WO2018210198A1 - 超大型海洋浮式结构物的基础模块 - Google Patents

Abstract

一种超大型海洋浮式结构物的基础模块，由下部浮体结构(3)、上部结构(1)和中间连接结构(2)所构成。下部浮体结构(3)包括多个分散布置的浮体(31)，其整体呈超大水线面积形态，其排水体积之和大于该浮式结构全重的等量水体积，上部结构(1)采用框架结构或者箱体结构，中间连接结构(2)在空间分散布置，下部浮体结构(3)通过中间连接结构(2)与上部结构(1)连接成超静定的组合空间结构。基础模块整体呈超扁平形态。两个基础模块进行一次拼接即可实现千米级别的超大型海洋浮式结构物。基础模块具有很强的抵抗波浪激励载荷和载荷变化的能力，具有很强的抗摇荡稳定刚度，可大幅度减小基础模块拼接时的相对运动和拼接后的连接器载荷。

Description

超大型海洋浮式结构物的基础模块 技术领域

本发明涉及一种超大型海洋浮式结构物(Very Large Floating Structure,VLFS)的基础模块，尤其涉及一种单体尺度即介于400米至800米之间，并具有独特抗摇摆运动的能力，通过一次连接既可达到800米至1600米长度的基础模块。

背景技术

在人类对海洋进行开发和探索的活动中，无论是应用于何种功能性用途的海上浮式结构物，如海上综合保障基地、远洋开发社区、海上旅游娱乐平台、海上工业中心等，均呈现出结构物尺度大型化的迫切需求。目前已经实施的箱式结构、船舶结构和各种海洋平台结构等，其尺度仍然难以满足人类对海洋进行开发和探索活动的巨大需求，研发超大型海洋浮式结构物(VLFS)已成为世界海洋工程领域的热点课题。

在现有的超大型海洋浮式结构物(VLFS)研究领域，主要有箱型结构和半潜式结构。箱型结构为整体结构，型深较小，只能适用于有防波堤保护的浅海区域使用，不具备航行移动条件。

在深海远海，超大型海洋浮式结构物(VLFS)选型通常采用半潜式结构作为基础模块，并且由三个及三个以上基础模块通过连接器铰接连接形成，单个模块的尺度一般在400米以下，是一种采用柔性连接的“多刚体”复杂系统。例如，由美国麦克德莫技术股份有限公司申请的中国发明专利“可移动的海上基地”(专利号ZL98808856.8)。

由半潜式结构基础模块构成的总体系统具有一系列难以克服的技术问题、安全问题和经济问题，尽管有巨大而迫切的海洋开发和军事需求，世界海洋强国投入了大量的资源进行了近二十年的攻关，至今仍未能取得关键性突破，超大型海洋浮式结构物工程化实践至今仍末见付诸实施。

上述半潜式结构基础模块存在的主要技术问题体现在以下几个方面：

第一，基础模块的主体尺度较小。

半潜式结构基础模块采用典型的小水线面结构形式，受结构形式、连接器载荷、压载系统实施等诸多因素的限制，其主尺度很难超过300米。为了实现千米级别的主尺度要求，就必然需要有三个以上的基础模块进行至少两次连接才能实现，极地大增加了连接的实施难度和安全风险。

第二，基础模块的稳定性对载荷变化(不含波浪载荷)非常敏感，抗摇荡稳定刚度很小，在外界干扰作用下摇荡幅度较大、恢复周期长。

半潜式结构基础模块的基本特性是垂荡周期远大于波浪谱峰周期，因而有较好的耐波性，但正因为如此，使其的浮态对载荷变化极为敏感。在载荷变化作用下，基础模块会发 生较大幅值的运动且其运动周期较长，因此，会大大限制基础模块的使用便利性，同时，会极大地增加基础模块之间连接的实施难度。

受限制于上述固有特性，多个半潜式结构基础模块连接成超大型海洋浮式结构物(VLFS)时，其多刚体运动分析(包括模块间浮体运动的互相作用分析)预报、连接器载荷预报、连接过程的安全风险控制等将变得极为困难。

第三，基础模块必需要有复杂和巨大的压载系统。

半潜式结构基础模块是典型的柱稳式结构，其典型的工况包括迁移工况、风暴自存工况以及正常作业工况。必须依托复杂的压载系统以及压载控制系统方能实现其各项功能。对于超大型海洋浮式结构物(VLFS)而言，其迁航状态与作业状态转换、物资装卸、外部载荷变化等均必须以大量复杂的压/减载作业作为前提条件。为了应对巨大的载荷变化所需的压/减载作业量是很难在工程上实现的。

第四，基础模块的连接需要很复杂的连接装置且连接过程危险。

半潜式结构基础模块在连接过程中，除了其自身会受到波浪激励会产生运动外，连接过程引起的载荷变化也会使其产生明显的运动，该运动相当复杂，且会持续较长时间。两种运动叠加在一起，合成后的运动特性更难有效预报和控制。基于上述原因，连接器问题难以解决。

第五，基础模块及基础模块连接成的超大型海洋浮式结构物(VLFS)使用限制较大。

受限于半潜式结构基础模块的固有特征，其在作业时处于半潜状态，基本无航行能力，且不允许大型船舶直接靠泊；即使多个基础模块连接成超大型海洋浮式结构物(VLFS)也无航行能力。

上述半潜式结构基础模块存在的主要安全问题体现在以下几个方面：

第一，基础模块的稳性较差。

半潜式结构基础模块完整稳性和破损稳性均以满足现行的相关规范和标准为设计准则，其在作业状态时，无法航行，不具备通过机动航行来规避风暴的能力，只能在较小海况条件下进行迁航作业，且基础模块初稳性高(GM)很小，迁航安全性较差，如遇风暴、碰撞、触礁等极端事件，可能会导致倾覆和沉没。

半潜式结构基础模块由于结构形式原理所限，其稳性冗余较小，如现有规范稳性校核要求，完整稳性校核条件风速100节，而破损稳性校核风速仅为50节，若利用完整稳性校核条件校核破损稳性，很难满足要求，说明在极限环境条件下发生破损很难保证安全，显然采用半潜式结构作为基础模块组合成安全性要求更高的超大型海洋浮式结构物(VLFS)是不合适的。

第二，基础模块的压载系统管理和操作复杂。

半潜式结构基础模块的各项使用功能和工况主要依赖于复杂的压载系统和大量的压载作业，如调节压载不及时或者不正确，会导致基础模块发生较大倾斜、结构应力响应剧烈恶化，甚至出现严重事故。压载系统失效会带来灾难性的后果。

第三，基础模块整体结构安全冗余小。

半潜式结构基础模块整体结构的冗余程度少，偶然碰撞或者立柱(下浮体)意外破损可能会导致解体或倾覆沉没。

第四，基础模块的安全性受人为因素影响大。

半潜式结构基础模块对操作人员素质要求较高，其整体运营管理较为复杂，安全运营的不确定性高，一旦出现人为操作失误，极易引起重大安全事故。

上述半潜式结构基础模块存在的主要经济问题体现如下：

单个基础模块的压载系统、设备、运营管理等复杂程度高，需要投入大量的人力、物力和财力成本，综合起来导致经济性差；多个基础模块连接之后，使得上述各项问题更加复杂(需要克服互相干扰，并且协同工作)，从而导致经济性进一步恶化。

