CN106068223A - 浮岛 - Google Patents

Abstract

本发明涉及浮岛结构。浮岛是由具有正浮力的多个浮式设施制造的部分淹没的立体结构，这些浮式设施通过柔性非伸缩链以及弹性阻尼链来连接。这些浮式设施彼此相邻且朝水平方向间隔开，并且每一设施为立体浅层结构，具有侧壁、底部以及顶部，顶部用作为位于水位之上用于在其上安装岛基础设施对象的基面。每个浮式设施以浅层紧密单元的形式构成，所述单元具有正浮力并且以平行六面体或棱柱体形状，所述平行六面体或棱柱体形状的高小于基地任一边的长，并且位于与相邻浮式设施的壁位置相对的浮式设施的每一壁通过柔性非伸缩链以及弹性阻尼链与相邻浮式设施的该壁相连，所述柔性非伸缩链以及弹性阻尼链沿所述相邻浮式设施的该壁的整个长度，而所述弹性阻尼链能够在至少两个相互垂直的方向上减幅。

Description

浮岛

本发明涉及建造浮岛，该浮岛旨在用于设置各种对象，尤其是用于居住、科学、生产、文化娱乐以及休闲目的的土木工程。本发明涉及海洋学以及水文学，尤其涉及表层漂流的以及固定的浮岛，其可用于各种科学研究、用于监察、研究以及救援队伍在其上的场所、作为海洋度假村或休闲设施、以及人类在海洋中居住的舒适地方等。

本发明涉及在大型浮式平台的基础上形成的浮岛结构。

由于岸上缺少解决一些项目的区域，以及由于海洋或海水(sea or ocean water)本身是永久的并且是非常强大的能源，目前使用海面作为建造浮岛的基面是极其重要的。使用水面用于建造不同面积的结构可能最终会发展成为陆地勘探的新趋势。因此，工程师以及建筑师的著名发展成为关注的焦点，因为在设计此类项目的过程中，并不总是使用标准设计解决方案，并且在大部分情形中，这些解决方案与建造船以及其它浮式设施类似。此类岛的其中一个主要问题在于岛作为浮式设施对表面水层行为的反应。作为大型水域振动能量形式的起伏传输到浮式设施，使其在某种程度上重复或响应此水团(water mass)起伏。其导致(甚至在静止的水域表面-平静的大海)岛的稳定位置易发生变化。如果该岛是用于规划住宅或任何其它基础设施的地基，则将平台的振动减小在十米的高度是合理的。对于可设置水面之上的浮岛表面上的任何建筑结构来说，这样的系统振动能够影响这些结构的运行可靠性。因此，现代浮岛项目中设置了确保浮岛地平线稳定的机械阻尼器。这样的阻尼器使岛的浮桥部分的位置稳定。例如，侧阻尼器实现岛的向上-向下以及侧向移动，关于水环境的地平线以及岛的水线以及波浪振动的阻尼能量上升和下降。底部稳定装置(stabilizers)确保了岛的稳定性以及在横向以及纵向移动岛时设置工作位置；稳定装置的一部分连同压舱物(ballast)用作平衡物(counterweight)，该平衡物的作用在于，在岛朝横向以及纵向方向发生倾斜的情况下，将岛及其平台恢复至其初始位置。考虑到此类机械阻尼器有限的可能性，选择常年具有最小水空间扰动条件的区域以及岛下接近水平的浮雕用于建造岛(以避免岛关于漂移参考点的自由移动)。

例如，已知的是(于2012年5月20日公开的申请RU 2010146052、63B35/44、B63B35/58)，浮岛包括浮式平台，浮式平台包括在其上部上的不同单元以及在其下部上的至少一个使用傅科摆(Foucault’s pendulum)的钟状物，其中在该钟状物的内表面上安装有发电机。建造此结构的主要问题在于，为预防直接在浮岛上设置高承受载荷而对平台基地(base)下部提出的高要求。

已知的是(于2012年5月27日公开的专利RU2457144、B63B35/44、B63B35/00)，浮岛包括淹没在水环境中的浮式基地，其由可移动互连的多个部分构成。该基地的每个部分(具有防水保护)与相邻部分结合形成结块(agglomeration)，并且由钢筋重混凝土构成。该岛设置有下部以及横向稳定装置，以确保岛的参考位置以及浮动稳定性。但是复杂的结构以及该岛中心及外围结块与稳定装置的接合并不能实现建造数公顷大小的大型岛，该大型岛的特征在于具有高强度以及耐久性。

