CN111919802B - 一种远海网箱养殖综合体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远海网箱养殖综合体，其特征在于，包括模块化空间桁架结构的远海养殖网箱、浮式服务海洋平台、工作船；若干远海养殖网箱围绕浮式服务海洋平台设置，工作船往返运输于岸上与浮式服务海洋平台之间；浮式服务海洋平台的下部浮力结构由具有阵列浮力可调节点的浮力模块模块化叠加而成，上部平台结构提供各种功能组块的存放空间，如喂养饲料、物料、冷链、生活设施等；远海养殖网箱为模块化空间桁架结构，解决了“抗风浪”和“出效益”的难题。工作船间隔性的往返于岸上基地和浮式服务海洋平台之间，为平台运输饲料、能源、设备和补给供应，以及人力资源或旅游者。

Description

一种远海网箱养殖综合体

技术领域

本发明属于海洋工程装置、特别是深远海养殖装备领域，具体涉及一种远海网箱养殖综合体。

背景技术

自然地理环境成为影响深远海养殖的一大客观因素。我国沿海海况较其他养殖业发达国家更为复杂，我国近岸浅、污染重、台风多、避风港湾少、海况恶劣等。全球60%台风都集中在我国东南沿海，对我国进行对深远海水产养殖极其不利。

除此之外，一个数万立方米体积的深远海养殖网箱需要与之匹配的大量合规苗种一次性放养；网箱收获季，又需要在一个较短的时间段，处理加工数千吨级渔获物的能力和冷链物流运输及市场容纳能力。海上冷链物流技术未能实现由海洋到陆地到餐桌的无缝连接，深远海养殖人员生活保障系统还没完善（如淡水和新鲜蔬菜）。开拓深远海养殖新空间是保障人民食物蛋白质供应的战略需求，需要探索深远海养殖新模式，攻克关键工程技术，推动我国水产养殖业走向“深蓝”。

这就需要开展关键技术与重大装备研发，加大深海大型养殖平台、大型养殖工船、深潜观测、鱼体大小自动测量与分级、鱼的行为观察与计数、自动投饲、死鱼拣出、养成鱼收获与现场加工等渔业装备研制。引导关联性和共通性领域企业的互联互通，加快军民融合跨行业、多领域深度发展，构建“养--捕--加”相结合、“海--岛--陆”相连接的全产业链的深远海养殖体系，建立企业平台，形成全新的产业链模式。

传统近海海上网箱养殖的模式为（网箱--工作船）模式，典型的现有技术如CN107343482A和CN105918198A等，在离岸较近的海域上分布若干养殖网箱，这些网箱由每天若干交往返于岸上基地的小工作船负责投喂和维护，这种养殖模式一般只适用于离岸较近的小规模非智能化人工养殖。

随着网箱养殖一步步走向远海，其缺点就显现出来了：

其一，若网箱放置海域距海岸以百公里以上计，工作船往返一次要十多小时，若每日多次往返，显然不可能。

其二，若遇恶劣天气、海况，工作船无法出海，网箱无法投喂，会导致养殖过程中断。

其三，养殖网箱远离海岸，对网箱的监视调控、维护保养都变的异常困难。

其四，在收获季，鱼获出水后不能及时加工冷藏，导致前端冷链缺失，严重影响鱼获的品质。

其五，无法及时监控水下养殖状况以及其它未考虑到的不利因素。

上述分析表明，在远离海岸线的大规模智能化深远海网箱养殖过程中，如沿用（网箱--工作船）养殖模式，是完全行不通的，我国深蓝一号大型远海网箱实际操作也验证了这种模式的不可行。

在深远海养殖网箱方面，还存在“抗风浪”和“出效益”这两个突出问题。

在深远海养殖，要将养殖装备固定在某一区域，需要具有较强的抗风浪能力、较强的能源自给能力和自持力，在极端风浪来临前，需能够躲避。

深水网箱受海流产生变形问题不容忽视，普通重力式网箱在水流1米/秒的情况下，网箱体积损失率可高达80%，大大压缩了养殖水体，不利于鱼类生长。

网衣清洗和更换主要依靠人工操作，水下作业难度较高，防污损技术要求高。

水产养殖中鱼类的应激反应问题同样突出，深远海养殖的环境更为复杂，风、气压、水流、温度、光照、盐度等等因素众多且不确定，现有的网箱限制了鱼类为克服应激反应的自然动作，又缺乏对环境适应和调整的技术手段和能力，因此鱼类应激反应危害更严重且不可控，导致鱼类生长发育缓慢、繁殖能力下降、免疫机能低下以致发病率升高、甚至突然死亡等。

再如CN109874716A这类网箱，虽然具有悬索和浮潜功能，但都是以网箱整体进行竖向浮潜，在收获的过程中，由于养殖水体体积过大，直接泵吸效果不佳，通常需要以收网的方式捕鱼，但得依赖外部的船舶机械，且网箱与网体需要先完成分离，容易出现纠缠、分离不彻底，机械扯破网衣导致鱼类大量流失，由此，机械收网需谨慎稍作，非常耗时且效率低（这在网衣清洗和更换时同样如此）。这一问题在不可预知的风流浪等恶劣外部环境来临时，变得更加突出，船舶出航本就是一大问题，即使出航，窗口期也来不及完成收鱼或转移，而一般悬索类网箱的强度又不够，避险能力也不足，因此，悬索类网箱经常发生风暴过后箱毁渔亡的事故，带来巨大的经济损失。

发明内容

针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种全新的远海网箱养殖综合体，即远海养殖网箱——浮式服务海洋平台——工作船模式。

浮式服务海洋平台的下部浮力结构由具有阵列浮力可调节点的浮力模块模块化叠加而成，上部平台结构提供各种功能组块的存放空间，如喂养饲料、物料，油料的仓储，调节网箱的监测控制室，淡水的生产和储存空间，存放收获的鱼进行冷链加工空间，以及员工工作生活设施，也可根据实际情况增设进行远洋观光旅游设施空间，能源转换设备空间。

远海养殖网箱为模块化空间桁架结构，优选通过采用包括浮力可调层和浮力不可调层的多层空间桁架钢结构框架，其中外层框架的结构节点膨大为浮力可调节点，为整个网箱提供浮力，内层框架结构用于安装网衣以形成养殖水体，通过控制浮力可调节点内的水气比例，可以精确来控制每个浮力可调节点浮力，通过调节多个浮力可调节点的浮力，可实现网箱浮潜、承载量和水中姿态进行调节，特别是大致竖直状态、大致水平状态和竖直面内的滚翻状态三者中任意两者之间姿态的切换，解决了“抗风浪”和“出效益”的难题。

工作船间隔性的往返于岸上基地和浮式服务海洋平台之间，为平台运输饲料、能源、设备和补给供应，以及人力资源或旅游者。在还有驳船的方案中，驳船定期往返于中心浮式平台和小型无人浮式平台，为小型无人平台运送、原料、油料、维修用品等，并且为人员巡视提供交通。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种远海网箱养殖综合体，其特征在于，包括模块化空间桁架结构的远海养殖网箱、浮式服务海洋平台、工作船；

所述远海养殖网箱包括网箱框架、养殖网；所述网箱框架由桁架节点和桁架杆件模块化建造和扩展；

所述浮式服务海洋平台包括上部平台结构、中间支撑结构、下部浮力结构；所述上部平台结构设置用于远海养殖的平台工作负载；所述下部浮力结构包括若干在平面及垂直方向叠加的浮力模块，所述浮力模块包括若干所述桁架节点的浮力可调节点形成的立体阵列；

若干所述远海养殖网箱围绕所述浮式服务海洋平台设置，所述工作船往返运输于岸上与所述浮式服务海洋平台之间。

优选地，所述网箱框架中至少部分为内外方向上的多层桁架，所述多层桁架包括浮力可调层和浮力不可调层，最内层为所述浮力不可调层，最内层的外侧至少含一层所述浮力可调层；

所述桁架节点除了包括所述浮力可调节点外，还包括浮力不可调的力学节点，所述桁架杆件包括浮力可调节点间连杆、力学节点间连杆、层间节点间连杆；

所述浮力可调层包括所述浮力可调节点和所述浮力可调节点间连杆，所述浮力不可调层包括所述力学节点和所述力学节点间连杆；各层之间通过相对应的桁架节点之间的所述层间节点间连杆连接；

所述浮力可调节点为相较桁架杆件膨大的薄壁空心壳体，用以产生远海养殖网箱工作中所需的浮力，以及对远海养殖网箱的浮潜、承载量和水中姿态进行调节；

所述养殖网中至少部分固定在最内层的所述浮力不可调层，并形成封闭的养殖水体空间。

优选地，水中姿态调节包括大致竖直状态、大致水平状态和竖直面内的滚翻状态三者中任意两者之间的切换。

优选地，所述远海养殖网箱包括一种全封闭远海网箱，其网箱框架为全封闭的笼形空间桁架结构，全部为内外方向上的所述多层桁架，所述养殖网全部固定在最内层的所述浮力不可调层。

