CN102673748B - 一种绿色安全军民两用人工岛的建造方法 - Google Patents

Abstract

绿色安全军民两用人工岛是由筏单元节在三维空间上做生长性连接而形成的板状浮岛。每个筏单元节是一个独立的、体积上便于加工和储运的水密性壳状浮体。筏单元节逐节顺序连接形成筏单元杆，筏单元杆通过侧棱顺序连接形成筏排，筏排在垂直方向上叠置而成为筏式岛体。施工可在船坞和临水场地分段顺序加工，完成一段下水一段。人工岛用淡化海水解决水源问题，用磁动机和浮动机解决能源和动力问题，用无土栽培、海水养殖解决农副产品自给问题。筏式人工岛面积大、强度高、抗沉性好、加工简便、造价低廉，可作为航空母舰的换代产品及地震海啸高发区和不宜居地区居民的移民安置地，也可作为马耳他型岛国的替代国土。

Description

一种绿色安全军民两用人工岛的建造方法

(一)技术领域

本发明涉及人工岛建造技术领域。

(二)背景技术

辽阔的海洋碧波万顷，但人类在海面上的生存空间却小的可怜。目前，世界上最大的民用海上平台是中国制造的半潜式采油平台，总面积相当陆地上的一个足球场。由于其移动困难、造价昂贵及生产周期长，不具备普通生产生活活动使用价值。世界上最大的舰船是美国尼米兹号航空母舰，舰长333米，舷宽41米，被称为海上霸主。但由于航空母舰体积特别庞大，涉及到的船舶建造技术、冶炼技术、动力技术和电子技术要求极高，所以世界上没有几个国家敢望其项背。2011年出版的《海上移动堡垒——航空母舰》一书介绍了建造浮岛式航空母舰的构想，但由于这些构想还没有摆脱大体积整体加工的思路，所以这些构想“仅仅存在于理论上，并没有哪国海军去真正实践”。很显然，向海洋要生存空间，已成为人类解决气候变暖、陆地灾害频发、世界人口总量激增问题最可行的战略方向，建造绿色安全军民两用的人工岛已成为世界科技领域的前沿课题。

(三)发明内容

本发明所要解决的技术问题是要将建造大型人工岛的技术由理论构想变成现实。寻找解决人工岛体积过大、加工场地、材料、建造工艺要求过高等技术难题的方法。使用通用材料和场地简单快速地建造出体积庞大、结构安全稳定、军民皆可使用的人工岛。

本发明所采用的技术方案是：绿色安全军民两用人工岛的建造方法是将传统技术的大型整体结构和装置小型化、集群化，将高难度的加工工艺简单化、高端材料通用化。用这种方法建造的人工岛叫做筏式人工岛。它是一个由筏单元节在三维空间上做渐进式生长性连接而形成的板状浮岛。每个筏单元节是一个独立的、体积上便于加工和储运的水密性壳状浮体或其它结构的浮体，其外形呈棱柱状、圆柱状或可作最紧密堆积的多面体形状或球状，用金属、有机高分子或二者的合金材料制造。筏单元节有两种渐进式生长性连接方式：一种是竹排式生长，先将多个柱状筏单元节沿长轴方向逐节顺序连接起来形成筏单元杆，然后再将多个筏单元杆通过侧棱或侧面的顺序连接构成竹排式筏排。筏单元杆延长方向与岛体延长方向一致的筏排称为纵排。筏单元杆延长方向与岛体延长方向垂直的筏排称为横排。将设计个数的纵排和横排自下而上、由小到大地扩展性连接起来，达到设计规模，就构成一个筏式岛体或一个岛体单元板块；另一种是格架式生长，将多面体形状或球状的筏单元节及嵌含它们的格架一起进行生长式扩展性连接就构成格架式筏排，将设计个数的格架式筏排或其与纵排和横排的组合自下而上、由小到大地扩展性连接起来，达到设计规模，就构成一个筏式岛体或一个岛体单元板块。岛体单元板块在下水后通过台阶状接茬和补丁状筏排作补丁式拼接组合成筏式岛体。施工在船坞、临水场地、人工浮岛或船上进行，沿岛体或岛体单元板块延长方向分段顺序加工，完成一段下水一段，直至整个岛体或岛体单元板块全部加工完成并整体下水为止。筏式人工岛包括锚泊式定位岛、自航式定位岛和自航岛三种类型。锚泊式定位岛设置在近岸或浅水水域，采用局部是集群式，总体为分布式多锚链定位系统或其它固定装置定位。该定位系统根据板块大小和承重状况确定锚链个数，各锚链之间相互平行，每个锚链长度都等于最大海啸时海平面到海底的垂直距离。自航式定位岛采用动力装置定位。自航式定位岛和自航岛的动力装置采用磁动机、浮动机和/或电动机为主机，或与其他清洁能源动力机组成联合动力装置。采用多主机分布式设置方式分散定位于各个需要位置。自航岛的转向动力装置在岛体颈肩部和前腰部两侧对称设置，推进动力装置设置在岛体尾部和侧部。自航式定位岛的动力装置设置在岛体的周边和下部。动力装置的螺旋桨可在水平面内作360°转动或作固定设置。所有动力装置的各种运转工况都通过智能型指控系统进行统一操纵。岛体的头部或边缘留有冲浪边。冲浪边后设有向上倾斜的消浪坡。消浪坡建成具有抗台风和/或抗打击强度的拖鞋头形外罩，其内部建筑或储藏各种军用和民用设施及设备。超重的上层建筑物应建在配有浮力补偿功能的水下建筑物或主船体上，待下水后再与其它岛体部分进行补丁式拼接。自航岛需建造多条向下凸出的、与岛体延长方向一致的流线型舱室或脊线型平衡舵，或由水下建筑物或主船体代替。绿色安全军民两用人工岛的上层建筑物至少包括海水淡化设施、磁动能、浮动能及其他清洁能源利用设施、无土或有土栽培、海水养殖及其他农副业生产场地及飞机场和码头。自航岛作为包括航空母舰在内的大型舰船的更新换代产品。锚泊式定位岛、自航式定位岛作为海上军事基地、海上作业平台及河流湖泊浮力和水流发电机的承载平台、沿海地震海啸高发地区及陆地不宜居地区居民的移民安置地、高消费型海上旅游度假和居住区。或作为马尔他型岛国的替代国土。