综上所述，以半潜式结构作为可移动的超大型海洋浮式结构物的基础模块，在技术方面、安全方面以及经济方面均存在固有缺陷，是导致至今超大型海洋浮式结构物仍然没有工程化实现的重要原因。迫切的需要研发一种全新的基础模块，使得超大型海洋浮式结构物能够早日实现工程化。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种超大型海洋浮式结构物(VLFS)的基础模块，能够有效解决上述基础模块存在的：尺度小、构建超大型海洋浮式结构物需要两个以上模块拼接、多模块运动及连接器载荷预报困难、对载荷变化敏感、需要复杂压载作业、作业工况航行能力差等主要技术问题。

本发明的另一主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种超大型海洋浮式结构物(VLFS)的基础模块，能够有效解决上述基础模块存在的稳性差、整体结构安全性差、复杂压载系统安全性差、拼接作业危险复杂等主要安全问题。

本发明实施例提出一种超大型海洋浮式结构物的基础模块，包括下部浮体结构、上部结构和中间连接结构；所述下部浮体结构整体呈超大水线面积形态；所述下部浮体结构包括五个以上的条状浮体，各所述条状浮体间隔一定距离；各所述条状浮体的截面高度小于适用水域的最大波高；各所述条状浮体排水体积之和大于该基础模块满载时全重的等量水体积；所述上部结构为框架结构或者箱体结构；所述中间连接结构在下部浮体结构与上部结构之间分散布置，所述中间连接结构为与水平面相交的小水线面结构，每个所述条状浮体上有五个以上的所述中间连接结构；所述中间连接结构与所述上部结构以及所述下部浮体结构相互连接成整体，形成超静定的组合空间结构。

基础模块具有很强的降低波浪载荷的特点，具有很强的抵抗波浪激励运动的能力，具有很强的抗摇荡稳定刚度，可大幅提高基础模块的主尺度，可大幅度降低基础模块在波浪中的运动幅值，进而大幅度减小基础模块间拼接过程的相对摇摆运动和拼接后的连接器载荷，从而大幅降低连接问题的难度。在各种工况下，基础模块具备自主全向航行能力。

根据一实施方式，所述基础模块的下部浮体结构，在水平方向上的长度及宽度分布尺寸等于或大于所述基础模块空载时重心距离静水面高度的4倍。

根据一实施方式，所述基础模块长度大于400米，小于800米。单个基础模块长度方向的尺度在400米以上，经过科学合理的设计，其尺度能达到约600-800米，基础模块自身即为大型海洋浮式结构物，两个基础模块只需进行一次拼接即可实现千米级别的超大型海洋浮式结构物(VLFS)。

根据一实施方式，所述下部浮体结构中的任意一个所述条状浮体的断面高度尺寸小于适用水域的最大波高尺寸的1/2。

根据一实施方式，在满载吃水状态下，所述下部浮体结构外轮廓内的所述条状浮体的水线面积与浮体结构外轮廓的面积之比不大于0.7。

根据一实施方式，所述基础模块在最大总纵弯矩的作用下，挠度小于其长度方向尺寸的1/400，其总体位移量所引起的“水弹性”现象不明显，可以忽略不计，基础模块仍然可以按照“刚体”进行设计。

根据一实施方式，所述基础模块安装有全回转推进装置。

根据一实施方式，在所述基础模块的首部、尾部及/或舷侧设置有用于连接的2个及2个以上的缆索牵引装置。

根据一实施方式，在所述基础模块的首部、尾部及/或舷侧设置有供模块之间进行连接与分离的连接装置。

根据一实施方式，所述连接装置是磁性连接装置以及/或者机械连接装置。

根据一实施方式，所述基础模块整体是由多个超静定单元组成的超静定的组合空间结构。

根据一实施方式，所述基础模块在任意方向上，均至少是4个超静定的空间结构单元的连续组合。

根据一实施方式，与水平面相交的中间连接结构，在水平方向上的整体截面积约为所述下部浮体结构的静吃水处水线面积的10％至30％。

针对上述实施方式，说明如下：(技术特征对应的技术意义：)

A.本发明提出的基础模块有利于减小波浪载荷响应，使基础模块主尺度很大时仍能保证具有足够的强度与刚度。

本发明选择下部浮体结构中的任意一个浮体的为小截面积条状浮体，同时，选择浮体结构中的各个浮体间隔一定距离，因此，各个浮体在空间是分散布置的，分散布置的浮体为波浪越(绕)过浮体创造了流体运动和能量释放的条件，保证波浪在浮体间流动顺畅，以减小巨浪对浮体的破坏性载荷。

示例了单个浮体断面主尺度选择为小于最大波高主尺度(如0.5倍)，在最大波高时，部分波浪将越过浮体，部分浮体将脱离波浪，波浪载荷随着波高的增加将不再显著增大，即平台波浪载荷对波高的响应出现了非线性现象，从而可以大幅度降低大波浪时浮式结构 的波浪载荷。

本发明实施例的基础模块的横剖面可以类比为一个工字形断面，上部结构以及下部浮体结构类比为上下翼缘，中间连接结构类比为腹板，因此，能够充分发挥材料的效用。

由于本发明实施例的基础模块能够充分发挥材料的效用并减小波浪载荷，因此，在较大尺度条件下，容易保证基础模块具有足够的强度和刚度，避开水弹性现象对基础模块载荷计算的复杂影响。本发明的基础模块可比各种常规浮式结构具有更大的主尺度，且可以作为“刚体”进行结构设计。例如本发明基础模块在尺度达到600米左右时，在极端海况条件下，仍能满足强度规范要求，在最大总纵弯矩作用下，其总纵弯曲挠度可以实现不大于基础模块长度的1/400。

B.本发明实施例的基础模块的下部浮体结构的各个浮体尺度较小且分散布置，且具有超大水线面积形态的特征，空载和满载时吃水变化对稳性的影响极小，空载和满载时都具有极高的稳性。

本发明实施例的基础模块任意一个浮体的断面高度尺寸较小，下部浮体结构中的各浮体间隔一定距离。因此，本发明实施例的基础模块的静水吃水线必然在浮体的高度范围以内，从而本发明实施例的基础模块整体吃水很浅。

单个浮体的断面尺寸较小，每个浮体的体积就较小，因而浮体应有一定的长度和数量，才能具有一定的总排水体积，如果将各浮体无间距地并在一起，就是一个“竹排”型的扁平箱式浮体结构，再结合承载力要求，扁平浮体结构必然具有很大的水线面积，其水线面积将远大于常规船舶和海洋浮式平台。需要强调的是，大水线面积一般必然伴随着对波浪载荷的较大响应，而本发明通过多浮体分散布置巧妙地同时实现了很大的水线面积时具有较小的波浪载荷。这里的水线面面积是指，吃水线处的水平面与浮体相交所构成的剖面的面积。由于在波浪中吃水线是变化的，会有超出浮体高度范围的情形，所以这里所指的吃水线为静吃水线。

本发明实施例的基础模块的下部多浮体在水平方向上的长度及宽度分布尺寸等于或大于所述基础模块空载时重心距离静水面高度的4倍，因此，基础模块整体呈超扁平状态，具有重心很低，稳心很高的特征，基础模块的GM值可比常规平台和船舶高两个数量级以上。

本发明实施例的基础模块，各个浮体分散布置，并且静水吃水线到浮体顶部的距离较小，有利于波浪顺利通过和越过浮体，能够有效降低波浪载荷。

基础模块在波浪载荷的激励下，运动响应小，与半潜式平台的运动响应大致相当。需要说明的是，二者实现的原理截然不同，半潜式平台是典型的小水线面结构，抗摇荡稳定刚度很小，本发明实施例的基础模块是超大水线面形态的结构，抗摇荡稳定刚度极大。

