KR102541998B1 - 해상구조물과 하부개방식 방파제 - Google Patents
해상구조물과 하부개방식 방파제 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 상부공간에는 활주로와 관제탑이 포함된 시설물이 배치되며, 내부공간에는 물류창고, 공항 터미널시설, 생산시설, 거주공간, 상업공간, 운영시설공간 중 어느 두 개 이상이 구획되어 배치되고, 하부공간에는 수중관광과 수중호텔이 포함된 수중시설과, 밸러스트탱크, 텐던과 교차식 계류계 및 선체; 해저에 착지되어 고정되는 하부지지부; 및 선체의 하단과 하부지지부 사이에 직립 형성되며, 수중관광과 수중호텔이 포함된 수중시설과, 하부지지부에서 이동이 제한되는 선체 및 수중시설을 지지하는 선체 기둥부와, 그리고 선체 기둥부의 하단 내부공간에 형성된 밸러스트 탱크가 배치된, 선체지지부; 선체지지부의 이동을 제한하기 위한 하부 지지블록; 역 쐐기 형상의 방파제보를 포함하는 하부개방식 방파제;를 포함하는, 해상구조물과 하부개방식 방파제를 제시한다.
Description
본 발명은 해상구조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 해상환경 및 해저환경에 적용 가능하도록 배치구조와 지지구조로 이루어진 해상구조물과 하부개방식 방파제에 관한 것이다.
최근, 사우디 정부는 5,000억 달러(600조원) 스마트시티 Neom 프로젝트 일환으로 홍해근처에 면적 48km2의 해상 인공공항을 건조 중이고, 거주인원은 9만명으로 사물인터넷(IoT), 인간-기계 융합, 인공지능과 예측지능, 로봇기술 등 첨단 기술 채택하고, 지속 가능한 에너지, 자율주행, 물 및 식량 자체 생산, 디지털 제조에 초점을 두고 항만, 물류, 철도 운송시설이 융합된 물류 허브, 혁신캠퍼스, 세계 최대 규모의 그린 수소 프로젝트 및 모듈식 빌딩 공장, 지역 최대의 데이터 센터가 포함된 세계 최대 해상 인공도시를 건설 중에 있다.
또한, 해상에 부유하도록 부력을 가지는 주부유체, 주부유체의 상부에 설치되어, 항공기의 이착륙이 이루어지는 활주로, 주부유체의 위치를 제어하는 위치제어수단, 해상의 파랑을 흡수하여 주부유체를 평형상태로 유지시키는 동요억제수단을 포함하는 부유식 해상구조물에 대한 기술이 보고되고 있다.
또한, 부유식 해상구조물은, 활주로를 주부유체 상에 설치한 상태에서 해상에서 발생되는 파도는 위치제어 수단과 더불어 동요억제수단에 의해 발생되는 상하방향으로의 왕복 운동에너지에 의해 흡수되는 바, 주부유체가 파도의 영향을 받아 요동되는 것을 방지하면서 평형상태를 유지할 수 있게 되어 활주로 상에서 항공기의 안정적인 이착륙을 가능하게 하는 기술이 존재한다.
또한, 경기장이 필요한 곳으로 용이하게 이동 가능한 형태로 구성되어 경기 관람 후 숙박을 원하는 사람들을 위해 해상 스타디움을 구성하고 여객선을 해상 스타디움에 부착시켜 스포츠 관람과 숙박을 동시에 해결할 수 있는 다용도로 활용이 가능하는 기술이 존재한다.
한편, 지구 온난화에 따라 남극과 북극의 빙하가 녹게 되면 해수면은 56.2m 상승할 것이고, 그린란드의 모든 얼음이 녹게 된다면 해수면은 7.1m 상승하는 것으로 전망되고 있으며, 유엔의 해양지도에 따르면, 세계적으로 10대 도시 중 8개가 해안 근처에 있어서 해수면 도로, 다리, 지하철, 상수도 등 기반시설을 위협받는다.
이와 같은 해수면 상승은 해안 생태계가 피해를 입고 민물 대수층을 오염시켜 많은 해안 인근 도시와 농업용 용지에 물 공급이 줄어들면서 피해가 매우 커지게 되므로, 앞서 언급한 바와 같이 해상공간의 활용에 대한 많은 시도가 이루어져 왔으나, 실제로 구현된 사례는 미미하다.
따라서 해상환경과 해저조건이 다양한 해역에도 적용하기 위해서는 초대형 해상구조물과 관련된 새로운 기술이 요구된다.
예컨대, 해양공간을 이용한 해상구조물의 건조 방식 중 매립식은 매립재의 채석, 운반 과정상의 수송로가 보장되어야 하므로 연안에서 근거리에 위치해야 하며, 이로 인한 분진과 소음의 각종 민원문제와 인근 어장에 대한 생태계 변화와 환경복구가 곤란한 점이 있으며, 특히 연약지반에 시설할 경우에는, 침하 및 부등 침하로 인해 매립식이 적용된 일본의 간사이국제공항과 같은 경우에, 13.0m 이상의 심각한 지반 침하가 발생한 상황이라 대표적 실패사례로 들 수 있다.
따라서, 다양한 수심에서도 설치가 가능하고 파력이나 지진해일에 유연하게 대처할 수 있는 착저식 혹은 부체식 해상구조물이 필요한 실정이다.