两种公知的技术方案均涉及小尺寸浮岛。该岛的结构确保了在平台上层上的小重量载荷能够进行稳定工作。但是从长远来看，人们希望开发建造大面积浮岛的概念。但是在实际中，稳定装置不能有效用于大型岛，这是因为稳定装置已经是具有复杂结构设计的单元，稳定装置沿着大型岛外围在数量上的增加或者其尺寸的增大将会导致实际缺乏建立其控制系统的能力(由于水团上层在不同点的动态特性可能在幅度以及在扰动矢量上彼此不同)。因此，应当发展新的大面积浮岛的稳定机构。

同时，科学家们已经发现比德克萨斯州大两倍的塑料岛在太平洋漂流。并且该岛的80％包括塑料垃圾(文章“Plastic Island instead of Floating Waste”http:// www.novat e.ru/blogs/140410/14531/)。具有这样的尺寸，该塑料岛似乎并不对海洋水面的起伏敏感。对此状态的分析显示，这是由于在塑料岛的各个组成部分之间没有直接稳固的链接。这些组成部分(单独的事物以及随机组合堆)直接与水面相互作用，并且作为对朝扰动矢量方向的扰动的回应而发生振动位移。但是当与相邻事物或垃圾堆发生接触时，会停止对扰动的回应并且可以观察到位置的某种稳定。这种稳定保持振动过程，但是其并不重复波浪的振动过程。因此，可以看出，两个单独垃圾堆(每一个先前根据波浪形成过程进行位移)的接触产生各自位移的互阻尼，从而形成具有更小振幅的新位移过程。其可被视为新的稳定机构，其中与另一元件(其也进行位移以及振动)接触的各个元件的位移以及振动导致形成新的总位移过程，其具有比初始过程低的特性。在大量元件情形中的此相互作用由于位移矢量的合成以及振动振幅的总和而使得总元件团相互稳定。

在1997年12月27日公开的专利RU2100249、B63B35/44中，公开了浮式泊位码头的开发，其中已经考虑到了这种性质，该浮式泊位码头包括具有锚泊索具以及装卸机械的浮式设施，并且每一浮式设施以船的形式制造，包括具有货舱的主体，货舱具有底部、侧面以及甲板敷料并且设置有上部结构。所述上部结构的上甲板敷料沿着船的整个长度延伸，并且上部结构的壁与货运港口一起建造，并且沿着货舱开口的外围安装，其为侧面敷料以及形成额外空间的内舱壁的延续，而上部结构的内部设置有装卸机构，该装卸结构使用带操纵台的横梁桥式起重机(beam overhead travelling crane)的形式制造，横梁桥式起重机具有沿着在上部结构的侧壁上的船的中心侧向平面安装的引导。并且上述操纵台安装在上部结构中，其能够被打开，直到其与相邻船的桥式起重机的操纵台连接，以能够形成用于进行装卸操作的输送系统。

在该泊位中，浮式设施与对接单元互连，这确保了对三个方向的位移进行补偿。在其中一种变形中，它们以至少两个弹性元件以及柔性连接(例如，绳索、吊索等)的形式构成，该柔性连接具有固定在其中一个对接对象上的端部，以及在其中部具有与另一对接对象接合的铰接接头，而弹性元件位于连接(即钩挂或夹子)点的两侧。为了去除在浮岛设施相对于彼此和/或相对于基地的位移(例如摇摆时)期间产生对动态载荷的影响，柔性连接的端部为关于附接点弹簧致动的。

这种解决方案被认为是对要求保护的主题来说最接近的现有技术。

尽管这种解决方案的目的在于规划泊位码头的位置稳定性，但是其没有给出在泊位与陆地没有任何连接的情形中能够实现的这样的结果。互阻尼是不与基地连接的泊位元件发生相互作用的结果。与陆地发生连接使得形成支撑件，即，保持所有位移的元件(反力矩支撑件)。在该连接中，浮式设施的所有位移最终被传输到固定至陆地的浮式设施。这通过以下事实来解释，即作为一系统的泊位码头是开放型的，即，其具有外部连接。自稳定过程是封闭系统所固有的，其排除了将位移能量以及振动传输至外部主体的可能性。事实上，可以这样说，在该泊位码头中存在弹性连接并不去除各个浮式设施位移的互阻尼，而是用于去除相邻浮式设施的板之间的冲击相互作用(只有当船彼此靠近发生接触时，弹性元件才彼此接触)。

