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东海大桥海上风电项目是我国进行的一次海上风电建设的全面示范，称之为海上风电建设“基础性工作”毫不为过。上海勘测设计承担了该项目的设计。 回顾项目设计之初的情况，上海勘测设计院总工程师陆忠民谈到了东海大桥风电场建设的三大疑问：一是风电场的设计，我们能不能做？二是整机设备，我们能不能提供？三是风电场施工安装，我们能否完成？陆忠民强调，“因为在此之前，我国根本没有做过这些工作，对于中国到底能不能做海上风电项目，大家心里都打了一个大大的问号。” “我们能不能做出风电场的设计？能！上勘院给予了回答。当然，这个过程并非一帆风顺。中国海上风电场所处环境和气候条件与欧洲截然不同，因此没有现成经验可以借鉴，只有在摸索中不断改进和优化设计。”陆忠民强调，“在实际的施工过程中，对可研报告中的微观选址、基础选型和技术设计等子项都进行了修正和改进。”
第一，风电场微观选址。东海大桥海上风电场总装机容量为10万kW，根据项目业主招标文件确定的风电场场址范围，风电场场址可布置于东海大桥两侧，距岸线8km—13km范围的上海海域内。风电场的场址有了，但是要进行项目建设，还需要进行微观选址，这是至关重要的一步，是经受实际考验的环节。陆忠民向记者介绍，按照最初方案，风电机组布置于东海大桥东侧和西侧两边海域。后期选址中，发现风电场的微观选址受周边条件的约束比较多。东海项目所在的南汇芦潮港为上海市海底管线集中登陆点之一，通信、电力、油气、LNG等海底管线和通航航道密集。风电场东侧有LNG的海底管线，还有一条1000吨的航道穿越，北侧有光电缆区域，南侧则涉及到浙江的海域，因此风电场用海矛盾突出。在确定风电场的具体位置的过程中，综合考虑东海大桥东侧场址可利用海域面积大，单机容量较大的机组在这一侧海域即可完全布置，又可减少电缆、施工方面的费用，也有利于风电场运行管理和场址资源综合利用乃至风电场今后的扩容。通过设备方面的调研和招标，项目确定利用3MW风电机组，在东海大桥东侧海域建设整个10万kW的风电场。选址在东海大桥东侧海域的唯一缺点是不能避开航道穿越问题，需要在基础设计时特别考虑。
第二，风电场基础选型。东海大桥东侧海域平均水深比西侧低0.5m-1m，但总体水深仍在10m以上，施工条件恶劣。欧洲已建风电场多采用单桩基础，也有多桩形式的。另外，在水深较浅、海床较好的风电场，也有采用不用桩的重力系统基础。“我们对这些基础形式都进行了研究比较，例如在东海施工的可能性、投资大小等。”陆忠民说。
上勘院还特别对这些基础形式受通航孔过往船舶非正常航行撞击风险的承受力进行了比较。据可研报告，风电场海域原属于可通航水域，来往船只较多。风电场建成后，由于风电场场址区域使用权是按风电机组机位点征用，风电场为非封闭管理区域，存在船舶进入风电场的可能。其中有9台风电机组位于东海大桥3#1000吨级船舶通航孔两侧，最近的一台机组距离通航孔仅30m，受船舶撞击的风险较大。风电机组塔架为典型高耸结构，对水平撞击比较敏感，必须防止船舶的直接撞击。
因此，上勘院在可研报告中考虑了两方面的防撞方案：一是对1000吨级通航孔两侧的9台风电机组，采取在每台机组周围设置5根直径2.5m防撞钢管桩，管桩周围设置橡胶护航，每根桩之间以两道锚相连的防撞措施；二是对通航孔以外的机组，防撞设计原则和方式与通航孔侧的防撞桩相同，不同的是按照200吨级船舶防撞设计，每台机组周围的5跟防撞钢管为直径1.2m。
但在实际的施工过程中，防撞方案改为钢筋混凝土承台降低到一个合适位置，并在机组外围设置适当防护，如此一来，船舶即使撞击到混凝土承台，其撞击力也有一定减弱，通过混凝土承台，可将撞击力传导至下部的多桩承台，减弱对整机的影响。
陆忠民解释，假如采用单桩基础，基其直径要做非常大才满足要求，但这是风电场安装条件上不允许的。同时，船舶撞击到单桩基础上，有可能直接将塔筒撞偏。而如果连接多桩基础和塔筒的不是钢筋混凝土承台，而采用导管架基础，船舶直接撞击在基础结构的桁架上或支腿上，如此一来，就要求每个桁架或支腿的要做得很强，才能抵抗住船舶的撞击，而这个投入是非常高的。如果不做强支腿，也可在基础周围做一个防船撞击的外围，而这个投资也是很可观的。经过研究，最终我们选择了多桩承台的形式，下面打8个桩，连接机组的基础是钢筋混凝土承台，上面是塔筒。这种结构的优势是，一方面较好地解决了软土地基的问题，另一方面有效解决了通航孔中船舶对基础可能的撞击问题。这个基础形式可以把混凝土承台降到一个相对合适的位置，使船舶撞击的时候不会撞到底下的桩基，也不会撞到上面的塔筒。船舶撞在混凝土承台上，撞击力马上就通过整个桩台传到下面的多桩承台上，减少了撞击对基础的危害，对整个结构也是有利的。
第三，基础结构设计。陆忠民说，“风电机组基础设计本身就是一件非常复杂的工程，而海上风电机组基础结构具有重心高、承受的水平风力和倾覆弯矩较大等受力特点，其设计就更加复杂，涉及到上部风电机组和下部支撑体系在结构方面的静力和动力分析，设计过程中还需要充分考虑离岸距离、海床地质条件、海上风、浪以及海流、冰等外部环境影响。”
据了解，目前国外应用的海上风电基础从结构型式上主要有重力固定式、支柱固定式和浮置式基础。欧洲的海上风电场采用的基础一般是钢结构或混凝土技术，而东海大桥海上风电场采用的是钢结构和混凝土互相混合的结构，因此应力比较复杂，受力也很复杂，需要进行大量的结构分析工作。另外，海浪作用在这种复杂基础结构上，受力相对比较复杂，需要通过相关模型试验，进一步测量作用在基础上的荷载的情况。
潮汐对基础周围海床的冲刷也是一项考虑的重要问题。“因为机组基础是一个多桩基础，在整个区域里涨落潮影响下，基础周围的海床会受到冲刷，这个冲刷深度是多少，我们做了相关研究，包括做了相关的物理模型试验，为今后风电场安全运行起到最大的保证作用。”陆忠民说。
