甲板上浪。
- 动力与操纵性：足够的系柱推力（Bollard Thrust）对于在恶劣海况下保持船体与结构的稳定接触至关重要。良好的操纵性则保障了靠泊的精准性。
- 燃料与可持续性约束：当前CTV主要依赖柴油，与全球脱碳目标存在矛盾。文章提及混合动力、电池电动和氢-柴油系统等替代推进方案正在发展中。
- 人为因素与安全：船员和技师的舒适度至关重要，过度运动会导致疲劳和晕船，影响工作表现和安全。行业目标是将无滑移转运的置信度保持在90-95%以上，这对船员的操作技能和时机把握提出了高要求。
文章特别指出，浮式风力发电机（FOWT）的船员转运带来了新的挑战。由于风机基础本身也在运动，形成了“浮体对浮体”的耦合动力系统，其相对运动更复杂，运动幅值可能更大。这使得适用于固定式风机的海况极限可能不再适用，对CTV的运动性能和W2W系统的补偿能力提出了更高要求。
四、 行业指南与最佳实践
本文系统梳理了与CTV设计、建造和操作相关的国际指南、船级社规范和行业最佳实践，构成了保障作业安全的标准框架。
- 船级社规范：如美国船级社（ABS）的《风力发电场支持船建造与入级要求》（2023）和法国船级社（Bureau Veritas）的《船员转运船入级规范》（NR490, 2025）。这些规范对船舶稳性（特别是配备起重机或栈桥时）、结构强度、住宿条件、动力定位系统、起重设备、人员转运区域（防滑表面、护舷、扶手、照明）以及救生消防设备等提出了强制性标准。
- 操作指南：
- 国际海事承包商协会（IMCA） 和 G+（全球海上风电健康与安全组织） 的指南提供了人员转运的全面建议，强调基于风险的管理、标准化操作程序、人员资质和培训。
- 美国清洁能源协会（ACP）的《海上海事转运指南》 针对美国新兴市场，将欧洲实践与美国法规（如《琼斯法案》）和海岸警卫队要求相结合。
- 这些指南普遍强调：制定特定场址的转运程序；明确基于海况（波高、波向、风速）和船舶运动参数的作业限制；强制使用个人防护装备（PPE）和防坠落系统；进行作业前工具箱会议和动态风险评估。
- 具体安全限值：文章汇总了常见的运动限制标准（如前文所述），并指出将安全作业简单地定义为“Hs低于1.5米”过于简化。更科学的方法是使用“P图”（P-Plot），它能直观展示船舶在不同波向下所能承受的最大Hs，从而更精确地定义安全作业窗口。
五、 未来研究方向与技术趋势
基于现有挑战，文章展望了未来提升CTV安全与效率的潜在途径：
- 数字化与先进建模：集成“数字孪生”（Digital Twin）和高级数值模型（如考虑船体-护舷-结构耦合动力学的多体模型），可以更精确地预测船舶运动、评估“粘滑”风险、优化护舷设计，并最终扩展安全作业窗口。
- 低排放推进概念：开发和应用混合动力、电池电动、氢燃料等低碳/零碳推进系统，以应对海事部门的脱碳压力。
- 运维物流优化：利用离散事件仿真、蒙特卡洛模拟、随机规划等优化算法，对CTV、SOV等运维船舶的舰队配置、路径规划和任务调度进行优化，以最小化总成本（包括燃料、租赁费和发电损失），提高风场可及性。
- 性能化标准：推动建立更统一、基于性能（而非单纯规定性）的安全转运标准，以鼓励技术创新，同时确保安全底线。
六、 结论与价值
本文的综述全面而深入，其价值体现在以下几个方面：
- 系统性整合：首次将CTV的船型设计、转运方法、关键技术约束、安全标准、成本分析和未来技术趋势置于同一框架下进行系统性梳理，为研究人员、船舶设计师、项目开发商和运营商提供了“一站式”参考。
- 突出核心矛盾：清晰揭示了海上风电运维中“安全”、“效率”（可作业性）与“成本”之间的核心矛盾，并指出减少因天气导致的停机时间是降低平准化度电成本（LCOE）的关键。
- 强调标准化与创新并重：既详细解读了现有的行业规范与最佳实践，为安全操作提供了基准；又指明了通过技术创新（如数字孪生、新型船型、低碳动力）来突破当前局限性的方向。
- 前瞻性：特别关注了浮式海上风电带来的新挑战，并讨论了W2W系统、拖回港口维修等适应深远海环境的运维策略，对产业的未来发展具有指导意义。
这篇综述文章不仅是对海上风电船员转运安全领域现有知识的全面总结，更是一份指向未来研究、设计与操作优化路线图的重要文献。随着全球海上风电，特别是浮式风电的快速发展，文中探讨的问题和提出的方向将愈发具有现实紧迫性和战略重要性。