此外，在公知的泊位码头系统中，浮式设施以船的形式制造，包括具有货舱的主体，货舱具有底部、侧面以及甲板敷料并且具有上部结构，并且所述上部结构的上甲板敷料沿着船的整个长度延伸。其意味着浮式设施(事实上为船)设置有确保浮力并且保持垂直位置(倾斜)的系统以及上部结构。此类浮式设施在没有转换的情况在不能用作形成浮岛的建筑单元，其中上部结构表面用作为用于建筑结构的基面。

对于以封闭系统形式建造的浮岛来说，无需对整个平台规划机械稳定系统，因为此类岛的上部结构的表面积比船的尺寸大一个数量级。由此可以得出，该岛本身可设置为棱柱形物体，其中基地的横向尺寸比该岛的厚度尺寸大至少一个数量级。此外，无需如在船(甲板、主体)的情形中那样设置均匀稳固的基地，并且能够设置共用的基地，包括多个小型浮式元件，每个浮式元件与相邻浮式元件的连接具有两种类型：以柔性非伸缩连接的形式和以弹性阻尼连接的形式。其使得不止能够解决将岛稳定在水面上的问题，还能确立如下原理，即通过永久增加浮式设施来增长岛面积。此外，能够显著增加岛的承载力。这为建造与城市以及类似于市政的基础设施提供了机会。

本发明的目的在于实现如下技术效果，包括岛结构的简化以及能够承载对应于岛自身两倍重量的有用荷载，同时提供其在大尺寸下的运行可靠性以及强度、耐久性。该技术效果还能够以另一种方式来表示：增加强度和耐久性，以及浮岛的浮力和稳定性，同时节省了用于其结构建造的劳力(降低结构复杂度)。

该技术效果是通过一种浮岛实现的，所述浮岛包括多个部分淹没的立体结构，所述立体结构由具有正浮力的浮式设施构成，所述浮式设施通过柔性非伸缩链以及弹性阻尼链彼此连接；所述浮式设施彼此相邻且彼此朝水平方向间隔开，并且每个设施为具有侧壁、底部以及顶部的立体浅层结构，所述顶部用作为位于水位之上的基面，用于在该基面上安装岛的基础设施对象，并且每个浮式设施以浅层紧密单元的形式构成，所述单元具有正浮力并且具有平行六面体或棱柱体形状，所述平行六面体或棱柱体形状的高度小于基地任一边的长度，并且与相邻浮式设施的壁位置相反的每个浮式设施的每一壁通过柔性非伸缩链以及弹性阻尼链与相邻浮式设施的所述壁相连，所述柔性非伸缩链以及弹性阻尼链沿所述相邻浮式设施的所述壁的整个长度，而所述弹性阻尼链构造为能够在至少两个相互垂直的方向上减幅。

所述特征是必不可少的并且相互关联以形成这些必要特征的稳定组合，以实现所需的技术效果。

本发明通过具体实施例来说明，该实施例并不是唯一的，但是其清楚展示了能够实现所需技术效果。

图1-浮式设施的全视图；

图2-浮式设施-浅层紧密单元的截面图；

图3-示出了将浮式设施彼此连接以在水上形成岛的示例。

根据本发明，考虑了新结构的浮岛(图1)，包括具有水下以及水上部分的部分淹没立体结构(volumetric structure)。该立体结构由一定数量的具有正浮力的浮式设施1构成。这些浮式设施通过柔性非伸缩链以及弹性阻尼链来彼此连接。使用柔性非伸缩链将一个浮式设施连接至另一个，以使得两浮式设施相对彼此无移动。这样的连接还排除了一个浮式设施与另一浮式设施断开的可能性。在浮岛中，浮式设施彼此相邻设置并且彼此朝水平方向间隔开。因此，所有浮式设施互连形成结块，其中所有浮式设施形成单个连接系统，但是它们仍能在由柔性非伸缩链的长度所限定的边界内自由移动。该系统是柔性的，因为能够通过连接新的(附加的)浮式设施来增加其面积，或者其能够释放操作破损的那些浮式设施，或者为了减少系统的整体面积而释放浮式设施。

