CN111874172B - 模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，属于海洋平台技术领域，其通过浮力可调节点的对应设置，利用浮力可调节点在空间内的密集阵列排布，以及各浮力可调节点在水平方向上的柔性连接与竖直方向上的刚性连接，可以快速得到浮力可调的浮力模块，再利用浮力模块在水平方向上的柔性拼装扩展和在竖向上的刚性连接扩展，进而可以实现浮力主体乃至海洋平台的快速设置。本发明中模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，其结构简单，设置简便，能实现海洋平台的快速设置，提升海洋平台的建设效率，降低海洋平台的设置成本，保证海洋平台设置的稳定性和抗风浪能力，推动深远海养殖产业的不断发展。

Description

模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台

技术领域

本发明属于海洋平台技术领域，具体涉及模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台。

背景技术

随着近年来海水养殖的过度发展，使得近海岸的资源环境承载能力达到或接近上限。因此，越来越多的海水养殖产业开始向深远海养殖发展，深远海养殖已经成为构筑现代海洋产业体系的重要手段。

然而，相比与传统的近海养殖，深远海养殖存在明显的差异。通常情况下，我国很多湾外海域风大浪高、海水流速较快，传统形式的近海养殖网箱很难满足实际养殖需要。同时，在西北太平洋和中国南海每年平均有28次台风发生，其中对我国沿海有影响的台风平均就有7次，这也导致深远海养殖的稳定性和可靠性存在较大的考验。

此外，在目前的海水养殖过程中，大多离不开网箱的设置，不过，传统近海养殖的网箱结构往往很难满足深远海养殖的需求，存在装备上应用的局限性。而且，在深远海养殖的过程中，除了需要特殊的养殖网箱结构外，还需要设置对应的海洋平台，以满足深远海养殖过程中的配套使用。

值得关注的是，无论是“深海养殖网箱”还是“海洋平台机构”的设计与建造，历来都是由大型造船厂商提供，这也使得我们现在看到的海工装备，大多带有舰船的身影。以半潜式海上浮动平台为例，其往往包括底部为由船体舱室演化而来的大型下浮体，直径6米的巨大立柱，和船体舱室结构一致的上箱体及立柱下方的横向撑杆。这样的设计往往会带来如下问题：

这样的装备通常只能由专业的大型造船部门建造，建造时需要专门尺寸和性能的钢材，专门的材料切割加工和焊接设备，专门的船坞和大型吊装设备，专业的劳动密集型产业工人，现场进行的拼装和焊接，所有因素带来的结构便是建造成本的居高不下，这在以海上石油开采为对象的高利润行业上尚且可以接受，但在深远海养殖等行业领域中的应用却存在较大的成本局限性。

同时，这种以钢板焊接成各个功能舱室再拼接而成的海洋工程装备的平台结构其力学性能并不好，箱式浮体的热点应力往往集中在箱体连接的特定应力集中节点上。而且，箱式浮体的固有频率通常在0.5rad/s附近，极易和海浪、浪涌等产生共振，导致浮体关键节点的应力幅值最大。当应力超过箱体材料的疲劳断裂应力极限时，箱式浮体舱室结构便会发生变形或者水密封性能失效，导致整个海洋工程装备倾覆或失浮沉没。

在海洋平台的发展历程中，海洋平台出现事故、倾覆、沉没的新闻层出不穷，带来了巨大的经济损失和人员伤亡。除此之外，目前我国的水产养殖大多还是以家庭式、小规模的生产方式为主，很难形成规模效应，加之深远海养殖的装备成本较高，使得大多数中小型养殖企业难以承担，这也制约了深远海养殖产业的广泛推广。另外，现有的养殖装备不仅装配、运输繁琐，而且很难克服深远海养殖过程中的“抗风浪”问题，无法满足深远海养殖的强度要求和安全要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，可有效保证海洋平台设置的稳定性和便捷性，提升海洋平台拼装、调节的灵活性，克服海洋平台抗风浪能力弱的缺陷，降低海洋平台的应用成本。

为实现上述目的，本发明提供模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，包括甲板平台和浮力主体，

所述甲板平台通过多个立柱支撑在所述浮力主体的上方；所述浮力主体由多个浮力模块在水平方向上柔性连接和/或在竖直方向上刚性连接而成；

所述浮力模块包括在竖向上依次层叠设置的多层浮力单元，各所述浮力单元之间相互刚性连接；所述浮力单元由同一个平面内呈阵列排布的多个浮力可调节点依次柔性连接而成；且所述浮力主体的浮力大小通过调节该浮力主体中至少部分浮力可调节点的浮力来实现。

