CN101778757A - 海上风力发电装置的建设方法及建设装置 - Google Patents

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Abstract

一种能够在深水海域安全和顺利地建设浮动式海上风力发电装置(10)的建设装置(50)。利用起重船(S)建设海上风力发电装置(10)的建设装置(50)包括导向部件(51)、和至少一对具有把持部并沿着导向部件(51)滑动的臂部(60)。导向部件(51)安装在相对于起重船(S)的上下方向的作业位置且下端部侧配置在海中。所述把持部可拆装轴向上被分割为多个的塔部(20)。

Description

海上风力发电装置的建设方法及建设装置
技术领域
本发明涉及海上风力发电装置的建设方法和建设装置、或维修方法和维修作业装置。
背景技术
现有的海上风力发电装置(下文称作“海上风车”)1采用例如图11所示的单桩式底座或图12所示的着底式底座。
因而在建设海上风车1时，采用例如图13所示那样的使施工用起重船S的稳定支架S0落在海底而遏制由波浪引起的船体摇摆的建设方法。图中的附图标记2表示海上风力发电装置1的塔部(支柱)，3表示机舱，4表示旋翼毂，5表示风车旋翼。
然而，在使用无稳定支架S0的起重船等施工时，通常有必要通过选择比对应于海上风车1的尺寸确定的一般重量级别更大型的起重船S，来减少由波浪导致的摇摆的影响。
这种海上风车1的建设方法是一种通过将海上风车1的底座落在海底并固定起重船S侧和避免摇摆的影响来不产生相对位置偏移的施工方法。
例如下述专利文献1～3披露了针对单桩式和着底式的海上风车1，使用起重船S施工的建设方法等。
专利文献1  日本特开2006-37397号公报
专利文献2  WO2007/091042 A1
专利文献3  美国专利申请公开第2006/0120809号说明书
然而，在将海上风车设置在深海海域时，难以使海上风车的底座落在海底，通常采用浮动式结构。
在建设浮动式海上风车时，必需一种避免因波浪摇摆等导致起重船和海上风车双方相对位置偏离的方法。也就是说，如果没有避免所述位置偏离的方法，则在诸如在上空将机舱结合在塔的上端部的设置作业中，或在上空将毂和风车旋翼结合在塔上端部的机舱上的安装作业中，非常难以保证结构部件之间的位置关系。
因上述背景，追求这样一种海上风力发电装置的建设方法和建设装置、或维修方法和维修作业装置，在例如设置在深水海域的浮动式海上风车中，其避免结构部件之间位置偏离并能轻易地在上空组装。
发明内容
鉴于上述情况，提出本发明。本发明的目的是提供这样一种海上风力发电装置的建设方法和建设装置、或维修方法和维修作业装置，其能够安全和顺利地在深水海域建设浮动式海上风力发电装置。
为了解决上述问题，本发明采用下述方式。
本发明的海上风力发电装置的建设装置是一种利用起重船建设浮动式海上风力发电装置的海上风力发电装置的建设装置，它包括导向部件、和至少一对具有把持部并沿着上述导向部件滑动的臂部。导向部件安装在相对于上述起重船的上下方向的作业位置且下端部侧配置在海中。所述把持部可拆装轴向上被分割为多个的塔部。
根据这种海上风力发电装置的建设装置，由于它包括导向部件、和至少一对具有把持部并沿着上述导向部件滑动的臂部。导向部件安装在相对于上述起重船的上下方向的作业位置且下端部侧配置在海中。所述把持部可拆装轴向上被分割为多个的塔部，因此，臂部把持塔部并与起重船结合，能够在不因波浪的摇摆而产生相对位置偏离的状态下进行建设作业。
在上述发明中，上述导向部件最好被安装成能够在相对于上述起重船横向的航行位置和上下方向的作业位置之间转动，由此，导向部件能够不妨碍起重船航行。
在上述发明中，上述导向部件最好具有轴向滑动机构和/或可改变轴向长度的伸缩机构。从而，能够将导向部件从海中提起或缩短导向部件的长度，因而不妨碍起重船航行。另外，如果与要建设的海上风力发电装置的塔部长度等对应地操作伸缩机构，则能够获得最佳作业状态的导向部件的长度或位置。
