JP2016022783A - 洋上構造物の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】風力発電装置等を搭載したスパー型等の洋上構造物の施工方法において、クレーン船を使用することなく、安全に洋上設置場所に係留する。
【解決手段】洋上構造物１０を上部構造物１１と下部構造物１２に分割して製造する製造工程と、下部構造物１２の一部又は全部を水中に直立状態に維持する水中維持工程と、この直立状態に維持した下部構造物１２の上方部位に、上部構造物１１を移動する移動工程と、下部構造物１２を上昇させて、上部構造物１１の下側に配置する上昇工程を行う合体工程と、下部構造物１２を上部構造物１１に一体化する接合工程とを含んで洋上構造物の施工方法を構成する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、風力発電装置等を搭載したスパー型等の洋上構造物の施工方法、及び洋上構造部に関するものである。

水深の深い海域で、洋上構造物に風力発電設備を搭載する場合に、セミサブ型あるいはテンションレグプラットフォーム（ＴＬＰ）等が考えられるが、これらの場合には、陸上で一体的に組み立て、試運転を行ってから設置場所に曳航して、係留システムにより係留されることになる。

一方、スパー型の洋上構造物の場合は、スパーは魚釣りの釣浮きのように直立状態で浮いている洋上構造体であり、バラスト水の注水等により浮体の大部分は海面下に沈んでいる。このスパーは、動揺が比較的少なく、重い上部構造を支持することができる。風力発電設備を備えたスパー型の洋上構造物では、仮に浮体の吃水が約４０ｍ〜８０ｍと深く、また、浮体部分が約１０００ｔ（トン）以上の大きな構造物となる。

このスパー型の洋上構造物としては、例えば、風力を利用する水平軸風車又は垂直軸風車を水面上部分に配置すると共に、潮流力を利用する水平軸水車又は垂直軸水車を水面下に配置して、水平軸水車又は垂直軸水車をバラストとして使用する浮体式流体力利用システムが提供されている（例えば、特許文献１参照）。

このスパー型の洋上風力発電設備を、洋上設置場所に設置する場合に、例えば、下部構造物である浮体を横向きの状態で海上に浮かべて、曳航船により曳航し、又は、浮体を台船に搭載して、洋上設置場所まで運搬する運搬工程と、浮体を浮かべてからバラスト調整して、浮体を起立状態にし、喫水調整をする浮体立設工程と、浮体にデッキを設置するとともに、浮体に係留索の一端を繋ぎ止め、他端を海底に沈設したアンカーに繋ぎ留めて浮体の安定化を図る浮体係留工程と、別途、台船等で洋上設置場所に運搬してきたタワーを、クレーン船で吊り下げて、このタワーを浮体の上部に設置するタワー設置工程を行う洋上風力発電設備の施工方法が提供されている（例えば、特許文献２参照）。

この施工方法では、洋上での容易かつ安全な施工を行なえるようにするとともに、強風または波浪時に安定性を確保するために、浮体の上に立設するタワーを、浮体の上部に設置する際に、タワー又はタワーを吊り下げるクレーンの吊り治具にマスダンパを設置して、タワーの搖動を制御するとともに、浮体の内部に設置されたコントロールモーメントジャイロによって、浮体の搖動を制御している。

このような浮体を係留し、この係留された浮体に、タワーをクレーン船で吊り下げて、一体化する場合には、使用料が高いクレーン船が必要になる上に、クレーン船で吊り下げたタワーが、風の影響を受け易く、タワーと浮体の搖動を制御する必要が生じるなど、タワー設置工事が難航するという問題がある。

一方、コンテナクレーン等の大型貨物を、バラスト水の注排水による船体浮力を利用して安全に、かつ、効率的に揚げ卸しするために、バラストタンクを備え、かつ、船体端部から船尾方向に向けて突出させた一対の腕状構造物を備えた運搬船にバラスト水を注排水し、このバラスト水の注排水による船体浮力を利用して大型貨物の揚げ卸しを行う大型貨物の揚げ卸し方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

国際公開第２０１３／０６５８２６号パンフレット 特開２０１２−２０１２１９号公報 特開平１０−２３６３８５号公報

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、風力発電装置等を搭載したスパー型等の洋上構造物の施工方法において、クレーン船を使用することなく、安全に洋上設置場所に係留できる洋上構造物の施工方法、及び洋上構造物を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の洋上構造物の施工方法は、洋上構造物を上部構造物と下部構造物に分割して製造する製造工程と、前記下部構造物の一部又は全部を水中に直立状態に維持する水中維持工程と、この直立状態に維持した前記下部構造物の上方部位に、前記上部構造物を移動する移動工程と、前記下部構造物を上昇させて、前記上部構造物の下側に配置する上昇工程、又は、前記上部構造物を一対の腕状構造物に保持した状態で搭載した運搬船の一部を沈めることにより、前記上部構造物を下降させて、前記下部構造物の上側に配置する下降工程のどちらか一方又は両方の合体工程と、前記下部構造物を前記上部構造物に一体化する接合工程とを含むことを特徴とする方法である。

つまり、本発明の施工方法では、従来技術では、洋上で上部構造物と下部構造物を一体化する場合には、洋上に配置された下部構造物に対して、クレーン等で吊り上げた上部構造物を、下部構造物の上から下部構造物に吊り下りして、上部構造物と下部構造物を接合しているのに対して、逆に、本発明の合体工程の上昇工程では、上部構造物に対して、吊下げ索などで一部又は全部が水中にある下部構造物を上昇させて、上部構造物と下部構造物を合体する。なお、この下部構造物の上昇は、吊下げ索の引き上げや、下部構造物のバラスト水の排水や、下部構造物のバラストの切り離しなどによって容易に行うことができる。

また、本発明の合体工程の下降工程では、従来技術のクレーン等で吊り上げた上部構造物を下部構造物に吊り下りのではなく、上部構造物を一対の腕状構造物に保持した状態で搭載した運搬船の一部を沈めることにより、上部構造物を下降させて、上部構造物と下部構造物を合体する。

この方法によれば、合体工程の上昇工程では、上部構造物を運搬船上に載置した状態や、運搬船若しくは曳航船等により洋上に固定した状態で、一部又は全部が水面下にあって上下移動に要する力が比較的少なくて済む下部構造物を上昇させるので、多くの部分又は全部が水面上にあって上下移動に要する力が大きな上部構造物を上下方向に移動させる必要がなくなるので、クレーン船を使用することなく、安全に洋上設置場所に係留できる。また、洋上での接合作業を、上部構造物が運搬船に搭載し固定され、その上部構造物に下部構造物が押し当てられて固定され、全体の慣性が大きく揺れが最小限になった環境で安全に行うとともに、接合作業等に必要な人員や動力を運搬船から安全に供給することができる。

また、合体工程の下降工程では、下部構造物を固定又は係留した状態で、上部構造物を運搬船上に載置した状態のまま、運搬船の一部を沈めることにより上部構造物を下降させるので、クレーン船を使用することなく、安全に洋上設置場所で上部構造物と下部構造物を合体できる。

上記の洋上構造物の施工方法において、前記上昇工程における前記下部構造物の上昇を、前記上部構造物又は前記下部構造物の少なくとも一方を移動する運搬船に搭載したウインチを用いて行うように構成すると、洋上クレーン船を使用することなく、下部構造物の上昇を行うので、工費を節約できる。

また、上記の洋上構造物の施工方法は、前記接合工程が、前記上部構造物を前記運搬船の前記一対の腕状構造物に保持した状態で、前記下部構造物を前記上部構造物に一体化する工程であり、前記製造工程と前記水中維持工程の間に、前記上部構造物を直立状態のまま、バラストタンクを備え、かつ、船首又は船尾の船体端部から船首尾方向に向けて突出させた一対の腕状構造物を備えた運搬船に搭載する搭載工程と、前記運搬船により、前記上部構造物と前記下部構造物の一方ずつ又は両方を同時に洋上設置場所に運搬する運搬工程と、前記下部構造物を前記運搬船から吊下げ索に吊り下げて水中に降ろす降下工程とを含むと共に、前記接合工程の後に、一体化した前記上部構造物と下部構造物を前記運搬船から降ろして、洋上に浮かべる浮上工程とを含んで構成されると次のような効果を奏することができる。