同时，由于基础模块为超大水线面积形态的结构，并且浮体分散布置，具有很强的回复力和回复力矩，当发生载荷变化时，引起的运动变化很小，相对于半潜式平台，具有较大的抗摇荡稳定刚度，由载荷变化引起的摇荡运动响应至少小一个数量级。

C、本发明提出的基础模块可以方便的实现彼此之间的连接。

本发明提出的基础模块在首部、尾部及/或舷侧设置有用于连接的2个及2个以上的缆索牵引装置，同时提出在所述基础模块的首部、尾部及/或舷侧设置有供模块之间进行连接与分离的连接装置。

在连接过程中，通过两根及以上缆索进行牵引，同时要求两个基础模块的全回转推进装置沿相反方向推进，使缆索始终保持张力，通过控制牵引装置的拉力和推进器的推力，实现两个基础模块在受控状态下相互靠近，并可实现基础模块间的定位与导向，使具有巨大质量的基础模块之间的接触载荷降至最小，避免接触载荷对模块结构造成损伤。

连接器装置的实现方式可以采用机械结构、电磁结构等具备成熟工程实施经验的做法，可以便捷的实现快速连接与快速分离。需要说明的是，连接器装置显然可以设置在基础模块的舷侧以实现基础模块之间的横向连接。

通过连接装置在基础模块端部设置位置与数量的不同组合，可以方便的控制基础模块之间是“铰接连接”还是“刚性连接”。举例说明，在基础模块的端部上下各设置四个共计八个连接装置，当仅仅将上部的四个连接装置连接起来时，即可实现“铰接连接”；当将上下部的八个连接装置同时连接起来时，即可实现“刚性连接”。

D、本发明提出的基础模块具备高安全性。

本发明提出的基础模块为超静定的组合空间结构，能够保证在遭遇可预见的最不利海况和发生有记录的最不利的碰撞、触礁、搁浅、货物异常移位等事故条件下，即使局部结构出现损坏，整体结构仍然具有确定性的结构整体不解体的安全性。

基础模块是由上部箱体结构、中间连接结构和下部浮体结构组合而成的。选择了下部浮体结构包括五个及五个以上的条状浮体，选择了每个条状浮体上有五个或者五个以上与水平面相交的小水线面结构，因此，基础模块的结构整体在水平任意方向均横跨4个或者4个以上的跨度，这里的一个跨度是指两个相邻条状浮体之间的距离以及相邻两个中间连接结构之间的距离。因此，基础模块至少是由5个条状浮体、25个立柱以及一个在空间连续的上部箱体结构(超静定单元)组成的整体结构。根据结构力学的知识，2个下部条状浮体、4个立柱以及与之对应的上部箱体结构的部分(可以类比为一个半潜式平台)即可形成一个封闭的超静定的空间结构单元，因此，本发明的基础模块在任意方向上，均至少是4个超静定的空间结构单元的连续组合，整体上来看，本发明的基础模块至少是由16个超静定的空间结构单元组合而成的组合结构，碰撞、触礁等事故导致的部分单元破损(局部结构失效)，不会对整体结构安全造成威胁。因此，结构整体在抗解体方面具有很大的事故安全冗余。

由基础模块的结构组成分析可以发现，其下部浮体结构和中间连接结构均是数量较多并且分散布置的，各个组成构件在结构受力时，是以一种比较“均衡”的方式来协同工作的，在遭遇可预见的最不利海况和发生有记录的最不利的碰撞、触礁、搁浅、货物异常移位等事故条件下，即使某一个甚至某几个超静定的空间结构单元的一些构件损坏退出工 作，剩余结构仍然是超静定的空间结构单元组合而成的组合结构，仍然能够正常工作。

常规技术中船舶和海洋平台根据构件的重要程度以及受力状态的不同，划定了关键部件、重要部件、次要构件等种类，而本发明实施例的基础模块的各个受力构件重要程度大致是相当的，并且可以互为支持，没有因“软肋”部件失效导致的相关结构陆续失效和整体崩溃的风险。

区别于半潜式平台的是，半潜式平台浮体的分舱是有限的，浮体或者立柱发生较大破损时，将导致浮舱破损和大量进水，此时，如进水流量大于应急排水系统的排出能力，就必将出现平台整体浮态的改变，并导致结构的应力的恶化等一系列连锁反应，最终，将可能导致倾斜、断裂甚至翻沉的灾难性的后果。

E、本发明提出的基础模块在各种工况下，具备全时自主航行能力。

由于基础模块安装有全回转推进装置，因此其具备较好的机动能力。

本发明中选择基础模块安装有全回转推进装置且由于吃水很浅，如果浮体采用细长的条状，阻力相对较小，在大型化条件下也易于实现较大航速。在动力配置方面具体可在下部浮体结构的各条状浮体的艏部与艉部布置多个全回转推进器，这些推进器前后有一定的距离并可以全向转动，在产生全向推力的同时可根据需要产生巨大的偏转力矩，具有极强的艏向控制力。具体还可在基础模块上设置帆、直推推进器和舵等来实现，可使基础模块具有良好的包括前后、横向、斜向和原地回转在内的自主机动能力。还可根据安全的需要，有效地调整基础模块与风浪的相遇角度。具备提前逃逸和规避能力，可有效躲避风暴。同时，基础模块容易实现动力定位。

由上述技术方案可知，本发明的超大型海洋浮式结构物(VLFS)的基础模块的有益效果在于：

1、本发明实施例的基础模块自身即可实现尺度大型化。

由于下部浮体结构呈超大水线面积形态，能够减小波浪载荷，同时具备极好的稳性，且整体呈类工字形断面结构，因此，本发明实施例的基础模块自身就能实现大型化且具有极好的耐波性。需要说明的是，与半潜平台相反，本发明采用的是将固有运动周期设计在较大海况下的波浪谱能量集中分布区域外的短周期一侧，基础模块固有运动周期大约为5秒左右，而波浪能量在此周期以下的分布是很小的，实现了优异的耐波性。

基础模块尺度达到400～800米，因此只需进行一次连接，即可组成尺度800m至1600米的超大型海洋浮式结构物。

2、本发明实施例的基础模块有利于实现超大型海洋浮式结构物(VLFS)。

本发明与半潜式小水线面结构都有良好的耐波性，但在作为超大型海洋浮式结构物的基础模块进行拼接的问题上，本发明具有更大的优势。当波浪激励和载荷变化联合作用时，基础模块的运动幅值和响应周期均较小，也就是说具有较强的抗摇荡稳定刚度，有利于模块之间的拼接操作。由载荷变化引起的摇荡运动响应将比半潜式结构至少小一个数量级。同时，一旦出现摇荡，半潜式结构需经若干个往复周期才会停止下来，而本发明基础模块 则会很快停止，有利于基础模块拼装复杂作业时，减小模块之间的相对运动。

基础模块具有很强的降低波浪载荷的特点，具有很强的抵抗波浪激励运动的能力，具有很强的抗摇荡稳定刚度，可大幅度降低基础模块在波浪中的运动幅值，进而大幅度减小基础模块间拼接过程的相对摇摆运动和拼接后的连接器载荷，连接过程简单，连接难度小，可操作性好。无需通过大容量的压载水调节平衡，大大简化了超大型海洋浮式结构物(VLFS)的运营复杂程度。