竹排式筏排的筏单元杆采用逐个连续排放或隔位排放两种设置方式。连续排放的棱柱形筏单元杆有一个棱为插接棱或无焊接棱。插接棱需事先焊上插接板。其余的棱用断续焊缝焊接，无焊接的缝隙部分留有插接板的承插槽。隔位叠放的棱柱形筏单元杆所有的棱都用连续焊缝焊接。各柱面围成的棱柱形空位两端用盖板封堵，形成一个水密性的空位浮箱。

补丁式拼接是在需拼接的板块边缘留有台阶状接茬，拼接时从下往上将同水平高度的茬口用同型号筏排连接起来。连接应在吃水线以上部位进行。茬口封平后顶部用一排或一排以上的筏排搭盖在接口之上并焊接好。

本发明的有益效果在于：

第一，加工方便易行，成本低廉。筏式人工岛按照由筏单元节到筏单元杆到筏排再到岛体单元板块最后形成筏式岛体的由小到大施工顺序，在普通船坞、临水场地、人工浮岛或船舶上施工，完成一段下水一段，这就克服了海上平台及航空母舰整体一次性加工所带来的船坞及加工技术等种种难题。使用普通金属、有机高分子或其合金材料，使得整个岛体的造价可以很低廉，易于普及使用。

第二，强度及抗沉性高。筏式人工岛由柱状钢材最紧密排列成排，然后由纵排和横排叠剁成岛板，这比普通舰船及航空母舰只在舷侧外板上安装纵骨和肋骨的钢板结构强度要大得多。每个筏单元节都是一个独立的水密性壳状浮体，在遭受撞击和打击后，使岛体只丧失被破坏的那一小部分筏单元节的支撑，对于庞大的岛体板块来说，其浮力损失和破坏可忽略不计。只要设计和建造得当，筏式人工岛将成为大海中不沉没的陆地和打不沉的航空母舰艇。

第三，绿色、免灾、自给性强。自航岛和自航式定位岛以磁动机、浮动机和/或电动机为主机和能源，使人工岛成为无碳排放的生产生活区。它们与陆地之间没有任何连结机构，可完全不受地震海啸的影响。锚泊式定位岛由于使用集群式、分布式多锚链定位系统，地震波很少能影响岛体，海啸只是使岛体整体随水面升高而升高，不会产生灾害性后果。加上筏式人工岛体积巨大，上层建筑都有抗台风能力，所以它可以成为无灾可忧的安全之岛。岛上阳光水分充足，适于发展种植业，完全可以做到食品类生活必需品自给自足。

第四，结束了航空母舰的霸主地位。筏式人工岛可以建设陆地上相应类型的军用飞机场，可容纳的飞机类型和数量比航空母舰大得多。它采用多主机分布式设置方式分散定位各个动力装置，这就使得它即使损失掉几个动力装置以后也不会丧失前进动力。筏式岛体的抗沉性也使航空母舰的天敌——潜艇失去了威力。筏式人工岛将结束航空母舰在海上的霸主地位，可使中国及无航空母舰国家海军的军事实力得到飞越式提升。

