人类利用风能的历史可以追溯到公元前，风能曾经作为重要的动力，用于船舶航行，提水饮用和灌溉，排水，磨面和锯木等。我国是最早使用帆船和风车的国家之一。古甲骨文中的帆字，表面在商代就出现了帆船。“长风破浪会有时，直挂云帆济沧海”的诗句表明，在唐代，风帆已广泛用于江河航运中。明朝永乐年间，中国航海家郑和七下西洋，庞大的宝船便是风帆驱动，代表了我国最辉煌的风帆时代。工业革命以后，随着煤、石油、天然气的大规模开采和廉价电力的获得，各种曾经被广泛使用的风力机械，由于成本高、效率低、使用不方便等的原因，无法与蒸汽机、内燃机和电动机等相竞争，逐渐被淘汰。但自1973年，世界石油危机以来，在常规能源逐渐枯竭和全球生态环境恶化的双重压力之下，古老的风能作为新能源的一部分才重新引起了人们的重视，并逐步得到发展^[1]。

现代风力发电机起源于丹麦，自1991年丹麦建成世界首个海上风电场以来，海上风电发展迅猛，截至2016 年底，世界海上风电总装机容量已达14384ＭＷ^[2]。风力发电在解决发展中国家无电农牧区的用电方面起到了重要的作用，特别是20世纪70年代以后，利用风力发电更进入了一个蓬勃发展的阶段，世界不同地区建立了许多大中型的风电场。至2009年底，世界风力装机总量达到158000MW，年度增长率达到41%。受中国和印度的推动，亚洲风电已经超越欧美成为重要的新兴市场。到2020年，世界风力装机总量将达到230000~265000MW，风电将占总用量的14.2%~16.7%,预计到21世纪中叶，风能将会成为世界能源供应的支柱之一，成为人类社会可持续发展的主要动力源^[3]。

风电近十年有了非常大的发展，尤其是2005年我国颁布了《可再生能源法》，重点发展可再生能源发电之后，国内投资风电的热情十分高涨，风电增长速度非常快。中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会，国际环保组织绿色和平以及全球风能理事会共同发布《中国风电发展报告2010》^[4]，该报告显示，中国已成为世界风能行业的领军人物，2009年，中国风电新增装机1380万kw，超越了美国，成为当年新增风电装机容量的世界第一。该报告指出，中国的风能尤其是海上风能潜力巨大，到2020年，风电累计装机可以达到2.3亿kw，这相当于13个三峡电站；总发电量可以达到4649亿kw时，这相当于200个火电厂。届时，风电将成为中国主要能源来源之一，总装机容量占全国电力装机容量的15%左右，每年可以减少4.1亿t二氧化碳排放，或者少消耗1.5亿t的标准煤。这对于能源消耗以煤炭为主，雾霾严重的中国来说，无论从环保角度还是国家能源安全的角度都有十分重要的意义。随着陆上风力资源被大规模地开发利用，海上风力发电因稳定、风速高、可利用率高、发电量大、不占用土地资源、风电场靠近经济发达地区、距离电力负荷中心近、风电并网和容易运用等优点，得到了世界各国的青睐，丹麦、德国已将风电发展的重心转移到海上^[5]。未来我国要实现可持续发展，海上风电场的选址与建设以及风电安装船的设计，开发与运用都必不可少。

对于风电场的选址，从国际上风电场建设的经验看，海上风电场选址需要考虑的主要因素有：① 通过专业化、科学化的前期调研，得到较精确的初步成本预算； ② 具有丰富的风能资源，接入电网系统比较方便； ③ 符合当地区域发展规划的要求，风电场建设与城市规划、海事、海洋、军事、航运、渔业及环境生态保护相协调；④ 具备较好的海面水域、水深和海底地质条件； ⑤ 具备较先进的安装设备和并网技术、好的交通运输和施工安装场地等条件^[6]。我国的海浪高度大致可以分为四个部分0~1.5m，1.5~3m，3~6m ，以及大于6m的部分。黄海南部多见涌浪。从9月至翌年4月，以北浪为主。6～8月，多台风季节，以南浪为主。风浪秋冬两季最大，浪高常有2.0～6.0米；当强大寒潮过境时、浪高有时达3.5～8.5米。春、夏季风浪稍小，一般为0.4～1.2米。如有台风过境，浪高则可达6.1～8.5米。夏季台风来临时在南黄海西部沿岸曾观测到 8.5米的波高。黄海的涌浪，夏、秋季大于冬季，浪高一般多为0.1～1.2米，受台风侵袭时，可出现2.0～6.0米的涌浪。结合海浪情况，以及上述五点要素可确定风电场的适合范围^[7]。