作为本发明的进一步改进，所述浮力可调节点包括节点浮力体和间隔设置在该节点浮力体外周环向上的多个水平连接件，以及分设于所述节点浮力体顶部和底部的两个垂向连接件。

作为本发明的进一步改进，还包括储物节点；

部分所述浮力可调节点替换为所述储物节点，其具有薄壁空心壳体，用以存贮所述海上浮式平台工作中所需的物资，包括气态物资或液态物资或固态物资；

当所述储物节点存贮气态物资时，用于存贮压缩气体，每一个所述储物节点可为周边的一个或多个所述浮力可调节点的浮力调节提供气源；

当所述储物节点存贮液态物资时，用于存贮油料或淡水；

当所述储物节点存贮固态物资时，用于存贮粮食或者固体零部件；

和/或，

还包括增重节点；

部分所述浮力可调节点替换为所述增重节点，其具有薄壁空心壳体，内装比重大于水的内容物，以克服浮力并增大自重。

作为本发明的进一步改进，所述浮力可调节点的内部设置有可填充水体和气体的腔室，且所述浮力可调节点内水体与气体的比例可对应调节。

作为本发明的进一步改进，对应所述浮力可调节点还设置有气源调节机构，所述气源调节机构设置在所述甲板平台上或者设置在所述浮力可调节点上，且所述气源调节机构通过管道与一个或者多个所述浮力可调节点的腔室连通。

作为本发明的进一步改进，对应所述浮力可调节点的柔性连接设置有柔性连接件；

所述柔性连接件包括柔性连接体和设置在该柔性连接体两端的柔性连接法兰；同一浮力单元中相邻的两所述浮力可调节点分别以所述水平连接件连接在一个所述柔性连接件两端的柔性连接法兰上。

作为本发明的进一步改进，所述柔性连接体的变形包括轴向上伸缩变形、径向上位移变形和环向上转动变形中的一种或多种；且所述柔性连接体可实现15～50mm的伸缩变形和10～30mm的横向位移，以及15°以内的转动变形。

作为本发明的进一步改进，所述柔性连接件可在两所述浮力可调节点之间单独使用或者由至少两个柔性连接件依次串联成整体后再分别连接两所述浮力可调节点。

作为本发明的进一步改进，所述甲板平台与所述立柱之间设置有垂直减震部件。

作为本发明的进一步改进，还包括锚泊系统，且部分竖向单列上的所述浮力可调节点沿竖向设置有系缆通道；

相应地，全部或者部分所述立柱的中部设置有系缆管道，并使得所述系缆管道在竖向上与多个所述系缆通道同轴连通，继而所述锚泊系统的系缆可依次穿过多个所述系缆通道、所述系缆管道和所述甲板平台，并对应连接在该甲板平台上的锚机上。

上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明的模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，其通过设置浮力可调的浮力可调节点，利用浮力可调节点在水平方向上的依次柔性连接和在竖向上的依次刚性连接，可有效实现浮力主体的快速拼装设置，提升浮力主体乃至于海洋平台的设置效率，降低海洋平台的建造成本；同时，通过柔性连接件的对应设置，可以实现水平方向上浮力可调节点、浮力单元、浮力模块之间的柔性连接，提升浮力主体在受海浪作用下的抗冲击能力，充分缓冲、分解风浪的作用力，保证海洋平台设置的稳定性，延长海洋平台的使用寿命；此外，利用对应位置浮力可调节点浮力的调整，可以实现浮力主体以及浮力主体上甲板平台姿态的快速调整，保证海洋平台设置、使用的稳定性和可靠性；

(2)本发明的模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，其通过优选设置浮力可调节点为包括水平连接件、垂向连接件、空心浮力体的浮力可调节点，利用浮力可调节点内气体、液体比例的对应调节，可以实现浮力可调节点浮力的快速调整，满足浮力模块、浮力主体不同浮力大小的准确控制，即便某个或者某几个浮力可调节点产生损坏而失效，也能通过其他完好浮力可调节点的调整来对应保证浮力主体工作状态的保持和稳定性，避免海洋平台的倾覆，进一步提升海洋平台的稳定性；

(3)本发明的模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，其通过优选设置柔性连接件的结构和参数，可以实现相邻浮力可调节点对应连接后彼此在柔性连接件轴向、径向、环向上的位移，提升浮力可调节点形成浮力主体后的自适应调整能力，以使得海洋平台满足不同应用环境下的应用，尤其适用于深远海养殖环境下的设置与使用，降低深远海养殖的设备成本，实现深远海养殖的快速推广；

(4)本发明的模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，其通过优选设置浮力可调节点和立柱的结构，使得浮力主体底部与甲板平台之间可以形成供系缆穿过的通道，使得系缆的一端可以固定在重力锚块上，另一端固定在甲板平台上的锚机上，通过锚机的控制，可以快速实现系缆的放松或者绷紧，进而实现海洋平台姿态的快速调整，配合浮力主体上对应浮力可调节点浮力的调整，可以充分保证海洋平台的设置稳定性；

(5)本发明的模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，其通过在立柱与甲板平台之间设置垂直减振部件，使得甲板平台可以在竖直方向上具有一定距离内的缓冲距离，使得浮力主体在风浪作用下发生竖向升降时，甲板平台能保证具有一定竖向范围内的缓冲能力，减少甲板平台因海浪作用而发生的上下浮动程度，进一步提升甲板平台设置的稳定性，提升海洋平台的抗风浪能力。