つまり、搭載工程で、上部構造物を直立状態のまま、バラストタンクを備え、かつ、船首又は船尾の船体端部から船首尾方向に向けて突出させた一対の腕状構造物を備えた運搬船に搭載するので、上部構造物を運搬船に搭載する際に、クレーン船や大型クレーンが不要になる。

また、上部構造物を直立状態のまま運搬するので、洋上で上部構造物を直立状態にする作業が無くなり、クレーン船や運搬船上の大型クレーンが不要となる。一方、下部構造物は、上部構造物と同様に直立状態で運搬することも可能で、横倒し状態で運搬する場合に比べて、洋上における横倒し状態から垂直状態への移行作業がなくなるので、作業を簡略化できる。

更に、浮上工程でも、一体化した上部構造物と下部構造物を運搬船から降ろして、洋上に浮かべる際に、運搬船側のバラスト水操作で、洋上構造物を浮上させて、運搬船を引く抜くことで、洋上構造物を運搬船から降ろすことができるので、この浮上工程でも、クレーン船や大型クレーンが不要になる。

なお、下部構造物は全部もしくはその殆どの部分が設置時には水中に入った状態になるので、横倒し状態で運搬船に搭載したり、横倒し状態で曳航船によって曳航したりしても、設置場所でバラスト水の注水やその他のバラストの搭載等により、比較的小さなクレーンやウインチなどのみの使用で比較的容易に垂直状態にすることができる。一方、上部構造物は風力発電設備など水没を回避する必要がある機器が搭載されているので、横倒し状態で運搬された場合には、設置場所の洋上又は運搬船上で横倒し状態から垂直状態にした上で風車組立等を行う必要があるため、クレーン船や運搬船上の大型クレーンが必要となる。

これに対し、本発明では、上部構造の組立を陸上で完成し、試運転などを済ませてから運搬でき、また、洋上での接合作業は上部構造物が運搬船に搭載し固定され、その上部構造物に下部構造物が押し当てられて固定され、全体の慣性が大きく揺れが最小限になった安全な状態で行うことができる。また、接合作業に必要な動力や作業員を安全に運搬船から供給することができる。

また、上記の洋上構造物の施工方法で、前記浮上工程において、一体化した前記上部構造物と前記下部構造物を前記運搬船から降ろす際に、前記運搬船の一部を沈めるように構成すると、一体化した上部構造物と下部構造物の姿勢を垂直状態に保持したまま、容易に洋上に浮かべることができるようになる。

また、上記の洋上構造物の施工方法で、前記降下工程において、前記下部構造物を水底に着底させるように構成すると、浮体式ではなく係留索による係留を行わない、着底式の洋上構造物の場合に適した工法となる。また、浮体式であって係留索による係留を行う場合であっても、気象海象が荒い場合や潮流がある場合などでは、水底に一時的に着底して、仮置きすることで、洋上構造物を安全に設置場所に位置保持できるようになる。なお、係留索として、アンカーチェーンやロープ等ではなくテンドンを使用したテンションレグプラットフォーム（ＴＬＰ）であってもよい。

そして、上記の洋上構造物の施工方法において、前記運搬工程の後で、かつ、前記接合工程の前に、前記上部構造物または前記下部構造物と係留基部との間を係留索で接続する係留索接続工程を設けると、洋上構造物側の係留索の接続部が下部構造物側にある場合に、上部構造物と下部構造物が一体化される接合工程前に、係留索接続作業が行われるので、接合工程時に、下部構造物が係留索に接続されて安定した状態になっているので、接合作業を容易に行うことができるようになる。または、前記運搬工程の後で、かつ、前記接合工程の前に、前記上部構造物と係留基部との間を係留索で接続する係留索接続工程を設けると、前記上部構造物が運搬船に搭載されて安定しているが、下部構造物による負担が運搬船の腕状構造物にかかっていない段階で接合作業を行うことができる。

あるいは、上記の洋上構造物の施工方法において、前記接合工程の後に、一体化した前記上部構造物と前記下部構造物と、係留基部との間を係留索で接続する係留索接続工程を設けると、洋上構造物側の係留索の接続部が下部構造物側にある場合に、下部構造物と係留索の接続作業を水中では無く水面上で、かつ上下構造物が運搬船に搭載・固定された安全な環境で行うことができるので、接続作業を効率よく行うことができるようになる。なお、係留索の接続にあたって運搬船やその椀上構造物が障害となる場合には、係留索の接続作業は、浮上工程の後であってもよい。

そして、上記の目的を達成するための本発明の洋上構造物は、上部構造物と下部構造物を接合して洋上に配置される洋上構造物であって、前記上部構造物は、直立状態のまま、バラストタンクと船首又は船尾の船体端部から船首尾方向に向けて突出させた一対の腕状構造物を備えた運搬船に搭載可能なように、上部構造物が直立状態で、横方向からスライドしてくる前記一対の腕状構造物を受け入れて、前記一対の腕状構造物の上に載置できる係合部を備えて構成される。

この構成によれば、洋上構造物の上部構造物が、直立状態のまま、バラストタンクを備え、かつ、船首又は船尾の船体端部から船首尾方向に向けて突出させた一対の腕状構造物を備えた運搬船に搭載できるので、上記の洋上構造物の施工方法を実施でき、上記の洋上構造物の施工方法と同様な作用効果を得ることができる。

また、上記の洋上構造物において、前記洋上構造物は浮力中心が重心より上にある構造体を持ち、前記上部構造物は主として水上部からなり、前記下部構造物は主として没水部からなり、前記上部構造物と前記下部構造物とは結合及び分離可能に接続されると、スパー型の洋上構造物の上部構造物と下部構造物が結合可能に構成されるので、洋上構造物の設置が容易となり、また、上部構造物と下部構造物が分離可能に構成されるので、洋上構造物を容易に分解でき、撤去作業が容易となる。従って、洋上構造物を設置した後でも、移動や廃棄を容易に行うことができる。また、係留索が下部構造物に接続されている場合には、上部構造物に重大な故障があった場合等に、上部構造物のみを容易に分離して持ち帰り、修復後に再設置することを容易に行うことができる。

上記の洋上構造物において、前記上部構造物と前記下部構造物を一体にして立てて運搬船に搭載した場合に前記洋上構造物の最下部が前記運搬船の最下部より下に３ｍ以上突出する構成の場合には、上部構造物と下部構造物を一体にして直立した状態で運搬船に搭載することは通常の水深の港湾では困難であるので本発明の施工方法が特に有効であり、このような縦長の洋上構造物でも本発明の施工方法を用いることで洋上設置場所に容易に設置できるようになる。なお、洋上構造物の最下部が運搬船の最下部より下に突出する突出量の上限に関しては、現段階における現実的な設計としては１００ｍ程度となるが、４００ｍ位は十分に可能性があり、将来的には１０００ｍ級もあり得る。

上記の洋上構造物において、前記下部構造物はバラスト水の注水のみならず排水するバラスト水注水及び排水設備を有するか、若しくは、固体バラストを注入のみならず排出するバラスト注入及び排出設備を有するか、又は、前記バラスト水注水及び排水設備、若しくは、前記バラスト注入及び排出設備を一時的に取り付け可能な構造を有して構成されると、これらのバラスト水注水及び排水設備、若しくは、バラスト注入及び排出設備を使用して、下部構造物を容易に浮上させることができるので、洋上構造物の撤去作業が容易となり、洋上構造物の移動や廃棄を容易に行うことができるようになる。

上記の洋上構造物において、前記係合部が前記上部構造物から３方向以上で水平方向に張り出した張出部で形成されると共に、該張出部に係留索を接続する接続部位が設けられると、この張出部で上部構造物の運搬船への搭載作業や、接続部位での係留索の接続作業や調整作業や点検作業を行うことができ、特に、係留作業時に、この張出部が水上にあるように構成すると潜水作業が不要になり、係留索の接続作業等を容易に行うことができるようになる。また、係留作業時にこの張出部が水面下ではあるが、水面近傍にあるように構成すると、係留索の接続作業等が比較的容易となる。

