一种用于远海无人岛礁保障的坐底式平台及其安装方法与流程

1.本发明涉及海洋工程技术领域，尤其是一种用于远海无人岛礁保障的坐底式平台及其安装方法。


背景技术：

2.我国远海海域存在诸多无人岛礁且分布较为分散，不利于监管，面对应急事件缺乏及时有效的监管手段与措施。为坚持统筹陆地和海洋保护发展，加强海洋保护力度与海洋权益维护，建立完善的救助保障体系，需在岛礁区域投放应急救援平台。
3.对于应急救援平台的构建，现阶段存在一些问题。首先，平台整体建造完成后需经极浅、窄航道进入潟湖内部，对平台自身尺寸有较高的要求，且限制了拖轮的使用。平台安装区域水深较浅，无法布设系泊系统，须通过其他途径使平台抵抗环境载荷。


技术实现要素：

4.本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的用于远海无人岛礁保障的坐底式平台及其安装方法，从而能够可靠降低平台整体所受风浪流等环境载荷的影响，提高平台湿重，进而提高平台在危险海况下的抗滑移能力，尤其适用于远海无人岛礁的应急救援使用。
5.本发明所采用的技术方案如下：
6.一种用于远海无人岛礁保障的坐底式平台，包括甲板组件，所述甲板组件底面经由立柱间隔安装有浮体，浮体侧向外壁面上沿着周向间隔布设有多个裙板，单个裙板经由调整机构相对于浮体外壁面移动或转动；所述裙板相对于浮体外壁面贴合并向上缩进，或者裙板底端竖直向下突出于浮体底面；所述立柱上下贯穿浮体，立柱经顶升机构相对于浮体上下移动调整。
7.作为上述技术方案的进一步改进：
8.上下贯穿浮体的中心开设有通孔构成月池，月池侧向壁面上沿着周向间隔布设有多个相同的裙板，裙板由调整机构相对于月池壁面调整位姿。
9.所述调整机构包括有贴合转动安装于浮体侧壁面上的转轴，裙板经由水平设置的转轴相对于浮体转动；还包括将裙板相对于浮体转动调整后固定的夹紧组件。
10.远离转轴的裙板边缘系装有缆绳，缆绳端部衔接至浮体侧面或是浮体侧面的绞车上；所述裙板以转轴为圆心旋转至水平姿态时，裙板经由缆绳系装保持水平姿态。
11.所述调整机构包括有沿着浮体侧壁面竖直布设的滑轨，裙板经由滑轨贴合着浮体外壁面上下移动；还包括对称布设于裙板两侧的夹紧组件，裙板上下移动调整后由夹紧组件夹持。
12.所述夹紧组件包括对称布设于裙板两侧的夹紧件，朝向裙板的夹紧件侧面内凹构成与裙板厚度尺寸相配的u型结构，单个夹紧件经由横向导轨贴合着浮体壁面移动，横向导轨水平贴合安装于浮体外壁面上。
13.沿着立柱周向的浮体内开设有环形凹槽，立柱外壁面沿着周向向外延伸形成凸缘，凸缘位于环形凹槽内部，凸缘高度方向的尺寸小于环形凹槽高度方向的尺寸；在顶升机构驱动下，立柱相对于浮体上下移动，凸缘相对于环形凹槽在高度方向上移动；位于环形凹槽上方和下方的浮体与立柱贴合面处均安装有密封组件。
14.所述顶升机构包括沿着圆周方向间隔布设于环形凹槽底面的顶升动力，顶升动力的输出端向上朝向立柱的凸缘。
15.所述甲板组件底面设置为向下的外凸弧形结构。
16.一种所述的用于远海无人岛礁保障的坐底式平台的安装方法，坐底式平台的浮体内设置有压载水舱；
17.安装方法包括如下步骤：
18.将坐底式平台在岸上建造组装完毕后，由调整机构调整裙板使得裙板底端相对于浮体外壁面向上缩进；
19.经拖轮或半潜驳船在外海将坐底式平台运输至岛礁航道口处；
20.在浮体相对的端面上分别经由锁紧机构对接外部的动力推进箱，经由动力推进箱为坐底式平台提供动力，于高潮位经极、窄航道进入潟湖内部；
21.经由调整机构调整裙板，使得裙板贴合着浮体外壁面竖直向下伸出；
22.向浮体内的压装水舱中注水直至沉降至坐底状态，向下伸出浮体底面的裙板向下插装至海底泥沙中；
23.顶升机构工作，驱使立柱相对于浮体下行，使得立柱底端相对于浮体底面向下伸出而插装至海底泥沙中。
24.本发明的有益效果如下：