본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 다양한 수심에서도 설치가 가능하고 파력이나 지진해일에 유연하게 대처할 수 있는 착저식 혹은 부체식 해상구조물과 환경 친화적이고 경제적인 하부개방형 방파제를 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하고자, 본 발명의 일 실시예는, 상부공간에는 활주로와 관제탑이 포함된 시설물이 배치되며, 내부공간에는 물류창고, 공항 터미널시설, 생산시설, 거주공간, 상업공간, 운영시설공간 중 어느 두 개 이상이 구획되어 배치되고, 하부공간에는 수중관광과 수중호텔이 포함된 제1수중시설과, 상기 제1수중시설과 제1밸러스트탱크가 배치되는, 선체; 해저에 착지되어 고정되는 하부지지부; 및 상기 선체의 하단과 상기 하부지지부 사이에 직립 형성되며, 상기 선체의 하부로부터 이동로가 연결되어 수중관광과 수중호텔이 포함된 제2수중시설과, 상기 하부지지부에 고정되고 상기 선체 및 상기 제2수중시설을 지지하는 선체 기둥부와, 그리고 상기 선체 기둥부의 하단 내부공간에 형성된 제2밸러스트탱크가 배치된, 선체지지부;를 포함하는, 해상구조물을 제공한다.
여기서, 상기 선체지지부의 이동을 방지하기 위한 선체 이동방지블록이 상기 선체지지부의 하부면에 형성될 수 있다.
이때, 상기 선체 이동방지블록은, 상기 선체의 양방향 이동을 제한하는 오목한 형상의 중앙 이동방지블록, 2방향 이동을 제한하는 2방향 이동방지블록, 및 1방향 이동을 제한하는 1방향 이동방지블록 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
추가로, 상기 중앙 이동방지블록과 상기 선체 기둥부의 하단 사이, 상기 2방향 이동방지블록과 상기 선체 기둥부의 하단 사이, 또는 상기 1방향 이동방지블록과 상기 선체 기둥부의 하단 사이에는 완충부재가 개재될 수 있다.
또한, 상기 선체의 하단과 상기 하부지지부의 사이에는 지진해일로 인한 상기 선체의 수직방향하중을 제어하기 위한 텐던(tendon)이 연결될 수 있다.
또한, 상기 하부지지부 주변의 토사 또는 자갈의 유실을 모니터링하는 유실량 모니터링부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예는, 상부공간에는 활주로와 관제탑이 포함된 시설물이 배치되며, 내부공간에는 물류창고, 공항 터미널시설, 생산시설, 거주공간, 상업공간, 운영시설공간이 구획되어 배치되고, 하부공간에는 수중관광과 수중호텔이 포함된 제1수중시설과, 상기 제1수중시설과 제1밸러스트탱크가 배치되고, 해상에 부유하는 선체; 해저에 일정 깊이로 매몰되어 고정되는 해저연결부; 상기 선체의 하단과 상기 해저연결부의 사이에 형성되어 상기 선체의 수직방향하중을 제어하기 위한 텐던(tendon); 및 상기 선체의 하단 측면에 형성된 페어리더(fairleader)와, 해저에 배치된 앵커와, 상기 선체를 가로질러 상기 페어리더와 상기 앵커 사이에 교차로 연결되는 체인 또는 로프가 포함된, 교차형 계류부;를 포함하는, 해상구조물을 제공한다.
여기서, 상기 선체를 육상에서 블록단위로 개별적으로 건조한 후 해상에 부유시키는 단계와, 상호 연결되는 2개의 선체블록 중 적어도 하나의 선체블록에 체결부를 형성하는 단계와, 상기 2개의 선체블록의 양측면에 블록 물막이를 설치하고, 상기 블록 물막이 사이의 해수를 제거하는 단계와, 그리고 상기 2개의 선체블록의 용접부를 맞대어 용접하여 결합시키는 단계를 포함하여 완성될 수 있다.
또한, 조류와 파도와 바람의 영향으로부터 상기 선체의 균형을 유지하기 위한 동적자세제어부를 더 포함할 수 있다.
한편, 전술한 해상구조물에 있어, 상기 선체의 주변 해역의 해저에 설치되며, 파향에 횡방향으로 정렬되어 파고를 감쇄시키는 역쐐기 형상의 방파제보와, 상기 방파제보를 지지하고 해저에 고정되는 둘 이상의 교각 또는 돌핀으로 이루어진 지지부와, 그리고 상기 지지부사이가 개방되어 해수가 자유롭게 순환하는 해수개방부로 구성되는, 하부개방형 방파제와 결합하여 해상구조물에 작용하는 하중을 줄이고 매립식 방파제로 인한 피해를 방지하게 된다.
본 발명에 의하면, 기후 온난화로 인한 해수면 상승으로 인한 문제를 해결하고, 인류의 자원의 보고인 해상을 이용하여 택지 비용을 절감하고 민원을 방지하고, 매립으로 인한 환경파괴를 방지하고 안전한 해상구조물 기술을 통해 인류의 꿈을 실현하는 새로운 해상공간이 창출이 가능한 효과가 있다.
