一种海上超大型浮动平台的制作方法

本发明涉及海洋工程技术领域，具体的是涉及一种海上超大型浮动平台。

背景技术：

随着经济的增长和人口的增加，陆地资源和空间显得极为有限。21世纪全面进入海洋经济发展时代，超过全球面积2/3以上的海洋蕴含着非常丰富的生物、石油和矿产资源。因此，合理利用海洋空间和开发海洋资源对人类的生存、经济的可持续发展有着极为深远的意义。

传统的填海造地等方法不但花费大、工期长，而且还会破坏生态环境的平衡。在此背景下，以有效利用海上空间和开发海洋资源为目的的各种超大型浮式结构物引起了世界的广泛关注。但是由于超大型浮式结构物的跨度相对于其厚度非常大，弯曲刚度相对较小，因此弹性变形成为不可忽略的因素。传统的刚性假设不再适用，必须应用水弹性理论进行分析，具体参见崔维成、杨建民、吴有生、刘应中的专著：水弹性理论及其在超大型浮式结构物上的应用。

目前国内外研究的超大型浮式结构物主要有几种形式，箱型、半潜型及桁架式。其中箱型浮式结构物构造简单，成本较低，维护方便，但在波浪中水动力性能较差，仅适用于免受风浪影响的浅海或近海水域；半潜式结构物水动力性能比较好，能在较恶劣的海洋环境中生存和作业，但其构造比较复杂，吃水较大，造价较高。以上两种超大型浮式结构物的详细介绍均可参见王志军等的论文：超大型浮式结构物概念设计的关键技术问题。此外，国内袁晓纪在公开号为cn1657360的发明专利中提出了一种超大型桁架式海上浮动平台，该桁架式平台具有波浪载荷及运动响应对浪高变化不敏感，结构轻量化等优点，如图1所示。

目前的超大型浮式结构物多采用模块化和浮体平行布置方式，它们虽然优势突出，但存在的缺点也限制了相关研究和设计方案的实际应用。模块化，即使用连接件将多个较小的浮式结构物模块组合在一起，构成超大型浮式结构物。而这种模块化的结构却有一个致命缺陷：即在连接部位会出现应力过大的问题。此外，目前存在的半潜式结构(如美国麦克德莫公司在中国公开号为cn1269759a的专利申请“可移动的海上基地”)及桁架式结构(如国内袁晓纪公开号为cn1657360的专利申请“一种超大型桁架式海上浮动平台”)的浮体或浮筒都采用平行布置形式，在平台宽度方向上仅采用横撑或杆架结构等弱构件。该形式适用于平台长宽比较大，纵向强度显著高于横向强度的情况。若平台设计成更为自由的形状(如近似于圆形或正多边形)，以满足更大的上层建筑布置空间需求时，该形式由于结构强度不均匀而难以适用。

综上所述，超大型浮体技术亟待一种兼顾在波浪中的运动特性、结构强度更均匀、适用海域条件较宽松、上层建筑布置空间更大，又能有效解决模块化问题的结构设计。

技术实现要素：

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种海上超大型浮动平台，它具有整体性而不需要采用模块化，同时又具有结构强度均匀、结构型式稳定、在波浪中水动力性能良好、可同时适用在浅海或较深海域、上层建筑布置空间更为广阔等优点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种海上超大型浮动平台，其特征在于，包括：

被形成为一体式结构的上壳体；

悬浮或漂浮于水中且通过多个立柱与所述上壳体相连接的浮体，所述浮体具有多个自所述平台中心依次向外套设的环形封闭结构；

多个彼此相互独立且分别与所述上壳体、浮体相连接的立柱；

以及多个能够将各所述环形封闭结构连接为整体结构的撑杆。

作为本发明的优选方案，将所述上壳体的中心区域设置为镂空结构，以形成具有双连通构型的壳体结构；同时，不具有镂空结构的完整的一体式上壳体结构也在本发明的保护范围内。

作为本发明的优选方案，所述上壳体在水平面上的正投影所对应的最小外接矩形长宽比在1-5之间，且所述正投影的最小外接圆的直径在100-5000米之间。

作为本发明的优选方案，所述平台所对应的吃水高度不大于平台在水平面上的正投影所对应的最小外接圆的直径的1/50。

作为本发明的优选方案，各所述环形封闭结构的外部轮廓依据所述上壳体外部轮廓设定。

作为本发明的优选方案，

各所述环形封闭结构之间具有一定空间间隔。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明的平台由上壳体、立柱、浮体及撑杆构成一个整体，不需要模块化连接件，避免了模块化结构连接部位应力过大的问题；

2、本发明平台具有双连通构型结构，即在满足安全性要求的前提下，其上壳体的中心区域可以是镂空的，用以形成双连通构型，再配合与上壳体相连的一系列环形封闭结构所形成的浮体使得本结构能够减轻平台自重，节省成本；此外，在上层建筑和水下环形封闭浮体的遮蔽下，可以形成良好的避风浪中心港；

3、本发明平台的浮体为一系列环形封闭结构所形成的浮体，该结构使平台的结构强度更均匀、结构形式更稳定；并且使平台的形状更自由，可满足更大的上层建筑布置空间需求；

4、本发明平台的浮体悬浮或漂浮于水中且通过多个立柱与上壳体相连接，具有半潜式结构在波浪中水动力性能良好的优点；此外，由于浮体的分布空间大、数量多特征，使其仍能够提供足够的浮力使平台的吃水较小，从而可以布置在浅海及较深海域。