25.本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过坐底式的结构设计，并结合自升式平台的特征，可有效避免施工过程中对岛礁周边珊瑚环境造成的破坏，安装便利、无污染，能够根据需要灵活迁移；通过周向裙板的设置，在平台坐底安装完毕后，能够可靠降低平台整体所受风浪流等环境载荷的影响，提高平台湿重，进而提高平台在危险海况下的抗滑移能力，尤其适用于远海无人岛礁的应急救援使用；
26.本发明还包括如下优点：
27.浮体外形结构简洁对称，具有较好的水动力性能，方便于满足航道最小宽度的限制；
28.在平台坐底后，经由顶升机构驱使立柱相对于浮体下移以向下插装至海底泥沙中，从而起到桩靴的效果，大大提高平台坐底状态下的抗台能力，在危险海况下不发生滑移；
29.在平台拖航过程中，裙板相对于浮体侧面垂直布设，并经由缆绳相对固定；此状态下的裙板起到舭龙骨的效果，降低平台在拖航过程中的横摇、纵摇以及升沉运动，避免平台在风浪流作用下运动过大发生碰撞等事故；在到达目标位置坐底时，经由竖直向下裙板与泥沙的插装，裙板既能够提供沿水平方向的阻力，且裙板包裹土壤可等效于增加平台湿重，提高平台坐底状态下的抗台能力，在危险海况下不发生滑移；
30.浮体中部月池的设置，用于提升浮体上下流体的连通，从而改变流场分布，降低平台所受垂向的波浪载荷。
附图说明
31.图1为本发明的结构示意图。
32.图2为图1中a处的局部放大图。
33.图3为本发明裙板相对于浮体侧面垂直布设时的示意图。
34.图4为本发明裙板经由滑轨安装于浮体侧面的结构示意图。
35.图5为本发明立柱与浮体之间顶升机构的结构示意图。
36.图6为本发明拖航状态时裙板侧向垂直于浮体布设的状态示意图。
37.图7为本发明由动力推进箱推进时的状态示意图。
38.图8为本发明动力推进箱上锁装件的结构示意图。
39.图9为本发明坐底时裙板向下插装至海底泥沙中的状态示意图。
40.图10为本发明坐底后立柱向下插装至海底泥沙中的状态示意图。
41.其中：1、甲板组件；2、立柱；3、浮体；4、调整机构；5、裙板；6、锁紧机构；7、顶升动力；8、密封组件；9、动力推进箱；10、海底；
42.11、外凸弧形结构；
43.21、凸缘；
44.31、月池；32、环形凹槽；
45.40、滑轨；41、夹紧件；42、横向导轨；43、转轴；44、缆绳；
46.91、锁装件。
具体实施方式
47.下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
48.如图1所示，本实施例的一种用于远海无人岛礁保障的坐底式平台，包括甲板组件1，甲板组件1底面经由立柱2间隔安装有浮体3，浮体3侧向外壁面上沿着周向间隔布设有多个裙板5，单个裙板5经由调整机构4相对于浮体3外壁面移动或转动；裙板5相对于浮体3外壁面贴合并向上缩进，或者裙板5底端竖直向下突出于浮体3底面；立柱2上下贯穿浮体3，立柱2经顶升机构相对于浮体3上下移动调整。
49.本实施例中，通过坐底式的结构设计，并结合自升式平台的特征，可有效避免施工过程中对岛礁周边珊瑚环境造成的破坏，安装便利、无污染，能够根据需要灵活迁移；通过周向裙板5的设置，既能够提供沿水平方向的阻力，且裙板5包裹土壤可等效于增加平台湿重，提高平台坐底状态下的抗台能力，在平台坐底安装完毕后，能够可靠降低平台整体所受风浪流等环境载荷的影响，提高平台湿重，进而提高平台在危险海况下的抗滑移能力。
50.本实施例中，甲板组件1与立柱2全固定焊接，立柱2则向下贯穿浮体3，可根据实际海况需求调节二者相对位置。
51.上下贯穿浮体3的中心开设有通孔构成月池31，通过月池31的设置以改变平台局部流场的分布；月池31侧向壁面上沿着周向间隔布设有多个相同的裙板5，裙板5由调整机构4相对于月池31壁面调整位姿。
52.数值模拟结果表明，在浮体3中心开月池31，可有效降低平台所受垂向一阶波浪激振力，提高坐底状态下平台的湿重，提高平台自身抗滑移能力。