在上述发明中，上述臂部最好具有多组可改变相互轴向间距的把持部，从而，即使塔部长度变化，也能可靠地把持塔部。
本发明的海上风力发电装置的建设方法是一种利用起重船建设浮动式海上风力发电装置的海上风力发电装置的建设方法，且使用技术方案1～4之任一所记载的建设装置在将上述塔部结合在上述起重船上的状态下进行建设。
根据这种海上风力发电装置的建设方法，由于使用技术方案1～4之任一所记载的建设装置在将上述塔部结合在起重船上的状态下进行建设，因此，能够在不因波浪的摇摆而产生相对位置偏离的状态下进行建设作业，能够轻易地进行定位等作业。
根据本发明，例如在建设设置在深水海域的浮动式海上风车时，能够避免结构部件之间的位置偏离，且能在上空轻易地组装。也就是说，即使在深水海域，也能安全和顺利地建设浮动式海上风力发电装置。
本发明的海上风力发电装置的维修作业装置是一种利用起重船建设浮动式海上风力发电装置的海上风力发电装置的维修作业装置，其包括导向部件、和至少一对具有把持部并沿着上述导向部件滑动的臂部。导向部件安装在相对于上述起重船的上下方向的作业位置且下端部侧配置在海中。所述把持部可拆装轴向上被分割为多个的塔部。
根据这种海上风力发电装置的维修作业装置，由于它包括导向部件、和至少一对具有把持部并沿着导向部件滑动的臂部。导向部件安装在相对于起重船的上下方向的作业位置且下端部侧配置在海中。所述把持部可拆装轴向上被分割为多个的塔部，因此，臂部把持塔部并与起重船结合，能够在不因波浪的摇摆而产生相对位置偏离的状态下进行维修作业。
在上述发明中，上述导向部件最好被安装成能够在相对于上述起重船横向的航行位置和上下方向的作业位置之间转动，由此，导向部件能够不妨碍起重船航行。
在上述发明中，上述导向部件最好具有轴向滑动机构和/或可改变轴向长度的伸缩机构。从而，能够将导向部件从海中提起或缩短导向部件的长度，因而不妨碍起重船航行。另外，如果与要维修的海上风力发电装置的塔部长度等对应地操作伸缩机构，则能够获得最佳作业状态的导向部件的长度或位置。
在上述发明中，上述臂部最好具有多组可改变相互轴向间距的把持部，从而，即使塔部长度变化，也能可靠地把持塔部。
本发明的海上风力发电装置的维修方法是一种利用起重船建设浮动式海上风力发电装置的海上风力发电装置的维修方法，使用技术方案1～4之任一所记载的维修作业装置，在将上述塔部结合在上述起重船上的状态下进行建设。
根据这种海上风力发电装置的维修方法，由于使用技术方案1～4之任一所记载的维修作业装置，在将塔部结合在起重船上的状态下进行维修作业，因此，能够在不因波浪的摇摆而产生相对位置偏离的状态下进行维修作业，能够轻易地进行定位。
根据本发明，例如在建设或维修设置在深水海域的浮动式海上风车时，能够避免结构部件之间的位置偏离，能在上空轻易地组装。也就是即使在深水海域，也能安全和顺利地建设或维修浮动式海上风力发电装置。
附图说明
图1是表示本发明海上风力发电装置的建设方法和建设装置的一个实施例的概略的说明图。
图2是表示图1所示海上风力发电装置的塔部结构例的视图。
图3是表示装配在图1所示起重船上的海上风力发电装置的建设装置的结构的一个实施例的说明图。
图4是表示图3的建设装置中关键部位的第一变形例的视图。
图5是表示图3的建设装置中关键部位的第二变形例的视图。
图6是表示图3的建设装置中臂部的具体结构例的视图。
图7是表示图6的臂部的关键部位的第一变形例的视图。
图8是表示图6的臂部的关键部位的第二变形例的视图。
图9是表示图6的臂部的关键部位的第三变形例的视图。
图10是表示使用本发明的海上风车建设装置的建设方法的工序的说明图。
图11是表示单桩式海上风力发电装置的视图。
图12是表示着底式海上风力发电装置的视图。
图13是表示使用现有技术起重船的稳定支架的海上风力发电装置的施工例的视图。
附图标记说明