또한, 국제 해운 허브로서 해상구조물은 해상 화물 운송 네트워크를 형성시킴으로써 최소 선박 수와 최소 운항 거리로 화물 운송을 최적화시킬 수 있게 되며, 특히 원거리 대륙간 화물운송을 위해 중간 육지 상에 경유지로서 허브 항구로 운영하기 위한 최적화된 해상 화물 운송네트워크를 고려하여 다양한 복합기능 보유한 해상구조물 설치가 가능하여 새로운 해양영토 확장과 새로운 물류 및 생산기지 창출이 가능한 효과가 있다.
또한, 육상공항은 더 이상 확장이 어렵고 인구밀집, 부동산가격상승, 도심재개발비용상승, 대지가격 보상 등의 문제가 있으며, 비행기 이착륙 시 발생하는 소음으로 인한 민원문제, 항공기 대형화로 인한 활주로 연장 등에 따른 부지 확보 및 보상, 장애물로 인한 고도제한 문제 등 여러 가지 요인으로 인해 민원소지가 적고 경제적이고 친환경적인 해상공항이 가능한 효과가 있다.
더 나아가, 육상 공간에 한정된 국토를 해양 공간 활용으로 새롭게 영토 확장이 가능하고, 조선해양, 토목, 철강, 건설, 도시건축, ICT기술을 이용하여 해상구조물 내 공간을 물류기지와 생산기지로 활용하고, 개발된 모델의 복제를 통한 전세계 공항 및 해상 도시의 신규수요에 따라 관련 기술을 수출하고 당 분야를 선점할 수 있어 전통산업과 신산업이 융합된 새로운 시장의 선점을 통한 수출과 신규고용이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 해상구조물의 구성도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 해상구조물의 단면구조를 예시한 것이다.
도 3은 도 1의 해상구조물의 이동방지블록의 배치를 예시한 것이다.
도 4 및 도 5는 도 3의 이동방지블록의 단면구조를 각각 예시한 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 해상구조물의 구성도를 도시한 것이다.
도 7은 종래기술에 의한 일반형 계류부를 예시한 것이다.
도 8은 도 6의 해상구조물의 해상에서의 선체의 결합 과정을 예시한 것이다.
도 9는 도 1 및 도 6의 해상구조물에 적용되는 하부개방형 방파제의 일 예를 예시한 것이다.
도 10은 도 1 및 도 6의 해상구조물에 적용되는 하부개방형 방파제의 다른 예를 예시한 것이다.
도 2는 도 1의 해상구조물의 단면구조를 예시한 것이다.
도 3은 도 1의 해상구조물의 이동방지블록의 배치를 예시한 것이다.
도 4 및 도 5는 도 3의 이동방지블록의 단면구조를 각각 예시한 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 해상구조물의 구성도를 도시한 것이다.
도 7은 종래기술에 의한 일반형 계류부를 예시한 것이다.
도 8은 도 6의 해상구조물의 해상에서의 선체의 결합 과정을 예시한 것이다.
도 9는 도 1 및 도 6의 해상구조물에 적용되는 하부개방형 방파제의 일 예를 예시한 것이다.
도 10은 도 1 및 도 6의 해상구조물에 적용되는 하부개방형 방파제의 다른 예를 예시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 전술한 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 다양한 해상조건 및 해저조건에 따라 일 실시예의 착저식 해상구조물과, 다른 실시예의 부체식 해상구조물을 각각 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 해상구조물은 수심이 낮고 태풍의 내습이 잦은 해상에서 해저 바닥에 착저되는 착저식 해상구조물로서, 선체(110)와, 해저에 착지되어 고정되는 하부지지부(120)와, 선체(110)의 하단과 하부지지부(120) 사이에 직립 형성되는 선체지지부(130)로 이루어진다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 전술한 구성의 해상구조물을 구체적으로 상술하면 다음과 같다.
우선, 선체(110)는 콘크리트, 철강재 또는 복합재료로 이루어져 해수면에 형성되고, 관광공간과 상업공간과 주거공간과 운영공간과 공항공간을 구비하는데, 구체적으로, 도 1 및 도 2를 참고하면, 노출된 상부공간에는 활주로(111), 항만시설, 관제탑(112) 및 기타 시설물(113)이 배치되며, 해수면 위의 내부공간에는 물류창고(114), 공항 터미널시설(115), 항만 터미널시설, 및 생산시설과 거주공간과 상업공간과 운영시설공간 등의 기타 시설물(116)이 수밀격벽(117)에 의해 구획되어 배치되고, 해수면 아래의 하부공간에는 수중관광 및 수중호텔을 위한 제1수중시설(118)과, 제1수중시설(118), 선체(110)의 자중과 하중을 제어하는 제1밸러스트탱크(119)가 배치된다.
다음, 하부지지부(120)는 해저에 착지되어 고정되어 선체지지부(130)를 통해 선체(110)를 고정하고 선체(110)의 하중을 지지하도록 한다.
다음, 선체지지부(130)는 수중에서 선체(110)의 하단과 하부지지부(120) 사이에 직립 형성되며, 선체(110)의 하부로부터 이동로가 연결된 수중관광 및 수중호텔을 위한 제2수중시설(131)과, 하부지지부(120)에 고정되고 선체(110) 및 제2수중시설(131)을 포함하는 선체 기둥부(132)와, 선체 기둥부(132)의 내부공간에 형성된 제2밸러스트탱크(133)가 배치된다.