附图说明

图1是本发明实施例中全浮式海上浮式平台的结构正视图(A-A向剖视图)；

图2是本发明实施例中全浮式海上浮式平台的B-B向剖视图；

图3是本发明实施例中全浮式海上浮式平台的第一浮力模块的结构俯视图；

图4是本发明实施例中全浮式海上浮式平台的第一浮力模块的结构侧视图(C-C向剖视图)；

图5是本发明实施例中全浮式海上浮式平台的第二浮力模块的结构俯视图；

图6是本发明实施例中全浮式海上浮式平台的第二浮力模块的结构侧视图(D-D向剖视图)；

图7是本发明实施例中全浮式海上浮式平台的第一浮力可调节点的结构俯视图；

图8是本发明实施例中全浮式海上浮式平台的第二浮力可调节点的结构俯视图；

图9是本发明实施例中全浮式海上浮式平台的第二浮力可调节点的结构剖视图；

图10是本发明实施例中全浮式海上浮式平台的第三浮力可调节点的结构剖视图；

图11是本发明实施例中全浮式海上浮式平台的柔性连接件的结构剖视图；

图12是本发明实施例中全浮式海上浮式平台的柔性连接件的结构侧视图；

图13是本发明实施例中全浮式海上浮式平台的立柱结构示意图；

图14是本发明实施例中全浮式海上浮式平台的立柱结构剖视图；

图15是本发明实施例中单个柔性连接件连接两浮力可调节点时的结构示意图；

图16是本发明实施例中两个柔性连接件连接两浮力可调节点时的结构示意图；

图17是本发明实施例中全浮式海上浮式平台的垂直减振部件的结构示意图；

图18是本发明实施例中全浮式海上浮式平台的重力锚块立体结构示意图；

图19是本发明实施例中全浮式海上浮式平台的重力锚块的结构侧视图；

图20是本发明实施例中全浮式海上浮式平台的储物节点的结构示意图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：

1.浮力可调节点，101.第一浮力可调节点，102.第二浮力可调节点，103.水平连接件，104.垂向连接件，105.第三浮力可调节点，106.系缆通道，107.防磨损连接件，108.进气阀门，109.排气阀门，110.进排水阀门，111.弹性气囊；

2.柔性连接件，201.柔性连接体，202.柔性连接法兰；

3.立柱，301.柱体，302.端部连接件，303.系缆管道；

4.垂直减振部件；5.甲板单元；6.系缆；

7.重力锚块，701.块体，702.系缆挂耳，703.前斜切面，704.抓地齿，705.防侧翻杆件；

8.负重荷载；l.水平节点模数；h.垂直模数；S.单元节点的个数。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例：

请参阅图1～19，本发明优选实施例中的模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台包括浮力主体、甲板平台和锚泊系统。其中，浮力主体漂浮设置在海面上，甲板平台设置在浮力主体的上方，用于放置负重荷载8(此处的负重荷载包括设置在甲板平台上的各式设备、机构、以及临时放置/出现在甲板平台上的各类荷载)。同时，对于优选实施例中的海洋平台而言，其浮力主体的浮力不应小于浮力阈值(对于该“浮力阈值”而言，可以定义为：当浮力主体的浮力大小设置为浮力阈值且甲板平台上的负重荷载处于极限状态时，浮力主体的顶部刚好与海平面平齐)，是为“全浮式”海洋平台。此外，锚泊系统的对应连接在浮力主体的底部，用于实现浮力主体在海洋底部的锚泊，避免浮力主体被海浪冲走，保证浮力主体设置的稳定性。

具体而言，优选实施例中的浮力主体由在水平方向上、垂直方向上依次连接设置的多个浮力模块拼装而成，且浮力模块在优选实施例中通过多个呈空间阵列排布的浮力可调节点1依次拼装而成。

如图7、8中所示，优选实施例中的浮力可调节点1包括但不限于两种类型，即第一浮力可调节点101和第二浮力可调节点102，两浮力可调节点均包括呈球形的节点浮力体和设置在节点浮力体外周环向上的多个水平连接件103，以及分设于该节点浮力体上下两侧的两个垂向连接件104，两者最大的差别在于外周环向上水平连接件103设置数量的差异。例如，对于优选实施例中的第一浮力可调节点101和第二浮力可调节点102而言，前者外周上设置的水平连接件103为间隔设置的6个，后者外周上设置的水平连接件103为间隔设置的4个。同时，水平连接件103优选等间隔设置，即第一浮力可调节点101中各水平连接件103间隔60°设置，第二浮力可调节点102中各水平连接件103间隔90°设置。通过水平连接件103间隔角度的对应设置，可以实现不同横截面形状浮力模块的对应拼装，如图3、5中所示，满足不同的设置需求和不同环境下的应用需求。

在优选实施例中，浮力可调节点的节点浮力体呈球形，但显而易见地，上述结构并非为节点浮力体的唯一设置形式，其在实际设置时还可根据需要设置为椭球形、圆柱形、四棱柱形、五棱柱形、六棱柱形、八棱柱形等。同时，优选实施例中的浮力可调节点的直径通常为1～6m之间，且水平连接件103和/或垂向连接件104的直径通常为150～1200mm。