目前，世界有已经有好多出色的海上风电场，例如丹麦米德尔格伦登海上风电场、比利时Thornton Bank风电场、英国Sheringham Shoal海上风电场、美国布洛克岛海上风电场、中国“双十”风电场以及中国首个海上风电场--上海东海大桥海上风电场^[8]。作为我国第一座海上风电场的上海东海大桥海上风电项目一期工程于2010年6月并网发电。2013年，东海大桥海上风电项目二期工程被列为上海市重大工程，项目总投资19.4亿元，12月东海风电二期工程正式开工。二期工程位于东海大桥西侧1公里外海域，距岸线最近点5公里，最远点11公里，用海面积138公顷。风电场平均水深11米，90米高度年平均风速为每秒7.7米。二期工程总装机容量10.2万千瓦，安装风机28台，工程设计年上网电量23845.8万千瓦时，年等效满负荷小时数2333小时，届时东海大桥海上风电场装机容量总共将达到20万千瓦。

在海上，无论是风机还是基础设备的安装，都需要有相应能力的运输工具，将设备运送到风电场址，并配备适合各种安装方法的起重设备和定位设备。这时海上风电安装船就显得尤为重要。1955 年，自美国 Dean 兄弟公司设计建造的第一艘自升自航船问世开始，风电工船发展可以分为 3个阶段。第一代，没有专门的风电工程船，由已有的起重船和工作驳船等联合作业；第二代，具有自升功能的驳船或平台，但不具有自航功能；第三代，具有自航、自升、起重功能的专用风电工程船。目前国外专业的海上风电安装公司建造的风电安装船属于第三代风电安装船，用于风电场的安装、维护及其他海上支持作业^[9] 。与陆上风电相比，海上风电场安装和维护环境更为复杂、技术要求更高、涉及层面更广．最初的风电安装设备以起重船和自升式平台为主，但在风电场建设中，或出现了定位精度低、作业环境要求高，或出现了安装效率低、灵活性较差等各种各样的问题^[10]。国内最初的海上风电安装船舶绝大多数并非为海上风电机组的安装而特别设计的，伴随着我国海上风力发电的迅猛发展，开始出现新建或改装的专业化海上风电场工程船。未来很长一段时期内，随着海上风力发电的快速发展，预计对专业化的海上风电场工程船将有一定数量的长期、稳定的需求。

由上述可知，海上风机安装基本由自升式起重平台和浮式起重船两类船舶完成的，船舶可以具备自航能力，也可以非自航。单独或联合采用何种方式安装取决于水深、起重能力和船舶的可用性。其中，联合安装比较典型的方式，是由平甲板驳船装载风机部件或者单基桩拖到现场，再由自升式平台或起重船从平板驳船上吊起部件完成安装或打桩。早期的安装船都是借用或由其他海洋工程船舶改造的，但随着风机的大型化，小型船舶无法满足起重高度和起重能力的要求。随着海上风电向深水化发展，风电安装船主尺度，载重量，吊装能力也进一步增大。从滩涂到近海到远海，风电安装船的耐波性也有了更高的要求。对不同主尺度，不同工作海域的风电安装船进行耐波性的预报，总结一套切实可行的预报方法就有了切实的现实意义。

船舶耐波性是船舶在波浪中运动特性的统称，它包括船舶在波浪中所产生的各种摇荡运动以及由这些运动引起的砰击、飞溅、上浪、失速、螺旋桨飞车和波浪弯矩变化等。船舶在任意时刻的运动可以分解为 O-xyz 坐标系内船舶重心沿 3 个坐标轴的直线运动及船体绕 3 个坐标轴的转动,因此共有 6 种运动形式。船舶摇荡运动中横摇、纵摇和垂荡对船舶航行影响最大，是船舶摇荡运动研究的主要内容。遭遇浪向在左右舷之间 0° ～ 15°时称为顺浪，遭遇浪向在左右舷之间 165° ～ 180°时称为顶浪。顺浪和顶浪统称为纵向对浪，纵向对浪主要产生纵向运动，它包括纵摇、纵荡和垂荡。遭遇浪向在左右舷之间 75° ～105°时称为横浪，横浪主要产生横向运动，它包括横摇、艏摇和横荡。遭遇浪向在左右舷之间 15° ～ 75°时称为尾斜浪，遭遇浪向在左右舷之间

105° ～165°时称为首斜浪。尾斜浪和首斜浪既产生纵向运动，又产生横向运动。为了预报实船在海浪上的性能，必须对海浪进行研究。波面可以用简单函数表达的波浪称为规则波。规则波不仅能近似表示涌，还

是研究不规则波的基础^[11]_。