仿真驱动，构筑海洋工程全生命周期适应力与恢复力

利用仿真技术打造智能海洋工程结构全生命周期指南

您正引领海上能源领域的发展，仿真技术助您保持领先。

海上能源行业正迅速转型。随着全球需求不断增长，能源行业向海上风电领域拓展布局，您面临着更多挑战：交付规模更大、更复杂的结构，应对更紧迫的工期、更严格的法规，同时实现宏大的可持续发展目标。

您每天都在做出高风险决策。一处设计缺陷或一次安装延误就可能造成数百万美元的损失，甚至危及安全与环境完整性。仿真技术正是解决之道。仿真技术帮助您在建造海洋工程结构之前，对其进行建模、测试和优化。它帮助您在资产概念设计到退役拆除的全生命周期中降低风险、提升性能，做出更明智的决策。

我们将带您梳理海洋工程项目的各个阶段，结合实际案例、可量化的成果，以及可在组织内复制推广的成功策略，展示仿真技术如何为您的专业工作提供支持。无论您是在设计漂浮式风电平台，还是管理深水油井设备，您都是行业创新的推动者。仿真技术将助您自信地完成这项工作。

海洋工程资产全生命周期

您负责打造具有适应力与恢复力的海洋工程资产。仿真技术帮助您实现更智能的资产管理。

您所设计、建造或维护的每一座海洋工程结构，都要经历从最初概念设计到最终退役拆除的复杂过程。无论您从事的是油气、海上风电还是海洋基础设施领域，资产全生命周期均涉及多个专业、严苛的作业环境以及不断更新的法规。您的任务是不仅交付安全且具成本效益，更具备灾后快速恢复与适应变化能力、能够在未来数十年内可靠运行的海洋工程系统。统筹管理全生命周期是成功的关键。从早期设计决策到长期维护策略，每个阶段都会影响结构性能、安全与可持续性。仿真技术为您指引方向。它帮助您了解、预测并优化海洋工程资产全生命周期的各个阶段，从而降低风险、提升效率，建造经得起时间考验的工程结构。

海洋工程资产全生命周期

什么是海洋工程仿真？

您在严苛工况下开展设计，仿真技术助力构建具有适应力与恢复力的工程系统。

海洋环境变幻莫测。海浪、风、洋流、海底土体特性和结构荷载，均在极限考验您的设计，仅靠经验直觉不足以保障资产安全可靠运行，这正是仿真技术发挥作用之处。

仿真技术以数字形式复现真实海洋环境条件，让您在建造或安装结构之前就能预测其表现。您可以开展设计测试、验证海上作业，并及早识别风险，避免其发展成为代价高昂的问题。您设计的不仅是结构本身，您还在守护生命、保护生态系统，并证明工程能够兼具适应力与恢复力和社会责任。仿真技术可以帮助您自信地做出重要决策。仿真技术赋能您基于数据做出决策，从而降低不确定性、提升安全水平，并交付能够经受自然环境考验、满足各方预期、具备适应力与恢复力的海洋工程资产。不再是主观推测，而是基于现实的精准预测。

全生命周期方法的重要性

您正在管理复杂的海洋工程项目，全生命周期方法帮助您更智能地管理，也让工程更具适应力与恢复力。

海洋工程项目意义重大、风险极高，绝不能以孤立的方式进行管理。但在传统模式中，资产生命周期的各个阶段都是独立处理的，导致沟通不畅、效率低下以及代价高昂的意外问题。您应该采用更好的工作方式。

通过采用全生命周期仿真策略，您可以实现海洋工程资产端到端完整视图。这一方法帮助您：

•提升设计、安装与运营各阶段的协作效率

•尽可能减少返工和意外成本

•加强安全性和合规性

•通过更智能的规划和资源利用，推进可持续发展

仿真技术作为数字主线，贯通全生命周期的各个阶段。它保障数据连续性，支持明智决策，并实现长期优化，让您交付的海洋工程结构具备适应力与恢复力，在未来数十年内可靠运行。