进一步地，优选实施例中的浮力可调节点1为薄壁空心结构，在内部形成空腔，空腔中设置有弹性气囊111，如图9中所示。通过弹性气囊111的设置，可以将空腔分隔为内外两部分，记其为内侧空腔和外侧空腔，其中的内侧空腔用于容纳气体，外侧空腔用于容纳水体，通过调节壳体内进排气量、进排水量的相互比例，可以对该浮力可调节点1的浮力进行调节。显然，气体和水体在内/外侧空腔内的容置位置可以根据实际需要互换。

进一步地，对应内侧空腔设置有进气阀门108和排气阀门109，进气阀门108的一端与气源连通，另一端连通内侧空腔，排气阀门109的一端连通内侧空腔，另一端连通抽气装置。两个气阀均为单向阀，通过两者的对应控制，可以实现弹性气囊111体积的调节。相应地，对应外侧空腔设置有进排水阀门110，其一端与外侧空腔连通，另一端与浮力可调节点1的外侧连通，通过弹性气囊111体积的膨胀或者缩小，可以实现外侧空腔体积的调节，即实现外侧空腔中水体的自动吸入或者自动排除，以此来实现浮力可调节点1浮力的调节。

在优选实施例中，对应浮力可调节点1的浮力调节设置有气源调节机构，其优选设置在甲板平台上或者直接设置在浮力主体的浮力可调节点1上，且气源调节机构通过管道与一个或者多个浮力可调节点1的进气阀门108连通。当然，优选实施例中的进气阀门108和排气阀门109可以合并为一个。此外，在进排水阀门110的外侧端部，还可对应设置过滤机构，以减少固体杂质进入外侧空腔中。

通过浮力可调节点1的上述设置，可以实现其浮力的对应控制，当弹性气囊111的外周壁面抵接薄壁空心结构的内侧壁面时，外侧空腔的体积最小，此时浮力可调节点1的浮力最大；反之，当弹性气囊111中的气体量足够小时，弹性气囊111被压缩至极限，此时薄壁空心结构中大部分充满着水体，浮力可调节点1的浮力最小。不过，即便是通过调节浮力体内气液的比例，在实际设置时的具体结构也不局限于上述涉及的具体形式，也可根据需要优选设置为别的形式，例如另一个优选实施例中，可以将弹性气囊111去除，在浮力体上分别设置气体进出调节机构和液体进出调节机构，直接调节浮力体中的气液比例，以此来实现浮力的调节。

进一步地，优选实施例中通过多个第一浮力可调节点101在平面上密集连接，可以形成呈“六边形”的单层浮力单元，再通过多层浮力单元在竖向上的层叠连接，可以形成如图3、4中所示并呈“六棱柱形”的浮力模块。继而通过多个浮力模块在水平方向、垂直方向上的对应拼装，可以实现如图1、2中所示的浮力主体的设置。对于第一浮力可调节点101而言，其经过对应拼装后形成的浮力模块呈六棱柱结构，多个六棱柱之间可以通过“柱面连接”和“端面连接”的形式进行拼装，形成整体式浮力主体。当然，对于第二浮力可调节点102而言，其经过对应拼装后可形成呈“四棱柱”结构的浮力模块。

对于单个浮力模块而言，其可看作是将在空间中呈密集阵列排布的多个浮力体利用多个水平连接件103和多个垂向连接件104形成的空间桁架结构对应连接而成，其浮力大小往往由单位体积浮力模块中浮力可调节点1的设置数量、各浮力可调节点1的浮力控制来决定。同时，浮力模块的体积往往是由单层浮力单元的面积与浮力单元的设置层数决定。

具体来讲，单层浮力单元的面积由水平节点模数l和单元节点的个数S决定，其中，水平节点模数l为相邻两浮力可调节点1连接后的中心距离；单元节点的个数S为浮力单元各边上浮力可调节点1的设置数量，其在图3中为3，在图5中为5。在实际设置时，水平节点模数的值越接近浮力可调节点1的直径，在这个单层浮力单元中，浮力可调节点的密集程度也就越大，对应形成的浮力单元的浮力可调范围也越大。根据实际设置的需要，可以通过改变浮力单元中浮力可调节点1分布的密集程度来调整浮力单元的浮力，并将得到的浮力模块分为重载浮力模块、中载浮力模块和轻载浮力模块。

进一步地，多层浮力单元之间可在竖向上分别连接，形成一定体积的浮力模块。例如，图4、图6中的浮力模块分别由四层浮力单元竖向拼接而成。在竖向拼接时，竖向相邻的两浮力可调节点1之间的间距为垂直模数h，在一般情况下，在满足生产安装工艺要求的前提下，垂直模数的取值应尽可能接近浮力可调节点1的直径，这样可以使得浮力可调节点1在竖向上的密集程度可以充分保证，进而保证浮力模块的浮力大小。