53.本实施例中，浮体3的外壁面由圆柱体“切削”而成，结构简洁，具有高度对称性，外
形美观且具有较好的水动力性能，方便于满足航道最小宽度的限制。
54.如图2所示，调整机构4包括有贴合转动安装于浮体3侧壁面上的转轴43，裙板5经由水平设置的转轴43相对于浮体3转动；还包括将裙板5相对于浮体3转动调整后固定的夹紧组件。
55.本实施例中，裙板5相对于浮体3的转角范围在0～180
°
；在建造完成时，裙板5整体位于转轴43的上方并贴合于浮体3外壁面，此时初始状态的夹角为0
°
，在坐底前裙板5翻转180
°
朝下。
56.如图3所示，远离转轴43的裙板5边缘系装有缆绳44，缆绳44端部衔接至浮体3侧面或是浮体3侧面的绞车上；裙板5以转轴43为圆心旋转至水平姿态时，裙板5经由缆绳44系装保持水平姿态。
57.本实施例中，缆绳44可以设置为一次性使用，其在坐底前将裙板5下放时即割断；当然，也可以将缆绳44设置为与绞车衔接的重复使用模式，缆绳44的长度由绞车工作来根据需求布设。
58.当平台于外海拖航时，解除夹紧组件使裙板5释放并与浮体3侧壁夹角呈90
°
布设，通过缆绳44进行固定；此时裙板5可起到舭龙骨的效果，以降低平台在拖航过程中的横摇、纵摇以及升沉运动，避免平台在风浪流作用下运动过大发生碰撞等事故；当平台到达目标位置时，切断固定缆绳44使裙板5与浮体3侧壁呈180
°
并由夹紧组件固定，即向下竖直突出于浮体3，之后随平台同步沉降并插入土中。
59.在另一个实施例中，如图4所示，调整机构4包括有沿着浮体3侧壁面竖直布设的滑轨40，裙板5经由滑轨40贴合着浮体3外壁面上下移动；还包括对称布设于裙板5两侧的夹紧组件，裙板5上下移动调整后由夹紧组件夹持。
60.夹紧组件包括对称布设于裙板5两侧的夹紧件41，朝向裙板5的夹紧件41侧面内凹构成与裙板5厚度尺寸相配的u型结构，单个夹紧件41经由横向导轨42贴合着浮体3壁面移动，横向导轨42水平贴合安装于浮体3外壁面上。
61.如图5所示，沿着立柱2周向的浮体3内开设有环形凹槽32，立柱2外壁面沿着周向向外延伸形成凸缘21，凸缘21位于环形凹槽32内部，凸缘21高度方向的尺寸小于环形凹槽32高度方向的尺寸；在顶升机构驱动下，立柱2相对于浮体3上下移动，凸缘21相对于环形凹槽32在高度方向上移动；位于环形凹槽32上方和下方的浮体3与立柱2贴合面处均安装有密封组件8。
62.顶升机构包括沿着圆周方向间隔布设于环形凹槽32底面的顶升动力7，顶升动力7的输出端向上朝向立柱2的凸缘21。
63.本实施例中，顶升动力7可以是液压千斤顶，当然，也可以是其他输出直线运动的动力机构。
64.甲板组件1底面设置为向下的外凸弧形结构11，可提供向下的风载荷，降低平台所受风浪流等环境载荷，提高平台湿重，进而提高平台在危险海况下的抗滑移能力。
65.本实施例中，裙板5为等尺寸的钢板，在浮体3的直壁面上均布的裙板5数量不小于五块，浮体3的弧形壁面上均布的裙板5数量不小于三块，在月池31壁面上的裙板5布设数量不少于三块，从而通过裙板5的布设来有效保证平台的坐底；
66.进一步地，单个裙板5的宽度可以统一设置为3m；当然，也可以根据实际情况进行
设定。
67.本实施例中，立柱2相对于浮体3的高度可根据实时情况进行调节：若海况恶劣则控制液压千斤顶使立柱2下移提高平台抗滑移能力，若海况平稳则控制液压千斤顶使立柱上升从而提高甲板组件1与海面之间的气隙，降低波浪对甲板的抨击载荷。
68.本实施例中，浮体3、立柱2均整体呈圆柱形结构，以降低所受环境载荷；
69.将浮体3侧面上切削呈平面，以满足航道对宽度、深度对拖船的限制，并确保平台浮体3整体的封闭性，当平台由外海沿航道进入潟湖内部过程中，在平台首尾处连接外部浮体为平台提供推进力；当然，也方便于与动力推进箱9的快速对接，使平台在迁移过程中所受推进力分布均匀，降低平台在航道迁移运输过程的风险。
70.本实施例的用于远海无人岛礁保障的坐底式平台的安装方法，坐底式平台的浮体3内设置有压载水舱；