设计与分析：从初始阶段构建工程适应力与恢复力

您在严苛工况下开展设计，仿真技术助力您从初始阶段就构建具备适应力与恢复力的结构。

设计与分析阶段是海洋工程项目的起点，但其影响将持续数十年。您在此阶段做出的每一个决策——每一次荷载计算、每一种材料选择——都将影响资产在建造、安装、运营乃至退役拆除阶段的安全性、性能和使用寿命。您的设计不仅仅着眼于当下，您的工程设计还需考虑长达数十年的性能、安全性和适应力与恢复力。

仿真技术赋予您清晰的认知与十足的信心，确保从一开始就做到精准无误。借助先进的三维建模和基于物理原理的分析，您可以在施工前对海浪、风、洋流、海底土体特性以及结构荷载等真实环境条件进行建模。

借助仿真技术，您可以：

•验证设计概念

•识别潜在风险

•优化耐用性、安全性和成本效益

仿真技术帮助您在生命周期早期基于数据做出更明智的决策，从而减少意外情况发生，使海洋工程资产从一开始就具备适应力与恢复力。

核心仿真功能：

•静动力结构分析（SACS）

•疲劳和倒塌预测（SACS）

•水动力建模和船舶运动分析（MOSES）

•荷载组合和环境条件测试（MOSES）

•土体—结构相互作用与基础建模（PLAXIS®）

仿真设计可减少高达60% 的人工设计时间和返工工作量，并保障结构经久耐用。

建造：从数字模型到海洋工程实体

您正在将构想变为现实，仿真技术助力您首次建造即精准无误。

建造阶段是海洋工程设计落地的环节，在这一高风险阶段，即使是微小失误也可能导致代价高昂的延误、质量问题或安全风险。您需要的不仅仅是图纸，更是十足的把握。仿真技术弥合了工程设计意图与现场实际施工之间的差距。您可以在焊接作业开始之前，验证施工方案、识别瓶颈并优化工作流程。这种前瞻性方法有助于：

•确保结构符合设计规范与安全标准

•减少返工，避免代价高昂的意外问题

•缩短建造周期，改善质量控制

通过模拟设计方案在真实环境中的表现，您可以交付不仅符合规范、更具备适应力与恢复力的结构。

仿真技术从以下方面支持更智能的建造：

•焊接顺序规划与结构完整性校验

•装载及下水过程仿真

•基础行为与土体—结构相互作用分析

•碰撞检测与可施工性验证

运输与安装：更安全、更高效

您正在完成看似不可能的作业，仿真技术助您安全、顺畅地完成任务。

运输与安装是海洋工程全生命周期中复杂程度最高、风险最大的阶段之一。您需要跨洋运输庞大的结构，并在变幻莫测的海洋环境中完成安装，每一步都对时机、协调与精确度提出极高要求。您不仅仅是在管理物流，更是在守护安全、资产和声誉。

仿真技术是您的战略优势。您可以在设备资产离厂之前，对船舶动态、气象工况和安装工序进行数字化模拟。这使您能够：

•预判挑战

•优化执行方案

•尽可能降低因海洋条件、船舶运动以及有限的可作业气象窗口期带来的风险

从拖航路径、吊装作业，到浮托安装工序与海床相互作用，仿真技术从一开始就有助于确保结构完整性与安全性，让海上安装过程顺利进行，从容可控。

仿真功能助力实现更安全的运输与安装：

•航线规划与海况分析

•装载与吊装过程仿真

•安装程序建模

•船舶动态与运动响应

•气象窗口期优化

仿真技术可将安装成本降低20%，并缩短50% 以上的运输时间。

运营与维护：延长海洋工程资产使用寿命

您负责确保海洋工程资产长期稳定运行，仿真技术帮助您守护这一目标。

运营与维护是海洋工程全生命周期中时间最长、资源投入最多的阶段。您需要确保结构在恶劣海洋环境中历经数十年仍安全、合规且高效运行。重点不只是解决问题，还在于预防问题发生。仿真技术赋能您从被动转向主动维护。您可以模拟海洋工程资产在真实条件下的表现，预测疲劳、评估损坏，并在问题升级之前规划干预措施。这意味着减少意外情况、降低成本，以及更经久耐用、具备适应力与恢复力的海洋工程结构。