和/或，

所述远海养殖网箱包括一种半潜式远海网箱，其网箱框架包括全封闭的笼形空间桁架结构和设置在其上的半潜桁架；

全封闭的笼形空间桁架结构全部为内外方向上的所述多层桁架；

所述半潜桁架包括所述浮力可调层；

所述养殖网全部固定在最内层的所述浮力不可调层。

和/或，

所述远海养殖网箱包括一种轻型半潜式远海网箱，其网箱框架包括全封闭的轻型笼形空间桁架结构和设置在其上的半潜桁架；

所述轻型笼形空间桁架结构全部为内外方向上的所述多层桁架，所述轻型笼形空间桁架结构在竖向中部的水平截面上截取的单环周向的所述浮力可调节点的数量，小于所述半潜桁架在水平截面上对应的单环周向的所述浮力可调节点的数量；

所述半潜桁架包括所述浮力可调层；

所述养殖网全部固定在最内层的所述浮力不可调层。

和/或，

所述远海养殖网箱包括一种轻型半潜式远海网箱，其网箱框架包括半封闭、下开放的轻型笼形空间桁架结构和设置在其上的半潜桁架；

所述轻型笼形空间桁架结构全部为内外方向上的所述多层桁架，所述轻型笼形空间桁架结构在竖向中部的水平截面上截取的单环周向的所述浮力可调节点的数量，小于所述半潜桁架在水平截面上对应的单环周向的所述浮力可调节点的数量；

所述半潜桁架包括所述浮力可调层；

所述养殖网的网底以上的部分固定在最内层的所述浮力不可调层，网底为锥形柔性网底。

和/或，

所述远海养殖网箱包括一种轻型半潜式远海网箱，其网箱框架包括半封闭、下开放的轻型笼形空间桁架结构和设置在其上的半潜桁架；

所述桁架节点还包括浮力可调节点与力学节点间连杆；

所述轻型笼形空间桁架结构全部为内外方向上的所述多层桁架，所述轻型笼形空间桁架结构的侧面桁架的每个单立柱中，中部的浮力可调节点替换为力学节点，并通过浮力可调节点与力学节点间连杆依次连接；所述轻型笼形空间桁架结构在竖向中部的水平截面上截取的单环周向的所述力学节点的数量，小于所述半潜桁架在水平截面上对应的单环周向的所述浮力可调节点的数量；

所述半潜桁架包括所述浮力可调层；

所述养殖网的网底以上的部分固定在最内层的所述浮力不可调层，网底为锥形柔性网底。

和/或，

所述远海养殖网箱包括一种轻型半潜式悬索远海网箱，其网箱框架包括顶面桁架和设置在其上的半潜桁架，以及底面桁架；

所述顶面桁架和底面桁架为内外方向上的所述多层桁架；

所述半潜桁架包括所述浮力可调层；

所述轻型半潜式悬索远海网箱还包括多组悬索，设置在所述顶面桁架和底面桁架之间，包括主悬索和副悬索，所述主悬索对应连接上下周向的浮力可调节点，所述副悬索对应连接上下周向的所述力学节点；

全封闭养殖网设置在所述顶面桁架、副悬索、底面桁架的内侧。优选地，所述底面桁架为中空的周向结构，连接锥形柔性网底。

优选地，所述浮式服务海洋平台的上部平台结构包括平台甲板；

所述中间支撑结构包括若干平台升高立柱，所述平台升高立柱支撑在所述平台甲板和所述下部浮力结构之间。

优选地，所述下部浮力结构还包括平台半潜模块和下潜立柱，所述平台半潜模块至少包括一层由若干所述浮力可调节点形成的平面阵列；所述平台升高立柱支撑在所述平台甲板和所述平台半潜模块之间，若干所述下潜立柱支撑在所述平台半潜模块和最上层的所述浮力模块之间。

优选地，所述远海养殖网箱、浮式服务海洋平台各自独立锚固；

所述远海养殖网箱与浮式服务海洋平台之间通过悬浮在海面的综合管线连接，所述综合管线包括饲料投喂管，压缩空气管，监测及控制电路管线，动力电路管线；

或者，所述远海养殖网箱与浮式服务海洋平台之间通过驳船进行往复运输对接。

优选地，所述浮式服务海洋平台独立锚固；

所述远海养殖网箱不锚固，与所述浮式服务海洋平台的连接关系包括如下任一或组合：

一种是，所述远海养殖网箱直接铰接于所述浮式服务海洋平台；

另一种是，所述远海养殖网箱与浮式服务海洋平台分别铰接于刚性摇臂的两端。

优选地，所述浮式服务海洋平台包括有人值守的中心浮式平台、无人值守式浮式服务海洋平台；

若干所述远海养殖网箱围绕并直接或间接连接所述无人值守式浮式服务海洋平台，形成模块化养殖单元；

若干模块化养殖单元围绕所述中心浮式平台设置，驳船往返运输于无人值守式浮式服务海洋平台和中心浮式平台之间。

优选地，所述浮式服务海洋平台包括辅助平台；

所述辅助平台包括浮式直升机坪台、浮式风光互补发电存储平台、浮式太阳能海水淡化存储平台、浮式太阳能海水蔬菜种植平台、浮式旅游平台中的任意一种或任意组合；

若干种所述辅助平台通过浮式栈桥平台和/或浮式码头平台围绕连接所述中心浮式平台。

优选地，所述浮式服务海洋平台为具有船形架构的自航浮式平台，其具有推进装置，若干所述远海养殖网箱可拆卸地安装在所述自航浮式平台的中部两侧。

优选地，所述浮式服务海洋平台为具有船形架构的自航浮式平台，其具有推进装置，所述自航浮式平台包括船首部分和船尾部分，船首部分与船尾部分中间通过若干固定式的所述远海养殖网箱连为一体，中间上部设置栈桥，中间若干固定式的所述远海养殖网箱两侧安装若干可拆卸式的所述远海养殖网箱。

优选地，所述自航浮式平台的所述浮力模块的平面面积小于所述远海养殖网箱的平面面积，所述自航浮式平台的中部每一侧的若干所述远海养殖网箱相互间隔排列。

上述优选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、远海三位一体的最小基本单元：浮式平台+网箱+工作船，浮式平台具有基本的动力装置和油料存储，确保浮式平台所有装置动力；具有基本的鱼饲料存储和投放装置，在一定时间内确保自动定时投喂鱼饲料；浮式平台具有浮式平台和网箱所需的浮力节点调控气压装置和储气装置可实现无人操作，确保正常运行；浮式平台具有各类监控设备，可以实现远程监控，应对各类危机出现；浮式平台具有捕捞装置，可以确保鱼获时，快速彻底清空网箱；工作船可在一周或二周一次，周期性定期补给浮式平台，适合工业化的标准养殖模式。

2、基本单元中浮式平台+网箱具有扩展性，可根据海洋的地理环境要求，在无台风海域实现远海网箱全浮养殖；也可网箱在需要规避风浪海域实现平时全浮，风浪来临时半潜养殖模式；可以适合目前所有人工养殖鱼类的需求。

3、基本单元中浮式平台+网箱具有网箱坐底功能，当在黄海冷水团海域养殖三文鱼时，在冬季海水温度低时全浮，在夏季水温高时下潜至坐底；完全满足三文鱼对生长环境温度的要求。

4、基本单元中浮式平台+网箱在中小型规模使用时，浮式平台在具有第1条的特点外，还可以扩展功能，增加工作人员工作和生活区域；增加维修保养设备；增加浮式装卸平台（或直升机坪）等。

5、浮式平台在超大型远海网箱养殖使用时，通过多次组合浮式平台，扩展为中心浮式平台，在具有第4条的特点外，还可以扩展功能，增加鱼获加工自动线和冷库设备，增加鱼饲料加工设备，形成完善的服务中心。

6、通过驳船服务于最小基本单元，通过工作船连接陆地基地，中心浮式平台+基本单元浮式平台+驳船+工作船构成超大型的海洋牧场。

7、浮式平台专业功能细分化，具有风光互补海上风电存储平台；浮式海水淡化及蔬菜种植平台；浮式旅游观光平台；通过浮式栈桥连接中心浮式平台，游艇配合浮式旅游观光平台，提升和完善了深远海上养殖人员生活保障系统，实现了淡水和新鲜蔬菜的自主供应。

8、基本单元中浮式平台+网箱在中型规模使用时，浮式平台在具有第4条的特点外，通过排布组合增加驱动力，可组建成自航浮式平台+网箱养殖综合体，具有一定的自航能力，可以一定范围内选择合适的海域，有效规避风险。

