JP6432777B2 - 浮体式海洋構造物の海上施工システム - Google Patents

Description

本発明は、浮体式海洋構造物の海上施工システムに関する。

従来、例えば浮体式海洋構造物として、洋上に浮かぶ浮体構造物（いわゆるメガフロート）上に例えば高さが５００ｍを超え、外径が数百ｍに及ぶような高層ないし超高層の鉄骨構造のタワー部を構築する洋上都市が検討されている（例えば、特許文献１参照）。
このような規模の浮体式海洋構造物の施工にあたっては、例えば原子力発電所の建設等で使用するような超大型クレーンを浮体構造物に設置して施工することが一般的に考えられる。

特許文献１には、浮体構造物上において構造物の躯体を下部から上部へ順次施工していきつつ施工した躯体を浮体構造物上から順次降下させていく工程を繰り返すことにより、施工済みの躯体をその上部を残して水面下に沈降させた状態で浮体構造物から吊り支持しつつ躯体をその頂部まで施工し、その後、施工済みの躯体の全体を浮体構造物上に自立させるようにした水上構造物の施工方法について開示されている。

特許第５１０５１９２号公報

しかしながら、上述したような従来の浮体式海洋構造物の施工方法では、以下のような問題があった。
すなわち、超大型ジブクレーンを浮体構造物に設置して施工することになるが、クレーンの設置荷重が浮体構造物に局所的に作用するため、浮体構造物を補強するなどの地盤耐力を確保する対策が必要となる問題があった。

また、ジブクレーンを浮体構造物上に設置する場合には、クレーンの設置場所から遠方となる最大作業半径近くの施工を行う際に、水平方向に対するジブの傾斜角度が小さくなる。すなわちジブ直下の懐（吊り下げ可能な高さ）が小さくなり、組み立てる躯体にジブが干渉することから、躯体の組立高さを抑えて施工を行う必要があった。そのため、特許文献１に記載のような躯体の構築と海中への下降を順次繰り返して施工する場合には、クレーンで施工できる躯体の高さが制限されてしまい、下降を繰り返す頻度が増え、作業効率が低下してしまうことから、その点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、浮体構造物の地盤耐力の増大を抑えることができるうえ、海上での施工効率を向上させることで工期の短縮を図ることができる浮体式海洋構造物の海上施工システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る浮体式海洋構造物の海上施工システムは、海上に浮かぶ浮体構造物と、該浮体構造物に支持され、平面視で中心に中空部を有する筒状のタワー部と、を有し、前記浮体構造物には前記タワー部を上下方向に挿通可能に配置する挿通孔が形成された浮体式海洋構造物の構築に用いられる浮体式海洋構造物の海上施工システムであって、前記タワー部の平面視中央部に設けられ、前記タワー部のタワー内周躯体に対して昇降可能に支持されるステージ支持柱を有する中央ステージと、前記中央ステージのタワー軸回りに旋回自在な組立ユニットと、を備え、前記ステージ支持柱を前記タワー内周躯体に固定させた状態で、前記浮体構造物に反力をとって前記中央ステージを降下させ、前記タワー部を前記浮体構造物の前記挿通孔を通して海中に沈める構成としたことを特徴としている。

本発明では、組立ユニットによって所定の施工範囲において所定高さの単位あたりのタワー部（タワーブロック）を施工した後、組立ユニットを中央ステージのタワー軸回りに旋回させて隣接する施工範囲に次のタワーブロックを施工することができ、順次繰り返すことで、全周にわたって所定高さのタワー部を施工することができる。その後、ステージ支持柱をタワー内周躯体に固定させた状態で、浮体構造物に反力をとって中央ステージを降下させることで、組み上がったタワー部を浮体構造物の挿通孔を通して海面下に沈めることができる。このようにタワー部の組み立て工程と降下により沈める工程とを繰り返すことによりタワー部全体の施工を完了させることができる。その後、完成したタワー部を海中の浮力を利用して一体的にリフトアップし浮体構造物上に安定的に自立させることができる。

したがって、本発明では、タワー部を海上で積み上げていく方法ではなく、施工したタワー部を順次、海中に沈めていく方法となることから、施工箇所を常に一定の高さに維持しながら施工することができ、浮体構造物の上面付近（地上部）を施工箇所とすることが可能となる。そのため、作業員や資材を高層部に搬送する必要がなくなり、常時、地上部で施工を行うことができ、しかもクレーンの高所への移設作業が不要となる。これにより、タワー部の高さが高くなることに伴う揚重時間の増加がなくなり、作業効率を向上させることができ、工期の短縮を図ることができる。

また、本発明では、組立ユニットの荷重を組み立てたタワー部の躯体や浮体構造物に分散させて支持することができる。そのため、長大なジブを有する超大型ジブクレーンを浮体構造物に設置して施工する必要もなくなるので、浮体構造物に局所的なクレーン荷重がかかることを防ぎ、浮体構造物の地盤耐力の増大を抑えることができる。したがって、浮体構造物の補強などの必要がなくなり、タワー部の支持荷重と浮力のみを考慮した構造とすることができる。

