ISO 19901-42025 石油和天然气工业 包括低碳能源 海上结构的特定要求 第4部分岩土设计考虑标准立项发展报告

石油和天然气工业包括低碳能源海上结构的特定要求第4部分：岩土设计考虑标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:OilandGasIndustriesIncludingLowerCarbonEnergy—SpecificRequirementsforOffshoreStructures—Part4:GeotechnicalDesignConsiderations摘要随着全球能源结构转型加速，海上油气开发向深水、恶劣环境及低碳能源领域持续拓展，海上结构物的岩土设计面临着前所未有的技术挑战。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2025年2月14日正式发布了ISO19901-4:2025《石油和天然气工业包括低碳能源海上结构的特定要求第4部分：岩土设计考虑》标准，替代原有版本，为全球海上结构物的岩土工程设计提供了最新技术依据。本报告系统梳理了该标准的修订背景、核心技术内容及其对行业的重要意义。该标准在原有框架基础上，完善了场地勘察要求，引入了新型基础型式设计方法，强化了岩土灾害风险评估体系，并将低碳能源设施（如海上风电、浮式生产储卸装置等）的岩土设计需求纳入适用范围。标准整合了近年来全球深海工程实践经验和最新科研成果，体现了从确定性设计向可靠度设计、从单一基础型式向多样化基础选型的国际共识。本标准的发布实施，对于提升我国海洋工程岩土设计水平、完善我国海上油气及新能源开发标准体系、支撑海洋强国战略具有重要的参考价值和指导意义。建议我国相关标准化技术机构加快推动该标准的转化应用，并结合我国海域工程实际开展适应性研究。关键词海上结构物；岩土设计；海洋工程；标准修订；低碳能源；场地勘察；基础工程；国际标准Keywords:OffshoreStructures;GeotechnicalDesign;MarineEngineering;StandardRevision;LowerCarbonEnergy;SiteInvestigation;FoundationEngineering;InternationalStandard1引言海洋蕴藏着丰富的油气资源和可再生能源，是全球能源开发的重要领域。随着深海油气勘探开发技术的不断突破，以及全球对气候变化问题的日益关注和“双碳”目标的持续推进，海上能源开发正从传统油气领域向包括海上风电、海洋能等低碳能源领域加速拓展。海上结构物长期服役于复杂多变的海洋环境中，承受波浪、海流、风荷载等多种环境荷载的共同作用，其安全性与可靠性在很大程度上取决于岩土设计的科学性和合理性。岩土设计作为海上结构物设计的核心环节之一，涉及海底土层的工程特性评价、基础型式的选择与设计、灾害地质因素的识别与防控等多个关键技术问题。国际标准化组织ISO/TC67（石油、石化和天然气工业用材料、设备和海上结构技术委员会）自20世纪90年代起便组织开展海上结构物标准的系统制定工作，其中ISO19901-4《海上结构的特定要求第4部分：岩土设计考虑》是该标准体系的重要组成部分。上一版本ISO19901-4:2016自发布实施以来，为全球海上结构物的岩土设计提供了统一的技术准则，被世界各国广泛采用。然而，过去近十年间，全球海洋工程领域经历了深刻的技术变革：深水油气田开发不断刷新作业水深纪录，海上风电装机容量呈爆发式增长，浮式生产储卸装置（FPSO）、张力腿平台（TLP）、立柱式平台（SPAR）等多种新型结构型式得到广泛应用，海洋岩土工程的理论研究与数值分析方法也取得了长足进步。在此背景下，对原有标准进行全面修订、更新技术内容、拓展适用范围，不仅是满足行业发展的迫切需要，也是保持国际标准先进性与适用性的必然要求。2025年2月14日，ISO正式发布了ISO19901-4:2025版本。该标准的发布实施，标志着全球海上结构物岩土设计进入了一个新的技术阶段，对世界各国海洋工程标准体系建设和技术进步将产生深远影响。