9、自航浮式平台网箱养殖综合体，配合工作船可在一周或二周一次，周期性定期补给浮式平台，适合工业化的标准养殖模式。

10、远海三位一体的浮式平台+网箱+工作船养殖综合体，可以在远海选择合适的海域养殖，彻底解决了近海浅海的水质污染、恶化和大部分病虫害。

11、远海三位一体的浮式平台+网箱+工作船养殖综合体，全套养殖体系可以抗击17级风浪，网箱半潜式工况，确保了养殖鱼类在风浪来临时不会产生应激反应，导致减产。

12、远海三位一体的浮式平台+网箱+工作船养殖综合体，可采用轮养和套养模式，形成工业化周期性产出鱼获，稳定供给市场。

13、远海三位一体的浮式平台+网箱+工作船养殖综合体，可在中心浮式平台上实现鱼获后立即深加工，自动生产线切片包装冷冻或冷藏，由冷链工作船运输到陆地，确保产品新鲜度；鱼获废料加工处理后进入鱼饲料再利用；真正实现了海上冷链技术，从海上到陆地到餐桌的无缝对接。

14、远海三位一体的浮式平台+网箱+工作船养殖综合体，标准化的养殖模式，确保了鱼获产品品质的稳定性和可追溯性。

15、远海三位一体的浮式平台+网箱+工作船养殖综合体，基础元件为浮力节点桁架结构，适合于普通装备制造企业，标准化大生产，成本远低于船舶或钻井平台结构。

16、远海三位一体的浮式平台+网箱+工作船养殖综合体，可以对于远海捕捞船提供补给和救援。

17、远海三位一体的浮式平台+网箱+工作船养殖综合体，浮式平台除了全浮（船式）工作形态外，还可以设计成半潜工作形态，半潜式钻井平台在波浪上的运动响应较小，具有相较全浮式平台更好的稳定性和抗风浪性能，更适合作为大型化有人值守平台；如有需要更可以设计成张力腿工作形态，张力腿平台较大的张力腿预张力使平台平面外的运动（横摇、纵摇和垂荡）较小，近似于刚性。张力腿将平台和海底固接在一起，为生产提供一个相对平稳安全的工作环境。

在远海网箱养殖综合体中的远海养殖网箱方面，还具有以下有益效果：

本发明提供了数种不同类型的远海养殖网箱，如重型的全封闭远海网箱、半潜式远海网箱、半潜式悬索远海网箱，并构造了多种轻质方案；均为模块化空间桁架结构，采用包括浮力可调层和浮力不可调层的多层空间桁架钢结构框架，其中外层框架的结构节点膨大为浮力可调节点，为整个网箱提供浮力，内层框架结构用于安装网衣以形成养殖水体，通过控制浮力可调节点内的水气比例，可以精确来控制每个浮力可调节点浮力，通过调节多个浮力可调节点的浮力，可实现网箱浮潜、承载量和水中姿态进行调节，特别是大致竖直状态、大致水平状态和竖直面内的滚翻状态三者中任意两者之间姿态的切换，解决了“抗风浪”和“出效益”的难题。

模块化设计的桁架结构，采用标准化结构，零部件通用性好，结构简单，生产安装维护方便，可在普通工业工厂进行，而不必依赖专业的大型造船部门；多层桁架结构坚固耐用，不变形，结合重涂装和阴极保护防腐工艺，在保证周期性大型保养的前提下，使用寿命30年以上；极大地摊薄了装备的单位使用成本，为大型化远海养殖铺平了道路。

半潜工作状态的网箱水位线位于网箱半潜桁架顶层球形浮力节点的中位中心最大直径线，即网衣顶层位于海平面以下半潜深度，即6至12米。在海况较差时，网箱应位于这个位置以躲避海洋表面风浪、乱流对养殖鱼类的不良影响，并保证网箱结构安全。

轻型半潜式悬索深远海网箱通过浮力可调节点的主动调节，使得顶面桁架与底面桁架之间具备主动靠近收拢功能，实现了网衣和养殖空间的快速收缩，再配合泵吸实现了快速收鱼或转移，同一条船可同时泵吸多个收拢的网箱，为海洋牧场的快速集中收鱼或转移创造极为便利的条件，避免了风暴等外部灾害，提高了安全性，为大规模推广提供产业信心和示范。在此基础上，还提供了多种网箱姿态和调整方案，进一步提高了使用性能。

该结构主体有效地分散了工作状态所产生的结构应力,并能在部分结构杆件或节点失效的情况下保持总体结构的完整性，从而极大的提高了网箱的结构力学性能，保证了整个网箱的安全性，能抗17级台风。

这种分散密集钢结构主体有着较高的固有频率，不易与外部工况产生共振，这也大大提高了结构的疲劳极限，保证了网箱的安全工作年限。

通过同步或分布调节网箱中至少部分浮力可调节点的浮力，根据养殖工况要求实现网箱上浮、半潜、坐底（硬质网底时有，锥形柔性网底时无）、收拢的工况调节；实现网箱在水中的吃水深度或承载量的调整；实现网箱姿态的调节，包括大致竖直状态、大致水平状态和竖直面内的滚翻状态三者中任意两者之间的切换。这里的切换是在收拢工作状态下完成的，既可以完全在水中完成，利用水下相对平静的洋流环境，避免海上风浪的影响；也可以上浮到海面完成，例如海上风浪较小时，更利于利用海面以上部分自身的重力配合水下浮力。

在深海养殖中，网箱姿态的翻滚切换能够将不同的面依次朝上甚至浮出水面，既不影响网箱内的水产，又非常有利于网箱的附着物在滚翻中自行脱落、浮出水面的清洗作业、网箱部件的水上及时维修等，以及根据太阳方位、网箱遮阳物（如附着物）的朝向、水产光照方案调整姿态，利用网箱遮阳物的遮光挡流效应，自主控制网箱内的光照时长、方向以及控制流速，避免鱼类应激反应，提高水产质量和产量。由此创造的主动改善养殖环境带来的好处不再一一列举。

由于硬质网底具有坐底工况，故网底设置为平面硬质的金属或聚合物栅格网底，顶底面双层桁架的力学节点为盘形结构，方便在底层桁架上安装硬质模块化的格栅网底，并在栅格网底上运行的网底清扫机械，负责各类残渣和死鱼的清理工作。