また、本発明に係る浮体式海洋構造物の海上施工システムは、前記組立ユニットは、複数設けられていることが好ましい。

本発明によれば、複数の組立ユニットを設けることで、組立ユニット１台あたりのタワー部の周方向の施工範囲を小さく抑えることができる。つまり、複数の組立ユニットによるそれぞれの作業を並行して行うことができることから、作業効率を向上させることができる。

また、本発明に係る浮体式海洋構造物の海上施工システムは、前記複数の組立ユニットは、それぞれ単独で旋回することが好ましい。

この場合には、複数の組立ユニットのそれぞれの進捗に合わせて単独で前記タワーブロックの組み立て作業と組立ユニットの旋回移動を行うことができるので、さらに作業効率を高めることができる。

また、本発明に係る浮体式海洋構造物の海上施工システムは、前記中央ステージには、前記タワー軸回りに周回する方向に延在する環状の案内ガイドが設けられ、前記組立ユニットは、前記案内ガイドに案内されて旋回することが好ましい。

この場合には、組立ユニットを案内ガイドに沿って旋回させて任意の位置に容易に位置決めすることができる。

また、本発明に係る浮体式海洋構造物の海上施工システムは、前記組立ユニットには、前記タワー部の上方に配置される第１揚重設備と、前記タワー部の径方向の外側部分の上方に配置され、前記組立ユニットの外方と前記第１揚重設備との間で資材を受け渡し可能に設けられた第２揚重設備と、を有することが好ましい。

この場合には、前記タワー部の径方向の外側部分に搬入した資材を第２揚重設備を使用してタワー部の上方に位置する第１揚重設備に受け渡し、第１揚重設備によって搬入した資材を使用してタワー部を組み立てることができる。

また、本発明に係る海中構造物の海上施工システムは、前記組立ユニットは、前記浮体構造物の上部に設置されるユニット支持柱に沿って昇降可能に支持されていることが好ましい。

この場合には、中央ステージの高さに合わせて組立ユニットを昇降させることができる。

また、本発明に係る海中構造物の海上施工システムは、前記組立ユニットの上方は、屋根体によって覆われていることが好ましい。

この場合には、組立ユニットの組立エリアを屋根体によって覆うことができるので、風雨の影響を受けずに組み立て作業を行うことが可能となる。そのため、作業工程の遅れを最小に留めることができ、工程の安定化を図ることができる。

本発明の浮体式海洋構造物の海上施工システムによれば、浮体構造物に対して作用する局所的な荷重を抑えることで、浮体構造物の地盤耐力の増大を抑えることができる。
また、本発明によれば、海上での施工効率を向上させることで工期の短縮を図ることができる。

本発明の実施の形態による洋上構造物を海上施工システムによって施工する全体概要を示した斜視図である。 図１に示す洋上構造物の構成を示す側面図である。 図１に示す海上施工システムを上方から見た平面図である。 図３に示す１つの組立ユニットの構成を示す平面図であって、カバー体の内側と外側を示す平面図である。 図１に示すＡ−Ａ線矢視図であって、海上施工システムの側面図である。 組立ユニットにおける旋回用支持柱の構成を示す側面図である。 組立ユニットにおけるユニット支持柱の構成を示す側面図である。 （ａ）、（ｂ）は、海上施工システムを用いたタワー部の施工手順を示す側面図である。 （ａ）、（ｂ）は、図８（ｂ）に続く海上施工システムを用いたタワー部の施工手順を示す側面図である。 （ａ）、（ｂ）は、タワー部の施工手順を示す側面図である。 （ａ）、（ｂ）は、図１０（ｂ）に続くタワー部の施工手順を示す側面図である。 （ａ）、（ｂ）は、図１１（ｂ）に続くタワー部の施工手順を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態による浮体式海洋構造物の海上施工システムについて、図面に基づいて説明する。

本実施の形態による浮体式海洋構造物の海上施工システム１０は、図１及び図２に示すような例えば洋上都市として機能する洋上構造物１（浮体式海洋構造物）を構築するためのものである。
洋上構造物１は、洋上に浮かべられた大規模な浮体構造物１Ａと、浮体構造物１Ａ上に支持される例えば高さが１０００ｍに及ぶ超高層の筒状のタワー部１Ｂと、タワー部１Ｂの上部から上方に向かうに従い漸次、径方向の外側に広がるリング状空中部１Ｃと、タワー部１Ｂから浮体構造物１Ａの外周側に向けて広がりとなる外周低層部１Ｄ（浮体構造物）と、を備えている。洋上構造物１は、住空間、オフィス空間、商業施設、公園等のレクリエーション施設等の備えたいわゆる「海上都市」として機能する構造物である。

なお、以下では、タワー部１Ｂの中心軸をタワー軸Ｏといい、タワー軸Ｏ方向から見た平面視において、タワー軸Ｏに直交する方向を径方向といい、タワー軸Ｏ回りに周回する方向を周方向という。