上記の洋上構造物において、前記洋上構造物が係留索で係留されると共に、該係留索を接続する接続部位が、一端側が水平軸回りのみに搖動可能に前記洋上構造物に支持されるアームの他端側に設けられると、次のような効果を発揮できる。

つまり、スパー型の洋上構造物の従来技術の係留においては、チェーンストッパー等の接続部材は洋上構造物の垂直方向の中心軸からの距離（取り付け半径）が小さい位置に設けられているために、洋上構造物が旋回方向に即ち水平面内の搖動(以下、捩じりという)に対して、捩じりを元に戻す方向に作用する係留索の係留力による復元モーメントが小さくなるという問題がある。この捩じりは、洋上構造物が垂直軸風車を搭載している場合には、発電トルクに直接的に関係して発生し、また、洋上構造物が水平軸風車を搭載している場合には、水平軸風車を風力に抗して風上に向ける旋回時やその維持に直接的に関係して発生する。

この従来技術の構成に対して、この構成では、アームを介在させることで、このアームの分だけ接続部位を洋上構造物の垂直方向の中心軸からの距離（取り付け半径）が大きい位置に設けることができるので、捩じりを元に戻す方向に作用する係留索の係留力による復元モーメントを大きくすることができる。その結果、洋上構造物全体が、旋回方向に捩れては戻る搖動(旋回運動)を抑制できるようになる。

また、従来技術のように、接続部位を取り付け半径が小さい位置に設けると、洋上構造物の水平軸回りの搖動（鉛直軸に対する傾斜）の際に接続部位の位置における変位量は小さくなるため、係留索の係留力の変動も小さくなり、この洋上構造物の傾斜に対する許容範囲が広いが、一方、この構成のように、接続部位を取り付け半径が大きい位置に設けると、洋上構造物の傾斜の際に、接続部位の位置における変位量が大きくなるため、係留索の係留力の変動も大きくなり、洋上構造物の傾斜に対する許容範囲が狭くなってしまうという問題がある。

これに対して、この構成では、アームを、一端側において水平軸回りのみに搖動可能に上部構造物に支持することにより、係留索の係留力による拘束を小さくして、洋上構造物の傾斜に対する許容範囲を広くすることができる。なお、このアームは洋上構造物の上部構造物側に設けてもよく、下部構造物側に設けてもよい。

上記の洋上構造物において、前記アームの他端側に鉛直軸周りに搖動可能な搖動部が設けられると共に、該搖動部に前記係留索を接続する前記接続部位が設けられると、アームを設けて接続部位の取り付け半径が大きくなることに伴って、洋上構造物の捩じりに伴う接続部位における係留索の係留方向の変化量が大きくなるが、この鉛直軸周りに搖動可能な搖動部により、この係留方向の変化量の増大に対応できるようになるので、接続（位及び係留索の損傷を防止できる。

以上に説明したように、本発明の洋上構造物の施工方法、及び洋上構造物によれば、風力発電装置等を搭載したスパー型の洋上構造物の施工方法において、クレーン船を使用することなく、安全に洋上設置場所に係留できる。

本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、搭載工程における上部構造物を運搬船に搭載する直前の状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、搭載工程における上部構造物を運搬船に搭載している状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、搭載工程における運搬船に搭載した上部構造物を甲板上に移動している状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、搭載工程における下部構造物を運搬船に搭載する直前の状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、搭載工程における下部構造物を運搬船に搭載している状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、搭載工程における運搬船に搭載した下部構造物を甲板上に移動している状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、運搬工程における運搬船が運航を開始する状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、運搬工程における運搬船が洋上設置場所に着いた状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、降下工程における運搬船上で下部構造物を船尾に移動する状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、降下工程における下部構造物を運搬船から降下した状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、水中維持工程における下部構造物の状態と移動工程における運搬船上で下部構造物を船尾に移動する状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、上昇工程における下部構造物を上昇させた状態と、接合工程における状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、浮上工程における洋上構造物を運搬船から降ろしている状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、係留索接続工程後の状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、施工後の状態を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、搭載工程における上部構造物を運搬船に搭載する直前の状態を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、搭載工程における下部構造物を運搬船に搭載する直前の状態を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、運搬工程における運搬船が運航を開始する状態を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、降下工程における下部構造物を運搬船から降下している状態を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、水中維持工程における下部構造物の状態と移動工程における運搬船上で下部構造物を船尾に移動した状態を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、上昇工程における下部構造物を上昇させた状態と、接合工程における状態を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、浮上工程における洋上構造物を運搬船から降ろしている状態を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、係留索接続工程後の状態を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、施工後の状態を示す図である。 本発明に係る実施の形態の洋上構造物の係留後の状態を示す模式的な図である。 アームの構成を示す模式的な図である。 本発明に係る他の実施の形態の洋上構造物の係留後の状態を示す模式的な図である。 従来技術の洋上構造物の係留後の状態を示す模式的な図である。

以下、本発明に係る実施の形態の洋上構造物の施工方法、及び洋上構造物について説明する。この実施の形態の説明では、洋上構造物としては、風力を利用する垂直軸風車を水面上部分に配置すると共に、潮流力を利用する垂直軸水車を水面下に配置して、水平軸水車又は垂直軸水車をバラストとして使用する浮体式流体力利用システムの洋上構造物を例に説明しているが、本発明は、必ずしも、この洋上構造物に限定する必要はなく、その他の洋上で上部構造物と下部構造物を一体化する洋上構造物に適用できる。

図１〜図１５に示すように、ここで例示する第１の実施の形態の洋上構造物１０は、上部構造物１１と下部構造物１２を接合して洋上に配置される洋上構造物である。上部構造物１１は、回転軸１１ａａと垂直羽根１１ａｂを有する垂直軸風車１１ａとこの垂直軸風車１１ａを支持する風車支持部１１ｂを備えて構成される。また、下部構造物１２は、垂直軸水車を備えて構成される。

この上部構造物１１の風車支持部１１ｂには直立状態のまま運搬船２０に搭載可能なように、上部構造物１１が直立状態で、横方向からスライドしてくる運搬船２０に設けられた一対の腕状構造物２３を受け入れて、その一対の腕状構造物２３の上に載置できる係合部１１ｂａを備えて構成される。なお、ここでは、支柱の下部の円環状に突出して設けた円環の下部がこの係合部１１ｂａとなるが、腕状構造物２３の挿入を許す挿入孔の上部を係合部としてもよい。

図１６〜図２４に示すように、第２の実施の形態の洋上構造物１０Ａは、下部構造物１２Ａが垂直軸水車を備えておらず、錘で構成されている点が異なる。この洋上構造物１０Ａの形状の方が、スパー型の洋上構造物として周知の形状とほぼ同じ形状となる。

また、運搬船２０は、図１〜図１４及び図１６〜図２３に示すように、上部構造物１１を直立状態で搭載できる甲板２１と、航海用の船橋２２と、図示しないが、推進機関やプロペラ等の推進装置や燃料タンクを備える。また、バラストタンクを備え、重量の大きい運搬物を搭載及び降ろすとき、及び、運搬物を船首方向に移動するときに、船体の喫水やトリム（船首尾方向の傾斜）を調整することができるようにバラスト水を注排水及びバラストタンクの相互間の移動を制御できるように構成される。

更に、船首又は船尾の船体端部から船首尾方向（図１〜図１４及び図１６〜図２３では、船尾から船尾方向）に向けて突出させた一対の腕状構造物２３を備えて構成される。この一対の腕状構造物２３は、上から見て、船尾側が解放されたＵ字形状に、船尾の左右に向かい合って配置される。

そして、図１〜図２に示すように、このＵ字形状の開口部側から、岸壁１上の載置された上部構造物１１の係合部１１ｂａの下側に一対の腕状構造物２３を挿入しながら後退して、一対の腕状構造物２３を係合部１１ｂａの下側に入れる。そして、図示しないバラストタンクからバラスト水を排出することで運搬船２０の船尾側又は運搬船２０全体を浮上させることで、一対の腕状構造物２３を係合部１１ｂａに当接し、更には、一対の腕状構造物２３で上部構造物１１の重量を支えて、上部構造物１１を岸壁１から浮き上がらせて、上部構造物１１を運搬船２０に搭載する。

