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『软件分享』海上风电场作业船舶风电机组临近海域通行潮汐修正富余空间动画模拟计算器
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在海上风电场施工建设、海洋测绘调查及运维管理全过程中，作业船舶通航区域常涉及风机桩基邻近海域，该海域通航风险类型复杂多样。
其中“通航净空不足风险”是众多通航风险点中可依托风机底部设计高程、风机轮毂中心高程、轮毂设计半径及风机叶片长度等桩基及风电机组设计参数，结合作业船舶水面以上最大高度及海域潮汐潮位、气象海况等实测与预报数据，通过科学规划与量化计算实现作业船舶“通航净空不足风险”的精准预判与通航安全富余空间的有效防控。
本期文章分享的“海上风电场作业船舶风电机组临近海域通行潮汐修正富余空间动画模拟计算器”正是笔者结合用户单位在海上风电场施工、运维管理及风机桩基底部多波束测深系统水下地形扫测等应用场景中的测量作业船舶在风机桩基临近海域通航的净空富余高度计算需求，开发的场景化“作业船舶通航净空富余高度”模拟计算软件。
该软件主要具备如下几项功能：
🌟高程基准灵活自定义：支持根据海上风电机组规划、设计、安装全流程参数，手动自定义录入风机高程基准，适配不同项目的基准体系要求；
🌟风机模型精准构建：基于风机底部高程、轮毂中心高程、轮毂半径、叶片长度等核心设计参数，快速完成海上风电机组的可视化模型构建，还原真实设备特征；
🌟风机转速自由调控：支持根据使用习惯与展示需求，自定义调节风机转动的动画模拟速度，适配不同演示场景的节奏要求；
🌟潮汐数据多场景适配：既可手动指定单时间点海域潮汐高度，完成实时动画模拟；也可批量导入多时段潮汐预报文件，自动计算并分段统计各时段通航净空富余高度，支撑潮汐影响分析；
🌟船舶参数精准构建：依据实际作业船舶水面以上最大高度特征参数，手动输入船舶吃水线以上最大高度值，匹配真实作业船舶的通航特征；
🌟船舶移速个性化调节：支持根据作业场景需求与展示习惯，自定义调控船舶移动的动画模拟速度，适配不同演示场景的节奏要求。
通航净空富余空间计算逻辑
软件使用教程
本期文章以下图某海域海上风机机组设计参数为例，演示“海上风电场作业船舶风电机组临近海域通行潮汐修正富余空间动画模拟计算器”的操作使用教程。
本期文章分享的“海上风电场作业船舶风电机组临近海域通行潮汐修正富余空间动画模拟计算器”软件为便携式免安装版本，下载后可直接双击软件图标运行软件。
软件运行后左侧窗口为功能区设置窗口，右侧主体窗口为通航净空富余高度值计算、评估与动画模拟窗口。
点击左侧功能区的“开始/刷新动画模拟”按钮后，软件会自动根据默认参数进行动画模拟与展示通航净空富余值计算结果。
在检查软件按照默认参数运行没有任何问题后，即可根据实际项目作业场景需求指定风机参数、海域参数及船舶参数以完成海上风电场作业船舶风机叶片下方通航潮汐修正富余空间计算与动画模拟工作。
我们按照上图风机机组设计草图输入：风机机组设计参考高程基准、风机底部设计高程、风机轮毂中心高程、轮毂设计半径及风机叶片长度等桩基及风电机组设计参数，右侧动画模拟窗口会随着参数输入完成风机机组参数构建与动画模拟复现工作。
风电机组设计参数输入完成后右侧平台会自动根据参数进行风机构建并计算与显示“叶片底部最低点”高程值。
在完成风电机组设计参数输入后，此时仅需要再指定作业船舶通过风电机组邻近海域时间所对应的海面潮汐高程值及作业船舶水线以上最大高度（船舶最大空气吃水）值等两项参数后，点击“开始/刷新动画模拟”按钮，右侧窗口即可实时显示符合真实作业场景参数的船舶通航净空富余度计算结果与动画模拟作业船舶通航状态。
如果叶片最低点高程值小于船舶水线以上最大高度（船舶最大空气吃水）与海面潮汐高程值和，动画模拟窗口安全间隙会报红色（警戒色）即船舶通航富余空间为负值，同时右上角状态会提示“碰撞风险”；反之安全间隙会报黄色（安全色）即船舶通航富余空间为正值，同时右上角状态会提示“空间富余”。
此时我们可以通过调整功能区的“风机转速”与“船舶移速”两个滑块来实时调整模拟真实场景动画演示节奏。
软件的动画模拟场景仅支持固定单值海面潮汐高程值，为满足实际应用场景中多时段的作业船舶通航净空富余值计算需求，海域参数功能区中设置了“批量潮汐计算”功能。
使用此功能时，需要预先准备好多时段的同基准的潮汐预报文件，点击批量潮汐计算功能区中的“下载CSV模版”，将多时段同基准的潮汐预报文件的潮汐值按照日期与时间填充至此*.CSV模版文件中（如下图所示）。
在导入编辑好的多时段同基准的标准模版的潮汐数据后，点击“开始批量计算并导出”软件会自动计算并分段统计各时段通航净空富余高度，在软件界面提示通航净空富余值统计区间之外还会基于导入的标准模板潮汐预报文件为每个潮汐值添加“富余高度”与“空间富余”属性。
本软件针对作业船舶在海上风电机组区域的通航净空富余值计算，基于主流风电机组设计参数、海域潮汐模型及船舶水线以上最大高度（船舶最大空气吃水）等几何参数构建关系模型。
该计算未包含以下两项对实际净空存在影响的动态关键因子：
🗺️船舶姿态运动响应余量：
船舶在航行或漂泊状态下受波浪作用会产生升沉（Heave）、纵摇（Pitch）和横摇（Roll），导致船舶最高点（如桅杆、上层建筑）瞬时升高。该升高量需根据船型尺度、波浪特征及船体响应特性评估，通常取0.5m至2.0m不等。
🗺️海面波浪及涌浪影响因子：
实际海面为动态波面，瞬时波高叠加于静水位之上。涌浪波峰通过时，船舶实际净空将相应减小，其影响程度与有效波高、波周期及波向相关，一般可保守估计为有效波高的0.5～0.7倍。
因此，本软件输出的“富余高度”值不可直接作为安全通航的决策依据。在实际工程应用或航行操作中，用户必须根据作业海域的实时海洋气象预报及实测数据，酌情在计算值基础上扣除相应的船舶姿态运动响应余量与涌浪影响值，并严格遵循相关海上风电场通航安全管理规定及其他官方通航要求。
本工具仅供初步评估、方案比选及可视化学习之用，对任何因忽略上述动态因素而导致的误判或事故，软件作者不承担任何法律责任。
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