浮体構造物１Ａは、コンクリート製のハニカムセルを複数組み合わせて一体的に設けた函体ユニット（図示省略）を例えば洋上構造物１の設置付近の陸上に設けた製造ヤードで所定の大きさ（曳航可能な大きさ）に製造し、それら函体ユニットを船で設置現場の海上まで曳航し、各函体ユニット同士を連結することにより全体として平面視で略円形に施工されている。或いは、海上において前記函体ユニットの上部にコンクリートを打設することにより嵩上げすることで、所望の高さ、すなわちタワー部１Ｂおよびリング状空中部１Ｃの荷重を浮力により支持するベース基盤として機能させることができる。

浮体構造物１Ａは、タワー部１Ｂの直下に位置する中央浮体部１Ａａと、中央浮体部１Ａａの径方向の外周側に位置する外周浮体部１Ａｂと、からなる。浮体構造物１Ａの高さは、例えば、中央浮体部１Ａａで略１８０ｍ、外周浮体部１Ａｂで略１１５ｍに設定される。このような浮体構造物１Ａは、内部に海水を導入することで上部を除く大部分を海中に潜らせ、重量バランスが調整された状態で海上に浮かぶように施工される。
また、浮体構造物１Ａには、タワー部１Ｂの施工中において、タワー部１Ｂを上下方向に挿通可能に配置する平面視円形の挿通孔１ａが形成されている。

タワー部１Ｂは、鉄骨トラス構造（柱と梁とによる主架構フレーム）をなし、例えば外径３００ｍの円筒形状をなし、平面視の中心においてタワー軸Ｏに沿う中空部１２が形成された多層（１層の高さは例えば５０ｍ）からなる長大な構造物であり、上部が縮径された形状となっている。その縮径される部分にはリング状空中部１Ｃの基部が接合されている。タワー部１Ｂには、例えばオフィス、植物工場、研究所・実験室などを設けることができる。
タワー部１Ｂは、下部から上部に向かって１層を施工しつつ海中に向けて下降させる施工を繰り返してタワー部１Ｂ全体の施工が完了したときに、タワー部１Ｂ全体をリフトアップすることにより自立させて構築される。

外周低層部１Ｄは、例えば外径が１０００ｍでタワー軸Ｏと同軸に配置される円筒形状をなし、その内側の空間部において施工時のタワー部１Ｂが上下方向に移動可能に配置されている。外周低層部１Ｄには、例えば居住施設、水辺公園、レジャー施設、ビーチリゾート等の施設を配置することができる。
外周低層部１Ｄのうち内周側の最上階の躯体上面には、タワー軸Ｏと同軸に設けられる２条の旋回レール３４Ａ，３４Ｂがそれぞれリング状に敷設されている。旋回レール３４Ａ、３４Ｂはそれぞれ径方向に間隔をあけて配置され、後述する組立ユニット３のユニット支持柱３２が旋回レール３４Ａ、３４Ｂに沿って移動可能な構成となっている。

リング状空中部１Ｃは、多層からなる鉄骨構造となっており、例えばホテル、商業施設、コンベンション施設、レジデンス、共同住宅・社宅などを設けることができる。リング状空中部１Ｃの頂部の外径は、例えば略１０００ｍとなる。

上述したタワー部１Ｂおよびリング状空中部１Ｃは、タワー軸Ｏを中心とした中心角１５°で分割されるタワーブロック１１（図３および図４参照）により構成されている。

次に、タワー部１Ｂを構築するための海上施工システム１０について、図面に基づいて説明する。
図２および図５に示すように、海上施工システム１０は、タワー部１Ｂの平面視中央部にタワー軸Ｏに同軸に設けられるとともにタワー部１Ｂのタワー内周躯体１２ａに対して昇降可能に支持されるステージ支持柱２１を有する中央ステージ２と、中央ステージ２に対して周方向に旋回可能に支持され、かつ外周低層部１Ｄ上に昇降可能に支持される複数（ここでは３ユニット）の組立ユニット３と、を備えている。

図４および図５に示すように、中央ステージ２は、平面視で円形をなしており、周方向に沿って間隔をあけて複数本のステージ支持柱２１によって下方から支持されている。これら複数のステージ支持柱２１の下部には、中空部１２のタワー内周躯体１２ａに対して支持可能で、かつ上下二段に間隔をあけて支持脚２０（昇降装置）が設けられている。一対の支持脚２０（上段支持脚２０Ａ、下段支持脚２０Ｂ）は、それぞれステージ支持柱２１に対して径方向に進退移動可能に設けられ、突出端にタワー内周躯体１２ａに着脱可能な係止部を備えている。
下段支持脚２０Ｂは、ステージ支持柱２１の下端に対して固定されている。一方、上段支持脚２０Ａは、ステージ支持柱２１に対して固定、開放が可能な支柱係止部２２に設けられている。上段支持脚２０Ａは、支柱係止部２２の開放時においてステージ支持柱２１に沿って摺動可能となる。