また、図１３に示すように、洋上で運搬物（図１３では上部構造物）１１を降ろすときは、船体の船尾側を沈下させて、運搬物を浮上させて、船体を前進させて、運搬物の係合部から一対の腕状構造物２３を抜き出すことにより、運搬物を洋上に降ろす。

そして、この上部構造物１１と下部構造物１２を一体にして立てて運搬船に搭載した場合に洋上構造物１０の最下部が運搬船２０の最下部より下に３ｍ以上突出するように構成された場合、一般的な港湾施設の水深の制約から本発明の施工方法が特に有効である。なお、洋上構造物１０の最下部が運搬船２０の最下部より下に突出する突出量の上限に関しては、現段階における現実的な設計としては１００ｍ程度となるが、４００ｍ位は十分に可能性があり、将来的には１０００ｍ級もあり得る。

次に、本発明の実施の形態の洋上構造物の施工方法について、図面を参照しながら説明する。この第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法は、第１の洋上構造物１０を設置場所の洋上に設置する際の工法であり、図１〜図１５に示すようなものである。また、第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法は、第２の実施の形態の洋上構造物１０Ａを設置場所の洋上に設置する際の工法であり、図１６〜図２４に示すようなものである。

最初に、第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法について説明する。この洋上構造物の施工方法は、製造工程と、搭載工程と、運搬工程と、降下工程と、水中維持工程と、移動工程と、上昇工程又は下降工程のどちらか一方又は両方の合体工程と、接合工程と、浮上工程と、係留索接続工程を含んでいる。

この製造工程では、洋上構造物１０を上部構造物１１と下部構造物１２に分割して製造する。一般的には、図１に示すように、上部構造物１１と下部構造物１２は、洋上設置場所への移動を伴うので、海上輸送に容易に移行できるように岸壁１で製造されるが、この場所の海底（または水底）２までの水深は比較的浅いので、岸壁１から上部構造物１１と下部構造物１２を一体にして垂直状態のまま、水中に降ろして、曳航することは難しい。

そのため、製造工程に続く搭載工程では、図１に示すように、上部構造物１１を直立状態のまま、運搬船２０に搭載するこの搭載工程では、この上部構造物１１を運搬船２０に搭載する際には、運搬船２０にバラスト水を注水して運搬船２０の船尾の左右一対の腕状構造物２３の高さが上部構造物１１の係合部１１ｂａの下側になるようにバラスト調整する。

次に、図２に示すように、腕状構造物２３の高さが係合部１１ｂａの下側になっている状態で、運搬船２０を後進させて、腕状構造物２３を係合部１１ｂａの下側に挿入する。挿入し終わったら、バラスト水を排水して、腕状構造物２３の高さを高くして、腕状構造物２３が係合部１１ｂａの下側に当接し、さらに、上昇して、腕状構造物２３で上部構造物１１を保持し、上部構造物１１を岸壁から離間する。これにより、上部構造物１１は、運搬船２０の腕状構造物２３上に搭載されたことになる。

この搭載工程では、上部構造物１１を直立状態のまま、バラストタンクを備え、かつ、一対の腕状構造物２３を備えた運搬船２０に搭載するので、上部構造物１１を運搬船２０に搭載する際に、クレーン船や大型クレーンが不要になる。

次に、図３に示すように、上部構造物１１を運搬船２０の船首方向に移動する。この状態で、上部構造物１１が置かれていた岸壁１を離れて、図４に示すように、下部構造物１２が置かれている岸壁に行き、上部構造物１１の搭載と同様にして、図４〜図７に示すように下部構造物１２を運搬船２０に搭載する。

この上部構造物１１と下部構造物１２は、運搬船２０の搭載能力や、必要に応じて、一方ずつ別々の運搬船２０、２０に搭載してもよく、上部構造物１１と下部構造物１２の両方を同時に同じ運搬船２０に搭載してもよい。

搭載工程で、この上部構造物１１と下部構造物１２を搭載した後は、次の運搬工程で、図８に示すように、運搬船２０により、上部構造物１１と下部構造物１２を洋上設置場所に運搬する。この移動は、運搬船２０の自航により行う。

運搬船２０が洋上設置場所に到達すると、降下工程で、図９〜図１０に示すように、下部構造物１２を直立状態のまま運搬船２０から吊下げ索５０に吊り下げて水中に降ろす。洋上設置場所の水深が比較的浅い場合は、海底（または水底）３に載置する。この吊下げは、下部構造物１２にバラスト水の注水又はその他のバラストの搭載により、下部構造物１２を沈下させると共に、吊下げ索５０で吊下げて略垂直状態を保つ。

このとき、下部構造物１２の水中重量は浮力と釣り合う程度のバラスト量にしておくことで、吊下げ索５０に加わる荷重を著しく小さくできるので、大きなクレーンを必要とすることなく、運搬船２０に設けられているウインチやクレーン車４０などのクレーン能力で十分となるので、運搬船２０に大型のクレーンを設ける必要はなく、運搬船２０に設けられているウインチを使用したり、市販のクレーン車４０を搭載したりすることで十分となる（図面ではクレーン車を使用する場合を示している）。なお、ウインチの容量が足りない場合はその容量を施工に十分な容量に大きくしておくことで対応できる。

このように下部構造物１２は直立状態で運搬すると横倒し状態で運搬する場合に比べて、洋上における横倒し状態から垂直状態への移行作業がなくなるので、作業を簡略化できる。

次の水中維持工程では、下部構造物１２の一部又は全部を水中に直立状態に維持する。次の移動工程では、図１１に示すように、この直立状態に維持した下部構造物１２の上方部位に上部構造物１１を移動する。この上部構造物１１の移動は、運搬船２０上で上部構造物１１を腕状構造物２３の上に移動し、更に、運搬船２０の位置を制御して、下部構造物１２の上方部位に上部構造物１１が配置されるようにする。

この配置が完了した後、合体工程で上昇工程を行う場合には、この上昇工程では、図１２に示すように、吊下げ索５０などで吊下げられたりして一部又は全部が水中にある下部構造物１２を上昇させて、上部構造物１１の下側に配置する。この下部構造物１２の上昇は、ウインチ又はクレーン車４０による吊下げ索５０の引き上げや、上部構造物１１におけるバラスト水の排水や、バラストの切り離し等により容易に行うことができる。

この上昇工程の方法によれば、上部構造物１１を運搬船上２０に載置した状態や、運搬船２０若しくは曳航船等により洋上に固定した状態で、一部又は全部が水面下にあって上下移動に要する力が比較的少なくて済む下部構造物１２を上昇させるので、多くの部分又は全部が水面上にあって上下移動に要する力が大きな上部構造物１０を上下方向に移動させる必要がなくなるので、クレーン船を使用することなく、安全に洋上設置場所に係留できる。

また、合体工程で下降工程を行う場合には、この下降工程では、上部構造物１１を一対の腕状構造物２３に保持した状態で搭載した運搬船２０の一部を沈めることにより、上部構造物１１を下降させて、上部構造物１１と下部構造物１２を合体する。

この下降工程では、下部構造物１２を固定又は係留した状態で、上部構造物１１を運搬船２０上に載置した状態のまま、運搬船２０の一部を沈めることにより上部構造物１１を下降させるので、クレーン船を使用することなく、安全に洋上設置場所で上部構造物１１と下部構造物１２を合体できる。

また、この下降工程において、下部構造物１２を水底３に着底させるように構成すると、浮体式ではなく係留索による係留を行わない、着底式の洋上構造物の場合に適した工法となる。また、浮体式であって係留索による係留を行う場合であっても、気象海象が荒い場合や潮流がある場合などでは、水底３に一時的に着底して、仮置きすることで、洋上構造物１０を安全に設置場所に位置保持できるようになる。なお、係留索として、アンカーチェーンやロープ等ではなくテンドンを使用したテンションレグプラットフォーム（ＴＬＰ）であってもよい。

更に、上部構造物１１を下降させる下降工程と下部構造物１２を上昇させる上昇工程の両方を組み合わせて使用してもよい。この場合は、両者を同時に実施してもよいが、位置決めの都合から、一方を他方に優先させることが好ましい。