在实际设置时，单个浮力模块中浮力单元的设置层数为2～8层，这可根据实际组装和设计的需要进行优选。同时，在同一个海洋平台中，浮力模块的设置数量可以是水平方向上依次设置的多个，也可以是竖向上依次设置的多个。

优选地，浮力主体中的浮力可调节点1还可部分替换为储物节点，进一步优选为如图20中所示的球形储物节点。上述储物节点优选为设置在浮力主体的顶部，其包括相较于桁架结构(水平连接件103或者垂向连接件104)膨大的薄壁空心壳体，用以存贮模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台工作中所需的物资，包括气态物资或液态物资或固态物资。它们的共同特点是，储物节点可以降低重心，提高浮力主体的稳定性；充分利用了自身的储存空间，提高了自持力和续航力，且提供了更好的封闭性，储存温度稳定性，无需通过船舶进行频繁的物资转运和补给。

当储物节点存贮气态物资时，可用于存贮压缩气体，每一个这样的储物节点可以为周边的一个或多个浮力可调节点1的浮力调节提供气源。储存压缩气体的储物节点的结构可以单独设计，也可以与浮力可调节点1类似，不同的是在其基础上去掉弹性气囊、进排水口、进排水阀门、进水过滤器等，保留进气阀门、排气阀门等。其中，进气阀门可与外部连通，用于压缩空气外部定期补充或由管道适时补充；储存压缩气体的储物节点的排气阀门与若干浮力可调节点1的进气阀门108连通。通过储存压缩气体的储物节点的设置，可以在不需要频繁调节浮力的应用场合下不依赖外部动力和气源完成自主浮力调节；还可以大大简化桁架杆件中的供排气管路设计，降低维修难度。

当储物节点存贮液态物资时，可用于存贮油料或淡水，油料可供发电机组使用，淡水可用于平台的应急使用(可来自于外部补充，也可以通过管道从海水淡化装置、自然降水中收集，再反哺使用)。储存液态物资的储物节点的结构可以单独设计为如图20所示的形式，其外周上对应设置有进料口和出料口，用于外部定期补充/排出或管道适时补充/排出储存物资，外部定期补充时，优选将储物节点上浮到水面以上进行。

当储物节点存贮固态物资时，固态物资一般指可以方便地从储物节点中加入和抽出的固体颗粒，如粮食、功能性零部件等。储存固体物资的储物节点的结构可以单独设计为如图20所示的形式，即包括进料口和出料口，用于外部定期补充/排出或管道适时补充/排出，外部定期补充时，可在上浮到水面以上时进行为佳。

进一步优选地，浮力主体中的浮力可调节点1还可部分替换为增重节点，具体优选为球形增重节点。优选实施例中的增重节点也包括薄壁空心壳体，该壳体内装设有比重大于水的内容物，以克服浮力并增加自重。同时，增重节点往往设置在浮力主体的底部，并优选在环向上间隔替换，以降低整个浮力主体的重心，增加整个海上浮式平台的平衡性和稳定性。

如图11、12中所示，优选实施例中对应于浮力可调节点1的水平连接设置有柔性连接件2，其由柔性连接体201和设置在柔性连接体201两端的柔性连接法兰202对应组成。柔性连接体201具有一定的径向、轴向、环向变形能力，能够实现15～50mm的伸缩变形(轴线方向)和10～30mm的横向位移(径向/与轴线方向相交的方向)，以及15°以内的转动变形(环向)。同时，柔性连接件2可以在两浮力可调节点1之间单独使用，也可以由多个柔性连接件2拼接后再在两浮力可调节点1之间对应使用(例如在进行两相邻浮力模块的连接时)，如图15、16中所示。为实现浮力可调节点1的快速连接，优选实施例中的水平连接件103为水平连接法兰，即水平方向上相邻的两浮力可调节点1之间通过柔性连接件2对应连接，如此，便可使得处于同一水平面内的各浮力可调节点1之间可以在一定范围内进行位移，使得浮力单元可以更好地适应海浪作用的环境，充分缓冲海浪的作用力，保证海洋平台设置的稳定性。

相应地，层叠设置的两层浮力单元之间通过垂向连接件104直接连接，即竖向相邻的两浮力可调节点1之间刚性连接，这样可以充分保证浮力主体在竖向上的受力整体性，保证浮力主体工作时各位置处的水平。在完成设置后，浮力模块可以看作是由多个刚性连接的单列浮力可调节点1在水平面内依次柔性拼装而成。此外，竖向相邻的两浮力模块之间，通过柔性连接件2柔性连接。在优选实施例中，同一个浮力模块中的各浮力可调节点1之间通过单个柔性连接件2连接，相邻两浮力模块之间的浮力可调节点1之间通过串联连接的两个柔性连接件2连接，如图2中所示。同时，竖向相邻的两浮力模块之间通过浮力可调节点1的垂向连接件104直接连接，或者通过法兰连接杆对应连接，例如在如图1中，竖向上设置的浮力模块为两层，且两层浮力模块之间通过一定长度的法兰连接杆刚性连接。显然，不管选用的浮力可调节点1为第一浮力可调节点101还是第二浮力可调节点102，其对应拼装成浮力主体的方法都可以参考上述介绍的设置形式，并最终形成一定体积的浮力主体。