여기서, 제2수중시설(131)에는 해저관람이 가능하도록 강화유리, 강화플라스틱 등의 재료로 수밀된 창문을 설치하여 수중호텔이나 수중시설로 활용하도록 할 수 있다.
또한, 제2밸러스트탱크(133)에는 파도, 지진해일 등으로 인한 선체(110)의 이동을 방지하기 위해 해수 밸러스트 또는 영구 밸러스트로 충진될 수 있으며, 영구 밸러스트는 선체(110)의 부력을 상쇄하여 하부지지부(120)에 대한 접지력을 증가시키고 하부지지부(120)에 선체(110)가 안정적으로 착지하도록 할 수 있다.
또한, 선체 이동방지블록(134)은 선체(110)의 하중을 지지하고, 선체지지부(130)의 선체 기둥부(132)의 길이방향과 폭방향의 이동하기 위해 선체지지부(130)의 하부면에 형성된다.
구체적으로, 선체 이동방지블록(134)은, 도 3을 참고하면, 선체(110)의 양방향 이동을 제한하는 오목한 형상의 중앙 이동방지블록(134a)과, 선체(110)의 길이방향과 폭방향의 2방향 이동을 제한하는 2방향 이동방지블록(134b)과, 선체(110)의 길이방향 또는 폭방향의 1방향 이동을 제한하는 1방향 이동방지블록(134c)으로 이루어져서, 파도, 조류, 지진해일 등으로 인한 선체(110)의 이동을 제한하는 역할을 한다.
여기서, 중앙 이동방지블록(134a)은 통상적으로 선체(110)의 중심에 대항하여 형성되고, 2방향 이동방지블록(134b)은 선체(110)의 2방향 이동을 억제하고, 중앙 이동방지블록(134a)과 2방향 이동방지블록(134b)과 1방향 이동방지블록(134c)은 선체(110)의 변형향과 이동범위에 따라 다양한 패턴으로 조합되어 설치될 수 있다.
또한, 하부지지부(120)에 선체지지부(130)가 착지한 후 일정 기간이 경과하면 하부지지부(120)와 선체지지부(130)가 일체화가 진행되어 반영구적 구조물로 이용할 수 있다.
또한, 도 3, 도 4 및 도 5를 참고하면, 중앙 이동방지블록(134a), 2방향 이동방지블록(134b) 또는 1방향 이동방지블록(134c) 및 선체 기둥부(132)의 하단 사이에는 강화플라스틱 또는 강화 고무재 등의 완충부재(135)가 체결되어 각각 개재되어서, 선체 이동방지블록(134)과 선체 기둥부(132) 사이의 과도한 충격과 마찰에 의한 파손을 방지하도록 할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2를 참고하면, 선체(110)의 하단과 하부지지부(120)의 사이에는 지진해일로 인한 선체(110)의 수직방향하중을 제어하기 위한 2라인 이상의 텐던(tendon)(136)이 연결될 수 있고, 텐던(136)은 허용 인장하중을 증가시키기 위해 프리스트레스 텐던 타입(pre-stress tendon type)이 적용될 수 있다. 지진해일에 의한 영향이 없는 지역에는 선체(110)의 자중과 발라스트의 하중으로 인해 해수면에서 상방향의 하중이 없으므로 텐던(136)을 설치하지 않을 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 해상구조물은 수심이 깊고 해저작업이 어려운 해역에 설치되어 부유되는 부체식 해상구조물로서, 선체(110)와, 해저에 일정 깊이로 매몰되어 고정되는 해저연결부(140)와, 텐던(145)와, 교차형 계류부로 이루어져서, 수심 등의 문제로 착저식 해상구조물이 가능하지 않은 해역에 설치할 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 전술한 구성의 해상구조물을 구체적으로 상술하면 다음과 같다.
우선, 선체(110)는 콘크리트, 철강재 또는 복합재료로 이루어져 해상에 부유하고, 관광공간과 상업공간과 주거공간과 운영공간과 공항공간을 구비하는데, 구체적으로, 도 6 및 도 7을 참고하면, 노출된 상부공간에는 활주로(111), 항만시설, 관제탑(112) 및 기타 시설물(113)이 배치되며, 해수면 위의 내부공간에는 물류창고(114), 공항 터미널시설(115), 항만 터미널시설, 및 생산시설과 거주공간과 상업공간과 운영시설공간 등의 기타 시설물(116)이 수밀격벽(117)에 의해 구획되어 배치되고, 해수면 아래의 하부공간에는 수중관광 및 수중호텔을 위한 제1수중시설(118)과, 선체(110)의 자중과 하중을 제어하는 제1밸러스트탱크(119)가 배치된다.
다음, 해저연결부(140)는 해저에 파일(pile) 구조로 일정 깊이로 매몰되어 고정되어 선체(110)의 하단과 2라인 이상으로 구성된 텐던(145)을 통해 연결되어서, 해상사고 또는 지진해일 등의 해상재난으로 인한 처올림으로 인한 수직방향의 과도한 하중을 제어하고, 특히 활주로(111)가 설치된 경우 항공기 이착륙에 따른 영향이 선체(110)의 상하방향이동을 최소화하도록 할 수 있다.