3、本发明实施例的基础模块可供大型船舶直接靠泊。

本发明实施例的基础模块具备波浪遮蔽效应，形成良好的水上靠泊条件，基础模块尺度大，分散浮体具备消波特性，在结构的背风和背浪一侧形成较大面积的遮蔽区域，结构本身具备良好的稳定性，能提供足够大的靠泊船舶的系泊约束能力，可提供船舶直接靠泊的条件。

4、本发明实施例的基础模块有很强的通用性，使得结构设计依赖于使用功能的程度大大降低。

本发明实施例的基础模块的上部结构可以采用空间框架结构与箱体(常规板壳)结构两种方式实现。空间框架结构的采用使得上部结构设计更具灵活性。

框架结构是指由梁和柱以刚接方式相互连接，构成承重体系的结构，即由梁和柱组成的空间框架共同抵抗使用过程中出现的各种载荷。

应当理解的是，所述上部结构的梁柱式结构可以是达到结构安全等级要求的任何梁柱式结构形式。举例来说，可以利用多个竖向或横向桁架式支撑结构，组成形成上部结构，同时分隔出众多功能舱室。

当采用空间梁柱形成的框架结构方式来实现上部结构时，上部结构的结构设计自由度(或称灵活性)相对于传统船舶与水上浮体结构设计而言将大大增加，上部功能舱室设计布置可灵活变化。上部结构的可改造余地将大大增加，主要承力结构为梁、柱以及其它支撑(有可能没有)，其余构件(甲板、作业舱之间的分割部件、作业舱的上下顶板等)均可以设计为非主要承力结构，仅承受局部的功能载荷而不参与基础模块整体结构受力。由于上述特性，本发明实施例的基础模块的非主要承力结构均可以在满足局部功能载荷的前提下任意改动而不影响整体结构受力；非主要承力结构也可以考虑采用非金属材料以大幅度降低防腐蚀的成本；非主要承力结构也可以考虑采用装配(非焊接)的方式连接在主要承力结构上。

本发明实施例的基础模块具备“稳性”极好、对载荷变化不敏感等特性，因此可以大大提高浮式结构相对于不同使用功能的通用性，区别于现有技术中的船舶严重受限制与使用功能的特征。

5、大大提高可移动的超大型海洋浮式结构物(VLFS)的使用便利性和整体安全性。

本发明实施例的基础模块的下部浮体结构采用分散布置的小尺度浮体，因此有大的水线面积和大的初稳性高(GM)，空、满载吃水变化小，无需配置大容量压载舱。

基础模块的GM值高达数百米，比常规半潜平台高一至二个数量级，使允许的极限重心高度提高到百米级别，可容易的实现在基础模块上设置较大高度的大型设施，如任意舷侧的大型吊装设备、超高雷达天线、海上摩天轮、观光塔等，使得可移动的超大型海洋浮式结构物(VLFS)的应用范围更加广泛，具有巨大的商业价值。

本发明实施例的基础模块即使在满载作业状态时，吃水仍然较小，同时具备自主航行能力，因此，其使用水域广泛。而半潜式结构基础模块不适宜在浅海区作业，深海作业时不可航行，迁航时无法作业。

本发明实施例的基础模块整体结构为中部镂空的空间结构，水线以上的中间连接结构空间占空比很小，结构对空气流场的扰动很小，能够减小浮式结构甲板上气流流场的异变，相对于常规箱型浮体(船舶)，可为各类航空器起降提供更安全的条件。

本发明实施例的基础模块具有超大面积的上表面空间以及超大体积的上部作业舱室，可以很便利的实现各种使用功能，同时，使得其总体功能布置可以以沿平面布置为主，在本发明实施例的基础模块上有人员密集的应用场合，相对于多楼层竖向布置为主而言，更有利于火灾类事故的隔离设计和人员的疏散安排。

本发明实施例的基础模块有多层可供开发的作业空间，如甲板以上的高空区、上甲板区、中间舱室区、水面区、水下区、侧舷区等等，能够大大提升可移动的超大型海洋浮式结构物(VLFS)的使用功能。

本发明实施例的基础模块的类实芯浮体可采用可移除方式的填充，使得结构修复以及定期检修简单易行。

本发明实施例的基础模块中的至少部分外侧浮体采用类实芯浮舱，且其排水体积之和大于该浮式结构满载时全重的等量水体积，因此，无论结构受到何种局部损坏，只要基础模块整体结构不解体，就能够确定性的保证整体结构不可能沉没，具备总体结构安全性好的特征。

总之，本发明的可移动的超大型海洋浮式结构物(VLFS)的基础模块的主要特点是：结构自身即可大型化，波浪载荷小，耐波性好，稳性好，对可变载荷变化不敏感；易于通过拼接构成超大型海洋浮式结构物(VLFS)，连接过程简单，连接难度小，可操作性好，连接器载荷小；极大的通用性，整体结构对使用功能的依赖程度较低，上部结构采用空间框架形式能够大大提高设计灵活性；同时，在各种工况下，具备自主全向航行能力、机动能力和较好的安全性，并具备多层可供开发的作业空间。

术语解释：

“超大水线面积形态”：是指分散布置的大水线面积形态。水线面积形态是本发明的一项重要特征，在海洋工程领域，目前尚无水线面积形态的具体定义，本发明中所述的水线面积形态关注的是总水线面积与总排水量之间的关系(它直接关系到空载与满载浮式结构吃水变化的大小)，以及水线面积分布与载重分布之间的关系(它直接关系到装载分布与浮态变化的大小)，进而会对稳性、浮式结构对载荷变化的响应以及耐波性等重要特 性造成影响。习惯而言，海洋工程领域认为常规船舶是典型的大水线面结构，其结构特征呈大水线面积形态；而“小水线面结构”是针对常规船舶的大水线面积形态特征而非具体水线面积数据进行区分的，比如半潜式平台即为典型的小水线面结构；本发明的“超大水线面积形态”也是针对常规船舶的大水线面积形态而言的，本发明浮体结构的吃水变化远小于常规船舶且浮体分散布置，为了与常规船舶做出区别，将该特征称之为超大水线面积形态。另外，“超大水线面积形态”浮式结构的垂荡、横摇和纵摇的固有周期均远小于最大海况时波浪谱峰周期。

“超静定的组合空间结构”：指水上浮式结构整体是三维空间结构，而且是超静定的。其整体结构是由上部箱体结构、中间连接结构和下部浮体结构组合而成的。上部箱体结构可以由带加劲肋的板结构组合而成，加劲肋可以是板及/或各类型材，各类型材可以是工字钢、角钢、槽钢等。箱体结构可以由较多数量的梁柱及/或支撑形成的框架结构加内外部的带加劲肋的板结构组合而成。上部箱体结构自身是一个在空间连续的超静定单元。中间连接结构可以是由分散布置的柱子结构及/或梁结构形成的框架结构，也可以由分散布置的杆系结构组成的空间桁架结构，也可以是框架结构和桁架结构的合理组合。浮体结构是多个浮体的各种组合，可以是多个浮体在水平面上分散布置形成的镂空的网状片体结构，也可以是多个浮体以及必要的连接构件相互组装成一个相对独立的三维空间结构。