仿真功能助力保障资产长期健康运行：

•结构健康监测与预测性维护

•运行荷载下的疲劳寿命评估

•改造与服役期延长规划

•与数字孪生集成，实现实时洞察

仿真技术能够帮助您精准评估现有结构的完整性和损坏情况，并节省数百万美元的检测与维修成本。

退役拆除：收官阶段

您正着手规划收尾工程，仿真技术帮助您安全、可持续地完成这一过程。

退役拆除是海洋工程全生命周期的最终阶段，但这并不简单。您需要安全拆除、处置或再利用大型海洋工程结构，同时尽可能降低环境影响、管控作业风险并满足严格的法规要求。您不仅仅是在对项目进行收尾，更是在守护生态系统、周边社区和声誉。仿真技术让您能够胸有成竹地进行规划。您可以在作业开始之前，通过对结构行为、船舶动态和环境条件进行模拟，对吊装方案、拖航路径和拆除顺序进行验证。

这种前瞻性方法有助于：

•预测结构在拆解和吊装过程中的响应

•评估拆除过程中船舶稳定性与运动

•识别环境风险与时间窗口约束

•支持监管文档与利益相关方规划

仿真技术确保您的退役方案精准、合规且具备适应力与恢复力，以项目启动时同样的严谨性和工程卓越性，圆满完成全生命周期闭环。

案例研究1

利用云端仿真加速海上风电设计

海上风机支撑结构的设计是一项数据密集型、时间紧迫的工作。在彰化海上风电场二期295 兆瓦项目中，中兴工程顾问股份有限公司需要完成8万次仿真计算以满足设计和法规要求。传统方法需耗时3.5个月，还会产生PB级数据，严重影响项目工期与工作效率。

解决方案

中兴工程顾问股份有限公司借助SACS和SACS云服务，转变其设计工作流程：

•在云端执行2000次并行时程模拟

•仅下载关键设计结果，减少后处理工作量

•缩减自由度，简化模型复杂程度

•实现基础设计方与风机供应商之间的高效协作

这是项目团队首次利用SACS完成海上风机详细设计。

项目成果

•设计时间缩短60%，从3.5个月缩短至仅1.5个月

•节省5PB的本地存储空间

•实现可扩展的云端仿真工作流程

•提高模型精度，同时降低复杂度

“SACS提供的解决方案能够处理大型、计算密集型的仿真模拟，让我们对每个设计决策都充满信心、精准把控。”——中兴工程顾问股份有限公司结构工程师Wan-Chien Kung

案例研究2

在台风频发海域设计具有适应力与恢复力的风电基础

福建永福电力设计股份有限公司需要为福建长乐东部海域全球水深最大、地质条件最复杂的海上风电场之一，完成62 台海上风力发电机组基础的制造与安装。该区域频繁受台风侵袭，可能发生地震，且土质不稳定，传统的设计方案过于保守、成本高昂且风险较大。

解决方案

团队利用PLAXIS和SACS构建统一仿真环境，用于：

•分析土体特性与基础相互作用

•设计并优化三桩吸力式导管架基础

•减少钢材用量，无需使用重型打桩设备

•确保结构具备适应力与恢复力以抵御极端海洋环境

仿真技术助力工程团队打造更坚固、更轻便且更易安装的基础结构，同时保障安全性和环境整体性。

项目成果

•节省30%的成本，约4亿元人民币

•减少每个基础的钢材用量

•施工速度更快、更安全，同时减少平台搭建。

•清洁能源发电量达496兆瓦，相当于每年减少53.5万吨燃煤消耗与146万吨的二氧化碳排放。

“PLAXIS和SACS实现了无缝的土体—结构相互作用建模，助力工程师优化风机基础结构。”——福建永福电力设计股份有限公司工程师范夏玲

案例研究3

以仿真驱动建造，节约工期和钢材用量

海洋上部模块建造常因设计交叉依赖和后期设计变更而延误工期。MCHTM Inc.在浮式生产储卸油装置（FPSO）和浮式液化天然气装置（FLNG）模块项目中，就遇到过此类问题。等待最终设计输入资料、依赖人工设计迭代，往往会导致工期延误、材料浪费以及低效造成的高额成本。