本报告旨在系统分析该标准的修订背景、主要内容和技术特点，探讨其对我国海洋工程行业的影响及启示，为推动我国相关标准的制修订工作和工程实践提供参考。2标准修订背景2.1海洋能源开发格局的深刻变化近年来，全球海洋能源开发呈现出多元化、深水化和低碳化的发展趋势。在传统油气领域，全球油气勘探开发持续向深水和超深水海域推进，作业水深已从数百米延伸至三千米以上。深水环境下的地层条件更为复杂，土体力学特性差异显著，对岩土勘察技术和设计方法提出了更高的要求。与此同时，全球能源转型加速推进，海上风电呈爆发式增长态势。据全球风能理事会统计，2023年全球新增海上风电装机容量超过10GW，累计装机容量已突破70GW。海上风电基础的岩土设计问题，包括大直径单桩基础、导管架基础、吸力筒基础等型式，成为工程界和学术界关注的热点。此外，海洋能利用、海上碳捕集利用与封存（CCUS）等新兴领域也快速发展，对海上结构物岩土设计提出了新的需求。2.2ISO19901-4:2016的应用实践反馈ISO19901-4:2016自发布以来，在全球范围内得到了广泛应用，积累了丰富的工程实践经验。各国标准化机构、工程公司和科研机构在应用该标准的过程中，发现了若干需要改进和完善之处：一是在基础设计方法方面，标准对大变形、循环荷载效应等复杂问题的规定相对原则化，需要更为具体的技术指导；二是标准对环境荷载组合和岩土参数取值的规定有待进一步细化，以适应不同海域的工程实际；三是在应对新型基础型式和新型结构方面，部分规定已落后于工程实践的发展。这些应用反馈为标准的修订提供了重要的实践依据。2.3岩土工程理论与技术的进步过去十年间，海洋岩土工程领域在理论研究和试验技术方面取得了显著进展。在理论层面，土的临界状态理论、亚塑性本构模型、循环荷载下的孔压累积模型等不断发展完善，数值分析方法（如有限元法、物质点法、离散元法）在海洋岩土工程中的应用日益广泛和深入。在试验技术层面，高压静力触探（CPT）设备、全流动贯入仪、海床式原位测试设备等的性能大幅提升，使深海复杂地层条件下的岩土参数获取更为准确可靠。离心机模型试验技术在模拟复杂海洋荷载条件下结构-地基相互作用方面也取得了重要突破。这些理论与技术的进步，为标准修订提供了坚实的科技支撑。2.4国际标准化战略与政策驱动在国际层面，ISO技术管理委员会持续推动各技术委员会的标准制修订工作。ISO/TC67根据国际标准化战略的总体要求，将海上结构物标准体系纳入重点更新领域，定期开展标准的系统性复审。在技术层面，ISO19901-4作为海上结构物标准体系的基础性标准，其修订工作被列入优先事项。同时，国际海事组织（IMO）、国际石油和天然气生产者协会（IOGP）等国际组织也对海上结构物设计标准提出了新的要求，推动了ISO19901-4的修订进程。3标准主要修订内容ISO19901-4:2025与前一版本（ISO19901-4:2016）相比，在多个方面进行了系统性修订和技术更新，主要修订内容涵盖以下几个层面。3.1适用范围与概念框架的更新新标准将适用范围从传统的石油天然气工业扩展至“包括低碳能源”，在名称上即体现了这一重要变化。这一调整使标准覆盖了海上风电基础、海洋能装置锚固系统、海上碳封存设施等低碳能源相关结构物的岩土设计，增强了标准的普适性和前瞻性。在概念框架层面，新标准明确了岩土设计在结构物全生命周期中的定位，强化了岩土设计与上部结构设计之间的协同与衔接，并引入了基于风险的设计理念，为不同重要性等级和风险类别的结构物提供了分级设计路径。3.2场地勘察要求的完善场地勘察是岩土设计的基础环节。ISO19901-4:2025在场地勘察方面进行了系统性的修订和完善：在勘察策略方面，引入了“勘察等级”的概念，根据结构物类型、环境条件和风险等级，将勘察工作划分为不同的级别，并规定了对应的勘察内容和技术要求；在勘察方法方面，增加了对高压静力触探、全流动贯入仪等新型原位测试技术的应用规定，完善了室内土工试验项目和技术要求；在样品采集与运输方面，对深水环境下的样品保真运输、储存和测试流程提出了更为严格的要求，以保证室内试验参数的真实性和可靠性；此外，新标准结合深水勘察实践，增加了对复杂地形（如海底滑坡、浅层气、天然气水合物等）条件下勘察工作的专门规定。