“最大波高”：不同的水域最大波高是不同的，相同水域的统计数据也不尽相同。本发明所说的最大波高是指，适用水域各设计参考文献中所示最大的最大波高。

抗摇荡稳定刚度：指由水动力引起的回复力和力矩的刚度，取决于水线面面积和水线面面积矩。水线面面积和水线面面积矩越大，抗摇荡稳定刚度越大，表明抗外部干扰能力强。

载荷变化：除环境载荷(如波浪载荷、风载荷等)以外的载荷，如重物装卸、货物移动、拼接操作、舷侧起吊重物、船舶靠泊、飞机起降等产生的载荷。

附图说明

图1是本发明实施例中超大型海洋浮式结构物的基础模块的前视结构示意图；

图2是本发明实施例中超大型海洋浮式结构物的基础模块的侧视结构示意图；

图3是本发明实施例中超大型海洋浮式结构物的基础模块的俯视剖面结构示意图；

图4是本发明实施例中超大型海洋浮式结构物的基础模块立柱不提供浮力时的倾覆测试的实验数据；

图5是本发明实施例中超大型海洋浮式结构物的基础模块立柱提供浮力时的倾覆测试的实验数据；

图6是根据本发明实施例中超大型海洋浮式结构物的基础模块示例的大型海上浮动平台基础模块前视结构示意图；

图7是根据本发明实施例中超大型海洋浮式结构物的基础模块示例的大型海上浮动 平台基础模块侧视结构示意图；

图8是根据本发明实施例中超大型海洋浮式结构物的基础模块示例的大型海上浮动平台基础模块俯视剖面结构示意图；

图9是根据本发明实施例中超大型海洋浮式结构物的基础模块示例为整体横向置于波浪的波面上的稳定性分析示意图；

图10是根据本发明实施例中超大型海洋浮式结构物的基础模块示例为搁浅状况下的稳定性分析示意图；

图11是根据本发明实施例中超大型海洋浮式结构物的基础模块示例进行波浪载荷分析的示意图；

图12是根据本发明实施例中超大型海洋浮式结构物的基础模块示例进行垂荡分析的示意图；

图13是本发明实施例中超大型海洋浮式结构物的基础模块拼接步骤图一；

图14是本发明实施例中超大型海洋浮式结构物的基础模块拼接步骤图二。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明实施例提出一种超大型海洋浮式结构物的基础模块，具体讲，两个以上的基础模块，可以在海上彼此相连在一起，从而构成超大型海洋浮式结构物(VLFS)，可以作为浮动式综合保障基地，可供各类船舶直接泊靠，甲板面可配备大型装卸机械，提供装卸、转运和存储功能。超大型海洋浮式结构物的基础模块基本型态可选择是超扁平的空间结构，主要包括下部浮体结构、上部结构和中间连接结构。

参照图1至图3所示，本发明实施例的超大型海洋浮式结构物的基础模块包括上部结构1、中间连接结构2和下部浮体结构3。该超大型海洋浮式结构物的基础模块在水平方向上的长度或宽度，均可达到等于或大于超大型海洋浮式结构物的基础模块空载时重心距离静水面高度(H)的4倍，整体是一种超扁平状外形。

举例说明，基础模块至少是由5个浮体、25个立柱(图中示例数量更多)以及一个在空间连续的上部箱体结构组成的整体结构。根据结构力学的知识，2个下部浮体、4个立柱以及与之对应的上部箱体结构的部分(可以类比为一个半潜式平台)即可形成一个封闭的超静定的空间结构单元，因此，本发明的基础模块在任意方向上，均至少是4个超静定的空间结构单元的连续组合，整体上来看，本发明的基础模块至少是由16个超静定的 空间结构单元组合而成的组合结构，因此结构整体在抗解体方面具有很大冗余。

由基础模块的结构组成分析可以发现，其下部浮体结构、中间连接结构以均是数量较多并且分散布置的，各个组成构件在结构受力时，是以一种比较“均衡”的方式来协同工作的，在遭遇可预见的最不利海况和发生有记录的最不利的碰撞、触礁、搁浅、货物异常移位等事故条件下，即使某一个甚至某几个超静定的空间结构单元的一些构件损坏退出工作，剩余结构仍然是超静定的空间结构单元组合而成的组合结构，仍然能够正常工作。

本发明在设计时可以通过检索各类海况和事故的统计资料进行合理分析，预报出恶劣海况的极端载荷和各种有计录事故形态的破坏力极值，因现代海难事故有记录的样本是足够丰富和有代表性的，据此分析出事故形态和极值是可信的，也是行业内技术人员可以做到的。这样，就可以为平台总体结构的设计提供依据，从而保证在极端条件下本发明的基础模块不会出现多个局部单元的连续破坏，进而保证本发明的基础模块在上述条件下具备确定性的结构整体不解体的安全性能。

常规技术中船舶和海洋平台根据构件的重要程度以及受力状态的不同，划定了关键部件、重要部件、次要构件等种类，而本发明的各个受力构件重要程度大致是相当的，并且可以互为支持，没有因“软肋”部件失效导致的相关结构陆续失效和整体崩溃的风险。

区别于半潜式平台的是，半潜式平台的任意一个浮体或者立柱发生损坏，将导致浮舱进水并出现整体结构的应力恶化，如不及时处置将可能导致倾斜、断裂甚至翻沉的灾难性的后果。

参照图1至图2所示，上部结构1上表面和下表面为上下甲板，也可以增加中间甲板。上下甲板参与整体结构受力。上部结构1的一实施方式中，可为框架结构实现的刚性结构，上部结构1内可选择形成有众多舱室。

框架结构是指由梁和柱相连接而成，构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平载荷和竖向载荷。

参照图1至图2所示，在示例性实施例中，在高度方向上，上部结构1内可设计为单层分布或至少两层的多层分布。而每一分层内可布置众多舱室，舱室布置方式可根据功能需求进行布置。其中的各舱室主要结构支撑可为竖向的至少三个立柱，以及顶部横向的连接梁，连接梁可分别在顶部或底部连接立柱。横梁和立柱之间可利用连接件进行连接，比如分叉式套管接头。各部件之间可以是焊接连接、铆接连接、螺栓连接或快速卡接。如此，由横梁和立柱组成主要的稳定结构支撑体。当然，也可在横梁和立柱之间增加杆式斜撑或桁架式支撑结构，以使上部结构1整体结构达到结构安全等级的要求。

进一步，上部结构内由横梁和立柱或其它杆式支撑结构组成刚性支撑结构，比如参照建筑物的房间构成方式，利用板材封闭形成各个功能舱室。由于墙板是非承力结构，可以选用轻质板材，例如，铝蜂窝板、复合岩棉板、轻钢龙骨组合墙体等。但选择上优选具有阻燃效果的板材。顶板和地板可选用钢板或其它可承重板。

应当理解的是，所述上部结构1梁柱式结构可以是达到结构安全等级要求的任何梁柱式结构形式。举例来说，可以利用多个竖向或横向桁架式支撑结构，组成形成上部结构1，同时分隔出众多功能舱室。

当采用空间梁柱形成的框架结构方式来实现上部结构时，上部结构1的结构设计自由度(或称灵活性)相对于传统船舶与水上浮体结构设计而言将大大增加，上部功能舱室设计布置可灵活变化。上部结构1的可改造余地将大大增加，主要承力结构为梁、柱以及其它支撑(有可能没有)，其余构件(作业舱之间的分割部件、作业舱的上下顶板等)均可以设计为非主要承力结构，仅承受局部的功能载荷而不参与基础模块整体结构受力。由于上述特性，基础模块的非主要承力结构均可以在满足局部功能载荷的前提下任意改动而不影响整体结构受力；非主要承力结构也可以考虑采用非金属材料以大幅度降低防腐蚀的成本；非主要承力结构也可以考虑采用装配(非焊接)的方式连接在主要承力结构上。