10  海上风力发电装置(浮动式)  20  塔部(支柱)  21  压载物22  海中塔部    23  海上塔部    25  凸缘    26  凸部    50  建设装置51、51A、51B  导向部件    52  液压缸    53  滑动机构部    55  伸缩机构60  臂部    61  滑块    70、70’、80、90  把持部    71  把持部主体    73保持部    75  保持片    91  辊子(滚动体)    S  起重船    C  系泊缆绳
具体实施方式
下文将参照附图说明本发明的海上风力发电装置的建设装置和建设方法的一实施方式。
图1中，浮动式海上风力发电装置(下文称作“海上风车”)10将对应于风向旋转的机舱3设置在塔部(支柱)20的上端部。将与多个向周向突出的风车旋翼5一体转动的旋翼毂4安装在机舱3的前端部。而且，将图中未示的增速机构和发电机等设备收容设置在机舱3的内部。
图示的海上风车10是在塔部20的下端部设置有压载物(浮体)21的单桩浮体式海上风车。这种浮动式海上风车10利用压载物21的海中塔的浮力以悬浮状态设置在深水海上，并利用系泊缆绳C固定在海底。也就是说，浮动式海上风车10处于由系泊缆绳C固定在海底并浮在预期海域的状态，塔部20并不通过底座固定在海底。
海上风车10的塔部20例如图2所示沿轴向分割为多个。也就是说，塔部20是在海上一体连接将轴向长度分割为多个的柱状部件而成的。
图中的塔部20包括构成最下端部侧的压载物21、连接在压载物21的上方且在通常设置状态下位于海中的海中塔部22、连接在海中塔部22的上方且在通常设置状态下露出海上的海上塔部23。而且，机舱3设置在构成塔部20最上端部的海上塔部23的上端部上。
在图2中，压载物21的轴向长度被分割为n个部件，海中塔部22被分割为m个部件，而且，海上塔部23被分割为k个部件。而且，关于分割数量k、m、n，可以依据对应于海上风车10的输出功率而不同的诸多条件(例如风车旋翼5的长度等)适当地变更。
而且在图2中，附图标记24表示与系泊缆绳C的一端相连的锚固部。
上述那样的浮动式海上风车10如图1所示使用起重船S，在海上的规定位置建设(设置)。
后述海上风车10的建设装置50设置在起重船S上，该建设装置50把持塔部20并与起重船S结合，能在不因波浪摇摆而导致相对位置偏离的状态下进行建设作业。
海上风车10的建设装置50例如图3所示由导向部件51和至少一对可沿着导向部件51滑动的臂部60构成，导向部件51安装在相对于起重船S大致垂直方向的作业位置上，且下端部侧配置在海中。在图示结构例中，由于设置了上下一对臂部60，因而在下文说明中，根据需要，将其区分为上部臂60A和下部臂60B。
而且，上述臂部60包括把持部70，把持部70可拆装在轴向上被分割为多个的塔部20。
图示起重船S上设置有主起重机Km和辅助起重机Ks。针对分割海上风车10并搭载在起重船S上的机舱3、旋翼毂4、风车旋翼5、压载物21、海中塔部22和海上塔部23等结构部件，主起重机Km和辅助起重机Ks用于立起和提升等装载·建设作业。
而且，上述海上风车10的结构部件可以装载在起重船S上运输，也可以由其他船舶运输后，使用主起重机Km等转移到建设用起重船S上。
导向部件51例如设置在起重船S的前方。该导向部件51是在规定的作业位置上沿铅垂方向延伸的长尺寸的刚性部件，其下端部侧配置在海中。
而且，上述导向部件51具有如下所述的转动机构。该转动机构是例如可通过使液压缸52伸缩动作来在图3中实线所示的导向部件51的作业位置和假想线所示的导向部件51的航行位置之间改变导向部件51以支点P为中心的转动姿势的装置。也就是说，设置有转动机构的导向部件51被安装成能够在相对于起重船S横向的大致水平航行位置和大致铅垂方向的作业位置之间转动，因此，在起重船S移动至建设现场时，导向部件51不妨碍航行。
而且，替代上述导向部件51的转动机构，例如也可以采用图4所示的第一变形例的滑动机构。