여기서, 텐던(145)은 선체(110)의 부력에 따른 허용 인장하중으로 인한 응력을 감소시키기 위해 프리스트레스 텐던 타입이 적용될 수 있다.
다음, 교차형 계류부는, 선체(110)의 하단 측면에 형성되어 선체(110)와의 마찰과 파손을 방지하는 페어리더(fairleader)(151)와, 해저에 배치된 앵커(153)와, 선체(110)를 가로질러 페어리더(151)와 앵커(153) 사이에 교차로 연결되는 체인 또는 복합재료의 로프(152)로 이루어져서, 선체(110)를 해저연결부(140)에 연결시켜 계류시키도록 하여서, 선체(110)의 양방향이동을 효과적으로 제어하여 활주로(111)에서의 항공기 이착륙시 수평을 유지하도록 할 수 있다.
여기서, 도 7에 예시된 바와 같이, 일반형 계류부는 선체(110)의 길이방향과 폭방향 중 어느 한 방향으로의 이동만을 제어하지만, 교차형 계류부는 선체(110)의 양방향 이동을 동시에 제어하여 보다 안정적으로 선체(110)의 자세를 유지하도록 할 수 있다.
또한, 앵커(153)는 석션 앵커일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 해저지면의 파지력을 이용하는 파지력앵커, 트라이포드앵커 등을 설치하여 선체(110)의 이동을 제어하도록 할 수도 있다.
이와 같은 부체식 해상구조물은 지진해일로부터 비교적 영향을 덜 받으므로 지진해일로 인한 처올림으로 인한 피해를 최소화할 수 있고, 텐던(145)과 교차형 계류부를 통해 추가적인 안정성을 확보할 수 있다.
한편, 도 8을 참조하여, 부체식 해상구조물의 선체(110)를 해상에 설치하는 방법은 다음과 같다.
선체(110)를 육상에서 블록단위로 개별적으로 건조한 후, 해상에 부유시, 마주보는 선체블록(110B)을 와이어를 이용하여 수평을 맞추어 끌어당긴 후, 상호 연결되는 2개의 선체블록(110A) 중 적어도 하나의 선체블록(110A)에 체결부(110A-1)를 형성하고, 2개의 선체블록(110A)의 양측면에 블록 물막이(110A-2)를 각각 설치하고(a), 블록 물막이(110A-2) 사이의 해수를 제거하고, 2개의 선체블록(110A, 110B)의 용접부(110A-3)를 맞대어 용접하여 결합시켜서(b), 2개의 선체블록(110A, 110B)을 결합시키는 방식으로 선체(110)를 해상에서 부유한 상태로 완성할 수 있다.
또한, 동적자세제어부(미도시)를 통해, 조류와 파도와 바람의 영향으로부터 부체식 구조물의 선체(110)의 균형을 유지할 수 있는데, 부체식 구조물에 작용하는 과도한 하중을 최소화하거나, 항공기의 이착륙시의 선체(110)의 이동을 최소화하기 위해, 텐던(145) 및 교차형 계류부와 함께, 추가적으로 동적자세제어부는 방파제가 설치되지 않은 해역이나, 조류가 심하고, 파도와 바람의 크기가 크고 방향이 수시로 변하는 해상환경의 해역에서 거주공간과 작업공간의 안정성을 보장할 수 있다.
또한, 모니터링부(미도시)를 통해, 파도 또는 조류로 인한 하부지지부(120) 주변의 토사 또는 자갈의 유실을 모니터링하여서, 유실량 모니터링 결과에 따라 하부지지부(120)의 보강여부를 결정하도록 할 수도 있다.
한편, 파도와 조류와 지진해일로 인해 착저식 해상구조물 및 부체식 해상구조물에 작동되는 하중을 감소시키며, 해저 생태계를 보호하기 위해, 착저식 해상구조물 및 부체식 해상구조물과 일정거리 떨어진 곳에 하부개방형 방파제(160)를 설치할 수 있다.
구체적으로, 하부개방형 방파제(160)는, 도 9 및 도 10을 참고하면, 착저식 해상구조물 및 부체식 해상구조물의 선체(110)의 주변 해역의 해저에 설치되며, 파향에 횡방향으로 정렬되어 파고를 감쇄시키는 역쐐기 형상의 빔구조의 방파제보(161)와, 방파제보(161)를 지지하고 해저에 고정되는 둘 이상의 콘크리트 또는 자켓(jacket)으로 이루어진 교각(162) 또는 돌핀(dolphin)(163)으로 이루어진 고정부와, 고정부의 사이 개방되어 해수가 자유롭게 순환하는 해수개방부(164)로 구성된다. 돌핀형 방파제에 적용되는 방파제보(166)는 고정형 혹은 부체식으로 적용이 가능하며, 부체식 방파제빔으로 적용 시에는 상하방향으로 이동이 가동하도록 상하이동장치(167)을 설치한다
여기서, 통상 파도 에너지는 수면 상부에서는 크고 수면 아래로 내려가면서 급격히 감소하는 경향을 보이므로, 역쐐기 형상의 방파제보(161)는 파도로 인한 에너지를 효과적으로 감쇄할 수 있다.