每个浮式设施是一个建筑单元，将此类单元连接在一起以形成水面之上的结块，用于在结块上设置(安装)岛基础设施对象2。

每个浮式设施为具有侧壁3、底部4以及顶部5，顶部5用作基面(甲板、甲板面)并且位于水平面6之上。每个浮式设施以浅层紧密单元的形式构成，例如由钢筋混凝土(例如铸钢筋混凝土)构成。使用间壁7将所述单元的内空间分成多段8，这些段8还表示用于减少弯曲应力的加强元件(图2)。为了减少单元中的弯曲变形，可形成加强肋。在这些单元的水平面上，此类加强肋可位于朝相互可变的方向：上下肋板-位于离彼此一定间隔的位置(这些加强肋远离彼此至少6m的位置(上下))。这些加强肋可按如下顺序放置(安装)：上肋板-在上水平面上，以及下肋板-在下水平面上往旁边间隔开一定距离。这些肋板可具有蜂窝状结构。

该组件具有正浮力以及平行六面体或棱柱体形状，其高度不小于基地任一侧的长度。该组件具有规则立体形状并且优选作为岛系统一部分的所有单元在结构(体积以及尺寸)和形状上是相同的。这是最优的选择，由于其确保系统中的振动过程的均匀性以及能够预测在相邻单元之间的振动补偿算法。

在该系统中，由于相邻单元之间的阻尼连接而形成终止它们之间的振动的过程。与相邻浮式设施的壁位置相反的每个浮式设施的每个壁不仅通过柔性非伸缩链，还通过沿着相邻浮式设施的该壁的整个长度的弹性阻尼链来与相邻浮式设施的该壁连接。该弹性阻尼连接能够在至少两个相互垂直的方向上减幅。

在这些组件的相邻壁之间的弹性阻尼连接可以是含橡胶块9的形式，其端部铺设并且固定在相邻浅层紧密单元的水面之上的水平面上并且沿着它们的相邻壁。此类弹性块能够由板形式或衬垫形式的橡胶构成，并且在相邻单元的壁之间的空间重叠。作为结果，如图3所示，含橡胶的弹性单元以桥的形式构成，以从一个浅层紧密单元的水面之上的水平面移动至另一单元的水面之上的水平面。

此类弹性块执行两个功能。第一个功能-由于橡胶板的一边固定在一个单元的表面上，并且该橡胶板的另一边固定在另一相邻单元的表面上，而使得将单元彼此连接。第二个功能-由于材料的弹性特性，使其能够弯曲、伸缩、压缩以及扭转，以减弱由于大海或海洋表层水团对单元的影响而引起的单元位移。由于该单元是部分淹没入水中并且具有正浮力，所以其接触引起该单元产生一定振动的表面波浪以及表面下的流动，该振动重复波浪振动算法。

这种结构确保了振动过程的传输，其中每个单元(作为建筑单元)与发生类似振动过程的相邻单元密切相关。在这种情形下，一部分过程能量在弹性块中衰减，而作为振动函数的剩余部分与相邻单元的相同函数组合。两个非谐波函数的组合导致振幅相加，从而形成振幅显著变小的新振动过程。因此，形成稳定的过程。由于在岛的中心(非外围)部分中，每个单元具有与四个相邻单元的阻尼连接，五个非谐波振动函数的组合产生使该岛实际稳定的振幅相加。

为了确保该岛上升到水面之上的部分具有相同的水平，使用尺寸以及排水量统一的单元是合理的。此外，尺寸以及排水量统一的单元确保能够预测的类似振动。为了增加稳定程度，每个单元应当设置有水下装置-位置稳定装置。

由多个互连单元构成的大型浮岛形成浅层单元结块，其具有宽以及长明显大于其高的规则长方体形状，该长方体形状一般具有确保每个单元以及该岛的正浮力的几何尺寸。浅层单元的内腔包括船员舱以及技术室，设置有保持岛上生命活动所需的设备。浅层单元的内腔可包括适合居住或用作为科学实验室、生产车间、文化或娱乐设施以及卫生机构的房间。该岛配有用于保持生命活动以及在水面之上朝所需方向移动该岛的自主能量供给系统。该岛的生存设备可尤其包括通过抽吸泵确保强制去除冷凝团的排水系统。可使用将波浪能、风能以及太阳能转换为电能来运行自主能量供给系统。自主能量供给系统能够包括例如液压气动系统，其位于浅层单元之间并且对由波浪运动所引起的单元运动进行转换。