在该变形例中，导向部件51A利用被固定支持在起重船S上的滑动机构部53而能沿铅垂方向(参照图中箭头54)滑动。也就是说，在起重船S航行时，处于利用滑动机构部53将导向部件51A的下端部从海中拉出的状态。在正常作业位置，处于导向部件51A的下端部沉入水中的状态。其结果是在起重船S航行时，导向部件51A的下端部处于被从海中拉出的状态，或减少导向部件51A位于海中的长度。在正常作业位置，能够使导向部件51A的下端部处于沉入水中的状态。并且，若对应于依据所建设的海上风车10而不同的塔部20的结构部件的长度等操作滑动机构53，能够获得最适于作业的导向部件51A的位置。而且，对于具有这种滑动机构53的导向部件51A，特别是在导向部件51A的全长很长时等，也可以使上述转动机构介于滑动机构部53和起重船S之间。
而且，代替上述导向部件51的转动机构，例如也可以采用图5所示第二变形例的滑动机构。
在该变形例中，利用被固定支持在起重船S上的伸缩机构55，导向部件51B能够改变铅垂方向(参照图中箭头56)的长度。也就是说，在起重船S航行时，使伸缩机构55工作，缩短导向部件51B的轴向长度。在正常作业位置，使伸缩机构55工作，增大导向部件51B的轴向长度。其结果是在起重船S航行时，处于导向部件51B的下端部被从海中拉出的状态，或减少导向部件51B位于海中的长度。在正常作业位置，能够处于使导向部件51B的下端部沉入水中的状态。并且，若对应于依据所建设的海上风车10的塔部20而不同的塔结构部件的长度等操作伸缩机构55，能够获得最适于作业的导向部件51B的长度及位置。
而且，对于具有这种伸缩机构55的导向部件51B，特别是在导向部件51B的全长很长时等，也可以采用与上述转动机构和滑动机构53中至少一个进行组合的结构。另外，还包含通过使用齿轮或滑轮和钢丝绳等像利用液压缸转动那样动作的结构(未图示)。
臂部60如图6所示包括沿着上述导向部件51移动的滑块61。滑块61如图中箭头62所示那样能够沿导向部件51的轴向(长度方向)滑动。针对1个导向部件51，这种臂部60至少上下设置一对。
而且，多组把持部70设置在上述臂部60上，所述把持部70能够拆装地把持轴向被分割为多个的塔部20。在图示结构例中，臂部60包括两组相互轴向间距可变的把持部70。在下文说明中，根据需要，将位于铅垂方向上方的把持部70称作上臂部70A，将位于铅垂方向下方的把持部70称作下臂部70B。
也就是说，若具体介绍上述把持部70的结构例，把持部主体71被固定支持在臂部60上并与之一体移动。
在导向部件51的轴向(参照图中箭头72)伸缩且相互轴向间距可变的上臂部70A和下臂部70B设置在把持部主体71上。
上臂部70A和下臂部70B均由左右一对L字状部件构成并具有左右一对保持部73，所述保持部73追随分割塔部20而得的压载物21、海中塔部22和海上塔部23的形状。保持部73通过销73a可自由摆动地支持在L字状的上臂部70A和下臂部70B上。
一对保持片75安装在各个保持部73上。保持片75通过销74a被可自由摆动地支持。而且，保持片75的保持面74b为与塔部20的圆形断面对应的曲面，可以根据需要，将橡胶等止滑件安装在保持面74b上。
上述上臂部70A和下臂部70B可以在与图中箭头72所示铅垂方向正交的水平方向(参照图中箭头75)上开闭。其结果是如果关闭上臂部70A和下臂部70B，则4个保持片74推压位于相向的左右一对保持部73之间的塔部20的分割部件的外周面。此时，由于销73a可自由摆动地支持保持部73且销74可自由摆动地支持保持片74，因此，保持片74的保持面74b吸收压载物21、海中塔部22和海上塔部23所具有的外径差并与它们密切接触。从而，上臂部70A和下臂部70B能够可靠地把持压载物21、海中塔部22和海上塔部23。
另外，在上臂部70A和下臂部70B把持作为对象的塔部20时，调整滑块61的位置或上臂部70A和下臂部70B的轴向间距等，能够把持最佳位置。
可以采用诸如液压缸和齿条 & 小齿轮等公知的驱动机构实现上述滑块61的移动、上臂部70A和下臂部70B的轴向间距变更、以及上臂部70A和下臂部70B的开闭操作。