进一步地，如图1中所示，在浮力主体的上方，设置有甲板平台，其可以是整体式结构，也可以是由多个甲板单元5拼接而成。浮力主体与甲板平台之间通过多根呈竖向设置的立柱3对应连接，通过立柱3长度的优选，可以对应调节甲板平台与水位线之间的距离，以此增强平台的抗风浪能力。实际设置时，立柱3的设置长度可以为2～20m。

优选实施例中的立柱3如图13中所示，其两端分别设置有法兰，通过端部法兰的对应连接，可以快速实现立柱3在甲板平台与浮力主体之间的设置。此外，为了保证甲板平台设置的稳定性，优选实施例中在立柱3与甲板单元5之间还设置有如图17中所示的垂直减振部件4，该垂直减振部件4具有竖向上相对设置的减振单元，两减振单元之间设置有可竖向伸缩的弹簧，继而两减振单元可分别连接立柱3和甲板单元5的底部，实现甲板单元5与立柱3的活动连接，以此可以充分满足浮力主体因海浪作用而上下浮动时甲板平台的平稳性，缓冲掉一部分来自浮力主体的竖向作用力，进而保证海洋平台工作的稳定性。

进一步地，优选实施例中的锚泊系统包括系缆6和对应系缆6设置的重力锚块7。系缆6的一端连接在浮力主体的底部，另一端连接在重力锚块7上。通过多个重力锚块7沉落在海底面上，可以实现海洋平台在深远海对应海域的设置，避免海洋平台被海流、洋流冲走，确保设置的稳定性。

具体而言，优选实施例中系缆6的一端连接在浮力可调节点1底部的垂向连接件104上，另一端连接在重力锚块7上。重力锚块7如图18、19中所示，其包括呈块状结构的块体701，块体701的顶部设置有系缆挂耳702，用于连接系缆6的一端；同时，块体701的底部设置有多个抓地齿704，并在块体701的一侧设置有前斜切面703。利用抓地齿704的设置，可以实现重力锚块7在海底面上的可靠设置，避免重力锚块7在深海洋流或者海底动物的作用下在海底移动。此外，在块体701的两侧分别设置有防侧翻杆件705，以此避免重力锚块7在海洋底部的侧翻，进一步确保重力锚块7设置的稳定性。

为确保浮力主体底部环向上各位置处锚泊固定的稳定性，优选实施例中的重力锚块7在海底面上设置为多个，例如当浮力主体的平面形状为六边形时，重力锚块7的设置数量为6个，分别对应环向上的6个浮力模块设置；而当浮力主体的平面形状为矩形时，重力锚块7的设置数量为环向间隔排布的4个或者8个。相应地，各重力锚块7上连接的系缆6分别以端部连接在浮力主体底部环向上的对应浮力模块上，保证浮力主体底部环向上的各浮力模块分别连接有系缆6，如图2中所示。进一步优选地，各系缆6在设置时与海底面呈一定倾斜角度，并使得重力锚块7位于浮力主体正对海底面的区域之外，如此，可以进一步利用各系缆6之间的相互牵制，保证海洋平台设置的稳定性。

优选地，为了进一步保证系缆6设置时的稳定性，优选实施例中可以将第一浮力可调节点101或者第二浮力可调节点102改进为如图10中所示的第三浮力可调节点105，在此第三浮力可调节点105中，其两个垂向连接件104之间设置有系缆通道106，该系缆通道106连通两垂向连接件104的端面，用于系缆6一端的穿过。相应地，对应第三浮力可调节点105将立柱3设置为如图14中所示的结构，其中，立柱3包括柱体301和设置在柱体301两端的端部连接件302，该端部连接件302在实际设置时可以优选为法兰。同时，柱体301的中部沿轴向设置有贯穿两端面的系缆管道303。此外，为了减少对系缆6的磨损，在浮力主体的底部设置有防磨损连接件107，其可对应连接在浮力主体底部的第三浮力可调节点105底部，使得系缆6绷直后可以接触该防磨损连接件107底部的平滑件，该平滑件可以为表面设置有一定弧度的圆环结构，即使得系缆6与浮力主体的接触部位为圆弧面，减轻局部磨损的程度。

通过上述设置，可以使得当浮力主体与立柱3完成对接后，系缆6可以从浮力主体的底部依次穿过各系缆通道106再穿入系缆管道303中，并在通过系缆管道303后穿过甲板单元5，直至与甲板上对应的锚机相连。如此，便可通过操作锚机实现系缆6的收紧或者放松，从而可以调整全浮式海上浮式平台的姿态。为实现上述目的，浮力主体的各浮力可调节点1选用第三浮力可调节点105进行拼接，或者仅在系缆6连接位置处的竖向列选用第三浮力可调节点105。