この合体工程により、下部構造物１２の上側が上部構造物１１の下側に当接またはわずかに離間した距離になると、接合工程で、下部構造物１２の上側が上部構造物１１の下側に対して位置決めして、溶接、ボルト締め、嵌合とピン止め等により、下部構造物１２を上部構造物１１に一体化する。

この搭載工程から接合工程の間、一貫して上部構造物１１は直立状態のままであるので、洋上で横倒し状態から上部構造物１１を直立状態にする作業が無くなり、クレーン船や運搬船２０上の大型クレーンが不要となる。従って、上部構造物１１に設ける機器類が横倒し状態になることがないので、陸上工事で、これらの機器類を上部構造物１１に設置したり、検査したりすることができるので、洋上における機器類の設置作業を省略でき、作業効率を向上することができる。また、上部構造物が運搬船に搭載し固定され、その上部構造物に下部構造物が押し当てられて固定され、全体の慣性が大きく揺れが最小限になった環境で接合作業等を行うことができるとともに、接合作業等に必要な人員や動力を運搬船から安全に供給することができる。

そして、この接合工程が終了すると、浮上工程で、一体化した上部構造物１１と下部構造物１２、即ち、洋上構造物１０を運搬船２０から降ろして、洋上に浮かべる。この浮上工程では、水面Ｗ．Ｌ．に浮く状態に調整された洋上構造物１０に対して、運搬船２０のバラスト調整により、船尾を沈下させて、腕状構造物２３を下降させて、洋上構造物１０が浮くようにした後、運搬船２０を前進させて、洋上構造物１０から、腕状構造物２３を引き離す。

この浮上工程でも、一体化した上部構造物１１と下部構造物１２を運搬船２０から降ろして、洋上に浮かべる際に、運搬船２０側のバラスト水操作で、洋上構造物１０を浮上させて、運搬船２０を引く抜くことで、洋上構造物１０を運搬船２０から降ろすことができるので、この浮上工程でも、クレーン船や大型クレーンが不要になる。

また、この浮上工程において、一体化した上部構造物１１と下部構造物１２を運搬船２０から降ろす際に、運搬船２０の一部を沈めるように構成すると、一体化した上部構造物１１と下部構造物１２の姿勢を垂直状態に保持したまま、容易に洋上に浮かべることができるようになる。なお、下部構造物にバラストが残っている場合には、バラストを抜くか切り離すことによって浮上させることもできる。

次に、係留索接続工程で、浮上工程の後に、一体化した上部構造物１１と下部構造物１２と、係留基部３１との間を係留索３０で接続する。この係留索接続工程を接合工程の後に設けると、洋上構造物１０側の係留索３０の接続部３２が接続作業時に下部構造物１２側にある場合に、下部構造物１２と係留索３０の接続作業を水中では無く水面Ｗ．Ｌ．の上で行うことができるので、接合作業を効率よく行うことができるようになる。

一方、係留索接続工程を上部構造物１１と下部構造物１２が一体化される接合工程前に設けると、洋上構造物１０側の係留索３０の接続部３２が下部構造物１２側にある場合に、接合工程時に、下部構造物１２が係留索３０に接続されて安定した状態になっているので、接合作業を容易に行うことができるようになる。あるいは、接続部３２が上部構造物１１側にある場合に、上部構造物が運搬船に搭載されて安定しているが、下部構造物による負担が運搬船の腕状構造物にかかっていない段階で接合作業を行うことができる。

次に、第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法について説明する。この第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法は、第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法とは、洋上構造物１０Ａの下部構造物１２Ａの搭載と運搬の方法と効果が異なるだけで、他は同じである。

より詳細には、この第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法においては、図２４に示すような第２の実施の形態の洋上構造物１０Ａを洋上に係留する際に用いることができ、図１６に示すように、製造工程と、搭載工程における上部構造物１１Ａの搭載及び運搬は、第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法と同じであるが、まず、下部構造物１２Ａの搭載工程における搭載及び運搬工程における運搬では、図１７及び図１８に示すように、横倒し状態で行われる。

そのため、降下工程においては、図１９に示すように、下部構造物１２Ａを横倒し状態で運搬船２０から降ろし、垂直状態にする作業が必要になる。この作業は、下部構造物１２Ａの水中重量が少ない状態で行うことができるので、大型クレーンを必要とせず、市販のクレーン車４０で、下部構造物１２Ａの上部となる側を吊り上げると共に、バラスト水の注水やバラストの積み込みにより、下部側を沈めることにより、容易に行うことができる。

下部構造物１２Ａを垂直状態にした後の水中維持工程、移動工程、接合工程、浮上工程、及び係留索接続工程は、図２０〜図２４に示すように、第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法と同じである。

従って、本発明の第１及び第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法及び洋上構造物１０、１０Ａでは、従来技術では、洋上で上部構造物１１、１１Ａと下部構造物１２、１２Ａを一体化する場合には、洋上に配置された下部構造物１２、１２Ａに対して、クレーン等で吊り上げた上部構造物を、下部構造物１２、１２Ａの上から下部構造物１２、１２Ａに吊り下りして、上部構造物１１、１１Ａと下部構造物１２、１２Ａを接合しているのに対して、逆に、上部構造物１１、１１Ａに対して、吊下げ索などで一部又は全部が水中にある下部構造物１２、１２Ａを上昇させて、上部構造物１１、１１Ａと下部構造物１２、１２Ａを接合する。

これらの洋上構造物の施工方法によれば、上部構造物１１、１１Ａを運搬船２０上に載置した状態や、運搬船２０若しくは曳航船等により洋上に固定した状態で、一部又は全部が水面下にあって上下移動に要する力が比較的少なくて済む下部構造物１２、１２Ａを上昇させるので、多くの部分又は全部が水面上にあって上下移動に要する力が大きな上部構造物１１、１１Ａを上下方向に移動させる必要がなくなるので、クレーン船を使用することなく、安全に洋上設置場所に係留できる。また、上部構造物が運搬船に搭載し固定され、その上部構造物に下部構造物が押し当てられて固定され、全体の慣性が大きく揺れが最小限になった環境で接合作業等を行うことができるとともに、接合作業等に必要な人員や動力を運搬船から安全に供給することができる。

なお、下部構造物１２、１２Ａは全部もしくはその殆どの部分が設置時には水中に入った状態になるので、横倒し状態で運搬船２０に搭載したり、横倒し状態で曳航船によって曳航したりしても、設置場所でバラスト水の注水やその他のバラストの搭載等により、比較的小さなクレーンやウインチなどのみの使用で比較的容易に垂直状態にすることができる。一方、上部構造物１１、１１Ａは風力発電設備など水没を回避する必要がある機器が搭載されているので、従来技術のように、横倒し状態で運搬された場合には、設置場所の洋上又は運搬船２０上で横倒し状態から垂直状態にする必要があるため、クレーン船や運搬船上の大型クレーンが必要となる。

上記の構成の洋上構造物１０、１０Ａによれば、洋上構造物１０、１０Ａの上部構造物１１、１１Ａが、直立状態のまま、バラストタンクを備え、かつ、船首又は船尾の船体端部から船首尾方向に向けて突出させた一対の腕状構造物２３を備えた運搬船２０に搭載できるので、上記の洋上構造物の施工方法を実施でき、上記の洋上構造物の施工方法と同様な作用効果を得ることができる。

次に、図１５、及び、図２４〜図２７を参照しながら、洋上構造物１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの構成について説明する。これらの洋上構造物１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは浮力中心が重心より上にある構造体を持ち、これらの上部構造物１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは主として水上部からなり、下部構造物１２、１２Ａ、１２Ｂ１２Ｃは主として没水部からなる。これらの上部構造物１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと下部構造物１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃとは結合及び分離可能に接続される。なお、この「主として」は例えば、７０％以上、好ましくは８０％以上のことを言う。

この結合可能の構成により、洋上構造物１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの設置が容易となり、また、分離可能の構成により、洋上構造物１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの撤去作業が容易となるので、洋上構造物１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの移動や廃棄を容易に行うことができる。また、係留が下部構造物に接続されている場合には、上部構造物に重大な故障があった場合等に、上部構造物のみを容易に分離して持ち帰り、修復後に再設置することを容易に行うことができる。