而上部结构1的还可提供另一实施方式中，可为箱体结构组成的刚性结构层，主要承力结构为空间板梁结构，舱室中的横舱壁、纵向桁材、形成舱室的上下甲板等构件一般均作为受力结构构件参与总纵强度的计算。

这里所指箱体结构，以多块相互约束的板件组成的空间箱式结构，每一块板均承受局部载荷，在四边承受待定的分布弯矩。

举例来讲，上部结构1可由甲板、围壁以及若干纵向和横向舱壁组成的空间箱体结构。其甲板可以有几层，如主甲板、中间甲板、下甲板等。上部结构1主体可以设计为具有储备浮力，即上部结构1主体为水密或具有一定的水密性。上部结构1主体可以是一个整体的箱体结构，也可以是若干个纵横箱结构的组合体，如“田”字形、“井”字形、“△”字形。

例如，上部结构1结构可选择采用纵横混合骨架形式，每个区域内主向梁的方向不同，同时垂直于主向梁长度方向内设距离不等的强框架，所有主要侧壁骨架都采用水平布置，所有内壁均采用垂向扶强材。由于框架结构是现有船舶或海上基础模块舱室的常用结构形式，因此，在此不再赘述。

应当理解的是，所述上部结构1也可选择由箱体结构与框架式结构两种搭配组合而 成。比如在框架式结构中加入纵向或横向板梁，以进一步提高结构强度。当然也可以在箱体结构为主的结构中，加入各种立柱及横梁进行加强。再比如上部结构1中部采用框架式结构，而外周及或底层采用箱体结构。

本发明实施例的上部结构1整体在使用水域的最大波高之上，而上部结构1中形成的多个舱室可选为可密封舱室，若为多层分区的舱室结构情形下，至少中部以下的舱室正常情况下是密封的，可参照目前的船舱结构。这样，假如遇到极端情况，下部多浮体3失效时，上部结构1仍能保持自浮。

参照图1至图2所示，中间连接结构2的一实施方式中，包括第一方向的连接结构21，第一方向与水平面相交，第一方向的连接结构21包括多个相互间隔的浮体，可以看作是多浮体向上的延伸，这一部分浮体属于特殊功能浮体，在极端条件下，当基础模块整体出现极端大角度倾斜时，第一方向的连接结构21包括的多个相互间隔的浮体浸入水中，可提供浮力，由于回复力臂很长，整体产生较大的回复力矩，可以使得基础模块整体具备更可靠的稳性。

需要说明的是，基础模块发生较大倾斜时，与水平面相交的中间连接结构入水，能够提供安全回复力。举例而言，根据目前的设计计算和实验数据，当与水平面相交的中间连接结构的横截面面积之和，大于下部多浮体3静水吃水处水线面积的5％，并且，最外侧与水平面相交的中间连接结构至基础模块重心的距离大于基础模块重心距水面距离的两倍时，基础模块总回复力矩能够大于可能出现的风、波浪等联合作用下基础模块受到的最大倾覆力矩，能够使基础模块具有不倾覆的安全性。本发明所述的中间连接结构的小水线面特征，当其采用立柱结构时，在结构外观形态方面与常规半潜式平台相似，所不同的是，这部分立柱结构只有在基础模块发生较大倾斜或大的波浪越过下部浮体结构时局部暂时没入水中，而不会发生平台整体沿垂直方向下沉至该立柱结构持续没入水中的工况。

举例而言，本发明实施例的基础模块可以选择仅设置第一方向的连接结构21，可在浮体之间形成大区域的无障碍水面作业空间。

本发明实施例中小水线面特征的中间连接结构2，其第一方向的连接结构21的多个浮体，可以是相交于水面的多个浮体式连接结构，这些浮体式连接结构在水平面上截面的宽度小于相连的浮筒31的水线面宽度，所说“宽度”是指垂直于条状的浮筒31长度方向上的尺寸。第一方向的连接结构21的多个浮体可为立柱式结构，也可为扁片式上下延伸的空心连接结构；只是在本发明实施例中，第一方向的连接结构21的多个浮体是相互间隔的，以供波浪穿越，减少平台整体承受的外部载荷，以确保安全。本段中所称多个浮体 式连接结构应该理解，是指对应单个浮筒31连接有五个以上相互间隔的浮体式连接结构。

第一方向的连接结构21可包括多个垂直的立柱，立柱为空心密闭结构。立柱从外形来讲可以分为圆立柱和方立柱、等截面立柱和变截面立柱。立柱大多数可为等截面圆立柱，有少数可为方柱。目前分析中，浮体式连接立柱的实施例具有承受外部载荷小的优势，并且支撑强度较佳。由于下部多浮体3包括多个分散布置的条状的浮筒31，第一方向的连接结构21的多个立柱式浮体可以分布在多排上，而且每排上各立柱均间隔一定距离，立柱的排列方式取决于下部多浮体3中各个浮筒31的排列方式，原则上，多个立柱间隔的连接在各浮筒31之上。可在立柱与上部结构和下部多浮体3结合处的前侧及后侧，设置有导角连接部，导角连接部为空心结构。立柱与上部结构和下部多浮体3结合处也可采用标准的箱型节点结构。而且，还可在立柱21内安装电梯或楼梯等运输设备，以便向上部结构进行人员或物资的运输。

参照图4所示，是第一方向的连接结构21不提供浮力时，基础模块进行倾覆测试的数据，其中，在横倾角超过10度后，基础模块回复力臂会从正值快速下降，在横倾角超过45度后，回复力臂会变为负值，反而加速基础模块的倾覆。其中符号说明如下：

参照图5所示，本发明实施例浮体式连接结构整体截面积约为下部多浮体3的静水吃水线面积的10％至30％，可以保证浮体向上分布的连续性，在出现最大倾角(一侧条状浮体全部入水)时回复力臂仍为正值。保证了极端情况下，基础模块仍能维持较佳的防倾覆性。

如图1至图3所示，下部多浮体3的一实施方式中，下部多浮体3包括多个条状浮筒31，进一步地，可包括至少五个或五个以上的条状浮筒31，这些条状浮筒31可以间隔一定距离的平行布置。总体需求是，各浮体排水体积之和大于所述基础模块满载状态时的排水体积，以保证该基础模块在空载状态还是满载状态，吃水线总位于下部多浮体3的高度范围内。以此实现为对载荷变化不敏感的超大水线面基础模块，提供较高的载重能力。如图1至图3所示的实施方式中，多个条状浮筒31均以纵向顺基础模块的纵向排布，间隔一定距离的平行布置。当然，下部多浮体3可由多个浮筒31组合成各种形状各异的形式， 也可由不同形状纵横相交的浮体组成一个下部多浮体3，只需各浮筒31留出适当的间隔以消除波浪作用即可。

各浮筒31可主要由多个纵横加强结构以及外壳板架组成水密壳体。结构需要保证水密性和强度。单个浮筒31断面的最大高度尺寸可选择为小于适用水域最大波高尺寸的1/2，最大宽度尺寸可选择为不大于断面最大高度尺寸的2倍；下部多浮体3各相邻浮筒31之间的净间距可选择为大于相邻两个浮体中宽度尺寸较大的浮筒31的断面宽度尺寸的0.5倍。

进一步地，各浮筒31排水体积之和选择等于或小于基础模块满载时全重的等量水体积的2倍。使得基础模块静吃水线大致位于各浮筒31上半部分。一种选择是，基础模块的可变载荷对应的排水体积小于或等于各浮筒31的总体积的1/4。在此范围内，能平铺尽量多的浮体，增加基础模块载重。