进一步优选地，在实际使用时，可以适当降低位于浮力主体下方的浮力可调节点1的浮力，以此使得整个海洋平台的重心降低，增加海洋平台的稳定性和耐波性。至于如何具体调节浮力主体竖向上各浮力可调节点1的浮力，可以根据实际需要进行优选，例如可以设置使得竖向单列上浮力可调节点1的浮力由上至下依次降低，或者将浮力主体底部的浮力模块的浮力降低，或者将浮力主体底部的若干层浮力单元的浮力降低等。

在实际使用时，全浮式海上浮式平台的工作状态至少包括如下几种：

1、正常低负载状态，在这个状态下，浮力主体的顶部突出于海平面；

2、正常高负载状态，在这个状态下，浮力主体的吃水量增加，甲板平台上增加的荷载与浮力主体的浮力全部或者部分抵消；当甲板平台上的荷载达到设计极限时，浮力主体的吃水量变为最大，浮力主体的顶部刚好全部浸没在海平面以下；

3、超过极限荷载状态，在这个状态下，甲板平台上增加的荷载大于浮力主体的浮力，浮力主体的吃水量已经达到最大(完全浸没在海水中)；此时，需要针对浮力主体进行浮力的调节，使得整个海洋平台的浮力增大，进而将浮力主体的顶部调整至海平面以上。

对于上述前两个状态，属于海洋平台正常工作时的运行状态，而最后一种状态，往往会在甲板平台上的荷载突然增多或者部分浮力可调节点失效或者浪涌作用太大的情况下发生，此时，可以通过对应浮力可调节点的浮力调节，使得海洋平台恢复正常工作状态。此外，如果优选实施例中的海上浮式平台设置在近海或者海域深度较小的情况下，在保证甲板平台突出水面的前提下，浮力主体也可以沉底设置。

进一步地，对于优选实施例中的海洋平台，其在设置时的步骤可以包括如下步骤：

(1)先在具有一定水深的岸边或者近海组装一定数量的浮力模块，并将浮力模块的浮力调整为最大，即浮力模块此时的吃水量最小；

(2)将各浮力模块按照海洋平台的设置要求进行水平方向上的扩展拼装和竖直方向上的延伸拼接，形成吃水量最小的浮力主体；

(3)利用驳船将甲板单元5、立柱3、垂直减振部件4、系缆6、重力锚块7等材料运往海洋平台的设置海域，在运输过程中，可以采用拖驳的方式将浮力主体拖至目标海域。

(4)待到达目标海域，可以通过调节对应浮力模块中浮力可调节点1的浮力大小，实现浮力主体吃水量的调节，将浮力主体的浮力大小调整至设计值；

(5)将各立柱3对应连接在浮力主体上的对应位置，并将甲板单元5拼装成整体结构的甲板平台，继而将甲板平台的底部与各立柱3的顶部对应连接。显然，甲板平台可以先对应拼接后再与各立柱3连接，也可以先实现各甲板单元5与对应位置处立柱3的连接后，再将各甲板单元5拼装成整体结构。

(6)对应浮力主体设置由重力锚块7和系缆6组成的锚泊系统，实现浮力主体底部外周各处的固定，完成海洋平台主体结构的设置。

(7)在甲板平台上设置对应的设备或机构，完成海洋平台的功能性设置，确保海洋平台可以正常稳定工作。

显然，相比于传统海洋平台设置过程中需要先将浮力主体在船厂提前拼装好再通过大型驳船运输至目标海域的做法，上述运输形式存在巨大的便利。而且，在实际设置时，也可先将浮力可调节点1先拼装成若干浮力模块，并将各浮力模块拖行至目标海域后再拼装。

另外，针对甲板单元5、浮力模块等部件的运输，可以通过拖驳的方式进行，这样可以避免大型船只的使用。具体而言，可以先在浮力模块拼装好之后，将甲板单元5简要固定在浮力模块的上方，在对拼装后的“浮力模块+甲板单元”的组合结构进行拖驳作业，如此，便可减少大型船只的使用，待拖驳到目标海域后，可先将浮力模块拼装成整体，再拆下甲板单元5，配以立柱3后完成海平面以上结构的装配。

此外，当浮力主体在竖向上的高度较大且采用拖驳的方式进行运输时，可在运输过程中将浮力主体翻转90°后水平拖驳，即将各浮力可调节点1的各垂向连接件104由“垂向”切换为“水平”，并且将各浮力可调节点1的浮力调整至最大(吃水量最小)。如此设置，可以为浮力主体的拖驳带来充分的便利，保证拖驳的效率和稳定性。待浮力主体拖驳运输到目标海域，再通过调整对应位置浮力可调节点内的浮力，改变浮力主体的重心位置，实现浮力主体在海水中吃水量的调整和设置方向的翻转，最终调整至浮力主体的浮力设计值和设置方向。不过，考虑到浮力可调节点1之间的水平柔性连接，在进行浮力主体的90°翻转前，可以先在浮力主体的顶部和底部分别设置若干根水平连杆，水平连杆与顶部浮力可调节点的垂向连接件对应连接，即将每一行的浮力可调节点1刚性连接起来，以此避免翻转后竖向各层浮力单元之间的位移，以及对柔性连接件的损坏。