(四)附图说明

图1，筏式人工岛结构横抛面图。1——横排，2——纵排。

图2，筏单元节结连接方式图。3-一焊接侧棱，4——插接板，5——承插槽。

图3，补丁式拼接横剖面图。6——上层建筑物，7——台阶状接茬，8——补丁状筏排，9——水下建筑物或主船体。

图4，自航岛俯视图。10——消浪坡及首楼，11——转向动力装置，12——指控系统，13——飞机场，14——推进动力装置。

(五)具体实施方式

实施例一，筏式岛体的建造。

1.岛体设计：岛体长2400m宽300m厚4.2m

1.用材：方形冷弯空心型钢，边长500mm，对角线长700mm，壁厚12mm，外圆弧半径60°，长度5m；等腰直角三角形空心型钢，腰长500mm，底边长700mm。

2.工厂加工：在空心型钢的两端，各焊接上与型钢截面等形的盖板，不留任何开孔，构成一个筏单元节。在方形筏单元节的一个棱上焊上两段长1m宽20mm厚12mm的插接板4，插接板位于所在棱的对角线延长线上，两板间隔1m。

3.现场施工：在海边修建一个300m见方的水泥混凝土场地。场地表面成排安装与海岸平行、可自由滚动又可制动的钢辊排。场地两侧沿海岸各安装10个缆绳绞车，配有300m到3000m的缆绳。先焊接底层纵排2，将三角形筏单元节一根根连接成筏单元杆，再将筏单元杆横截面直角朝上并排放置在钢辊排上。从临海一端开始焊接，使各筏单元杆的锐角棱两两相连，每个筏单元节长度内间隔地焊3段焊缝，中间留有两个1m长的承插槽5。第1层筏排连接至第30根左右时开始同时焊接第2层筏排。将方形筏单元杆带插接板4的棱向下插入第1层筏排的承插槽5上，两个相邻的焊接侧棱3与第1层筏排的顶棱用断续焊缝连接在一起，同样留有承插槽5。以此类推，焊完第6层后，再反向焊上一个三角形筏单元节组成的筏排，使顶部形成一个平面。然后在平面上连接横排1，连接方法和层数与上述纵排2相同。当连接完200m长的一段岛体后，在岛体两侧固定上最长的缆绳，放开底下钢辊的制动机构，使加工完的岛体在缆车的控制下滑入海中。以此类推，加工完一段下水一段，直至整个岛体都加工完并下水。摘掉缆绳，便完成了一个筏式人工岛岛体的建造工程。

实施例二，军用自航岛的建造。

1.自航岛设计：岛体长2000m，宽200m，厚4.2m，采用塔式磁动机主机、螺旋桨推进器，每两个磁动机共用一个螺旋桨，总计22个磁动机，11个螺旋桨。

2.船坞加工：使用普通船坞或专用船坞，专用船坞有多条中深水水道深入到筏式岛体建造平台内。包括承载动力舱、武器、航油及物资储备舱等在内的水下建筑物或主船体9在水道内加工制造。建造从岛体的尾部开始，先建造装有动力装置的主船体9，预留出一部分上层建筑物6或设备先不安装，当主船体9及动力装置建造基本完成后，从主船体舷侧外壁的吃水线位置开始扩展性连接筏式岛体，边连接边用预留的上层建筑物6和设备加载。后置的动力舱主船体及筏式岛体建造并连接好后，第一段岛体下水，并开始下一段筏式岛体的建造。设置在岛体中间部位的主船体，其周围直接与筏式岛体相连接。处于岛体边侧部位的指控系统10、舰岛和转向动力装置9，可在异地先建成岛体单元板块，下水后再与主岛体做补丁7式连接。转向动力装置9在岛体颈肩部和前腰部两侧对称设置，螺旋桨可在水平面内作360°转动。

实施例三，民用锚泊式定位岛的建造。

按照实施例一和二的方法建造岛体及水下和上层建筑。在主船体上和周边岛体的不同位置设置多个锚泊定位系统，锚用锚链通过套管与平台上的绞车连接。当筏式岛体整体建造完成后，用拖船拖到定位地址后，各锚泊定位系统同时抛锚，收紧锚链，使各锚链之间彼此互相平行，岛体可围绕海底泊位在一定距离内飘移定位。

Claims (3)