如图所示的具体实施例中，下部多浮体3可包括多个位于同一平面的条形浮筒31(虽图中为同尺寸的浮体组成在同一平面内，也可是不同尺寸的浮体组成，不一定均位于同一平面)，各浮筒31直径和长度大致相同，各浮筒31间隔一定距离，这里各浮筒31以纵向方向顺基础模块纵向方向间隔排列，这里浮筒31的数量为11个，中间一个，两侧各5个对称布置。浮筒31截面可为圆形、椭圆形、方形或者其它几何形状。当然，各浮筒31也可以大小不一，比如，以不同外轮廓尺寸的浮筒31组合使用。

多浮体最外侧的若干个浮筒31内较佳填充有轻质不吸水材料311，例如聚苯乙烯泡沫塑料，如图所示的具体实施例中，左右分别填充4个浮筒31，共计填充8个浮筒31，8个浮筒31提供的总浮力为整个基础模块自重相当的排水量的约1.2倍。使得基础模块在碰撞、触礁造成浮体外壳破损的情况下，8个填充浮筒31仍能不丧失浮力，使得基础模块结构不会因为浮体失去浮力而倾覆或沉没，具有很大实用价值。

应该理解的是，浮筒31可以不限于条状，另一实施例中，下部多浮体3包括多个在空间分散布置的独立浮体，浮体的形状可以是圆球体、椭球体等能想到的可以应用于基础模块的各种形态。

应该理解的是，另一实施例中，下部多浮体3可以是多种形态浮体的组合或联合。举例而言，在以条状浮筒组成的下部多浮体3的基础上，还包括多个在空间分散布置的独立浮体，浮体的形状可以是圆球体、椭球体等能想到的可以应用于基础模块的各种形态。

另外，第一方向的连接结构21的各个浮体也可填充有轻质不吸水材料，以确保其破损不进水，仍能提供回复力矩，可以选择全部填充有轻质不吸水材料，也可以对应于浮筒 31的情形，只是在外周侧的浮体式连接结构中填充有轻质不吸水材料，如此可以大大提高基础模块的安全性。

本发明实施例的大型基础模块，其中的小水线的第一方向的连接结构21与下部多浮体3配合，形成相对于波浪的变水线面浮体结构，有效降低波浪载荷。

本发明实施例中，基础模块配备有驱动装置及方向控制装置，具体可在各浮筒31上布置多个推进器4，这些推进器4可以是全回转推进器。在需要规避极限海况时，基础模块可进行转向与快速航行，航速可达到10节；多个全回转推进器4联合作用，可以实现动力定位功能。

本发明实施例中提供的基础模块，包括整体刚性的上部结构1，中间连接结构2以及下部多浮体3，总体上可以类比为一个工字形断面。上部结构可等效为工字形断面的上翼缘；下部多浮体3等效为工字形断面的下翼缘，中间连接结构2等效为工字形断面的腹板。通过合理的结构设计，比如，下部多浮体3断面面积以及上部结构1断面面积对基础模块中和轴的横断面惯性矩的贡献大致相当，下部多浮体3断面自身的惯性矩以及上部结构1断面自身的惯性矩大致相当，可以将本基础模块结构的中和轴设计在基础模块结构中部位置，使得上部结构1、下部多浮体3(钢材)均最大效率的发挥作用，以最小的钢材使用量获得最大的强度(包括抵抗拉、压、弯、剪、扭转等联合作用)，大大提高结构材料(钢材)的利用率。

单个基础模块长度方向的尺度在400米以上，经过科学合理的设计，其尺度能达到约600-800米，基础模块自身即为大型海洋浮式结构物，两个基础模块只需进行一次拼接即可实现千米级别的超大型海洋浮式结构物(VLFS)。

参照图1至图2所示，在示例性实施例中，各基础模块的首部、尾部及/或舷侧选择设置有用于连接的2个以上的缆索牵引装置11。如图1、图2所示例，选择在上部结构1首部、尾部的端面分别设置有2个缆索牵引装置11。举例而言，缆索牵引装置11主要包括卷扬机、锁紧装置、缆索13等部件。选择在首部、尾部的第一方向的连接结构21下部分别设置有1个缆索牵引装置11。以在基础模块的首部、尾部的端面形成三角布局的缆索牵引系统。应当理解的是，缆索牵引系统的布局方式还可以选择其他各种组合。如图2所示，舷侧也可以参照上述方式形成横向缆索牵引系统。

参照图1至图2所示，在示例性实施例中，在基础模块的首部、尾部及/或舷侧设置有供模块之间进行连接与分离的连接装置12。连接装置12可选择是磁性连接装置或者机械连接装置，或者两种的结合。连接装置12选择设置于上部结构1或者下部浮体结构3 的首部、尾部及/或舷侧，或者两种的结合，可以实现基础模块之间的刚性连接。应当理解的是，连接装置12的数量和位置还可以有多种选择，可以根据需要实现铰接连接。

参照图13至图14所示，在基础模块连接过程中，首先，两个基础模块的缆索牵引装置11通过缆索13进行连接；接下来，两个基础模块的全回转推进装置4沿相反方向推进，缆索13开始张紧，限制两个基础模块相互远离；在接下来，启动卷扬机，继续收紧缆索13，使收紧力T大于反向推进力F，两个基础模块相互接近；直至两个基础模块上的各连接装置12相互对接，各连接装置12完成相互锁紧。

连接过程中，要求两个基础模块的全回转推进装置4始终沿相反方向推进，使缆索始终保持张力，通过控制缆索牵引装置11的收紧力T和推进器4的反向推进力F，实现两个基础模块在受控状态下相互靠近，并可实现基础模块间的定位与导向，使具有巨大质量的基础模块之间的接触载荷降至最小，避免接触载荷对模块结构造成损伤。

如图6至图8所示，本发明另一实施例中，与上述实施例的区别在于，中间连接结构2还具有第二方向的连接结构22，第二方向的连接结构22为水平设置的梁结构，可由钢板焊接而成，内部可设置隔舱板或加强肋板。进一步举例来讲，如图1至图3所示的实施方式中，相邻浮筒31间可连接有多个第二方向的连接结构22，第二方向的连接结构22可沿浮筒31纵向间隔布置多个，可以包括垂直于浮筒31的延伸方向的连接杆，也可以包括与浮筒31的延伸方向相交的连接杆。第二方向的连接结构22可为空心密闭结构的连接杆，连接杆截面形状可为水滴形、翼形或其它流线形状，该连接杆截面形状可平行于水平面，以减少航行中的阻力。连接杆可整体连接于各浮筒31的上方，可采用焊接、铆接或螺接方式进行固定连接。当然，也可整体穿入各浮筒31，连接在各浮筒31中的结构梁上。连接杆也可以替换为连接翼等连接结构。连接杆不仅可以垂直于各浮筒31进行连接，也可以选择倾斜于浮筒31与之进行连接，如此，利用第二方向的连接结构22可提高下部多浮体3的结构稳定性。

参照图1至图3，本发明提供一具体应用例如下：

如图中所示例，该基础模块使用海域可能出现的最大波高的统计值约22米。该基础模块上部结构设计为一个具有三层甲板的箱体结构，构成该基础模块的强力甲板。举例来讲，如图所示，上部结构的长度可为600米，宽可为151米，高度可为13米。可以提供9.06万平方米的上表面全通甲板，和27.18万平方米的上部舱室。