上段支持脚２０Ａをタワー内周躯体１２ａに固定するとともに、下段支持脚２０Ｂをタワー内周躯体１２ａに対する固定を開放した状態で、支柱係止部２２をステージ支持柱２１に対して開放することで、中央ステージ２をタワー部１Ｂの躯体に対して上下方向に移動させることができる。また、下段支持脚２０Ｂをタワー内周躯体１２ａに固定するとともに、上段支持脚２０Ａをタワー内周躯体１２ａに対する固定を開放した状態で支柱係止部２２をステージ支持柱２１に固定することで、中央ステージ２の下降とともに組み立てられている施工済みのタワー部１Ｂの躯体全体を下降させることができる。
つまり、中央ステージ２は、タワー部１Ｂの鉄骨の組立の進捗に合わせて、上段支持脚２０Ａおよび下段支持脚２０Ｂを順次、出し入れさせながら、尺取虫式で上昇、下降できる構成となっている。

図５に示すように、中央ステージ２の上面には、周方向に延在する環状の案内ガイドレール２３（案内ガイド）が設けられている。案内ガイドレール２３は、中央ステージ２の径方向の外周側に配置されている。

組立ユニット３は、施工されるタワー部１Ｂの躯体の上方に配置され、旋回を停止させた状態で、平面視でタワー部１Ｂのうち中心角１５°で構成されるタワーブロック１１の組み立てが可能な施工範囲Ｒ１と、外周低層部１Ｄの内周側の一部で資材の搬入等に必要な搬入範囲Ｒ２と、を有している。

組立ユニット３は、図３に示すように、３台（符号３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）がそれぞれ単独でタワー軸Ｏを中心にして旋回可能に設けられている。これら３台の組立ユニット３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、施工中は基本的に周方向に等間隔（中心角１２０°ピッチの間隔）に配置され、それぞれが周方向に１／３（中心角１２０°）の範囲を並行して施工できるようになっている。各組立ユニット３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、径方向の内周側に配置される旋回用支持柱３１と、外側に配置されるユニット支持柱３２と、を有している。

旋回用支持柱３１は、図５および図６に示すように、中央ステージ２上に敷設されている案内ガイドレール２３に案内されて電動モータ等によって移動する第１走行車輪３１ａ（図７参照）を備えている。また、ユニット支持柱３２は、それぞれ周方向に２つずつ第２走行車輪３２ａを備えている。第２走行車輪３２ａは、それぞれ外周低層部１Ｄ上に敷設されている旋回レール３４Ａ、３４Ｂに沿って電動モータ等によって移動可能となっている。

図５に示すように、旋回用支持柱３１および複数のユニット支持柱３２は、それぞれが鋼材等によって枠組みされた枠材３５によって一体的に連結されている。枠材３５の下面には、組立エリアＲ１であってタワー部１Ｂの上方に配置される第１揚重設備３６と、外周低層部１Ｄのうち搬入エリアＲ２であって、組立ユニット３の外方と第１揚重設備３６との間で資材を受け渡し可能に設けられた第２揚重設備３７と、を有している。

第１揚重設備３６は、図３〜図５に示すように、組立エリアＲ１において周方向に沿って延在する一対の第１旋回レール３６Ａと、一対の第１旋回レール３６Ａに沿って移動可能に設けられ、径方向に沿って延びる第１径方向移動レール３６Ｂと、第１径方向移動レール３６Ｂに沿って移動する懸垂型の第１ホイスト３６Ｃと、を備えている。第１径方向移動レール３６Ｂは、第１旋回レール３６Ａに吊り下げられている。

第２揚重設備３７は、搬入エリアＲ２において周方向に沿って延在する一対の第２旋回レール３７Ａと、一対の第２旋回レール３７Ａに沿って移動可能に設けられ、径方向に沿って延びる第２径方向移動レール３７Ｂと、第２径方向移動レール３７Ｂに沿って移動する懸垂型の第２ホイスト３７Ｃと、を備えている。第２径方向移動レール３７Ｂは、第２旋回レール３７Ａに吊り下げられている。
第１径方向移動レール３６Ｂと第２径方向移動レール３７Ｂを直線上に一致させることで、第１ホイスト３６Ｃおよび第２ホイスト３７Ｃを双方の移動レール３６Ｂ、３７Ｂ間で乗り移しさせることができ、組立エリアＲ１と搬入エリアＲ２との間で資材の受け渡しが可能となっている。

ユニット支持柱３２は、図７に示すように、それぞれ枠材３５に対して昇降可能な昇降装置３８を備えている。昇降装置３８は、ユニット支持柱３２において上下二段の把持部３８Ａ、３８Ｂと、把持部３８Ａ、３８Ｂ同士の間に配置され、双方を近接離反する方向（上下方向）に進退可能な昇降ジャッキ３８Ｃと、を備えている。つまり、把持部３８Ａ、３８Ｂのいずれか一方をユニット支持柱３２に固定し、他方を開放し、昇降ジャッキ３８Ｃを伸縮させることで、枠材３５を上下に移動させることができる。

つまり、組立ユニット３は、タワー部１Ｂの躯体の組立の進捗に合わせて、把持部２８Ａ、３８Ｂを順次、把持、開放させながら、尺取虫方式の要領で上昇、下降できる構成となっている。
また、昇降装置３８による組立ユニット３の昇降と、中央ステージ２の昇降とを同調させることで、組立ユニット３の枠材３５を水平に上下させることが可能になる。