而且，对于上述上臂部70A和下臂部70B来说，并不局限于利用滑动来进行开闭的把持方式，例如图7所示第一变形例那样，也可以采用利用销76可自由摆动地支持的把持部70’进行开闭的方式。而且在图7中，省略了上述摆动的保持部73和保持片74等的图示。
而且，图8表示针对臂部60的把持部70或保持片74的第二变形例。该方式针对塔部20的分割部件，设置凸缘25等夹持部，用以替代保持外周部，通过把持部80把持凸缘部25。此时的夹持部并不局限于用于连接被分割的塔部20的凸缘25，也可以是销等凸部。
而且，在图9所示第三变形例中，针对塔部20的分割部件，设置了三角形断面的凸部26，使辊子91等滚动体位于所述凸部26和把持部90之间。如果采用该种结构，由于允许塔部20相对于把持部90转动，能够使被分割后的塔部20的凸缘螺栓孔更轻易地定位。
而且，虽然在图示的结构中，能够使塔部20侧转动，但是例如也可以使保持部80、90相对于臂部60转动，也可以与被把持的塔部20一体转动。
上述结构的海上风车10的建设装置50包括导向部件51、至少一对具有保持部70并能沿导向部件51滑动的臂部60。导向部件51安装在相对于起重船S大致铅垂方向的作业位置且下端部侧配置在海中。把持部70可拆装在轴向上被分割为多个的塔部20。臂部60可以把持塔部20，具体地说分割塔部20而得的构成部件(压载物21、海中塔部22和海上塔部23)，并将塔部20与起重船S结合。从而，由于海上起重船S和塔部20的分割部件大致变为一体并对抗由波浪导致的摆动，因此，可在由波浪不能导致两者间相对位置偏离的状态下进行建设作业。
此时，由于臂部60包括多组相互轴向间距可变的把持部70，因此，即使塔部20的长度变化，也能可靠地把持平衡良好的位置。
下文将参照图10所示工序图，介绍使用上述建设装置50在将塔部20的分割结构部件结合在起重船S上的状态下，建设海上风车10的建设方法。而且此时，图3所示建设装置50为具有图6所示臂部60的装置，除了必要场合之外，图中可以省略起重船S的辅助起重机Ks。
在第一工序，利用起重船S的主起重机Km，将作为塔部20的最初分割结构部件的压载物21吊起。此时，如果压载物21被分割为多个，则将最下部的分割结构部件吊起来。利用主起重机Km，将上述被吊起的压载物21移动至导向部件51的附近，并由下部臂60B把持。
另外，下文中为了便于介绍，将在该工序中由下部臂60B把持的最下部的压载物21称作分割结构部件20a，将在其上方顺序连接的部件称作分割结构部件20b、20c…。也就是说，针对被分割为压载物21、海中塔部22和海上塔部23的塔体(分割结构部件)，除了必要场合之外，不再区分介绍。
在第二工序中，将下一个分割结构部件20b载置并结合在压载物21(分割结构部件20a)上。此时，当压载物21被分割为多个时，分割结构部件20b作为从下起第二个压载物分割结构部件，在压载物21没有被分割为多个时，分割结构部件20b构成被分割为多个的海中塔部22的最下部的分割结构部件。
在第三工序中，将更下一个分割结构部件20c载置并结合在分割结构部件20b的最上部，由上部臂60A把持该分割结构部件20c。
在第四工序中，下部臂60B解除对分割结构部件20a的把持，处于自由状态。然后，上部臂60A在把持分割结构部件20c的状态下，沿着导向部件51向下方移动(滑动)。此时的下方移动量大致相当于分割结构部件20a的长度。从而，结束移动后，可以由下部臂60B把持分割结构部件20b。
在第五工序中，将更下一个分割结构部件20d载置结合在最上部。然后，上部臂60A解除对分割结构部件20c的把持，并向上方移动，把持位于最上部的分割结构部件20d。
然后，返回上述第三工序，以第三～第五工序为一个循环，往复操作必要次数(剩余的分割结构部件的数量)，从而将被分割为多个的塔部20的分割结构部件连接为一体，处于由上部臂60A和下部臂60B分别把持上部2个位置的状态，也就是说，塔部20利用建设装置50结合在起重船S上，处于不会由波浪产生相对位置偏离的状态。