また、これらの上部構造物１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、陸上で正立した状態で少なくとも概ねの組み立てをおこない、正立した状態で運搬するが、下部構造物１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは洋上構造物１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの洋上設置場所又は十分な水深のある海域まで運搬の後、正立させる仕組みを持つように構成される。

これらの洋上構造物１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを係留する場合には、この洋上構造物１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ側の係留索３０の接続部位１４を上部構造物１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃに設けて、この接続部位１４における作業や点検を水上、好ましくは水面Ｗ．Ｌ．の近くで行うことができるように構成することが好ましい。

また、これらの洋上構造物１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃにおいて、下部構造物１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに、バラスト水の注水のみならず排水するバラスト水注水及び排水設備（図示しない）、若しくは、固体バラストを注入のみならず排出するバラスト注入及び排出設備（図示しない）、又は、バラスト水注水及び排水設備、若しくは、バラスト注入及び排出設備を一時的に取り付け可能な構造を備えて構成することが好ましい。つまり、これらの下部構造物１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、バラスト水を注排水する設備を持つか、または、固体バラストを注入・排出する設備またはそのような設備を設置できる構造を持つことが好ましい。

このバラスト水を排出する方法としては、ポンプ、エアリフト、若しくは圧縮空気の注入による押し出しを用いることができる。また、固体バラストの排出方法としては、粉状、粉状の固体若しくはスラリーを用いて、これらの撤去時には、スラリーポンプ、エジェクター、エアリフトを用いることができる。なお、液体に気体を混入して気体の浮上力を用いて液体に混入した固体を液体と気体との混合ガスでエアリフト管内を上昇させるエアリフト方式を使用すると重たい固体若しくはスラリーも容易に排出できる。

これにより、下部構造物１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを容易に浮上させることができるようになるので、洋上での上部構造物１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと下部構造物１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃとの結合作業を容易にでき、更に、洋上構造物１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを洋上設置場所から撤去する際に、バラストを排出して（デバラストをして）、設置時の逆手順で、容易に洋上構造物１０を分解して撤去することができるようになる。これにより、洋上構造物１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの移動や廃棄に伴う困難性を克服できる。

なお、従来技術の通常のスパー型の浮体式構造物では、重コンクリートや酸化が進むと結合して一体化してしまう鉄鉱石などの排出不能の固体バラストを詰め込むことでバラスト作業をするため、設置場所の水深が浅くても、洋上構造物の撤去工事が困難であり、移動することができない。また、喫水が大きいために水深が浅い所に移動できないからといって、不要になった洋上構造物を水深の深い公海上で水没及び投棄することは環境汚染の問題がある。本発明のように、デバラスト可能に構成して洋上構造物１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを容易に移動できるようにすることは、環境汚染の問題への対策上大きなメリットとなる。

また、図２４に示すように、洋上構造物１０Ａにおいて、上部構造物１１Ａを直立状態のまま運搬船２０に搭載する際に、運搬船２０に設けられた一対の腕状構造物２３を受け入れて、その一対の腕状構造物２３の上に上部構造物１１Ａを載置するための係合部１１ｂａを上部構造物１０Ａから３方向以上で水平方向に張り出した張出部１３で形成する。また、更に、張出部１３に係留索３０を接続する接続部位１４を設ける。更には、この張出部１３が陸上での正立した状態での組み立て作業時の安全のために利用できる部位となるように構成することが好ましい。

つまり、上部構造物１１Ａに３方向以上に張り出した張出部１３を設けると共に、この張出部１３において係留作業時に水上になる位置に係留索３０の接続部位１４を設けることが好ましい。これにより、この張出部１３で上部構造物１１Ａの運搬船２０への搭載作業や、接続部位１４での係留索３０の接続作業や調整作業や点検作業を行うことができようになる。特に、係留作業時に、この張出部１３が水上にあるときは潜水作業が不要になり、これらの係留索３０の接続作業等を容易に行うことができる。また、係留作業時にこの張出部１３が水面Ｗ．Ｌ．より下ではあるが、水面Ｗ．Ｌ．の近傍にあるときは、係留索３０の接続作業等が比較的容易となる。

また、図２５に示す洋上構造物１０Ｂは、上部構造物１１Ｂと下部構造物１２Ｂとからなる縦長の構造物であり、下部構造物１２Ｂの下部に錘１２Ｂａをその上側に浮力体１２Ｂｂを設けて構成されている。一方、図２７に示す洋上構造物１０Ｃは、上部構造物１１Ｃと下部構造物１２Ｃとからなり、下部構造物１２Ｃの下部に錘１２Ｃａをその上側に浮力体１２Ｃｂを設けて構成されているが、この錘１２Ｃａは、錘を兼ねた水車であり、縦長の洋上構造物１０Ｂの下部構造物１２Ｂに比べると幅広になっている。また、上部構造物１１Ｃは、垂直軸風車を備えて構成されている。

そして、図２５〜図２７に示すように、洋上構造物１０Ｂ、１０Ｃにおいて、洋上構造物１０Ｂ、１０Ｃを係留索３０で係留すると共に、洋上構造物１０Ｂ、１０Ｃにアーム１５を設ける。このアーム１５の一端側は、図２６に示すように、水平軸回りのみに搖動可能に、アーム１５の回転軸１５ａを洋上構造物１０Ｂ、１０Ｃ(図２６では洋上構造物１０Ｂの上部構造物１１Ｂ)の挿入孔１１Ｂａに挿入して回転可能に支持する。また、係留索３０を接続する接続部位１４を、このアーム１５の他端側に設ける。なお、このアーム１５は洋上構造物１０Ｂ、１０Ｃの上部構造物１１Ｂ、１１Ｃ側に設けてもよく、下部構造物１２Ｂ、１２Ｃ側に設けてもよい。

これにより、図２８に示すような、つまり、スパー型の洋上構造物１０Ｘの従来技術の係留においては、チェーンストッパー等の接続部材１７は洋上構造物１０Ｘの垂直方向の中心軸からの距離（取り付け半径）が小さい位置に設けられているために、洋上構造物１０Ｘが旋回方向に即ち水平面内の搖動(以下、捩じりという)Ψに対して、捩じりΨを元に戻す方向に作用する係留索３０の係留力による復元モーメントが小さくなるという問題を解決できる。この捩じりΨは、洋上構造物１０Ｘが垂直軸風車を搭載している場合には、発電トルクに直接的に関係して発生し、また、洋上構造物１０Ｘが水平軸風車を搭載している場合には、水平軸風車を風力に抗して風上に向ける旋回時やその維持に直接的に関係して発生する。

これに対して、図２５〜図２７の洋上構造物１０Ｂ、１０Ｃでは、アーム１５を介在させることで、このアーム１５の分だけ接続部位１４を洋上構造物１０Ｂ、１０Ｃの垂直方向の中心軸からの距離（取り付け半径）が大きい位置に設けることができ、捩じりΨを元に戻す方向に作用する係留索３０の係留力による復元モーメントを大きくすることができるので、洋上構造物１０Ｂ，１０Ｃの全体が、旋回方向に捩れては戻る搖動(旋回運動)を抑制できるようになる。

また、図２８に示す従来技術の洋上構造物１０Ｘのように、接続部位１４を取り付け半径が小さい位置に設けると、洋上構造物１０Ｘの水平軸回りの搖動（傾斜）θの際に接続部位１４の位置における搖動による変位量は小さくなるため、係留索３０の係留力の変動が小さくなり、この洋上構造物１０Ｘの水平軸回りの搖動θに対する許容範囲が広い。

一方、図２５及び図２７に示すように接続部位１４を取り付け半径が大きい位置に設けると、洋上構造物１０Ｂ、１０Ｃの傾斜（水平軸回りの搖動）θの際に、接続部位１４の位置における傾斜θによる変位量が大きくなるため、係留索３０の係留力の変動も大きくなり、洋上構造物１０Ｂ、１０Ｃの傾斜θに対する許容範囲が狭くなってしまうが、これに対して、洋上構造物１０Ｂ、１０Ｃでは、アーム１５を、図２５〜図２７に示すように、一端側において水平軸回りのみに搖動可能、即ち、傾斜可能に洋上構造物１０Ｂ、１０Ｃ（図では上部構造物１１Ｂ，１１Ｃ）に支持しているので、これにより、係留索３０の係留力の変動を小さくして、洋上構造物１０Ｂ、１０Ｃの傾斜θに対する許容範囲を広くすることができる。