図４の二点鎖線に示すように、組立ユニット３Ａ、３Ｂ、３Ｃには、枠材３５の上方および揚重設備３６、３７の少なくとも３側面を覆うカバー体３９（屋根体）が設けられている。
ここで、上述した枠材３５、第１揚重設備３６、第２揚重設備３７、およびカバー体３９を組立ユニット本体３０（図５参照）という。

このように構成される海上施工システム１０では、ステージ支持柱２１をタワー内周躯体１２ａに固定させた状態で、外周低層部１Ｄに反力をとって中央ステージ２を降下させ、組み立てたタワー部１Ｂを浮体構造物１Ａの挿通孔１ａを通して順次、海中に沈める構成となっている。

また、図１に示すように、本実施の形態のタワー部１Ｂの構築にあたって、海上施工システム１０にタワー部１Ｂの鉄骨材（資材Ｍ）を搬送スライダ６０に載置させて搬送させるための搬送システム６が設けられている。
搬送システム６は、組立ユニット３の直下で、かつ外周低層部１Ｄの最下層の内側に配置される受渡し部Ｐにおいて径方向の外側に向けて配置される水平搬送部を備えている。

次に、上述した構成からなる浮体式海洋構造物の海上施工システムを用いた海上構築方法について、図面に基づいて詳細に説明する。
図２に示すように、先ず、陸上の製作ヤード（ドック）で製作した浮体構造物１Ａを洋上に浮かべて係留索（図示省略）により係留する。浮体構造物１Ａは施工途中および完成後の洋上構造物１全体を安定に支持し得るものであり、タワー部１Ｂおよびリング状空中部１Ｃの建設前にその全体を完成させておいても良いし、あるいは洋上構造物１の建設と並行して順次拡大していくことでも良い。いずれにしてもタワー部１Ｂの施工開始時点ではその施工位置に海上施工システム１０を設置できる状態（本実施の形態では外周低層部１Ｄの内側部分が構築された状態）に設けておく。

図８（ａ）に示すように、浮体構造物１Ａの中央浮体部１Ａａは、タワー部１Ｂの施工中において、浮体構造物１Ａにタワー部１Ｂが挿通可能な円形の挿通孔１ａを設けた状態となっている。この挿通孔１ａの内側にはタワー部１Ｂを下方より支持する浮沈架台４を配置しておく。浮沈架台４は、中空構造とされていてバラストによる浮力調整により挿通孔１ａから海面下に沈降可能かつ海面上に浮上可能な構造となっている。タワー部１Ｂはこの浮沈架台４上において施工されてその浮沈架台４に対して固定される。浮沈架台４は、最終的に挿通孔１ａの内側に嵌合され固定されることによりタワー部１Ｂの基礎として機能してタワー部１Ｂを自立させるものである。

次に、中央ステージ２および組立ユニット３を備えた海上施工システム１０の設置に際して、外周低層部１Ｄの内周部の躯体を３層まで施工するとともに、タワー部１Ｂの最下層を施工し、その最下層の高さが外周低層部１Ｄの３層部分と同じ高さとなるように設置する。なお、このときのタワー部１Ｂの最下層および外周低層部１Ｄの施工は、浮体構造物１Ａにジブクレーンを設置して行われる。
このとき、浮沈架台４と浮体構造物１Ａとをケーブル５（図１０（ａ）参照）により連結しておき、後工程において浮沈架台４の浮力の調整のみでは施工済みのタワー部１Ｂを支持できなくなった時点において、ケーブル５により浮沈架台４を介してタワー部１Ｂを浮体構造物１Ａから吊り支持する。

そして、海上施工システム１０を設置する。具体的には、組み立てた最下層のタワー部１Ｂのタワー内周躯体１２ａに上段支持脚２０Ａと下段支持脚２０Ｂを径方向の外側に張り出して係止してステージ支持柱２１とともに中央ステージ２を設置する。さらに、ユニット支持柱３２を外周低層部１Ｄ上に敷設された旋回レール３４Ａ、３４Ｂ上に載置するとともに、中央ステージ２上に敷設された案内ガイドレール２３上に旋回用支持柱３１を載置することで図１及び図３に示すような３つの組立ユニット３Ａ、３Ｂ、３Ｃを周方向に一定の間隔をあけて設置する。

次に、海上施工システム１０を使用したタワー部１Ｂの施工方法について具体的に説明する。ここでは、複数層（図８（ａ）では９層）のタワー部１Ｂが既に施工された状態における施工手順について説明する。
先ず、図８（ａ）に示すように、ステップＳ１（Ａｓｔｅｐ１）において、各組立ユニット３のそれぞれの位置における組立エリアＲ１で１層分（例えば高さ５０ｍ）のタワーブロック１１の躯体を組み立てる。この組み立ての完了後に、図５に示す組立ユニット３の旋回用支持柱３１の第１走行車輪３１ａおよび複数のユニット支持柱３２の第２走行車輪３２ａを同時に駆動させ、組立ユニット３を周方向の一方向に向けて略中心角１５°で旋回させ、周方向に隣接するタワーブロック１１の組立エリアＲ１に第１揚重設備３６が配置するように組立ユニット３を位置させる。そして、この位置で先行して施工したタワーブロック１１に接合するようにして新たなタワーブロック１１の組み立てを行う。