该基础模块的下部多浮体3选择设有11个相同形状的、相互独立的、纵向布置的浮 筒31(或称条状浮体)，为整个基础模块提供浮力。举例来讲，如图所示，下部多浮体3每个浮筒31的横截面可设计为相同的带圆角矩形，每个浮筒31长度可为600米，高度可为11.5米，最大宽度可为8.8米，浮筒31之间的间距可为6米。11个浮筒31外边缘分布宽度可为151米，多浮体总共提供约667000立方米的排水体积。多浮体的水线面积之和可为57800平方米。基础模块最大排水量约为410000吨，其中，自重约为190000吨，设计载重量约200000吨。当处于设计满载状态时的吃水约为7.3米，空载吃水约为4.8米。空载、满载吃水变化约2.5米。空载时基础模块重心G距离静水面高度H约为25米。该基础模块的多浮体在宽度方向的分布尺寸等于所述基础模块空载时重心距离静水面高度的6.04倍。

当设计波(为修正后的正弦波)高为22米，波长为621米时，浮体最大总纵弯矩预报值约为9.76E10NM。舯部最大结构应力约为220MP(许用应力为320MP)，结构总体挠度约1/500，满足“刚体”的条件。

第一方向的连接结构21为有圆角的长方形中空的立柱体，其长度约10米、宽度约6米、高度约为28米。其单个横截面积可为60平方米，每个条状浮体上等距分布有15个第一方向的连接结构21，11个浮体共有165个，总计横截面积约为9900平方米，为多浮体水线面积的17.1％。

该基础模块单个浮筒31的体积为60720立方米，基础模块全重时的排水体积为410000立方米，所以将最外侧的8个浮筒31的内部空间全部填充轻质不吸水材料311，其排水体积约为485760立方米，大于基础模块全重的等量水体积。

见图2所示，在每个浮筒31的艏部和艉部可以各设置有驱动装置及方向控制装置4，具体如图所示可为艏部尾部各一套电推进全回转舵桨，比如共有22台。为基础模块的提供优良的驱动能力和全向控制能力。

另一具体实施方式

1.综述

图6、图7及图8给出了一种超大型海上基础模块的应用，该基础模块被设计成适用于海上航行，且由22套全回转推进器4推进的海上大型基础模块，可在露天上甲板或其它甲板装载大型物件、直升飞机、集装箱等，也可提供油料储备，冷藏货物储备，人员生活设施等。

如图中所示例，该基础模块使用海域可能出现的最大波高的统计值约22米。该基础模块上部结构设计为一个具有三层甲板的箱体结构，构成该基础模块的强力甲板。举例来 讲，如图所示，上部结构的长度可为600米，宽可为151米，高度可为13米。可以提供9.06万平方米的上表面全通甲板，和27.18万平方米的上部舱室。

该基础模块的下部多浮体3选择设有11个相同形状的、相互独立的、纵向布置的浮筒31(或称条状浮体)，为整个基础模块提供浮力。举例来讲，如图所示，下部多浮体3每个浮筒31的横截面可设计为相同的带圆角矩形，每个浮筒31长度可为600米，高度可为11.5米，最大宽度可为8.8米，浮筒31之间的间距可为6米。11个浮筒31外边缘分布宽度可为151米，多浮体总共提供约667000立方米的排水体积。多浮体的水线面积之和可为57800平方米。基础模块最大排水量约为410000吨，其中，自重约为200000吨，设计载重量约200000吨。当处于设计满载状态时的吃水约为7.5米，空载吃水约为5米。空载、满载吃水变化约2.5米。空载时基础模块重心G距离静水面高度H约为25米。该基础模块的多浮体在宽度方向的分布尺寸等于所述基础模块空载时重心距离静水面高度的6.04倍。

当设计波(为修正后的正弦波)高为22米，波长为621米时，浮体最大总纵弯矩预报值约为9.76E10NM。舯部最大结构应力约为220MP(许用应力为320MP)，结构总体挠度约1/500，满足“刚体”的条件。

第一方向的连接结构21为有圆角的长方形中空的立柱体，其长度约10米、宽度约6米、高度约为28米。其单个横截面积可为60平方米，每个条状浮体上等距分布有15个第一方向的连接结构21，11个浮体共有165个，总计横截面积约为9900平方米，为多浮体水线面积的17.1％。中间连接结构2还具有第二方向的连接结构22，第二方向的连接结构22为水平设置的梁结构，可由钢板焊接而成，内部可设置隔舱板或加强肋板。

该基础模块单个浮筒31的体积为60720立方米，基础模块全重时的排水体积为410000立方米，所以将最外侧的8个浮筒31的内部空间全部填充轻质不吸水材料311，其排水体积约为485760立方米，大于基础模块全重的等量水体积。

见图2所示，在每个浮筒31的艏部和艉部可以各设置有驱动装置及方向控制装置4，具体如图所示可为艏部尾部各一套电推进全回转舵桨，比如共有22台。为基础模块的提供优良的驱动能力和全向控制能力。

除非特别限定，本发明所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。本发明所描述的实施方式仅出于示例性目的，并非用以限制本发明的保护范围，本领域技术人员可在本发明的范围内做出各种其他替换、改变和改进，因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

Claims (9)

1. 一种超大型海洋浮式结构物的基础模块，包括下部浮体结构、上部结构和中间连接结构；其特征在于，

   所述下部浮体结构整体呈超大水线面积形态；所述下部浮体结构包括五个以上的条状浮体，各所述条状浮体间隔一定距离；各所述条状浮体的截面高度小于适用水域的最大波高；各所述条状浮体排水体积之和大于该基础模块满载时全重的等量水体积；

   所述上部结构为框架结构或者箱体结构；

   所述中间连接结构在下部浮体结构与上部结构之间分散布置，所述中间连接结构为与水平面相交的小水线面结构，每个所述条状浮体上有五个以上的所述中间连接结构；所述中间连接结构与所述上部结构以及所述下部浮体结构相互连接成整体，形成超静定的组合空间结构。
2. 根据权利要求1所述的超大型海洋浮式结构物的基础模块，其特征在于，所述基础模块的下部浮体结构，在水平方向上的长度及宽度分布尺寸等于或大于所述基础模块空载时重心距离静水面高度的4倍。
3. 根据权利要求1所述的超大型海洋浮式结构物的基础模块，其特征在于，所述基础模块长度大于400米，小于800米。
4. 根据权利要求1所述的超大型海洋浮式结构物的基础模块，其特征在于，所述下部浮体结构中的任意一个所述条状浮体的断面高度尺寸小于适用水域的最大波高尺寸的1/2。
5. 根据权利要求1所述的超大型海洋浮式结构物的基础模块，其特征在于，在满载吃水状态下，所述下部浮体结构外轮廓内的所述条状浮体的水线面积与浮体结构外轮廓的面积之比不大于0.7。
6. 根据权利要求3所述的超大型海洋浮式结构物的基础模块，其特征在于，所述基础模块在最大尺度方向的最大挠度小于最大尺度的1/400。
7. 根据权利要求1所述的超大型海洋浮式结构物的基础模块，其特征在于，所述基础模块安装有全回转推进装置。
8. 根据权利要求1至7任一项所述的超大型海洋浮式结构物的基础模块，其特征在于，在所述基础模块的首部、尾部及/或舷侧设置有用于连接的2个以上的缆索牵引装置。
9. 根据权利要求8所述的超大型海洋浮式结构物的基础模块，其特征在于，在所述基础模块的首部、尾部及/或舷侧设置有供模块之间进行连接与分离的连接装置。

Images