进一步地，在实际进行浮力主体的拖驳时，还可以选用的方式是将各拼装后的浮力模块依次串联设置，再将串联设置后的浮力主体拖驳到目标海域，并在目标海域解除对应浮力模块的连接，再通过调节对应浮力模块的浮力大小，实现浮力模块吃水量的调节，进而完成浮力模块在竖向上的连接，直至完成整个浮力主体的设置。

本发明中的模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，其结构简单，设置简便，通过浮力可调节点在空间中的密集阵列排布和连接，能快速实现浮力模块的拼装；同时，利用柔性连接件的对应设置，可有效实现各浮力可调节点在水平方向上的柔性连接，提升浮力模块的抗风浪能力，实现海浪作用力的分层缓冲；另外，利用各浮力可调节点在竖直方向上的刚性连接，可以保证浮力主体设置后的竖向稳定性，进而保证海洋平台工作时的可靠性。而且，当本发明中的全浮式海上浮式平台出现部分浮力可调节点失效或者部分立柱失效的情况时，可以对应调整其他完好浮力可调节点的浮力大小，进而保证浮力平台整体受力的均衡性，确保海洋平台不至于快速失效、侧翻，为海洋平台的应急抢修和救援争取到足够的时间。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，包括甲板平台和浮力主体，其特征在于，

所述甲板平台通过多个立柱支撑在所述浮力主体的上方；所述浮力主体漂浮设置在海面上，其由多个浮力模块在水平方向上柔性连接和/或在竖直方向上刚性连接而成；

所述浮力模块包括在竖向上依次层叠设置的多层浮力单元，所述浮力单元包括在同一个平面内呈阵列排布的多个浮力可调节点；相邻浮力可调节点之间通过设置于浮力可调节点外周的水平连接件柔性连接，且相邻两所述浮力单元之间通过分设于浮力可调节点上下两侧的垂向连接件相互刚性连接；以及所述浮力主体的浮力大小通过调节该浮力主体中至少部分浮力可调节点的浮力来实现。

2.根据权利要求1所述的模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，其中，所述浮力可调节点包括节点浮力体和间隔设置在该节点浮力体外周环向上的多个水平连接件，以及分设于所述节点浮力体顶部和底部的两个垂向连接件。

3.根据权利要求1所述的模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，其中，

还包括储物节点；

部分所述浮力可调节点替换为所述储物节点，其具有薄壁空心壳体，用以存贮所述海上浮式平台工作中所需的物资，包括气态物资或液态物资或固态物资；

当所述储物节点存贮气态物资时，用于存贮压缩气体，每一个所述储物节点可为周边的一个或多个所述浮力可调节点的浮力调节提供气源；

当所述储物节点存贮液态物资时，用于存贮油料或淡水；

当所述储物节点存贮固态物资时，用于存贮粮食或者固体零部件；

和/或，

还包括增重节点；

部分所述浮力可调节点替换为所述增重节点，其具有薄壁空心壳体，内装比重大于水的内容物，以克服浮力并增大自重。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，其中，所述浮力可调节点的内部设置有可填充水体和气体的腔室，且所述浮力可调节点内水体与气体的比例可对应调节。

5.根据权利要求4所述的模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，其中，对应所述浮力可调节点还设置有气源调节机构，所述气源调节机构设置在所述甲板平台上或者设置在所述浮力可调节点上，且所述气源调节机构通过管道与一个或者多个所述浮力可调节点的腔室连通。

6.根据权利要求2所述的模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，其中，对应所述浮力可调节点的柔性连接设置有柔性连接件；

所述柔性连接件包括柔性连接体和设置在该柔性连接体两端的柔性连接法兰；同一浮力单元中相邻的两所述浮力可调节点分别以所述水平连接件连接在一个所述柔性连接件两端的柔性连接法兰上。

7.根据权利要求6所述的模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，其中，所述柔性连接体的变形包括轴向上伸缩变形、径向上位移变形和环向上转动变形中的一种或多种。

8.根据权利要求6或7所述的模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，其中，所述柔性连接件可在两所述浮力可调节点之间单独使用或者由至少两个柔性连接件依次串联成整体后再分别连接两所述浮力可调节点。

9.根据权利要求1～3中任一项所述的模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，其中，所述甲板平台与所述立柱之间设置有垂直减震部件。

10.根据权利要求1～3中任一项所述的模块化空间桁架结构全浮式海上浮式平台，其中，还包括锚泊系统，且部分竖向单列上的所述浮力可调节点沿竖向设置有系缆通道；相应地，全部或者部分所述立柱的中部设置有系缆管道，并使得所述系缆管道在竖向上与多个所述系缆通道同轴连通，继而所述锚泊系统的系缆可依次穿过多个所述系缆通道、所述系缆管道和所述甲板平台，并对应连接在该甲板平台上的锚机上。

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