図３および図８（ｂ）に示すように、各組立ユニット３Ａ、３Ｂ、３Ｃを周方向に略１５°ずつ段階的に旋回させながら、周方向に順次、タワーブロック１１を構築していくことで全周を完成させる（ステップＳ２（Ａｓｔｅｐ２））。そして各組立ユニット３Ａ、３Ｂ、３Ｃにおける作業速度が同等であれば、それぞれ中心角１２０°の施工範囲の施工がほぼ同時に完了することになる。なお、仮に作業が遅れている組立ユニット３がある場合には、進捗の早い組立ユニット３を使用して遅れている施工範囲を補助することも可能である。すなわち、組立ユニット３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、３台を同時に使用し、またそれぞれ単独で中央ステージ２回りに旋回移動させることができるので、各組立ユニット３Ａ、３Ｂ、３Ｃにおける組み立て作業の進捗状況に合わせて施工を行うことができる。

次に、図９（ａ）に示すステップＳ３（Ａｓｔｅｐ３）において、１層全周分のタワー部１Ｂの施工が完了したら、タワー部１Ｂを組み立てた１層分を下降させて海中に沈める作業を行う。
具体的には、図７に示す昇降装置３８の上段把持部３８Ａをユニット支持柱３２から開放し、昇降ジャッキ３８Ｃを収縮させて組立ユニット本体３０を降下させることで中央ステージ２も降下する。これに合わせて、中央ステージ２を支持するステージ支持柱２１に固定されるタワー部１Ｂが降下される。このときの１回あたりの降下可能な高さは、昇降ジャッキ３８Ｃの伸縮長によって決まるが、昇降装置３８の把持部３８Ａ、３８Ｂの把持、開放と、昇降ジャッキ３８Ｃの伸縮を順次、繰り返して尺取虫方式の要領で１層分の高さだけタワー部１Ｂを下降させる。このとき、組み立てたタワー部１Ｂの最上層の上端が外周低層部１Ｄの内周部の上端と高さを一致させ、タワー部１Ｂが外周低層部１Ｄに対して動かないように仮に固定しておく。
なお、タワー部１Ｂを海中に沈める際には、浮沈架台４にバラストを導入してその浮力を調整することにより海面下に降下させていき、施工したタワー部１Ｂの躯体の高さ相当分だけ降下させた位置で支持する。

図９（ｂ）に示すステップＳ４（Ａｓｔｅｐ４）では、１層分の高さでタワー部１Ｂの下降が完了した後、昇降装置３８を駆動することにより中央ステージ２および組立ユニット３を上昇させる。つまり、図７に示す昇降装置３８において、把持部３８Ａ、３８Ｂの把持、開放と、昇降ジャッキ３８Ｃの伸縮を順次、繰り返して尺取虫方式の要領で中央ステージ２および組立ユニット本体３０を上昇させる。このとき、中央ステージ２の上昇とともにステージ支持柱２１も上昇するため、ステージ支持柱２１の上段支持脚２０Ａのタワー内周躯体１２ａの固定を開放するとともに支柱係止部２２（図５参照）を開放した後、ステージ支持柱２１に沿って上段支持脚２０Ａを上方へ移動させ、直近に組み立てたタワー部１Ｂの上層のタワー内周躯体１２ａに上段支持脚２０Ａを固定する。次いで、中央ステージ２および組立ユニット３を互いに同調させながら昇降装置３８を使用して上昇させることで、次のタワー部１Ｂの組み立て準備が完了となる。

その後、上述したステップＳ１〜Ｓ４を繰り返すことで、タワー部１Ｂ全体を組み立て、図１０（ａ）のステップＳ１（Ｂｓｔｅｐ１）に示すようにタワー部１Ｂの上部の一部を残してほぼ全体が海面下に沈んだ状態となる。
タワー部１Ｂの降下が完了したら、海上施工システム１０を撤去する。

次に、海面下に沈んだタワー部１Ｂを浮体構造物１Ａ上に引き上げて自立させつつ、タワー部１Ｂの上部にリング状空中部１Ｃを構築する施工を行う。
先ず、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、ステップＳ１（Ｂｓｔｅｐ１）およびステップＳ２（Ｂｓｔｅｐ２）において、浮沈架台４からバラストを抜いて浮力を与え、かつケーブル５を巻き上げていくことにより、浮沈架台４とともにタワー部１Ｂ全体を浮上させていき、それに伴って高層部の躯体を浮体構造物１Ａの挿通孔１ａおよび外周低層部１Ｄの内周開口１ｂを通して外周低層部１Ｄ上に立ち上げる。

次いで、図１１（ａ）、（ｂ）、および図１２（ａ）に示すように、ステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５（Ｂｓｔｅｐ３〜５）において、タワー部１Ｂにおけるリング状空中部１Ｃの基端位置（接合部分）が浮体構造物１Ａ上に浮上し外周低層部１Ｄに位置した状態でタワー部１Ｂの引き上げを停止する。
そして、複数に分割したリング状空中部１Ｃの単体ブロックをリング状空中部１Ｃの内周側から外周側の順で段階的に組み立てることで、リング状空中部１Ｃの全体を施工する。つまり、順次、基端側から径方向の外側に向けて延ばすようにしてリング状空中部１Ｃを完成させる。
そして、図１２（ｂ）に示すステップＳ６（Ｂｓｔｅｐ６）において、残りのタワー部１Ｂを引き上げて浮体構造物１Ａ上に自立させて一連の施工が完了となる。
なお、タワー部１Ｂは、リフトアップとともに順次、外装や内装その他の諸工事を行うようにする。