更に、アーム１５の他端側に鉛直軸周りに搖動可能な搖動部(図示しない)を設けると共に、この搖動部に係留索３０を接続する接続部位１４を設ける。この搖動部は鉛直軸周りに搖動可能な部材、例えば、鉛直方向に回転軸を持ってこの回転軸周りに回転可能に設けられた部材等で容易に構成できる。これにより、アーム１５を設けて接続部位１４の取り付け半径が大きくなることに伴って、洋上構造物１０Ｂ、１０Ｃの捩じり(旋回方向の搖動)Ψに伴う接続部位１４における係留索３０の係留方向の変化量が大きくなるが、この鉛直軸周りに搖動可能な搖動部により、この係留索３０の係留方向の変化量の増大に対応でき、接続部位１４及び係留索３０の損傷を防止できる。

また、アーム１５の他端側に中間ブイ(中間浮体)１６を設けると、洋上構造物１０Ｂ、１０Ｃの上下方向の動きをアーム１５の水平軸回りの搖動で吸収できるので、洋上構造物１０Ｂ、１０Ｃの上下方向の動きに対して、仲介ブイ１６に設けられた接続部位１４の動きとこの接続部位１４に接続される係留索３０の動きを著しく小さくすることができる。

そして、水深等によって異なる係留力の上下方向成分はこの中間ブイ１６の浮き沈みによる浮力の変化で吸収できるので、洋上構造物１０Ｂ、１０Ｃの浮力体１０Ｂｂ、１０Ｃｂで必要とする浮力を、設置場所の水深等によらずに標準化することができる。

この洋上構造物１０Ｃでは、根本側に上下方向に回転可能なヒンジ（水平軸周りに搖動可能な回転軸）１５ａを有して洋上構造物１０Ｃに支持され、先端側に係留索３０の固定部(接続部位)１４を持つ係留アーム１５を備えており、この洋上構造物１０Ｃは、これを利用して係留する浮体係留システムである。

また、この洋上構造物１０Ｃの構成では、この係留アーム１５の先端側に接続される係留索３０は複数であってもよく、また、この係留アーム１５の先端側に浮力部（中間ブイ１６）または錘部を持ってもよい。更に、洋上構造物１０Ｃ自身も浮力を発生する浮力体１２Ｃｂを持ち、また、洋上構造物１０Ｃが係留時の垂直姿勢を保つために、水中に錘１２Ｃａを持つ。また、この錘１２Ｃｂは水車であり、浮力体１２Ｃｂの上に風車を持つ。

これにより、上下方向の回転（傾斜）θのみを許容するピボット（アーム１５の回転軸）１５ａの取付半径が小さいことで、洋上構造物１０Ｃの傾斜θに関しての係留力による復元力を小さくできる一方で、チェーンストッパー等の接続部材１７を取り付ける接続部位１４の取り付け半径が大きいため、捩じり(旋回)Ψに対する係留力による復元力が大きい、言い換えれば、捩じり(旋回)Ψに対する係留の剛性が高いという特徴と有している。

また、係留の下向き力には中間ブイ１６が対抗することで、洋上構造物１０Ｃの浮力体１２Ｃｂに必要な浮力は水深等によらず、標準化できるという特徴がある。

また、洋上構造物１０Ｃの浮力体１２Ｃｂは水車１２Ｃａと共に旋回させることもできる。その場合、浮力体１２Ｃｂと水車１２ｂａとの取り合い部を大幅に簡略化でき、また、水車１２Ｃａの大径化が可能となる。またゴム部材によって取り外し自在又は回動可能に支持する、耐久性に難のあるゴム支承を廃止することができるようになる。また、許容搖動角度をゴム支承よりも大きく取り易く、また浮力体１２Ｃｂが水車１２Ｃａと共に旋回しない場合には、限界角度に達したときにも水車１２Ｃａとアーム１５、中間ブイ１６が一緒に回転しないもの同士の接触になるため、構造的に対応し易くなる。

本発明の洋上構造物の施工方法、及び洋上構造物によれば、風力発電装置等を搭載したスパー型等の洋上構造物の施工方法において、クレーン船を使用することなく、安全に洋上設置場所に係留できるので、多くの洋上構造物及びその施工方法に広く利用できる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｘ 洋上構造物
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｘ 上部構造物
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｘ 下部構造物
１２Ｂａ、１２Ｃａ、１２Ｘａ 錘
１２Ｂｂ、１２Ｃｂ、１２Ｘｂ 浮力体
１３ 張出部
１４ 接続部位
１５ アーム
１５ａ 回転軸
１６ 中間ブイ
２０ 運搬船
２１ 甲板
２２ 船橋
２３ 腕状構造物
３０ 係留索
３１ 係留基部
３２ 係留索の接続部
４０ クレーン車
５０ 吊下げ索

上記の目的を達成するための本発明の洋上構造物の施工方法は、洋上構造物を上部構造物と下部構造物に分割して製造する製造工程と、前記下部構造物の一部又は全部を水中に直立状態に維持する水中維持工程と、この直立状態に維持した前記下部構造物の上方部位に、前記上部構造物を移動する移動工程と、前記下部構造物を上昇させて、前記上部構造物の下側に配置する上昇工程を行う合体工程と、前記下部構造物を前記上部構造物に一体化する接合工程とを含むことを特徴とする方法である。

また、参考までに、合体工程を下降工程で行う場合は、従来技術のクレーン等で吊り上げた上部構造物を下部構造物に吊り下ろすのではなく、上部構造物を一対の腕状構造物に保持した状態で搭載した運搬船の一部を沈めることにより、上部構造物を下降させて、上部構造物と下部構造物を合体する。

そして、上記の目的を達成するための本発明の洋上構造物は、上部構造物と下部構造物を接合して洋上に配置される洋上構造物であって、前記上部構造物は、直立状態のまま、バラストタンクと船首又は船尾の船体端部から船首尾方向に向けて突出させた一対の腕状構造物を備えた運搬船に搭載可能なように、上部構造物が直立状態で、横方向からスライドしてくる前記一対の腕状構造物を受け入れて、前記一対の腕状構造物の上に載置できる係合部を備えて構成されると共に、前記下部構造物は、一部又は全部が水面下にある状態で、水中重量が浮力と釣り合う程度のバラスト量とすることができ、さらに、前記上部構造物と一体化した後は水面に浮く状態のバラスト量に調整可能に構成される。

最初に、第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法について説明する。この洋上構造物の施工方法は、製造工程と、搭載工程と、運搬工程と、降下工程と、水中維持工程と、移動工程と、上昇工程を行う合体工程と、接合工程と、浮上工程と、係留索接続工程を含んでいる。

本発明は、風力発電装置等を搭載したスパー型等の洋上構造物の施工方法に関するものである。

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、風力発電装置等を搭載したスパー型等の洋上構造物の施工方法において、クレーン船を使用することなく、安全に洋上設置場所に係留できる洋上構造物の施工方法を提供することにある。

そして、上記の本発明の洋上構造物の施工方法に使用する洋上構造物は、上部構造物と下部構造物を接合して洋上に配置される洋上構造物であって、前記上部構造物は、直立状態のまま、バラストタンクと船首又は船尾の船体端部から船首尾方向に向けて突出させた一対の腕状構造物を備えた運搬船に搭載可能なように、上部構造物が直立状態で、横方向からスライドしてくる前記一対の腕状構造物を受け入れて、前記一対の腕状構造物の上に載置できる係合部を備えて構成されると共に、前記下部構造物は、一部又は全部が水面下にある状態で、水中重量が浮力と釣り合う程度のバラスト量とすることができ、さらに、前記上部構造物と一体化した後は水面に浮く状態のバラスト量に調整可能に構成される。

以上に説明したように、本発明の洋上構造物の施工方法によれば、風力発電装置等を搭載したスパー型の洋上構造物の施工方法において、クレーン船を使用することなく、安全に洋上設置場所に係留できる。