在最后工序，通过将机舱3和旋翼毂4组装在完工后的塔部20的上部，完成对海上风车10的组装。此时即使承受波浪的影响，由于起重船S和塔部20一体摆动，因此，也能轻易地使安装用螺栓和螺栓孔位置一致。
然后，在将起重船S和海上风车10分开时，使上部臂60A和下部臂60B上下动作，在调整到海上风车10的浮力和自重平衡的位置后，解除上部臂60A和下部臂60B的把持。
从而，根据本发明，例如在建设设置在深水海域的浮动式海上风车10时，能够避免部件之间的位置偏离，在作为塔部20最上端部的上空轻易地组装。也就是即使在深水海域，也能安全和顺利地建设浮动式海上风车10。
具有上述建设装置50的起重船S不仅在新建海上风车10时有效，而且在必要进行起重维修作业时，也能有效地防止起重船S和海上风车10的相对变位。
也就是上述建设装置50在实施维修作业时，能够作为维修作业装置使用，上述建设方法也可以用作维修时的维修方法。另外，只要将上述建设装置建设方法中的建设和建设作业替换为维修和维修作业，就相当于介绍了维修作业装置和维修方法。
本发明的建设装置和建设方法、维修方法和维修作业装置在起重船S和海上风车10的塔部20之间具有在塔部下部(海面)附近像上述建设装置50那样能够相互结合的结构。因而，在建设海上风车10时，能够缓和海上风车10和起重船S之间的相对变位，或精简结构。而且，本发明也包括在设置塔部20和机舱3之前，将沉入海面下的海上风车10的结构体等与起重船S的船体结合的内容。
也就是说，在本发明中，通过海上风车10和起重船S相连，针对波浪的影响，双方同样动作，虽然不能相对陆地或海底完全固定，但是，海上风车10和起重船S不存在相对变位。从而在深海，也能安全和顺利地建设海上风车10。
而且，本发明并不局限于上述实施例，在维修时也能使用等，在不脱离本发明实质精神的范围内，能够进行各种变更。

Claims (10)

1.一种海上风力发电装置的建设装置，利用起重船建设浮动式海上风力发电装置，其特征在于，包括：
导向部件，其安装在相对于上述起重船上下方向的作业位置，且下端部侧配置在海中；
至少一对臂部，上述至少一对臂部包括把持部并沿着上述导向部件滑动，上述把持部可拆装轴向上被分割为多个的塔部。
2.如权利要求1所述的海上风力发电装置的建设装置，其特征在于：
上述导向部件被安装成能在相对于上述起重船横向的航行位置和上下方向的作业位置之间转动。
3.如权利要求1或2所述的海上风力发电装置的建设装置，其特征在于：
上述导向部件具有轴向滑动机构和/或可改变轴向长度的伸缩机构。
4.如权利要求1～3中任一项所述的海上风力发电装置的建设装置，其特征在于：
上述臂部具有多组可改变相互轴向间距的把持部。
5.一种海上风力发电装置的建设方法，利用起重船建设浮动式海上风力发电装置，其特征在于：
使用权利要求1～4中任一项所述的建设装置，在将上述塔部结合在上述起重船上的状态下进行建设。
6.一种海上风力发电装置的维修作业装置，利用起重船建设浮动式海上风力发电装置，其特征在于，包括：
导向部件，其安装在相对于上述起重船上下方向的作业位置，且下端部侧配置在海中；
至少一对臂部，上述至少一对臂部包括把持部并沿着上述导向部件滑动，上述把持部可拆装轴向上被分割为多个的塔部。
7.如权利要求6所述的海上风力发电装置的维修作业装置，其特征在于：
上述导向部件被安装成能在相对于上述起重船横向的航行位置和上下方向的作业位置之间转动。
8.如权利要求6或7所述的海上风力发电装置的维修作业装置，其特征在于：
上述导向部件具有轴向滑动机构和/或可改变轴向长度的伸缩机构。
9.如权利要求6～8中任一项所述的海上风力发电装置的维修作业装置，其特征在于：
上述臂部具有多组可改变相互轴向间距的把持部。
10.一种海上风力发电装置的维修方法，利用起重船建设浮动式海上风力发电装置，其特征在于：
使用权利要求6～9中任一项所述的维修作业装置，在将上述塔部结合在上述起重船上的状态下进行建设。
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