而锥形柔性网底方案的优点是死鱼、多余残饵会由于重力随斜拉网衣向下集中，并可通过锥形底锥形孔洞排出网外，降低了网箱底部清理的难度和周期。

附图说明

图1是本发明的远海网箱养殖综合体的示意图；

图2a是本发明的浮力模块的正视图；

图2b是本发明的浮力模块的俯视图；

图2c是本发明的浮力模块的立体图；

图2d是本发明的浮力模块的水平和垂直叠加简化示意图；

图3a是本发明的平台半潜模块的俯视图；

图3b是本发明的平台半潜模块的立体图；

图4a是本发明的全浮式的浮式服务海洋平台的示意图；

图4b是本发明的半潜式的浮式服务海洋平台的示意图；

图4c是本发明的张力腿式浮式服务海洋平台的示意图；

图5a是本发明的远海网箱养殖综合体的浮式管道型的正视图；

图5b是本发明的远海网箱养殖综合体的浮式管道型的俯视图；

图6a是本发明的远海网箱养殖综合体的驳船连接型的正视图；

图6b是本发明的远海网箱养殖综合体的驳船连接型的俯视图；

图7a是本发明的远海网箱养殖综合体的直接铰接型的正视图；

图7b是本发明的远海网箱养殖综合体的直接铰接型的俯视图；

图8a是本发明的远海网箱养殖综合体的刚性连接摇臂型的正视图；

图8b是本发明的远海网箱养殖综合体的刚性连接摇臂型的俯视图；

图9是本发明的远海网箱养殖综合体的直接铰接和刚性连接摇臂混合型的正视图；

图10是本发明的大型远海网箱养殖综合体（海洋牧场）的示意图；

图11a是本发明的大型远海网箱养殖综合体（海洋牧场）的第一类养殖单元的正视图；

图11b是本发明的大型远海网箱养殖综合体（海洋牧场）的第一类养殖单元的俯视图；

图12a是本发明的大型远海网箱养殖综合体（海洋牧场）的第二类养殖单元的正视图；

图12b是本发明的大型远海网箱养殖综合体（海洋牧场）的第二类养殖单元的俯视图；

图13是本发明的大型远海网箱养殖综合体（海洋牧场）的中心浮式平台的俯视图；

图14a是本发明的自航式浮式远海网箱养殖综合体第一类的网箱安装状态下示意图；

图14b是本发明的自航式浮式远海网箱养殖综合体第一类的网箱拆卸状态下示意图；

图15a是本发明的自航式浮式远海网箱养殖综合体第二类的网箱安装状态下俯视图；

图15b是本发明的自航式浮式远海网箱养殖综合体第二类的网箱安装状态下侧视图；

图16a是本发明的自航式浮式远海网箱养殖综合体第三类的网箱间隔安装示意图；

图16b是本发明的自航式浮式远海网箱养殖综合体第三类的网箱拆卸状态下示意图；

图17a是本发明的远海养殖网箱在竖向状态下的工况变化示意图；

图17b是本发明的远海养殖网箱在横向及滚翻状态下的工况变化示意图；

图17c是本发明的远海养殖网箱在大致水平状态与大致竖直状态之间的切换的示意图；

图17d是本发明的远海养殖网箱在大致水平状态或大致竖直状态与竖直面内的滚翻状态之间的切换示意图；

图18a是本发明的重型的全封闭远海网箱的双层桁架结构正视图；

图18b是本发明的重型的全封闭远海网箱的双层桁架结构俯视图；

图18c是本发明的重型的全封闭远海网箱的双层桁架结构立体图；

图18d是图18b中A-A处的剖视图；

图19a是本发明的半潜式远海网箱的轻质方案一的双层桁架结构正视图；

图19b是本发明的半潜式远海网箱的轻质方案一的双层桁架结构俯视图；

图19c是本发明的半潜式远海网箱的轻质方案一的双层桁架结构立体图；

图19d是图19b中A-A处的剖视图；

图20a是本发明的半潜式远海网箱的轻质方案二的双层桁架结构正视图；

图20b是本发明的半潜式远海网箱的轻质方案二的双层桁架结构俯视图；

图20c是本发明的半潜式远海网箱的轻质方案二的双层桁架结构立体图；

图20d是图20b中A-A处的剖视图；

图21a是本发明的半潜式远海网箱的轻质方案三的双层桁架结构正视图；

图21b是本发明的半潜式远海网箱的轻质方案三的双层桁架结构俯视图；

图21c是本发明的半潜式远海网箱的轻质方案三的双层桁架结构立体图；

图21d是图21b中A-A处的剖视图；

图22a是本发明的轻型半潜式悬索远海网箱的双层桁架结构正视图；

图22b是本发明的轻型半潜式悬索远海网箱的双层桁架结构俯视图；

图22c是本发明的轻型半潜式悬索远海网箱的双层桁架结构立体图；

图22d是图22b中A-A处的剖视图；

图23a是本发明的轻型半潜式悬索深远海网箱在竖向状态下的工况变化示意图；

图23b是本发明的轻型半潜式悬索深远海网箱在横向及滚翻状态下的工况变化示意图；

图23c是本发明的轻型半潜式悬索深远海网箱在收拢姿态下大致水平状态与大致竖直状态之间的切换的示意图；

图24是本发明的球形浮力节点的示意图。

图25a是本发明的球形浮力节点的最小浮力示意图；

图25b是本发明的球形浮力节点的中等浮力示意图；

图25c是本发明的球形浮力节点的最大浮力示意图；

图26是本发明的储物节点示意图；

图27a是本发明的增重节点示意图；

图27b是图27a的局部放大示意图。

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。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

如图1-27b所示，本发明提供一种远海网箱养殖综合体，包括模块化空间桁架结构的远海养殖网箱1（可简称为网箱）、浮式服务海洋平台2（可简称为平台或浮式平台）、工作船3。若干所述远海养殖网箱1围绕所述浮式服务海洋平台2设置，所述工作船3往返运输于岸上与所述浮式服务海洋平台2之间。如图1所示为一种典型的实施方式，由一个中心的浮式服务海洋平台2和六个通过长刚性摇臂连接的远海养殖网箱1及工作船3组成的远海网箱养殖综合体，用于在离岸130海里的黄海冷水团中养殖三文鱼，在秋、冬、春季，网箱为全浮工况，网箱漂浮上海面上，方便投喂、观察。当风暴来时，网箱可调整为半潜工况，可很好的降低风浪对养殖体的不良影响（主要是鱼的应激反应造成的死亡）。在夏季表层海水的温度升高到不适合三文鱼生长时，网箱可调整到到坐底工况，三文鱼在温度较低底层海水中继续生长，完成完整养殖周期。

所述远海养殖网箱1包括网箱框架、养殖网；所述网箱框架由桁架节点和桁架杆件模块化建造和扩展，详细结构见下文详述。

如图2a-4c所示，所述浮式服务海洋平台2包括上部平台结构、中间支撑结构、下部浮力结构。所述上部平台结构设置用于远海养殖的平台工作负载20；所述下部浮力结构包括若干在平面及垂直方向叠加的浮力模块23，所述浮力模块23包括若干所述桁架节点的浮力可调节点10形成的立体阵列。所述浮式服务海洋平台2的上部平台结构包括平台甲板21；所述中间支撑结构包括若干平台升高立柱22，所述平台升高立柱22支撑在所述平台甲板21和所述下部浮力结构之间。所述下部浮力结构还包括平台半潜模块24和下潜立柱25，所述平台半潜模块24至少包括一层由若干所述浮力可调节点10形成的平面阵列；所述平台升高立柱22支撑在所述平台甲板21和所述平台半潜模块24之间，若干所述下潜立柱25支撑在所述平台半潜模块24和最上层的所述浮力模块23之间。浮力模块或平台半潜模块均有不同的尺寸和承载量型号，同型号的浮力模块可根据使用条件，采用模块平面及垂直叠加的方式，增加形成平台的面积和承载能力；可以只通过浮力可调节点自身的连接法兰形成密集阵列，也可以通过如网箱的杆件形成一定间距的阵列。在水线位置，设计了对应于半潜式和张力腿式浮式平台的半潜浮力模块；对于张力腿浮式平台，增设了张力腿和张力腿重力锚块。因此可将浮式服务海洋平台，根据具体需求，设计成漂浮，半潜式和张力腿三种形式。

根据平台功能的多少可分为大型中心浮式平台和小型无人值守平台。

大型中心浮式平台是功能齐全的平台，而无人值守的平台只提供简单的饲料储存、投喂及智能控制设施的信息收集和传输。

中心浮式平台是由建立在浮体上的钢架结构和平板组成，作用是提供各种功能组块的存放空间，如喂养饲料、物料，油料的仓储，调节网箱的监测控制室，淡水的生产和储存空间，存放收获的鱼进行冷链加工空间，以及员工工作生活设施。也可根据实际情况增设进行远洋观光旅游设施空间，能源转换设备空间。

浮式平台上的功能组块主要由生活设置、原料存储、鱼获加工冷藏、综合控制、维修能力等。辅助平台包括装卸、旅游、直升机平台等组成。

通过智能化控制，浮式平台可实现工况（包括下浮，下潜和半潜，）和姿态（包括水平和倾斜）的精确调整。

中心浮式平台由对称排列的若干（默认6个一组），线缆锚固在海底的重力锚快上，张力腿式浮式服务服务平台除了上述线缆和重力锚块外，还增加了一组张力腿和对应的张力腿重力锚块。

工作船的作用是：间隔性的往返于岸上基地和浮力平台之间，为平台运输饲料、能源、设备和补给供应，以及人力资源或旅游者。

在由驳船3’的方案中，驳船的作用是：定期往返于中心浮式平台和小型无人浮式平台，为小型无人平台运送、原料、油料、维修用品等，并且为人员巡视提供交通。

三位一体养殖综合体具有如下主要分类。

（1）、若干网箱围绕着一个中心浮式服务海洋平台加工作船模式，网箱和浮式服务海洋平台为各自独立锚固形式。

A型（如图5a-b所示）：网箱和浮式服务海洋平台通过悬浮在海面的管线连接，管线的种类包括但不限于饲料投喂管，压缩空气管，监测及控制电路管线，动力电路管线。

B型（如图6a-b所示）：网箱和浮式服务海洋平台是驳船3’连接，采用驳船方式提供网箱的有关饲料投喂和网箱维护。

（2）、浮式平台为独立锚固，网箱通过模块间连接件固定在浮式平台上。

A型（如图7a-b所示）：网箱和浮式服务海洋平台直接连接。根据需要将网箱直接连接在浮式平台上，可通过调整浮式平台的浮潜实现网箱的全浮或半潜工况。

B型（如图8a-b所示）：网箱和浮式平台是刚性摇臂连接（铰接）。通过网箱的浮力，可实现网箱的全浮、半潜或坐底工况。

C型（如图9所示）：一部分网箱直接连接在浮式平台上，另一部分网箱由可上下摆动的刚性连接摇臂连接在浮式平台上，可认为是A型和B型复合形式。

（3）、大型远海养殖综合体（海洋牧场）。

如图10所示，所述浮式服务海洋平台2包括有人值守的中心浮式平台201、无人值守式浮式服务海洋平台202。

如图11a-12b所示，养殖单元是由若干个紧密围绕小型化无人值守浮式服务海洋平台的箱组成，若干养殖单元围绕一个中心浮式平台和加工作船，这是一种中心浮式平台覆盖多个养殖单元所组成。