附图说明

图1是现有技术中桁架式海上浮动平台所对应的结构示意图；

图2是本发明所述平台对某一实施例对应的简略结构示意图；

图3是将图2所述平台倒立后对应的简略结构示意图；

图4是将图2所述平台是将上壳体隐藏后对应的简略结构示意图；

图5是图2所述平台的俯视结构示意图；

图6是图2所述平台的仰视结构示意图。

图中：1、上壳体，2、立柱，3、浮体，4、撑杆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2-图6所示，本发明所述海上超大型浮动平台，该平台为有别于常规平台结构即其不包含模块化连接构件，本身就是一个整体结构，其由相互连接的上壳体1、浮体2、立柱3及撑杆4组成，以避免因采用模块化结构连接部位造成应力过大的问题，具体的，所述平台包括：

(1)被形成为一体式结构的上壳体1，其作为平台上部结构，用以承载上层建筑，其被设置为不可分割的一体式结构，其可以是带有镂空结构的，也可以是完整的结构即不带镂空结构；作为本发明的优选方案，所述平台也就是上壳体在水平面上的正投影所对应的最小外接矩形长宽比在1-5之间，且所述正投影的最小外接圆的直径在100-5000米之间。作为本发明的优选方案，所述平台所对应的吃水高度不大于上壳体在水平面上的正投影所对应的最小外接圆的直径的1/50。作为本发明的优选方案，所述正投影可以是三角形、矩形、多边形、圆形、椭圆形或者由以上形状衍生出的不规则形状；作为本发明更进一步的优选方案，如图2、图5和图6所示，若其设计用途为海上旅游平台，该平台在水平面上的正投影是由正五边形衍生出的不规则形状，像一枚海星漂浮在海面上，寓意“海洋之星”，具有观赏性和旅游价值且其在水平面上正投影的最小外界矩形长宽比为1、最小外接圆直径为1000米，这样的设计就有足够的空间布置各类海上配套设备和娱乐设施，打造集住宿、餐饮、休闲娱乐为一体的旅游平台，由于平台应用于海域水深较浅处，如在10-40米之间，则平台设计吃水为6米，设计排水量50万吨。作为本发明的优选方案，如图2和图5所示，在满足安全性要求的前提下，将所述一体式的上壳体的中心区域设置为镂空结构，以形成具有双连通构型的壳体结构。其中，“双连通”结构相对于“单连通”的结构，两者具体均为拓扑结构的概念，具体概念参见m.a.armstrong的《基础拓扑学》，目前存在的超大型浮式结构物设计构型以“单连通”为主；本发明中的“双连通”构型优选采用环形结构，即平台上壳体中心区域可以是镂空的，用以形成双连通构型，再配合与上壳体相连的一系列环形封闭结构所形成的浮体，其有别于目前存在的“单连通”构型为主的超大型浮式结构物设计。该结构可以减轻平台重量，节省成本。此外，在上层建筑和水下环形封闭浮体的遮蔽下，其可以形成良好的避风浪中心港，可供游客进行潜水、游泳等室外娱乐活动。

(2)悬浮或漂浮于水中且通过多个立柱与所述上壳体相连接的浮体2，所述浮体具有多个自所述平台中心依次向外套设的环形封闭结构且各环形封闭结构在水平面正投影的外接圆直径由所述平台的中心向外逐渐增大，该结构具有结构强度均匀、结构形式稳定的优点；作为本发明的优选方案，各所述环形封闭结构所构成的浮体外部轮廓依据所述上壳体外部轮廓设定，如若上壳体外部轮廓为三角形、矩形、多边形、圆形、椭圆形等形状中的任意一种，则各所述环形封闭结构所构成的浮体外部轮廓对应设置为三角形、矩形、多边形、圆形、椭圆形或者近似于三角形、矩形、多边形、圆形、椭圆形。作为本发明的优选方案，在满足安全性要求的前提下，各所述浮体之间应保持一定间距即各所述环形封闭结构之间具有一定空间间隔，其尺寸及数量根据所述平台设计排水量及吃水确定。作为本发明更进一步的优选方案，所述浮体的外部轮廓为正五边形；例如若上壳体外部轮廓为矩形则各环形封闭结构所构成的浮体3的截面形状为矩形，其宽15米，高5米。所述浮体之所以采用这种分布空间大、数量多的空间结构，是因为这种结构能够带来下述两点有益效果：其一为可以提供足够的浮力且使得平台吃水较小，适用于水深较浅的海域；其二为平台设计吃水线处在面积较小的立柱3上，使得平台在波浪中的水动力性能较好。

(3)多个彼此相互独立且分别与所述上壳体1、浮体2相连接的立柱3；作为本发明的优选方案，各所述立柱的横截面形状可以是矩形、多边形、圆形、椭圆形等形状中的任意一种。例如，如图3和图4所示，立柱2的截面形状是圆形。

(4)多个能够将各所述环形封闭结构连接为整体结构的撑杆4。作为本发明的优选方案，各所述撑杆可置于各所述浮体或各所述浮体对应的立柱之间，将各相应的各所述环形封闭结构连接为整体结构。作为本发明的优选方案，各所述撑杆的截面形状可以是矩形、多边形、圆形、椭圆形等形状中的任意一种。例如如图3和图4所示，撑杆4的截面形状为矩形，由若干个撑杆4将各环形封闭结构连接成一个整体，这样增加了结构强度，保证了平台的整体性。

综上所述，相比于目前存在的几种超大型浮体设计方案，所述平台可以是双连通构型，其形状更加自由且不需要模块化，结构强度更均匀、结构形式更稳定，可提供更大的上层建筑面积。所述平台可应用于大型或超大型海洋结构物，如海上旅游浮岛、海上资源开发基地、海上电站、海上中转基地、海上仓库及海上军事基地等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。