또한, 해수개방부(164)는 해수의 흐름이 원활하도록 방파제보(161)의 하단이 개방되도록 구성되어 해양생태계를 보호하고 매립으로 인한 비용을 감소하고 공기를 단축할 수 있다.
도 9는 교각(162)을 포함하는 하부개방형 교량형 방파제를 예시한 것으로, 방파제보(161)의 하단을 지지하여 방파제보(161)에 작용하는 파도에 의한 동적 및 정적 하중에 의한 전단하중과 굽힘 응력에 대항하도록 안정적으로 설계된 방파제 지지블록(165)이 설치될 수 있다.
도 10은 돌핀(163)을 포함하는 하부개방형 돌핀형 방파제를 예시한 것으로, 콘크리트 또는 철구조물로 이루어진 돌핀(163) 상부에 고정식 혹은 부체식 방파제보(166)를 설치하고, 부체식 방파제보(166)를 적용시에 방파제보(166)를 수면과 파도의 높이 변화에 맞추어 수직방향으로 이동을 위한 방파제보 수직이동장치(167)을 설치한다
또한, 방파제보(161, 166)의 높이는 방파제보(161, 166)의 하부로 파도가 통과할 수 있는 해수개방부(164)의 높이, 방파제보(161, 166) 상부의 높이, 설치 해역의 최대 파고 및 조류에 따라 설계될 수 있다.
예컨대, 수심이 20m이고, 최대 파고가 8.5m인 경우, 해저면에서 3m 높이의 해수개방부(164)가 형성되고, 해수면 상부까지 22m 높이로 방파제보(161)가 설치되면, 하부개방형 방파제를 통과하여 해상구조물에 도달하는 최대 파고는 90%까지 감쇄되어 파고는 0.85m로 감소되는 효과를 구현할 수 있어서, 태풍 등으로 인한 해상구조물의 피해를 최소화하고, 해상구조물에 작용하는 과도한 운동과 하중을 최소화하여 안전성을 증대시키고 해상구조물의 건조공기와 비용을 절감할 수 있다.
즉, 이와 같은 하부개방형 교량형 방파제와 하부개방형 돌핀형 방파제의 구성을 통해, 파도로 인한 하중 감쇄효과를 구현하며, 파도가 해수개방부(164)를 통과하도록 하여서, 기존의 매립형 방파제의 설치 시 매립으로 인한 해류 흐름 방해와, 수생식물, 어류 등의 해양생태계 파괴와, 하부개방형 방파제와 해상구조물 사이의 수질오염으로 인한 문제와 민원제기를 최소화할 수 있고, 매립에 따른 공사비용과 환경파괴비용과 공기지연과 보상문제와 민원문제를 사전에 예방하고 투자비를 줄일 수 있고, 하부개방형 방파제의 구조물을 육상에서 블록단위로 형성하고 조립하고, 품질검사를 수행한 후 해저에 설치하여서 해상 또는 해저 작업이 최소화되어 전체 공기를 상당히 단축시켜 경제성을 확보할 수 있다.
참고로, 해상구조물의 구조강도에 영향을 주는 과도한 굽힘 모멘트와 전단력을 감소시키기 위해, 선체(110)의 길이와 폭 방향으로 일정한 간격의 수밀격벽(111)을 설치한 후, 선체(110) 중앙 영역에 해수 밸러스트 혹은 영구 밸러스트를 채워서 굽힘 모멘트와 전단력을 감소시킬 수 있고, 파도로부터의 공진, 예를 들면, 스프링잉 (Sprininging), 하중으로 인한 소음, 예 링잉(ringing), 등을 방지하기 위해 스프링잉, 링잉 해석과 실제 실험을 통해 해상환경에 따른 선체(110)의 운동을 설계에 반영하여 해상구조물의 구조강도의 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 파도로 인한 변동하중에 따른 해상구조물의 피로파괴 위험을 감소하기 위해 하부개방형 방파제(160)가 설치되는 경우, 해상구조물에 작용하는 파도 높이가 매우 낮기 때문에 동하중에 의한 피로파괴의 확률이 매우 낮아지기는 하지만, 하부개방형 방파제(160)가 설치되지 않은 경우에는 설치 해역에 대한 파도의 높이와 주기, 및 바람의 세기와 방향에 대한 통계 데이터를 이용하여 피로파괴 확률과 용접결합부의 피로 성능을 평가하여 선체(110)의 안전성을 향상시킬 수 있고, 해상구조물 부재 중, 기능적으로 매우 중요하거나, 위험한 부위에 위치한 구조부의 검사 및 수리를 위해 접근이 어려운 지역이나, 해상구조물 전체 안전에 주요한 영향을 미치는 구조부재, 텐던(137,145), 교차형 계류부 등 해상구조물의 주요 구성 요소에 대해 일종의 안전계수인 다양한 설계 피로도 팩터(Design Fatigue Factor, DFF)를 적용할 수 있다.