养殖单元是由小型化无人值守浮式服务海洋平台和紧密连接在这一小型化无人值守平台的若干个网箱组成，小型无人值守平台的功能是：投喂饲料，压缩空气调控，数据采集，信息传输和控制。另一种养殖单元是由小型化无人值守浮式服务海洋平台和由短刚性摇臂连接在这一小型化无人值守平台的若干个网箱组成。

如图13所示，浮式服务海洋平台2是一个集成的中心浮式平台201和若干辅助平台组成。

中心浮式平台功能是：能源动力生产；设备控制、监测信息处理；岸上基地的通讯、气象数据的采集分析；存储油料、淡水、气源；饲料储存、加工、输送；存储鱼获的加工、冷藏；大型工作船、冷藏运输船的驳接与装卸等。 根据实际需求，围绕中心浮式平台可设立若干辅助平台。

按照使用功能，所述辅助平台包括浮式直升机坪台203、浮式风光互补发电存储平台204、浮式太阳能海水淡化存储平台205、浮式太阳能海水蔬菜种植平台206、浮式旅游平台207中的任意一种或任意组合；若干种所述辅助平台通过浮式栈桥平台208和/或浮式码头平台209围绕连接所述中心浮式平台201。

如图14a-16b所示，本发明还提供一种移动式船形模块化养殖综合体，将若干个浮式平台模块拼装构成的船形可移动架构以及安装在这个架构上的可拆装网箱+工作船所组成。这种可移动船形远洋养殖综合体。可根据海域的温度、盐度，含氧量，ph数值，风浪，洋流，浮游生物，污染程度来决定从一个海域转移到另一个海域，该综合体可根据需要锚固在特定海域。与前述的不同详述如下。

如图14a-b所示，所述浮式服务海洋平台2为具有船形架构的自航浮式平台，其具有推进装置26，若干所述远海养殖网箱1可拆卸地安装在所述自航浮式平台的中部两侧。自航浮式平台除要满足中心浮式平台的所有功能外，增加了推动整个养殖体移动的动力和驱动及控制装置，以及正常的动力船舶相同锚定装置。

如图15a-b所示，为了增加网箱数量，在图14a-b的形式中，增加养殖水体的容积，将的船形架构的自航浮式平台的中轴部分浮式模块更替为重钢结构养殖网箱，其余组成功能不变。具体地，所述浮式服务海洋平台2为具有船形架构的自航浮式平台，其具有推进装置26，所述自航浮式平台包括船首部分和船尾部分，船首部分与船尾部分中间通过若干固定式的所述远海养殖网箱1（优选为重型）连为一体，中间上部设置栈桥，中间若干固定式的所述远海养殖网箱1两侧安装若干可拆卸式的所述远海养殖网箱1。

如图16a-b所示，在图14a-b的形式的基础上，所述自航浮式平台的所述浮力模块23的平面面积小于所述远海养殖网箱1的平面面积，所述自航浮式平台的中部每一侧的若干所述远海养殖网箱1相互间隔排列。这种因为网箱间距距离较大，水体交换比较好，水质品位高，适合于高等级鱼种。

下面详述本发明的远海养殖网箱1，包括网箱框架、养殖网、锚泊系统，以及配套设施（水下监控，自动投鱼食，自动捕捞，水质监测，网底清扫机械等）。

所述网箱框架由桁架节点和桁架杆件模块化建造和扩展，所述网箱框架形状可以是多种，如球形、圆柱形、四棱柱形、五棱柱形、六棱柱形、八棱柱形等。本发明推荐的网箱框架形态为正六棱柱形。

如图18a-d所示，所述网箱框架中至少部分为内外方向上的多层桁架，所述多层桁架包括浮力可调层和浮力不可调层，最内层为所述浮力不可调层，最内层的外侧至少含一层所述浮力可调层。进一步地，内外方向上的多层桁架中，所述浮力可调层和所述浮力不可调层依次交替。

所述桁架节点包括浮力可调节点10（优选为球形浮力节点）、浮力不可调的力学节点11（优选为球形力学节点），所述桁架杆件包括浮力可调节点间连杆12、力学节点间连杆13、层间节点间连杆14，优选地还包括桁架增强交叉斜支撑杆件15。

所述浮力可调层包括所述浮力可调节点10和所述浮力可调节点间连杆12，所述浮力不可调层包括所述力学节点11和所述力学节点间连杆13；各层之间通过相对应的桁架节点之间的所述层间节点间连杆14连接。

所述浮力可调节点10为相较桁架杆件膨大的薄壁空心壳体（优选为薄壁空心壳体），这个中空节点在保持原节点力学性能的前提下，用以产生远海养殖网箱工作中所需的浮力，以及对远海养殖网箱的浮潜、承载量和水中姿态进行调节，水中姿态调节包括大致竖直状态、大致水平状态和竖直面内的滚翻状态三者中任意两者之间的切换。所述浮力可调节点10以调节壳体内进排气量、进排水量的相互比例的方式进行浮力调节。

所述养殖网中至少部分固定在最内层的所述浮力不可调层，并形成封闭的养殖水体空间。

这个位于桁架节点的装置称为节点浮力装置，从理论上讲节点浮力装置的形状可以是任意的，考虑到浮力节点装置的力学性能和材料体积比较的优化，首选膨大的浮力节点的形状为中空球形体，在球体腔内部为质量较轻的气体或其它轻质材料，统称为球形浮力节点装置。球形浮力节点的中心为桁架力学节点中心。在具体应用中，浮力节点是以和结构关系对应的、按一定空间规律排列的形式组合。无论是什么形状，在产生主要浮力甚至绝大部分浮力的作用上是相同的。例如现有技术的“深蓝1号”，产生网箱工作中所需的浮力是下浮体，不存在本发明的浮力节点；有些具有杆件和杆件节点的现有技术，但产生网箱工作中所需的浮力是杆件的而非杆件节点，其杆件节点不能称为本发明意义的浮力节点装置。

由于球形浮力节点和力学节点，是独立均匀分布在桁架结构的各个桁架节点上的，所以对整个结构产生和结构相对应的支撑浮力，改善了整个网箱框架的应力分布状态。

由于每个球形浮力节点装置之间的独立性，在个别球形浮力节点浮力失效时，整个网箱总体浮力水平仍维持在安全水平线之上，从而保证了网箱的安全性。

浮力节点式桁架结构具有重量轻、工业化程度高、整体强度刚度大、易于拼装扩展、制造施工方面、投资成本低等特点。可以完全满足强度和安全性要求，替代传统的大型浮式网箱，并降低设计、制造、施工难度和成本，缩短施工周期、减少自然条件限制且维修简单。

如图17a-d所示，通过同步或分布调节网箱中不同位置的单个或多个浮力可调节点的浮力，对模块化空间桁架结构的深远海养殖网箱的浮潜、承载量和水中姿态进行调节，具体如下。

根据养殖工况要求实现网箱上浮、半潜、坐底、超浮的工况调节，并在收鱼、网衣更换或清理时尽可能的浮起以便于操作。

如图17a所示，在正常使用时（竖式即大致竖直状态），网箱的工作状态分为：

1、正常全浮状态，在这个工作状态中，网箱的浮力大于网箱的重力；

2、半潜工作状态，在这个工作状态中，网箱的浮力略大于网箱的重力；

3、坐底工作状态，在这个工作状态中，网箱的浮力小于网箱的重力；

4、超浮工作状态，在这个工作状态中，网箱的浮力远大于网箱的重力。

这四个工作状态的具体应用是，在正常养殖时可设为全浮或半潜工作状态，正常全浮状态的网箱水线位于网箱顶层桁架外层球形浮力节点的中心最大直径线，即网衣顶层位于近海平面之下，在海况较好时，网箱因位于这个工作位置，方便对养殖体的观察投喂等日常养殖工作；半潜工作状态的优点是网箱水位线位于网箱半潜桁架顶层球形浮力节点的中位中心最大直径线，即网衣顶层位于海平面以下半潜深度，即6至12米，有效避免风浪对网箱的冲击，保证网箱的结构稳定安全，可以降低风浪洋流对养殖设施和养殖对象的伤害，避免养殖鱼群因应激反应成批死亡；在应对风浪、洋流和水温特殊要求时，可将网箱设为坐底工作状态。如大风浪时，海面水温太高，需要降低养殖水体温度时，如夏季在黄海冷水团养殖大西洋鲑时。或海面水温太低，需要增加养殖水体温度时，如东海大黄鱼过冬养殖等情况；当网箱检查维修、更换网衣、投放和收获养殖鱼类时，网箱可设定为超浮状态，可大大降低操作难度。

如图17b-d，实现网箱在水中的吃水深度或承载量的调整；实现网箱姿态的调节，包括大致竖直状态、大致水平状态和竖直面内的滚翻状态三者中任意两者之间的切换。这里的切换既可以完全在水中完成，利用水下相对平静的洋流环境，避免海上风浪的影响；也可以在正常全浮工作状态与超浮工作状态下完成，例如海上风浪较小时，更利于利用海面以上部分自身的重力配合水下浮力。