3.3岩土参数确定方法的更新岩土参数的合理确定是岩土设计的核心。在参数确定方法上，新标准引入了更多基于统计学的参数分析方法，明确了对岩土参数进行统计分析的方法框架。在参数取值方面，提出了一套系统的不确定性评价方法，将参数不确定性区分为固有变异性、试验误差和系统不确定性三个来源，并分别给出了处理方法和建议值。在循环荷载效应方面，新标准充实了循环荷载作用下土体强度弱化、刚度退化和孔压累积的计算方法，为波浪循环荷载作用下的基础设计提供了更充分的技术依据。3.4基础工程设计规定的充实新标准在基础设计方面做出了大量修订和补充。在桩基础方面，细化了轴向受压、受拉和横向受荷桩的设计方法，补充了循环荷载效应、群桩效应和土塞效应的考虑方法，完善了桩基长期性能的评估方法。在浅基础方面，完善了地基承载力、沉降和不均匀沉降的计算方法，增加了对循环荷载作用下累积沉降的规定。在吸力基础方面，新标准专门增加了吸力式沉箱、吸力锚等新型基础型式的设计规定和技术要求。在锚固系统方面，针对浮式结构物的锚固基础，增加了对拖曳锚、桩锚、吸力锚等多种锚固型式的设计指导。此外，新标准还增加了对海上风电大直径单桩等新型基础型式的专项设计指导。3.5岩土灾害评价与防控体系的强化海底地质灾害是威胁海上结构物安全的重要因素。新标准强化了岩土灾害评价的相关内容：在海底滑坡方面，系统化规定了海底滑坡的识别、稳定性分析和对结构物影响的评价方法；在海底液化方面，增加了对地震荷载和波浪荷载作用下海底土液化的评价方法和流程；在侵蚀与冲刷方面，增加了对海底侵蚀、局部冲刷和沙波移动等问题的分析要求和防治措施；在不稳定地层方面，增加了对天然气水合物分解、浅层气喷发等特殊地质灾害风险的评价方法。3.6可靠度设计与极限状态法的引入在坚持以往确定性设计方法的基础上，新标准全面引入了可靠度设计理念，建立了基于极限状态的设计方法框架。新标准对正常使用极限状态（SLS）、最终极限状态（ULS）、意外极限状态（ALS）和疲劳极限状态（FLS）分别给出了明确的设计准则，并对各类极限状态下的分项安全系数和荷载组合进行了系统规定，实现了与国际主流设计标准（如欧洲规范体系、ISO2394）的协调一致。4标准主要参与编制单位国际标准化组织ISO19901-4:2025的编制工作由ISO/TC67技术委员会下属的SC7（海上结构分技术委员会）负责组织，具体由WG3工作组（岩土设计工作组）承担起草任务。WG3工作组的召集人单位由挪威船级社（DNV）担任。挪威船级社成立于1864年，总部位于挪威奥斯陆，是全球领先的风险管理和质量保证服务机构，在海洋工程领域拥有超过150年的技术积累。DNV在海上结构物标准制定方面拥有极其丰富的经验，其发布的DNV-ST-0126等推荐操作规程在世界范围内被广泛采用。在ISO19901-4的修订过程中，DNV充分发挥其在海洋岩土工程领域的深厚技术积累和工程实践经验，主导了标准框架的构建和核心修订内容的起草工作，为标准的科学性和权威性提供了重要保障。来自英国标准协会（BSI）、美国石油学会（API）、荷兰皇家标准化研究所（NEN）、法国标准化协会（AFNOR）等国家标准化机构以及国际主要油气公司、海事工程咨询公司、科研机构的技术专家共同参与编制工作。特别值得一提的是，包括挪威岩土工程研究所、美国德克萨斯大学奥斯汀分校等知名学术机构的研究人员也参与了关键技术条款的研讨和审核。WG3工作组共有来自全球20余个国家的数百名专家参与，历时三年完成了标准的全面修订。5标准实施意义与我国应对策略5.1标准实施的技术经济意义ISO19901-4:2025的实施对全球海洋工程行业具有多重积极意义。在技术层面，该标准为海上结构物的岩土设计提供了统一且先进的技术准则，有助于提升设计的科学性和可靠性，降低因设计方法差异导致的安全风险。在经济层面，标准对场地勘察和设计方法的优化，有助于避免过度保守的设计方案，从而节约工程成本、缩短建设周期。以海上风电单桩基础为例，采用新标准的可靠度设计方法，在同等安全水平下有望实现基础重量的优化。在管理层面，统一的国际标准有助于消除技术壁垒、促进国际合作与贸易，为跨国能源企业在不同国家和海域的工程项目提供了统一的技术参照。