예를 들면, 해상구조물의 구성 요소 중 해상구조물의 안전에 매우 중요한 부재이거나, 접근이 어렵거나, 수리가 어려운 지역에는, 예를 들면 텐던(137,145), 교차형 계류부, 선체 이동방지블록(134), 방파제 지지블록(165)에는 안전 계수가 10배인 DFF 10을 적용할 수 있고, 해상구조물의 위험관리를 위해 다양한 위험요소들에 대한 분석과 평가를 수행하여 지진해일, 태풍, 좌초, 충돌, 표류, 낙하물, 화재, 폭발, 소요, 테러 등에 대한 HAZID(Hazard Identification)와 HAZOP(Hazard and Operability Study)을 통해 위험성 평가를 수행하여 대책을 수립하고 해상구조물의 설계 시 반영할 수 있다.
또한, 해상구조물의 유지보수를 위해 적절히 일정한 주기로 애노드와 부식 방지 ICCP시스템(Impressed Current Cathodic Protection System)과 같은 방오 및 방식 장치를 적용할 수 있고, 부식이 심한 해상구조물 수면 근처에는 설계 시 적절한 특수 도장이나 부식 여유 두께를 고려할 수 있으며, 통상 선박의 해수가 접촉되는 선체 외부에만 도장이 적용되는 경우는 최대 부식 여유두께는 1.5 mm정도이므로 해상구조물 설계 수명과 해역의 수온 등 부식환경에 따라 적절한 부식 여유 두께를 결정할 수 있다.
또한, 통상의 해상구조물은 해당 해역의 최대파고보다 높은 100년 주기 설계 파고, 약 19.0m 파고에 대해 설계하지만, 직접적인 파도로 인한 비산된 해수로 인한 피해를 방지하기 위해 해상구조물과 일정거리를 두고 하부개방형 방파제를 설치하고, 이 방파제를 통과한 감소된 하중이 해상구조물에 적용되어, 해상구조물 설계를 최적화하여 경제성을 향상시키고, 하부개방형 방파제가 적용되는 경우 하부개방형 방파제와 해상구조물 사이에 유원지 혹은 수변 공원으로 활용할 수도 있다.
또한, 해상구조물의 내부공간은 물류시설, 생산시설, 터미널, 쇼핑센터와 레저 등 다양한 목적으로 사용이 가능하지만, 대부분 넓은 내부 공간을 활용하여 물류 센터로 사용할 수 있으며, 특히 육상시설에 비해 외부의 접근이 차단되어 각종 유해 곤충, 전염병이나, 바이러스, 미생물의 유입이 없고 환기시설과 주기적인 소독으로 인해 보관하는 물품들의 부패방지와 청결한 유지보관이 가능하고, 외부로부터 인력과 물자가 유입되는 경우 별도로 준비된 시설로 이동하여 살균과 세척 후 해상구조물 내부로 이동하도록 설계할 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 해상구조물의 구성에 의해, 착저식 또는 부체식 방식의 해상구조물은 입지 선정에 자유롭고 친환경적이고, 활주로, 건물, 레저, 해양스포츠, 과학연구, 수산 전진기지, 가공시설, 컨퍼런스 시설, 호텔 등 다양한 시설물로 활용하고, 내부공간은 자동화된 물류시설, 생산시설, 상가, 호텔, 주거지역 및 기타 다양한 용도로 사용이 가능하고, 수중호텔과 수중관광시설 등 다양한 수중시설이 가능하여 관광산업의 활성화에 기여할 수 있고, 하부 개방형 방파제를 통해, 방파제 인근의 환경파괴 없이 최대 파고를 효과적으로 감쇄시켜 해상구조물에 작용하는 하중이 감소되고 해상구조물의 선체 중량, 교차형 계류부와 텐던을 이용하여 해상구조물을 경제적으로 설계하여 전체 투자비를 감소시킬 수 있고, 매립식 방파제에 비해 공기가 단축될 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 본 발명에서 기재된 시설과 배치가 변화는 간단히 변형할 수 있으므로 본 발명의 기술적 사상에 포함하는 것임을 이해하여야 한다.