本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、搭載工程における上部構造物を運搬船に搭載する直前の状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、搭載工程における上部構造物を運搬船に搭載している状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、搭載工程における運搬船に搭載した上部構造物を甲板上に移動している状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、搭載工程における下部構造物を運搬船に搭載する直前の状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、搭載工程における下部構造物を運搬船に搭載している状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、搭載工程における運搬船に搭載した下部構造物を甲板上に移動している状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、運搬工程における運搬船が運航を開始する状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、運搬工程における運搬船が洋上設置場所に着いた状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、降下工程における運搬船上で下部構造物を船尾に移動する状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、降下工程における下部構造物を運搬船から降下した状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、水中維持工程における下部構造物の状態と移動工程における運搬船上で下部構造物を船尾に移動する状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、上昇工程における下部構造物を上昇させた状態と、接合工程における状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、浮上工程における洋上構造物を運搬船から降ろしている状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、係留索接続工程後の状態を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、施工後の状態を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、搭載工程における上部構造物を運搬船に搭載する直前の状態を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、搭載工程における下部構造物を運搬船に搭載する直前の状態を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、運搬工程における運搬船が運航を開始する状態を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、降下工程における下部構造物を運搬船から降下している状態を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、水中維持工程における下部構造物の状態と移動工程における運搬船上で下部構造物を船尾に移動した状態を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、上昇工程における下部構造物を上昇させた状態と、接合工程における状態を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、浮上工程における洋上構造物を運搬船から降ろしている状態を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、係留索接続工程後の状態を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法を説明するための模式的な図で、施工後の状態を示す図である。 本発明に係る実施の形態の洋上構造物の施工方法で使用する洋上構造物の係留後の状態を示す模式的な図である。 アームの構成を示す模式的な図である。 本発明に係る他の実施の形態の洋上構造物の施工方法で使用する洋上構造物の係留後の状態を示す模式的な図である。 従来技術の洋上構造物の係留後の状態を示す模式的な図である。

以下、本発明に係る実施の形態の洋上構造物の施工方法について説明する。この実施の形態の説明では、洋上構造物としては、風力を利用する垂直軸風車を水面上部分に配置すると共に、潮流力を利用する垂直軸水車を水面下に配置して、水平軸水車又は垂直軸水車をバラストとして使用する浮体式流体力利用システムの洋上構造物を例に説明しているが、本発明は、必ずしも、この洋上構造物に限定する必要はなく、その他の洋上で上部構造物と下部構造物を一体化する洋上構造物に適用できる。

従って、本発明の第１及び第２の実施の形態の洋上構造物の施工方法及びこれに使用する洋上構造物１０、１０Ａでは、従来技術では、洋上で上部構造物１１、１１Ａと下部構造物１２、１２Ａを一体化する場合には、洋上に配置された下部構造物１２、１２Ａに対して、クレーン等で吊り上げた上部構造物を、下部構造物１２、１２Ａの上から下部構造物１２、１２Ａに吊り下りして、上部構造物１１、１１Ａと下部構造物１２、１２Ａを接合しているのに対して、逆に、上部構造物１１、１１Ａに対して、吊下げ索などで一部又は全部が水中にある下部構造物１２、１２Ａを上昇させて、上部構造物１１、１１Ａと下部構造物１２、１２Ａを接合する。

本発明の洋上構造物の施工方法によれば、風力発電装置等を搭載したスパー型等の洋上構造物の施工方法において、クレーン船を使用することなく、安全に洋上設置場所に係留できるので、多くの洋上構造物及びその施工方法に広く利用できる。

Claims (14)

1. 洋上構造物を上部構造物と下部構造物に分割して製造する製造工程と、
   前記下部構造物の一部又は全部を水中に直立状態に維持する水中維持工程と、
   この直立状態に維持した前記下部構造物の上方部位に、前記上部構造物を移動する移動工程と、
   前記下部構造物を上昇させて、前記上部構造物の下側に配置する上昇工程、又は、前記上部構造物を一対の腕状構造物に保持した状態で搭載した運搬船の一部を沈めることにより、前記上部構造物を下降させて、前記下部構造物の上側に配置する下降工程のどちらか一方又は両方の合体工程と、
   前記下部構造物を前記上部構造物に一体化する接合工程とを
   含むことを特徴とする洋上構造物の施工方法。
2. 前記上昇工程における前記下部構造物の上昇を、前記上部構造物又は前記下部構造物の少なくとも一方を移動する運搬船に搭載したウインチを用いて行うことを特徴とする請求項１に記載の洋上構造物の施工方法。
3. 前記接合工程が、前記上部構造物を前記運搬船の前記一対の腕状構造物に保持した状態で、前記下部構造物を前記上部構造物に一体化する工程であり、
   前記製造工程と前記水中維持工程の間に、
   前記上部構造物を直立状態のまま、バラストタンクを備え、かつ、船首又は船尾の船体端部から船首尾方向に向けて突出させた一対の腕状構造物を備えた運搬船に搭載する搭載工程と、
   前記運搬船により、前記上部構造物と前記下部構造物の一方ずつ又は両方を同時に洋上設置場所に運搬する運搬工程と、
   前記下部構造物を前記運搬船から吊下げ索に吊り下げて水中に降ろす降下工程とを含むと共に、
   前記接合工程の後に、一体化した前記上部構造物と下部構造物を前記運搬船から降ろして、洋上に浮かべる浮上工程とを含む
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の洋上構造物の施工方法。
4. 前記浮上工程において、一体化した前記上部構造物と前記下部構造物を前記運搬船から降ろす際に、前記運搬船の一部を沈めることを特徴とする請求項３に記載の洋上構造物の施工方法。
5. 前記降下工程において、前記下部構造物を水底に着底させることを特徴とする請求項３又は４に記載の洋上構造物の施工方法。
6. 前記運搬工程の後で、かつ、前記接合工程の前に、前記上部構造物または前記下部構造物と係留基部との間を係留索で接続する係留索接続工程を設けたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の洋上構造物の施工方法。
7. 前記接合工程の後に、一体化した前記上部構造物または前記下部構造物と、係留基部との間を係留索で接続する係留索接続工程を設けたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の洋上構造物の施工方法。
8. 上部構造物と下部構造物を接合して洋上に配置される洋上構造物であって、前記上部構造物は、直立状態のまま、バラストタンクと船首又は船尾の船体端部から船首尾方向に向けて突出させた一対の腕状構造物を備えた運搬船に搭載可能なように、上部構造物が直立状態で、横方向からスライドしてくる前記一対の腕状構造物を受け入れて、前記一対の腕状構造物の上に載置できる係合部を備えたことを特徴とする洋上構造物。
9. 前記洋上構造物は浮力中心が重心より上にある構造体を持ち、前記上部構造物は主として水上部からなり、前記下部構造物は主として没水部からなり、前記上部構造物と前記下部構造物とは結合及び分離可能に接続されることを特徴とする請求項８に記載の洋上構造物。
10. 前記上部構造物と前記下部構造物を一体にして立てて運搬船に搭載した場合に前記洋上構造物の最下部が前記運搬船の最下部より下に３ｍ以上突出することを特徴とする請求項８又は９に記載の洋上構造物。
11. 前記下部構造物はバラスト水の注水のみならず排水するバラスト水注水及び排水設備を有するか、若しくは、固体バラストを注入のみならず排出するバラスト注入及び排出設備を有するか、又は、前記バラスト水注水及び排水設備、若しくは、前記バラスト注入及び排出設備を一時的に取り付け可能な構造を有して構成されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の洋上構造物。
12. 前記係合部が前記上部構造物から３方向以上で水平方向に張り出した張出部で形成されると共に、該張出部に係留索を接続する接続部位が設けられることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の洋上構造物。
13. 前記洋上構造物が係留索で係留されると共に、該係留索を接続する接続部位が、一端側が水平軸回りのみに搖動可能に前記洋上構造物に支持されるアームの他端側に設けられることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の洋上構造物。
14. 前記アームの前記他端側に鉛直軸周りに搖動可能な搖動部が設けられると共に、該搖動部に前記係留索を接続する前記接続部位が設けられることを特徴とする請求項１３に記載の洋上構造物。

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