5.2我国海洋工程标准化现状与差距分析我国在海洋工程岩土设计标准化方面已取得长足进步，建立了以国家标准（GB）、石油天然气行业标准（SY）和船舶行业标准（CB）为主体的标准体系框架。在海上油气工程领域，我国已制定了一系列岩土设计相关标准；在海上风电领域，《海上风电场工程岩土试验规程》《海上风电基础设计规范》等标准也在持续完善中。但总体上，我国海洋工程岩土设计标准仍存在体系不够完善、部分技术要求落后于国际先进水平、与ISO标准衔接不够紧密等问题。5.3我国应对策略与建议面对ISO19901-4:2025发布的新形势，建议我国相关行业主管部门和技术机构采取以下策略：第一，加快标准转化与应用研究。建议全国海洋能标准化技术委员会、全国石油天然气标准化技术委员会等相关机构应组织力量，系统研究ISO19901-4:2025的技术内容，结合我国海域工程地质条件和工程实际，加快推动该标准的采标转化工作。对于直接适用或经修改后可适用的技术条款，应尽快纳入我国标准体系。同时，应针对我国渤海、东海、南海等不同海域的工程地质特点，开展标准的适用性验证和参数修正研究。第二，加强自主技术研发与标准创新。在积极采标的同时，应加大对海洋岩土工程关键技术的自主研发力度。特别是在深水勘察技术装备、大直径单桩设计方法、吸力基础设计方法、循环荷载效应评价、海底地质灾害防控等关键技术领域，应组织科技攻关，形成具有自主知识产权的技术成果，并推动将自主技术成果转化为标准。第三，深化国际合作与交流。应积极参与ISO/TC67/SC7等国际标准化组织的活动，选派专家参与国际标准的制修订工作，在国际标准制定中表达中国声音、贡献中国智慧和实践经验、维护我国产业利益。同时，加强与"一带一路"沿线国家在海洋工程标准化领域的合作，推动我国标准与相关国家标准的互认。第四，强化人才队伍与支撑体系建设。海洋工程岩土设计标准化工作需要多学科交叉的专业人才。建议高校和科研机构加强海洋岩土工程领域的专业人才培养，注重标准化知识的教育和培训。同时，应加强岩土工程数据库、参数测试平台等基础支撑体系建设，为标准实施提供基础数据保障。6结论与展望ISO19901-4:2025《石油和天然气工业包括低碳能源海上结构的特定要求第4部分：岩土设计考虑》的发布实施，是国际海洋工程标准化领域的一项重要成果。该标准立足当前全球海洋能源开发多元化、深水化和低碳化的发展趋势，系统总结了近年来海洋岩土工程领域的理论研究成果和工程实践经验，在适用范围、场地勘察、参数确定、基础设计、灾害评价和设计方法等多个方面实现了全面技术升级。标准的发布实施，不仅为全球海上结构物岩土设计提供了科学、统一、先进的技术准则，也为各国海洋工程标准体系的完善提供了重要参照。展望未来，随着海洋能源开发持续向深远海推进和全球能源转型不断深入，海洋工程岩土设计标准化工作将面临新的挑战和要求。ISO19901-4:2025作为该领域的纲领性文件，将在全球范围内产生广泛而深远的影响。我国作为海洋大国和重要的海洋能源开发国家，应以该标准发布为契机，加快构建与国际接轨、适应我国国情的海洋工程岩土设计标准体系，不断提升我国海洋工程技术水平和国际竞争力，为实现海洋强国战略和碳达峰碳中和目标提供有力的技术支撑和标准保障。参考文献[1]ISO19901-4:2025,Oilandgasindustriesincludinglowercarbonenergy—Specificrequirementsforoffshorestructures—Part4:Geotechnicaldesignconsiderations[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2025.[2]ISO19900:2019,Petroleumandnaturalgasindustries—Generalrequirementsforoffshorestructures[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2019.[3]ISO2394:2015,Generalprinciplesonreliabilityforstructures[