如图17b所示，在网箱横向使用时（大致水平状态），除了和正常竖立工作状态相同的工作状态和状态使用具体应用外，增加了滚翻工作状态，特别是但不限于超浮工作状态下，在滚翻工作状态下，网箱结构可在旋转过程中全部逐一浮出水面，这给网箱的维护保养，如附着物的清理涂装、更换零部件等带来极大便利。

如图17c所示，为大致水平状态与大致竖直状态之间的切换；图17d所示，为大致水平状态或大致竖直状态与竖直面内的滚翻状态之间的切换。

在深海养殖中，网箱姿态的翻滚切换能够将不同的面依次朝上甚至浮出水面，既不影响网箱内的水产，又非常有利于网箱的附着物在滚翻中自行脱落、浮出水面的清洗作业、网箱部件的水上及时维修等，以及根据太阳方位、网箱遮阳物（如附着物）的朝向、水产光照方案调整姿态，利用网箱遮阳物的遮光挡流效应，自主控制网箱内的光照时长、方向以及控制流速，避免鱼类应激反应，提高水产质量和产量。由此创造的主动改善养殖环境带来的好处不再一一列举。

如图17d所示，网箱姿态调节的方法，包括如下步骤：

S1、确定姿态调节的方向和整个模块化空间桁架结构的深远海养殖网箱的重力平衡中纵面；

S2、对处于重力平衡中纵面的姿态调节方向前方的浮力可调节点10内排气、进水，减小其浮力，对处于重力平衡中纵面的姿态调节方向后方的浮力可调节点10内进气、排水，增大其浮力；

S3、整个模块化空间桁架结构的深远海养殖网箱进行滚翻，并达到中间临时再平衡状态；

S4、重复步骤S1-S3直到达到预定的姿态。

其中，达到中间临时再平衡状态之后，步骤S4中，再次确定的姿态调节的方向和整个网箱的重力平衡中纵面，可以与前一次确定的有所不同，例如图17d为纸面竖直平面内的滚翻，在45°时，可以改为与纸面夹角45°的竖直平面内的滚翻，在90°时，可以改为垂直于纸面的竖直平面内的滚翻。也就是说，从初始状态开始到最终预定姿态为止，中间的滚翻路径需要事先规划和设计，且需要在多个可能的滚翻路径中选取最优路径，再去执行S1-S4。

本发明提供了数种不同类型的远海养殖网箱，如重型的全封闭远海网箱、半潜式远海网箱、半潜式悬索远海网箱，并构造了多种轻质方案。

（1）重型的全封闭远海网箱，如图18a-d所示。

所述远海养殖网箱1包括一种全封闭远海网箱，其网箱框架为全封闭的笼形空间桁架结构，全部为内外方向上的所述多层桁架，所述养殖网全部固定在最内层的所述浮力不可调层。

（2）重型的全封闭半潜式远海网箱，未示出，可以理解为在图18a-d基础上增加有半潜桁架。

所述远海养殖网箱1包括一种半潜式远海网箱，其网箱框架包括全封闭的笼形空间桁架结构和设置在其上的半潜桁架；全封闭的笼形空间桁架结构全部为内外方向上的所述多层桁架；所述半潜桁架包括所述浮力可调层；优选地，所述半潜桁架为单层的所述浮力可调层；所述养殖网全部固定在最内层的所述浮力不可调层。

（3）半潜式远海网箱的轻质方案一，如图19a-d所示。

所述远海养殖网箱1包括一种轻型半潜式远海网箱，其网箱框架包括全封闭的轻型笼形空间桁架结构和设置在其上的半潜桁架；

所述轻型笼形空间桁架结构全部为内外方向上的所述多层桁架，所述轻型笼形空间桁架结构在竖向中部的水平截面上截取的单环周向的所述浮力可调节点10的数量，小于所述半潜桁架在水平截面上对应的单环周向的所述浮力可调节点10的数量；

所述半潜桁架包括所述浮力可调层；优选地，所述半潜桁架为单层的所述浮力可调层；

所述养殖网全部固定在最内层的所述浮力不可调层。

（4）轻型锥底半潜式远海网箱的轻质方案二，如图20a-d所示。

所述远海养殖网箱1包括一种轻型半潜式远海网箱，其网箱框架包括半封闭、下开放的轻型笼形空间桁架结构和设置在其上的半潜桁架；

所述轻型笼形空间桁架结构全部为内外方向上的所述多层桁架，所述轻型笼形空间桁架结构在竖向中部的水平截面上截取的单环周向的所述浮力可调节点10的数量，小于所述半潜桁架在水平截面上对应的单环周向的所述浮力可调节点10的数量；

所述半潜桁架包括所述浮力可调层；优选地，所述半潜桁架为单层的所述浮力可调层；

所述养殖网的网底以上的部分固定在最内层的所述浮力不可调层，网底为锥形柔性网底。

（5）轻型锥底半潜式远海网箱的轻质方案三，如图21a-d所示。

所述远海养殖网箱1包括一种轻型半潜式远海网箱，其网箱框架包括半封闭、下开放的轻型笼形空间桁架结构和设置在其上的半潜桁架；

所述桁架节点还包括浮力可调节点与力学节点间连杆12’；

所述轻型笼形空间桁架结构全部为内外方向上的所述多层桁架，所述轻型笼形空间桁架结构的侧面桁架的每个单立柱中，中部的浮力可调节点10替换为力学节点11，并通过浮力可调节点与力学节点间连杆12’依次连接；所述轻型笼形空间桁架结构在竖向中部的水平截面上截取的单环周向的所述力学节点11的数量，小于所述半潜桁架在水平截面上对应的单环周向的所述浮力可调节点10的数量；

所述半潜桁架包括所述浮力可调层；优选地，所述半潜桁架为单层的所述浮力可调层；

所述养殖网的网底以上的部分固定在最内层的所述浮力不可调层，网底为锥形柔性网底。

（6）轻型半潜式悬索远海网箱，如图22a-d所示。

所述远海养殖网箱1包括一种轻型半潜式悬索远海网箱，其网箱框架包括顶面桁架和设置在其上的半潜桁架，以及底面桁架；

所述顶面桁架和底面桁架为内外方向上的所述多层桁架；

所述半潜桁架包括所述浮力可调层；优选地，所述半潜桁架为单层的所述浮力可调层；

所述轻型半潜式悬索远海网箱还包括多组悬索，设置在所述顶面桁架和底面桁架之间，包括主悬索30和副悬索31，所述主悬索30对应连接上下周向的浮力可调节点10，所述副悬索31对应连接上下周向的所述力学节点11；

全封闭养殖网设置在所述顶面桁架、副悬索31、底面桁架的内侧。优选地，所述底面桁架为中空的周向结构，连接锥形柔性网底。

与图17a-d方案不同的是，如图23a-c及图17d所示，通过同步或分布调节网箱中不同位置的单个或多个浮力可调节点的浮力，对模块化空间桁架结构轻型半潜式悬索深远海网箱的浮潜、承载量和水中姿态进行调节，具体如下。

根据养殖工况要求实现网箱上浮、半潜、坐底（硬质网底时有，锥形柔性网底时无）、收拢的工况调节，并在收鱼、网衣更换或清理时尽可能的浮起以便于操作。

如图23a所示，轻型半潜式悬索深远海网箱通过浮力可调节点的主动调节，使得顶面桁架与底面桁架之间具备主动靠近收拢功能，实现了网衣和养殖空间的快速收缩，再配合泵吸实现了快速收鱼或转移，同一条船可同时泵吸多个收拢的网箱，为海洋牧场的快速集中收鱼或转移创造极为便利的条件，避免了风暴等外部灾害，提高了安全性，为大规模推广提供产业信心和示范。在此基础上，还提供了多种网箱姿态和调整方案，进一步提高了使用性能。

如图23b-c及图17d，实现网箱在水中的吃水深度或承载量的调整；实现网箱姿态的调节，包括大致竖直状态、大致水平状态和竖直面内的滚翻状态三者中任意两者之间的切换。这里的切换一般是在收拢工作状态下完成的，既可以完全在水中完成，利用水下相对平静的洋流环境，避免海上风浪的影响；也可以上浮到海面完成，例如海上风浪较小时，更利于利用海面以上部分自身的重力配合水下浮力。

所述大致竖直状态为：所述顶面桁架和底面桁架的法线大致竖直的状态；

所述大致水平状态为：所述顶面桁架和底面桁架收拢并互连后，调整为法线大致水平的状态；

所述竖直面内的滚翻状态：为所述大致竖直状态、大致水平状态在各自竖直面内滚翻的状态。

如图23b所示，在网箱横向使用时（大致水平状态），增加了滚翻工作状态，在滚翻工作状态下，网箱结构可在旋转过程中全部逐一浮出水面，这给网箱的维护保养，如附着物的清理涂装、更换零部件等带来极大便利。