1.一种绿色安全军民两用人工岛的建造方法，其特征在于，所述绿色安全军民两用人工岛的建造方法是将传统技术的大型整体结构和装置小型化、集群化，将高难度的加工工艺简单化、高端材料通用化，用这种方法建造的人工岛叫做筏式人工岛，它是一个由筏单元节在三维空间上做渐进式生长性连接而形成的板状浮岛，每个筏单元节是一个独立的、体积上便于加工和储运的水密性壳状浮体或其它结构的浮体，其外形呈棱柱状、圆柱状或可作最紧密堆积的多面体形状或球状，用金属、有机高分子或二者的合金材料制造，筏单元节有两种渐进式生长性连接方式，一种是竹排式生长，先将多个柱状筏单元节沿长轴方向逐节顺序连接起来形成筏单元杆，然后再将多个筏单元杆通过侧棱或侧面的顺序连接构成竹排式筏排，筏单元杆延长方向与岛体延长方向一致的筏排称为纵排(2)，筏单元杆延长方向与岛体延长方向垂直的筏排称为横排(1)，将设计个数的纵排(2)和横排(1)自下而上、由小到大地扩展性连接起来，达到设计规模，就构成一个筏式岛体或一个岛体单元板块，另一种是格架式生长，将多面体形状或球状的筏单元节及嵌含它们的格架一起进行生长式扩展性连接就构成格架式筏排，将设计个数的格架式筏排或其与纵排(2)和横排(1)的组合自下而上、由小到大地扩展性连接起来，达到设计规模，就构成一个筏式岛体或一个岛体单元板块，岛体单元板块在下水后通过台阶状接茬(7)和补丁状筏排(8)作补丁式拼接组合成筏式岛体，施工在船坞、临水场地、人工浮岛或船上进行，沿岛体或岛体单元板块延长方向分段顺序加工，完成一段下水一段，直至整个岛体或岛体单元板块全部加工完成并整体下水为止；筏式人工岛包括锚泊式定位岛、自航式定位岛和自航岛三种类型，锚泊式定位岛设置在近岸或浅水水域，采用局部是集群式，总体为分布式多锚链定位系统或其它固定装置定位，该定位系统根据板块大小和承重状况确定锚链个数，各锚链之间相互平行，每个锚链长度都等于最大海啸时海平面到海底的垂直距离，自航式定位岛采用动力装置定位，自航式定位岛和自航岛的动力装置采用磁动机、浮动机和/或电动机为主机，或与其他清洁能源动力机组成联合动力装置，采用多主机分布式设置方式分散定位于各个需要位置，自航岛的转向动力装置(11)在岛体颈肩部和前腰部两侧对称设置，推进动力装置(14)设置在岛体尾部和侧部，自航式定位岛的动力装置设置在岛体的周边和下部，动力装置的螺旋桨可在水平面内作360°转动或作固定设置，所有动力装置的各种运转工况都通过智能型指控系统(12)进行统一操纵；岛体的头部或边缘留有冲浪边，冲浪边后设有向上倾斜的消浪坡(10)，消浪坡(10)建成具有抗台风和/或抗打击强度的拖鞋头形外罩，其内部建筑或储藏各种军用和民用设施及设备，超重的上层建筑物(6)应建在配有浮力补偿功能的水下建筑物或主船体(9)上，待下水后再与其它岛体部分进行补丁式拼接，自航岛需建造多条向下凸出的、与岛体延长方向一致的流线型舱室或脊线型平衡舵，或由水下建筑物或主船体(9)代替；绿色安全军民两用人工岛的上层建筑物(6)至少包括海水淡化设施、磁动能、浮动能、太阳能及其他清洁能源利用设施、无土或有土栽培、海水养殖及其他农副业生产场地及飞机场(13)和码头，自航岛作为包括航空母舰在内的大型舰船的更新换代产品，锚泊式定位岛、自航式定位岛作为海上军事基地、海上作业平台及河流湖泊浮力和水流发电机的承载平台、沿海地震海啸高发地区及陆地不宜居地区居民的移民安置地、高消费型海上旅游度假和居住区，或作为马尔他型岛国的替代国土。

2.根据权利要求1所述的绿色安全军民两用人工岛的建造方法，其特征在于所述的竹排式筏排的筏单元杆采用逐个连续排放或隔位排放两种设置方式，连续排放的棱柱形筏单元杆有一个棱为插接棱或无焊接棱，插接棱需事先焊上插接板(4)，其余的棱用断续焊缝焊接，无焊接的缝隙部分留有插接板(4)的承插槽(5)，隔位叠放的棱柱形筏单元杆所有的棱都用连续焊缝焊接，留出来的棱柱形空位两端用盖板封堵，形成一个水密性的空位浮箱。

3.根据权利要求1所述的绿色安全军民两用人工岛的建造方法，其特征在于所述的补丁式拼接是在需拼接的板块边缘留有台阶状接茬(7)，拼接时从下往上将同水平高度的茬口用同型号补丁状筏排(8)连接起来，连接应在吃水线以上部位进行，茬口封平后顶部用一排或一排以上的筏排搭盖在接口之上并焊接好。