110 : 선체 111 : 활주로
112 : 관제탑 113 : 기타 시설물
114 : 물류창고 115 : 공항 터미널시설
116 : 기타 시설물 117 : 수밀격벽
118 : 제1수중시설 119 : 제1밸러스트탱크
120 : 하부지지부 130 : 선체지지부
131 : 제2수중시설 132 : 선체 기둥부
133 : 제2밸러스트탱크 134 : 선체 이동방지블록
135 : 완충부재 136 : 텐던
140 : 해저연결부 145 : 텐던
151 : 페어리더 153 : 앵커
152 : 체인 또는 로프 160 : 하부개방형 방파제
161 : 방파제보 162 : 교각
163 : 돌핀 164 : 해수개방부
165 : 방파제 지지블록 166: 부체식 방파제보
167 : 부체식 방파제 보 수직이동장치
112 : 관제탑 113 : 기타 시설물
114 : 물류창고 115 : 공항 터미널시설
116 : 기타 시설물 117 : 수밀격벽
118 : 제1수중시설 119 : 제1밸러스트탱크
120 : 하부지지부 130 : 선체지지부
131 : 제2수중시설 132 : 선체 기둥부
133 : 제2밸러스트탱크 134 : 선체 이동방지블록
135 : 완충부재 136 : 텐던
140 : 해저연결부 145 : 텐던
151 : 페어리더 153 : 앵커
152 : 체인 또는 로프 160 : 하부개방형 방파제
161 : 방파제보 162 : 교각
163 : 돌핀 164 : 해수개방부
165 : 방파제 지지블록 166: 부체식 방파제보
167 : 부체식 방파제 보 수직이동장치
Claims (8)
- 상부공간에는 활주로와 관제탑이 포함된 시설물이 배치되며, 내부공간에는 물류창고, 공항 터미널시설, 생산시설, 거주공간, 상업공간, 운영시설공간 중 어느 두 개 이상이 구획되어 배치되고, 하부공간에는 수중관광과 수중호텔이 포함된 제1수중시설과, 상기 제1수중시설과 제1밸러스트탱크가 배치되는, 선체;
해저에 착지되어 고정되는 하부지지부; 및
상기 선체의 하단과 상기 하부지지부 사이에 직립 형성되며, 상기 선체의 하부로부터 이동로가 연결되어 수중관광과 수중호텔이 포함된 제2수중시설과, 상기 하부지지부에 고정되고 상기 선체 및 상기 제2수중시설을 지지하는 선체 기둥부와, 그리고 상기 선체 기둥부의 하단 내부공간에 형성된 제2밸러스트탱크가 배치된, 선체지지부;를 포함하는,
해상구조물. - 제 1 항에 있어서,
상기 선체의 하중을 지지하고, 상기 선체지지부의 이동을 방지하기 위한 선체 이동방지블록이 상기 선체지지부의 하부면에 형성되는 것을 특징으로 하는,
해상구조물. - 제 2 항에 있어서,
상기 선체 이동방지블록은,
상기 선체의 양방향 이동을 제한하는 오목한 형상의 중앙 이동방지블록, 2방향 이동을 제한하는 2방향 이동방지블록, 및 1방향 이동을 제한하는 1방향 이동방지블록 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
해상구조물. - 제 3 항에 있어서,
상기 중앙 이동방지블록과 상기 선체 기둥부의 하단 사이, 상기 2방향 이동방지블록과 상기 선체 기둥부의 하단 사이, 또는 상기 1방향 이동방지블록과 상기 선체 기둥부의 하단 사이에는 완충부재가 개재되는 것을 특징으로 하는,
해상구조물. - 제 1 항에 있어서,
상기 선체의 하단과 상기 하부지지부의 사이에는 상기 선체의 수직방향하중을 제어하기 위한 텐던(tendon)이 연결되는 것을 특징으로 하는,
해상구조물. - 상부공간에는 활주로와 관제탑이 포함된 시설물이 배치되며, 내부공간에는 물류창고, 공항 터미널시설, 생산시설, 거주공간, 상업공간, 운영시설공간 중 어느 두 개 이상이 구획되어 배치되고, 하부공간에는 수중관광과 수중호텔이 포함된 제1수중시설과, 제1밸러스트탱크가 배치되고, 해상에 부유하는 선체;
해저에 일정 깊이로 매몰되어 고정되는 해저연결부;
상기 선체의 하단과 상기 해저연결부의 사이에 형성되어 상기 선체의 수직방향하중을 제어하기 위한 텐던(tendon); 및
상기 선체의 하단 측면에 형성된 페어리더(fairleader)와, 해저에 배치된 앵커와, 상기 선체를 가로질러 상기 페어리더와 상기 앵커 사이에 교차로 연결되는 체인 또는 로프가 포함된, 교차형 계류부;를 포함하는,
해상구조물. - 제 6 항에 있어서,
상기 선체는 해상에서 완성되되,
상기 선체를 육상에서 블록단위로 개별적으로 건조한 후 해상에 부유시키는 단계와, 상호 연결되는 2개의 선체블록 중 적어도 하나의 선체블록에 체결부를 형성하는 단계와, 상기 2개의 선체블록의 양측면에 블록 물막이를 설치하고, 상기 블록 물막이 사이의 해수를 제거하는 단계와, 그리고 상기 2개의 선체블록의 용접부를 맞대어 용접하여 결합시키는 단계를 포함하여 완성되는 것을 특징으로 하는,
해상구조물. - 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 선체의 주변 해역의 해저에 설치되며,
파향에 횡방향으로 정렬되어 파고를 감쇄시키는 역쐐기 형상의 방파제보와, 상기 방파제보를 지지하고 해저에 고정되는 둘 이상의 교각 또는 돌핀으로 이루어진 고정부와, 돌핀형 부체식 방파제 보와 부체식 방파제보를 수직으로 이동시키는 장치, 그리고 상기 고정부의 사이가 개방되어 해수가 자유롭게 순환하는 해수개방부로 구성되는, 하부개방형 방파제를 포함하는 것을 특징으로 하는,
하부개방식 방파제.
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| KR1020220121305A KR102541998B1 (ko) | 2022-08-24 | 2022-09-26 | 해상구조물과 하부개방식 방파제 |
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004256084A (ja) * | 2003-02-24 | 2004-09-16 | Toshiyuki Sasaki | 超大型浮体式海洋構造物の洋上空港 |
| KR101258937B1 (ko) | 2010-10-13 | 2013-04-29 | 삼성중공업 주식회사 | 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트 |
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-
2022
- 2022-09-26 KR KR1020220121305A patent/KR102541998B1/ko active IP Right Grant
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