如图23c所示，为收拢姿态下大致水平状态与大致竖直状态之间的切换。

如图17d所示，其姿态调节的方法，包括如下步骤：

S1、调节浮力可调节点10的浮力，将所述顶面桁架与底面桁架相对靠近收拢，并进行锁紧互连；

S2、确定姿态调节的方向和整个模块化空间桁架结构轻型半潜式悬索深远海网箱的重力平衡中纵面；

S3、对处于重力平衡中纵面的姿态调节方向前方的浮力可调节点10减小其浮力，对处于重力平衡中纵面的姿态调节方向后方的浮力可调节点10增大其浮力；

S4、整个模块化空间桁架结构轻型半潜式悬索深远海网箱进行滚翻，并达到中间临时再平衡状态；

S5、重复步骤S2-S4直到达到预定的姿态。

其中，达到中间临时再平衡状态之后，步骤S5中，再次确定的姿态调节的方向和整个网箱的重力平衡中纵面，可以与前一次确定的有所不同，例如图17d为纸面竖直平面内的滚翻，在45°时，可以改为与纸面夹角45°的竖直平面内的滚翻，在90°时，可以改为垂直于纸面的竖直平面内的滚翻。也就是说，从初始状态开始到最终预定姿态为止，中间的滚翻路径需要事先规划和设计，且需要在多个可能的滚翻路径中选取最优路径，再去执行S2-S4。

进一步地，所述浮力可调节点10以调节壳体内进排气量、进排水量的相互比例的方式进行浮力调节，具体方案示例如下。

如图24所示，浮力可调节点10包括壳体101，所述壳体101内设有中心气管102，所述壳体101与所述中心气管102之间设有弹性气囊103，所述中心气管102上设有进排气口104，所述中心气管102的至少一端连接气源，所述壳体101上、所述弹性气囊103之外设有进排水口105，所述进排水口105可连通所在的外部水体；所述中心气管102两端的壳体上设有连接法兰106和密封压板107，用于与桁架杆件密封连接，上连接法兰处设有进气口108及相应的进气阀门1081、排气口109及相应的排气阀门1091，均与中心气管102上端连通，进气阀门与排气阀门与气源相连通，如气体压缩装置（如气泵）或储存压缩气体的球形储物节点10’；当然，进气口和排气口、由外部信号控制的进气阀门与排气阀门均可以合并为一个；下连接法兰处进排水口105相应设有由外部信号控制的进排水阀门1051，优选还设有外部水体和内部水体之间的进水过滤器1010。通过调节所述弹性气囊103的进排气量来调节气囊膨胀程度，以此调节所述壳体101与所述弹性气囊103之间的进排水量，进而调节浮力可调节点的浮力。运行过程为，当进气阀门1081和进排水阀1051门同时打开时，压缩气体进入弹性气囊103，气囊膨胀，体积增大，相应体积的水从进排水阀门1051排入外部水体，这时浮力可调节点的浮力增大。反之，当排气阀门1091和进排水阀门1051同时打开时，弹性气囊103中的气体压力下降，气囊收缩，体积减小，相应体积的水从进排水阀门1051进入浮力可调节点内部，这时浮力可调节点的浮力增大。在以上调节过程中，如果同时关闭进、排气阀门和进排水阀门1051，浮力可调节点的内部的水气比例将维持阀门关闭时的状态，这时浮力可调节点的浮力稳定在调整到的具体数值。

如图25a-c所示，当浮力可调节点内部全部为气体时，浮力节点的浮力最大，当气体压力减小时，外部水体的水将逐步进入球体内部，浮力节点的浮力也随之减少，当气体压力减小到外部水体的水全部充满球体内部时，浮力节点的浮力达到最小。

进一步地，所述中心气管102作为所述壳体101的内部加强支撑结构。进一步地，所述深远海网箱中每个所述中心气管102均设置在各自的所述壳体101的主受力方向上。

进一步地，所述中心气管102与中空的所述桁架杆件相互贯通，通过中空的浮力可调节点间连杆12本身作为气源的供气通道，适用于桁架杆件的直径、气路长度、气源的功率等相互匹配的情况下。如果匹配情况不佳，进一步地，利用浮力可调节点间连杆12的中空空间设置气源与所述中心气管102之间的供排气管路，这样供排气管路在桁架杆件中得到很好的保护，在整个深远海网箱的制造过程中，供排气管路预制在桁架杆件中进行组装，提高了生产效率。

如图26所示，进一步地，本发明的桁架节点还包括储物节点10’，优选为球形储物节点。

部分所述浮力可调节点10（优选为网箱顶部的部分浮力可调节点）替换为所述储物节点10’，为相较桁架杆件膨大的薄壁空心壳体，用以存贮模块化空间桁架结构轻型半潜式悬索深远海网箱工作中所需的物资，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，提高网箱的稳定性；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。

当所述储物节点10’存贮气态物资时，用于存贮压缩气体，每一个这样的储物节点10’为周边的一个或多个所述浮力可调节点10的浮力调节提供气源。储存压缩气体的储物节点10’的结构可以单独设计，也可以与浮力可调节点10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，保留中心气管、进排气口、连接法兰、密封压板、进气口、进气阀门、排气口、排气阀门等，中心气管、进排气口也可以进一步省略；其中进气口、进气阀门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10’的排气口和排气阀门与浮力可调节点10的进气口和进气阀门连通。储存压缩气体的储物节点10’的设置，可以在不需要频繁调节浮力的应用场合，如养殖网箱的全浮和半潜工作状态转变，可不依赖外部动力和气源，自主完成；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。

当所述储物节点10’存贮液态物资时，用于存贮油料或淡水；储存液态物资的储物节点10’的结构可以单独设计为如图26所示的形式，其进料口1011和出料口1012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，可在翻滚或上浮到水面以上时进行为佳。图示进料口1011和出料口1012独立设置在桁架杆件外部，优选设置阀门；更可以与储气节点类似，利用桁架杆件自身或桁架杆件内设的管道进行进出料。在某些应用场景中，存贮的油料可供发电机组使用；存贮的淡水可来自于外部补充，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。

当所述储物节点10’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，如颗粒饲料。储存固体物资的储物节点10’的结构可以单独设计为如图26所示的形式，其进料口1011和出料口1012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，可在翻滚或上浮到水面以上时进行为佳。图示进料口1011和出料口1012独立设置在桁架杆件外部，优选设置阀门；更可以与储气节点类似，利用桁架杆件自身或桁架杆件内设的管道进行进出料。另一种情况是用来放置长期不需要进出的功能性设备，如电池，电子设备。

如图27a-b所示，进一步地，本发明的桁架节点还包括增重节点10’’，优选为球形增重节点。

部分所述浮力可调节点10（优选为网箱底部的部分浮力可调节点和/或锥形柔性网底的中间重力节点，和/或底面桁架中的部分浮力可调节点）替换为所述增重节点10’’，为相较桁架杆件膨大的薄壁空心壳体，内装比重大于水的内容物，如混凝土，以克服浮力增大自重，从而增加整个模块化空间桁架结构轻型半潜式悬索深远海网箱的平衡和稳定性。

在以上网箱框架以适当的锚固方法将单个网箱或多个网箱固定在指定的养殖海域，根据养殖的方式规模选配适当的配套设施，就组成了可以运行使用的深远海养殖网箱。锚固系统采用混凝土重力锚块和系缆的组合方案，例如图13-14所示。网箱配套设施有气源、管路、阀门、过滤器、电源、电路、各类传感器、远程信息发送接收控制模块，可远程和在位控制网箱的各种工况，并完成监控、投喂、监控、给药、采样等各工作环节。

本发明中，球体材料通常可以采用和结构材料相同碳合金钢材料。

在结构件有轻量化要求的使用场合时，节点球体可采用和桁架杆件相同或不同的铝合金或钛合金材料制成。

在结构件有轻量化及考虑电磁环境要求的使用场合时，球形节点可采用和桁架杆件相同或不同的非金属材料制成，如碳材料、玻璃纤维、芳纶纤维、纤维增强塑料等。

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 (13)

1.一种远海网箱养殖综合体，其特征在于，包括模块化空间桁架结构的远海养殖网箱（1）、浮式服务海洋平台（2）、工作船（3）；

所述远海养殖网箱（1）包括网箱框架、养殖网；所述网箱框架由桁架节点和桁架杆件模块化建造和扩展；所述网箱框架中至少部分为内外方向上的多层桁架，所述多层桁架包括浮力可调层和浮力不可调层；所述浮力可调层包括浮力可调节点（10）和浮力可调节点间连杆（12）；

所述桁架节点包括所述浮力可调节点（10），所述浮力可调节点（10）为相较桁架杆件膨大的薄壁空心壳体，用以产生养殖网箱工作中所需的浮力，以及对养殖网箱的浮潜、承载量和水中姿态进行调节；