解决方案

为克服这些挑战，MCHTM基于SACS开发了快速结构设计系统（RSDS）：

•自动化结构建模与重量优化

•与第三方工具无缝互用数据

•快速分析多种设计方案

•实时适配项目输入变更

MCHTM利用SACS将长达数周的设计时间缩短至数日，即便在项目条件不断变化的情况下，投标设计和FEED阶段设计也仅需数日。

项目成果

•减少280吨钢材用量，节约200万美元成本

•设计周期从数周缩短至数日

•一名工程师能够完成原先五六人的工作量

•提升设计精度，并降低后续风险

“SACS是一款高性价比、能大幅节省时间的必备工具，可助力打造经济高效、安全可靠的海洋工程结构设计。我们的目标是通过利用SACS，一名工程师能完成大型设计公司五六个人的工作量。SACS的各项功能使我们能够在激烈的工程设计市场中具备竞争优势，并提高盈利能力。”——MCHTM Inc.总裁Michael Harwood

案例研究4

以仿真驱动规划，将运输时间减半

Sapura Energy Berhad面临一项高风险挑战：在短短12个月内，将三座大型井口平台导管架从马来西亚运往卡塔尔阿尔沙欣（Al Shaheen）油田。传统拖航方法需耗时40天，导致设计与建造时间不足。项目团队需要更快、更安全且更具成本效益的运输方案。

解决方案

通过SACS和MOSES仿真，Sapura Energy Berhad制定了一项创新计划，用一艘半潜船完成三座导管架的整体运输，总载重达8000公吨。借助仿真技术进行策略指引，帮助项目团队实现以下目标：

•预测并评估船舶运动、海况条件以及拖航路径，确保在4-5米浪高下安全航行。

•对导管架、桩基和驳船进行建模，通过频域分析评估船舶性能与结构完整性。

•选择耐波性更强的窄体船舶，减小横摇幅度，提升安全性。

•验证压载方案与驳船悬挑布局，避免航行过程中发生浸水沉没。

项目成果

•缩短50%以上的运输时间，从40天缩短到仅14天

•无需多次租用拖船，显著节约成本

•确保了安全交付，显著减少损坏或延误风险

•为海上运输和安装树立了全新标杆

“Bentley的MOSES软件提供了出色的分析平台，能够让各方建立信心，并确保海洋阻力、荷载及结构运动的各项因素均得到全面考量。”——首席船舶建筑师、注册工程师Mohd Fariq Billah

案例研究5

灾后恢复生产：利用仿真技术，化危机为机遇

Zakum Development Company（ZADCO）面临着严峻挑战：一艘1600吨级船舶在阿联酋阿布扎比附近海域，与当地一座井口平台发生碰撞，导致结构强度折损6.6%。石油生产被迫中断，停机时间每延长一小时，经济损失便随之攀升。项目团队必须迅速采取行动，既要恢复生产，又要完整记录受损情况，为保险索赔提供充分依据。但在未完全了解损坏状况的情况下仓促开展维修，可能会导致安全风险，并造成不必要的成本开支。ZADCO需要快速、准确且具成本效益的解决方案。

解决方案

ZADCO利用Bentley的SACS Collapse模块，快速开展了内部非线性船舶碰撞分析。工程师得以模拟碰撞后的结构响应，精准定位损坏的扩展范围。无需对水下结构进行全面检测，只需聚焦关键节点，大幅缩小了检测与维修范围。

项目成果

通过采用SACS，ZADCO不仅解决了问题，更优化了整个修复流程：

•节省260万美元的直接检测与维修费用

•降低70％的项目总成本，从375万美元降至115万美元

•将水下潜水员巡检时间缩短75%，从134天缩减至仅34天

•生成支持保险索赔的技术文档

•巡检效率的提升额外节省85万美元。

ZADCO成功将一次高风险危机化解为战略性转机。该公司借助Bentley的SACS解决方案，显著缩短停工时间并节约成本，更快、更安全地恢复平台运行。

“SACS软件及其定制化增强功能，是结构完整性工程师的实用工具，可在更短时间内快速制定可行解决方案。”——Zakum Development Company结构完整性工程师Wilson John

您正在引领塑造能源和基础设施未来的海洋工程项目。从概念设计到退役拆除，每个阶段都要求精准性、前瞻性和适应力与恢复力。无论您是设计漂浮式风电平台，还是管理深水油井设备，仿真技术都能助力您交付经久耐用的海洋工程资产。探索Bentley海洋工程解决方案，为您的下一个项目赋能。