通过结构以及强度计算，本发明已经披露了适合平面使用的最大单元尺寸：宽-40米，长-40米，高-4米。1米的单元模制壁厚确保了单元内腔作为居住以及其它房间的功能使用。这样的单元尺寸以及由加固的钢筋混凝土构成的单元结构允许每个组件以及岛作为一个整体承载有用的载荷，该载荷至少两倍于作为一个整体的单元以及岛的自身重量。未装载的岛具有1m的额定淹没深度(沉降深度)，满装(载)的岛的淹没深度为2m。由于单元的水平面上具有至少1600m²的有用面积，平面对象以及结构可直接位于该岛的表面上。还设置安装有太阳能电池，用于将太阳能转换成电能，设置风力塔(wind-driven towers)用于将空气团(风)的能量转换成电能。利用风能以及太阳能电池发电以及浮岛自主性的可靠维护是在标准设备的基础上提供的并且互相复制用于不同的天气条件(平静的海面、伴随强风的海面扰动)。

与连接元件连接的单元应当彼此间隔0.2-0.4m的距离。这个距离是通过上述单元尺寸并且考虑单元接触到达的波浪时的最大可能偏移来确定的。为了利用在外排的外壁和下一排的外壁之间的外排，安装液压气动设备，其将相邻单元的壁的往复相互位移转成电能。所有单元均是自主的。通过将单元一个接一个漂浮在水面上，接着通过阻尼元件将这些单元连接，来进行该岛的组装(连接)。如有需要，可断开并且淹没任何外部或内部单元。其通过如下完成：将单元互相连接的连接(固定)元件与淹没的单元断开。这时该单元的紧密性会受到妨碍-特殊的窗户、门被打开，或者该组件的下部被破坏。到达内腔的水破坏了单元的正浮力以及浮动稳定性，导致其慢慢沉至底部。如果无需淹没，则可让该组件漂浮着。为了防止平台整体或局部出现未经许可的淹没，岛的生存设备可尤其包括位于单元内腔中的排水系统，其通过抽吸泵强制去除冷凝团。

Claims (9)

1.一种浮岛，包括多个部分淹没的立体结构，所述立体结构由具有正浮力的多个浮式设施构成，所述浮式设施通过柔性非伸缩链以及弹性阻尼链彼此连接；所述浮式设施彼此相邻且彼此朝水平方向间隔开，并且每个设施为具有侧壁、底部以及顶部的立体浅层结构，所述顶部用作为位于水位之上的基面，用于在该基面上安装岛的基础设施对象，其特征在于，每个浮式设施以浅层紧密单元的形式构成，所述单元具有正浮力并且具有平行六面体或棱柱体形状，所述平行六面体或棱柱体形状的高度小于基地任一边的长度，并且与相邻浮式设施的壁相对的每个浮式设施的每一壁通过柔性非伸缩链以及弹性阻尼链与相邻浮式设施的所述壁相连，所述柔性非伸缩链以及弹性阻尼链沿所述相邻浮式设施的所述壁的整个长度，而所述弹性阻尼链构造为能够在至少两个相互垂直的方向上减幅。

2.根据权利要求1所述的浮岛，其特征在于，所述单元由钢筋混泥土构成。

3.根据权利要求1所述的浮岛，其特征在于，所述单元的内体积通过间壁进行分段。

4.根据权利要求1所述的浮岛，其特征在于，其设置有自主能量供给系统，以保持生命活动以及在水面上移动。

5.根据权利要求1所述的浮岛，其特征在于，所述弹性阻尼链以金属、含橡胶以及其它弹性块的形式构成，其端部铺设并且固定在相邻浅层紧密单元的水面之上的水平面上并且沿着它们相邻的壁。

6.根据权利要求5所述的浮岛，其特征在于，含橡胶的弹性块以桥的形式构成，用于从一个浅层紧密单元的水面之上的水平面移动至另一单元的水面之上的水平面。

7.根据权利要求1所述的浮岛，其特征在于，其设置有位于浅层紧密单元的相邻壁之间的含橡胶弹性阻尼器。

8.根据权利要求1所述的浮岛，其特征在于，浅层紧密单元的水平面设置有加强肋。

9.根据权利要求1所述的浮岛，其特征在于，所述浅层紧密单元包括用于彼此连接以及断开的装置。