次に、上述した浮体式海洋構造物の海上施工システム及び海上構築方法の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
本実施の形態では、図５に示すように、組立ユニット３によって所定の施工範囲において所定高さのタワーブロック１１を施工した後、組立ユニット３を中央ステージ２のタワー軸Ｏ回りに旋回させて隣接する施工範囲に次のタワーブロック１１を施工することができ、順次繰り返すことで、全周にわたって所定高さのタワー部１Ｂを施工することができる。その後、ステージ支持柱２１をタワー内周躯体１２ａに固定させた状態で、外周低層部１Ｄに反力をとって中央ステージ２を降下させることで、組み上がったタワー部１Ｂを浮体構造物１Ａの挿通孔１ａを通して海中に沈めることができる。
このように単位高さ当たりのタワー部１Ｂの構築と降下の作業を繰り返すことでタワー部１Ｂ全体の施工を完了させ、最後に海中の浮力を利用して組み上がったタワー部１Ｂを一体的にリフトアップし浮体構造物１Ｃ上に自立させることができる。

したがって、本実施の形態では、タワー部１Ｂを海上で積み上げていく方法ではなく、施工したタワー部１Ｂを順次、海中に沈めていく方法となることから、施工箇所を常に一定の高さに維持しながら施工することができ、浮体構造物１Ａの上面付近（地上部）を施工箇所とすることが可能となる。
そのため、作業員や資材を高層部に搬送する必要がなくなり、常時、地上部で施工を行うことができ、しかもクレーンの高所への移設作業が不要となる。これにより、タワー部の高さが高くなることに伴う揚重時間の増加がなくなり、作業効率を向上させることができ、工期の短縮を図ることができる。

また、本実施の形態では、組立ユニット３の荷重を組み立てたタワー部１Ｂの躯体や浮体構造物（外周低層部１Ｄ）に分散させて支持することができる。そのため、長大なジブを有する超大型ジブクレーンを浮体構造物に設置して施工する必要もなくなるので、浮体構造物１Ａに局所的なクレーン荷重がかかることを防ぎ、浮体構造物１Ａの地盤耐力の増大を抑えることができる。したがって、浮体構造物１Ａの補強などの必要がなくなり、タワー部１Ｂの支持荷重と浮力のみを考慮した構造とすることができる。
しかも、本実施の形態では、タワー部１Ｂの頂部のセットバック部においても、支持方法を変えることなく施工することが可能となる。

また、本実施の形態では、複数（３台）の組立ユニット３Ａ、３Ｂ、３Ｃを設けることで、組立ユニット３の１台当たりのタワー部１Ｂの周方向の施工範囲が小さく抑えることができる。つまり、複数の組立ユニット３によるそれぞれの作業を並行して行うことができることから、作業効率を向上させることができる。

また、３台の組立ユニット３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、それぞれ単独で旋回する構成であり、それぞれの進捗に合わせて単独でタワーブロック１１の組み立て作業と組立ユニット３の旋回移動を行うことができるので、さらに作業効率を高めることができる。

さらに、本実施の形態による海上施工システム１０では、中央ステージ２には、タワー軸Ｏ回りに周回する方向に延在する環状の案内ガイドレール２３が設けられ、組立ユニット３は、案内ガイドレール２３に案内されて旋回する構成とすることで、組立ユニット３を案内ガイドレール２３に沿って旋回させて任意の位置に容易に位置決めすることができる。

さらにまた、組立ユニット３には、タワー部１Ｂの上方に配置される第１揚重設備３６と、タワー部１Ｂの径方向の外側部分の上方に配置され、組立ユニット３の外方と第１揚重設備３６との間で資材を受け渡し可能に設けられた第２揚重設備３７と、を有することから、タワー部１Ｂの径方向の外側部分に搬入した資材を第２揚重設備３７の第２ホイスト３７Ｃを使用してタワー部１Ｂの上方に位置する第１揚重設備３６の第１ホイストに受け渡し、第１揚重設備３６によって搬入した資材を使用してタワー部１Ｂを組み立てることができる。

また、本実施の形態では、組立ユニット３が浮体構造物１Ａの上部に設置されるユニット支持柱３２に沿って昇降可能に支持されているので、中央ステージ２の高さに合わせて組立ユニット３を昇降させることができる。

また、本実施の形態では、組立ユニット３による組立エリアＲ１および搬入エリアＲ２をカバー体３９によって覆われるので、風雨の影響を受けずに組み立て作業を行うことが可能となる。作業工程の遅れを最小に留めることができ、工程の安定化を図ることができる。