所述浮式服务海洋平台（2）包括上部平台结构、中间支撑结构、下部浮力结构；所述上部平台结构设置用于远海养殖的平台工作负载（20）；所述下部浮力结构包括若干在平面及垂直方向叠加的浮力模块（23），所述浮力模块（23）包括若干桁架节点的浮力可调节点（10）形成的立体阵列；

若干所述远海养殖网箱（1）围绕所述浮式服务海洋平台（2）设置，所述工作船（3）往返运输于岸上与所述浮式服务海洋平台（2）之间。

2.如权利要求1所述的远海网箱养殖综合体，其特征在于：

所述网箱框架最内层为所述浮力不可调层，最内层的外侧至少含一层所述浮力可调层；

网箱框架的所述桁架节点除了包括所述浮力可调节点（10）外，还包括浮力不可调的力学节点（11），所述桁架杆件包括浮力可调节点间连杆（12）、力学节点间连杆（13）、层间节点间连杆（14）；

所述浮力不可调层包括所述力学节点（11）和所述力学节点间连杆（13）；各层之间通过相对应的桁架节点之间的所述层间节点间连杆（14）连接；

所述养殖网中至少部分固定在最内层的所述浮力不可调层，并形成封闭的养殖水体空间。

3.如权利要求1所述的远海网箱养殖综合体，其特征在于：

水中姿态调节包括大致竖直状态、大致水平状态和竖直面内的滚翻状态三者中任意两者之间的切换。

4.如权利要求2所述的远海网箱养殖综合体，其特征在于：

所述远海养殖网箱（1）包括一种全封闭远海网箱，其网箱框架为全封闭的笼形空间桁架结构，全部为内外方向上的所述多层桁架，所述养殖网全部固定在最内层的所述浮力不可调层；

和/或，

所述远海养殖网箱（1）包括一种半潜式远海网箱，其网箱框架包括全封闭的笼形空间桁架结构和设置在其上的半潜桁架；

全封闭的笼形空间桁架结构全部为内外方向上的所述多层桁架；

所述半潜桁架包括所述浮力可调层；

所述养殖网全部固定在最内层的所述浮力不可调层；

和/或，

所述远海养殖网箱（1）包括一种轻型半潜式远海网箱，其网箱框架包括全封闭的轻型笼形空间桁架结构和设置在其上的半潜桁架；

所述轻型笼形空间桁架结构全部为内外方向上的所述多层桁架，所述轻型笼形空间桁架结构在竖向中部的水平截面上截取的单环周向的所述浮力可调节点（10）的数量，小于所述半潜桁架在水平截面上对应的单环周向的所述浮力可调节点（10）的数量；

所述半潜桁架包括所述浮力可调层；

所述养殖网全部固定在最内层的所述浮力不可调层；

和/或，

所述远海养殖网箱（1）包括一种轻型半潜式远海网箱，其网箱框架包括半封闭、下开放的轻型笼形空间桁架结构和设置在其上的半潜桁架；

所述轻型笼形空间桁架结构全部为内外方向上的所述多层桁架，所述轻型笼形空间桁架结构在竖向中部的水平截面上截取的单环周向的所述浮力可调节点（10）的数量，小于所述半潜桁架在水平截面上对应的单环周向的所述浮力可调节点（10）的数量；

所述半潜桁架包括所述浮力可调层；

所述养殖网的网底以上的部分固定在最内层的所述浮力不可调层，网底为锥形柔性网底；

和/或，

所述远海养殖网箱（1）包括一种轻型半潜式远海网箱，其网箱框架包括半封闭、下开放的轻型笼形空间桁架结构和设置在其上的半潜桁架；

所述桁架节点还包括浮力可调节点与力学节点间连杆（12’）；

所述轻型笼形空间桁架结构全部为内外方向上的所述多层桁架，所述轻型笼形空间桁架结构的侧面桁架的每个单立柱中，中部的浮力可调节点（10）替换为力学节点（11），并通过浮力可调节点与力学节点间连杆（12’）依次连接；所述轻型笼形空间桁架结构在竖向中部的水平截面上截取的单环周向的所述力学节点（11）的数量，小于所述半潜桁架在水平截面上对应的单环周向的所述浮力可调节点（10）的数量；

所述半潜桁架包括所述浮力可调层；

所述养殖网的网底以上的部分固定在最内层的所述浮力不可调层，网底为锥形柔性网底；

和/或，

所述远海养殖网箱（1）包括一种轻型半潜式悬索远海网箱，其网箱框架包括顶面桁架和设置在其上的半潜桁架，以及底面桁架；

所述顶面桁架和底面桁架为内外方向上的所述多层桁架；

所述半潜桁架包括所述浮力可调层；

所述轻型半潜式悬索远海网箱还包括多组悬索，设置在所述顶面桁架和底面桁架之间，包括主悬索（30）和副悬索（31），所述主悬索（30）对应连接上下周向的浮力可调节点（10），所述副悬索（31）对应连接上下周向的所述力学节点（11）；

全封闭养殖网设置在所述顶面桁架、副悬索（31）、底面桁架的内侧。

5.如权利要求1所述的远海网箱养殖综合体，其特征在于：

所述浮式服务海洋平台（2）的上部平台结构包括平台甲板（21）；

所述中间支撑结构包括若干平台升高立柱（22），所述平台升高立柱（22）支撑在所述平台甲板（21）和所述下部浮力结构之间。

6.如权利要求5所述的远海网箱养殖综合体，其特征在于：

所述下部浮力结构还包括平台半潜模块（24）和下潜立柱（25），所述平台半潜模块（24）至少包括一层由若干所述浮力可调节点（10）形成的平面阵列；所述平台升高立柱（22）支撑在所述平台甲板（21）和所述平台半潜模块（24）之间，若干所述下潜立柱（25）支撑在所述平台半潜模块（24）和最上层的所述浮力模块（23）之间。

7.如权利要求1所述的远海网箱养殖综合体，其特征在于：

所述远海养殖网箱（1）、浮式服务海洋平台（2）各自独立锚固；

所述远海养殖网箱（1）与浮式服务海洋平台（2）之间通过悬浮在海面的综合管线连接，所述综合管线包括饲料投喂管，压缩空气管，监测及控制电路管线，动力电路管线；

或者，所述远海养殖网箱（1）与浮式服务海洋平台（2）之间通过驳船（3’）进行往复运输对接。

8.如权利要求1所述的远海网箱养殖综合体，其特征在于：

所述浮式服务海洋平台（2）独立锚固；

所述远海养殖网箱（1）不锚固，与所述浮式服务海洋平台（2）的连接关系包括如下任一或组合：

一种是，所述远海养殖网箱（1）直接铰接于所述浮式服务海洋平台（2）；

另一种是，所述远海养殖网箱（1）与浮式服务海洋平台（2）分别铰接于刚性摇臂的两端。

9.如权利要求1所述的远海网箱养殖综合体，其特征在于：

所述浮式服务海洋平台（2）包括有人值守的中心浮式平台（201）、无人值守式浮式服务海洋平台（202）；

若干所述远海养殖网箱（1）围绕并直接或间接连接所述无人值守式浮式服务海洋平台（202），形成模块化养殖单元；

若干模块化养殖单元围绕所述中心浮式平台（201）设置，驳船（3’）往返运输于无人值守式浮式服务海洋平台（202）和中心浮式平台（201）之间。

10.如权利要求1所述的远海网箱养殖综合体，其特征在于：

所述浮式服务海洋平台（2）包括中心浮式平台（201）和辅助平台；

所述辅助平台包括浮式直升机坪台（203）、浮式风光互补发电存储平台（204）、浮式太阳能海水淡化存储平台（205）、浮式太阳能海水蔬菜种植平台（206）、浮式旅游平台（207）中的任意一种或任意组合；

若干种所述辅助平台通过浮式栈桥平台（208）和/或浮式码头平台（209）围绕连接所述中心浮式平台（201）。

11.如权利要求1所述的远海网箱养殖综合体，其特征在于：

所述浮式服务海洋平台（2）为具有船形架构的自航浮式平台，其具有推进装置（26），若干所述远海养殖网箱（1）可拆卸地安装在所述自航浮式平台的中部两侧。

12.如权利要求1所述的远海网箱养殖综合体，其特征在于：

所述浮式服务海洋平台（2）为具有船形架构的自航浮式平台，其具有推进装置（26），所述自航浮式平台包括船首部分和船尾部分，船首部分与船尾部分中间通过若干固定式的所述远海养殖网箱（1）连为一体，中间上部设置栈桥，中间若干固定式的所述远海养殖网箱（1）两侧安装若干可拆卸式的所述远海养殖网箱（1）。

13.如权利要求11所述的远海网箱养殖综合体，其特征在于：

所述自航浮式平台的所述浮力模块（23）的平面面积小于所述远海养殖网箱（1）的平面面积，所述自航浮式平台的中部每一侧的若干所述远海养殖网箱（1）相互间隔排列。