上述のように本実施の形態による浮体式海洋構造物の海上施工システムでは、浮体構造物１Ａ（本実施の形態では外周低層部１Ｄ）に対して作用する局所的な荷重を抑えることで、浮体構造物１Ａの地盤耐力の増大を抑えることができる。
また、本実施の形態では、海上での施工効率を向上させることで工期の短縮を図ることができる。

以上、本発明による浮体式海洋構造物の海上施工システムの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であり、また上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

例えば、本実施の形態では、組立ユニット３として３台（符号３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）を設ける構成としているが、この台数（３台）に限定されることはなく、中央ステージ２の外周寸法に応じて設置可能な台数を適宜設定することができる。また、本実施の形態では、複数の組立ユニット３Ａ、３Ｂ、３Ｃがそれぞれ独立して周方向に旋回可能に設けられているが、３台の周方向の間隔が常に同じピッチで３台の旋回が同期する構成であってもかまわない。

また、組立ユニット３Ａ、３Ｂ、３Ｃへの資材Ｍの搬入方法も本実施の形態のような搬送システム６であることに限定されることはない。要は、タワー軸Ｏ回りに旋回可能な組立ユニット３の第２揚重設備３７における搬入エリアＲ２内に資材Ｍを搬入できる構成であればよいのである。

また、洋上構造物１の構成、すなわち浮体構造物１Ａ、タワー部１Ｂ、リング状空中部１Ｃ、外周低層部１Ｄの大きさ、形状、材質などの構成はとくに限定されるものではない。施工時のタワー部１Ｂにおける１層のタワーブロックの寸法（高さ寸法、中心角など）についても適宜設定することができる。そして、リング状空中部１Ｃを省略したような構造物に適用することも可能である。

さらに、海上施工システム１０において、本実施の形態では、組立ユニット３のユニット支持柱３２に昇降装置３８を設けて中央ステージ２および組立ユニット本体３０を昇降させる構成としているが、これに限定されることはない。例えば、ステージ支持柱２１の上段支持脚２０Ａと下段支持脚２０Ｂとの間に昇降ジャッキを設けた昇降装置とし、海上施工システム１０をタワー部１Ｂに対して昇降させることができるとともに、タワー部を下降させることも可能な構成となる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ 洋上構造物（浮体式海洋構造物）
１Ａ 浮体構造物
１Ｂ タワー部
１Ｃ リング状空中部
１Ｄ 外周低層部
２ 中央ステージ
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 組立ユニット
４ 浮沈架台
５ ケーブル
６ 搬送システム
１０ 海上施工システム
１１ タワーブロック
２０ 支持脚
２０Ａ 上段支持脚
２０Ｂ 下段支持脚
２１ ステージ支持柱
２２ 支柱係止部
２３ 案内ガイドレール（案内ガイド）
３０ 組立ユニット本体
３１ 旋回用支持柱
３２ ユニット支持柱
３４Ａ、３４Ｂ 旋回レール
３５ 枠材
３６ 第１揚重設備
３７ 第２揚重設備
３８ 昇降装置
３８Ａ、３８Ｂ 把持部
３８Ｃ 昇降ジャッキ
３９ カバー体（屋根体）
Ｏ タワー軸
Ｒ１ 組立エリア
Ｒ２ 搬入エリア

Claims (7)

1. 海上に浮かぶ浮体構造物と、該浮体構造物に支持され、平面視で中心に中空部を有する筒状のタワー部と、を有し、前記浮体構造物には前記タワー部を上下方向に挿通可能に配置する挿通孔が形成された浮体式海洋構造物の構築に用いられる浮体式海洋構造物の海上施工システムであって、
   前記タワー部の平面視中央部に設けられ、前記タワー部のタワー内周躯体に対して昇降可能に支持されるステージ支持柱を有する中央ステージと、
   前記中央ステージのタワー軸回りに旋回自在な組立ユニットと、
   を備え、
   前記ステージ支持柱を前記タワー内周躯体に固定させた状態で、前記浮体構造物に反力をとって前記中央ステージを降下させ、前記タワー部を前記浮体構造物の前記挿通孔を通して海中に沈める構成としたことを特徴とする浮体式海洋構造物の海上施工システム。
2. 前記組立ユニットは、複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の浮体式海洋構造物の海上施工システム。
3. 前記複数の組立ユニットは、それぞれ単独で旋回することを特徴とする請求項２に記載の浮体式海洋構造物の海上施工システム。
4. 前記中央ステージには、前記タワー軸回りに周回する方向に延在する環状の案内ガイドが設けられ、
   前記組立ユニットは、前記案内ガイドに案内されて旋回することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の浮体式海洋構造物の海上施工システム。
5. 前記組立ユニットには、前記タワー部の上方に配置される第１揚重設備と、前記タワー部の径方向の外側部分の上方に配置され、前記組立ユニットの外方と前記第１揚重設備との間で資材を受け渡し可能に設けられた第２揚重設備と、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の浮体式海洋構造物の海上施工システム。
6. 前記組立ユニットは、前記浮体構造物の上部に設置されるユニット支持柱に沿って昇降可能に支持されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の浮体式海洋構造物の海上施工システム。
7. 前記組立ユニットの上方は、屋根体によって覆われていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の浮体式海洋構造物の海上施工システム。

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