71.安装方法包括如下步骤：
72.第一步：将坐底式平台在岸上建造组装完毕后，由调整机构4调整裙板5使得裙板5底端相对于浮体3外壁面向上缩进，避免拖航过程中由于平台纵摇引起裙板5触底变形甚至损坏，同时可降低平台运动幅度；
73.第二步：经拖轮或半潜驳船在外海将坐底式平台运输至岛礁航道口处；
74.如图6所示，当然，拖航状态下的坐底式平台，可以使裙板5水平布设并通过缆绳44进行固定，避免裙板5与航道底部碰撞，同时可起到舭龙骨的效果，降低平台在拖航过程中的横摇、纵摇以及升沉运动幅度；
75.第三步：如图7所示，在浮体3相对的端面上分别经由锁紧机构6对接外部的动力推进箱9，经由动力推进箱9为坐底式平台提供动力，于高潮位经极、窄航道进入潟湖内部；
76.由于岛礁内部航道水深、宽度有限，大型拖轮无法进入航道作业，因此采用动力推进箱9将平台拖航安装到预定布设位置。
77.如图8所示，可以在动力推进箱9侧面上安装锁装件91，浮体3的相应位置安装锁紧机构6，由锁装件91与锁紧机构6快速锁装衔接，实现安装；
78.本实施例中，锁装件91和锁紧机构6可以是经由插销快速插装的母接头和子接头，当然也可以是能够实现快速可靠锁装、也能够方便解除锁装的其他锁装结构。
79.动力推进箱9内通常设有油箱、压载调平舱及若干推进器，可集中统一控制推进器输出功率及推进角度，为平台提供动力在高潮位通过极浅航道进入岛礁潟湖内部。
80.第四步：经由调整机构4调整裙板5，使得裙板5贴合着浮体3外壁面竖直向下伸出；
81.比如，裙板5以转轴43为圆心下摆至与浮体3侧面贴合，此时裙板5的底端向下突出于浮体3底面，裙板5两侧由相应的夹紧件41相对于横向导轨42移动而夹紧。
82.当然，也可以是另一种实施方，使得裙板5相对于滑轨40下行直至底端向下突出于浮体3底面，裙板5两侧由相应的夹紧件41相对于横向导轨42移动而夹紧。
83.第五步：如图9所示，向浮体3内的压装水舱中注水直至沉降至坐底状态，向下伸出浮体3底面的裙板5向下插装至海底10泥沙中；
84.本实施例中，在平台到达预定布设位置后，可以通过其他安装施工船提供电力使用水泵向平台浮体3的压载水舱内注水，注水量根据预设计算得出，压载水舱水量可根据甲板组件1综合监控室实时监测。通过压载水作用使平台快速沉降达到坐底状态，平台吃水达
到设计吃水且调平。
85.若平台位置需再次迁移，可使用水泵将压载水舱内部水排出，使平台还原至迁移工况的设计吃水，并进行移动。
86.第六步：如图10所示，顶升机构工作，驱使立柱2相对于浮体3下行，使得立柱2底端相对于浮体3底面向下伸出而插装至海底10泥沙中；具体为：
87.当平台达到坐底状态后，调节平台浮体3与立柱2间的顶升动力7，比如液压千斤顶，使立柱2继续沉降并插入海底10砂土中，可以在浮体3与立柱2的连接区域安装传感器及监控设备，以实时观测浮体3与立柱2间的相对运动，并锁定立柱2插入土中的深度，起到桩靴的效果。
88.本发明的坐底式平台能够可靠降低平台整体所受风浪流等环境载荷的影响，提高平台湿重，进而提高平台在危险海况下的抗滑移能力，尤其适用于远海无人岛礁的应急救援使用。
89.以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

技术特征：
1.一种用于远海无人岛礁保障的坐底式平台，包括甲板组件(1)，其特征在于：所述甲板组件(1)底面经由立柱(2)间隔安装有浮体(3)，浮体(3)侧向外壁面上沿着周向间隔布设有多个裙板(5)，单个裙板(5)经由调整机构(4)相对于浮体(3)外壁面移动或转动；所述裙板(5)相对于浮体(3)外壁面贴合并向上缩进，或者裙板(5)底端竖直向下突出于浮体(3)底面；所述立柱(2)上下贯穿浮体(3)，立柱(2)经顶升机构相对于浮体(3)上下移动调整。2.如权利要求1所述的一种用于远海无人岛礁保障的坐底式平台，其特征在于：上下贯穿浮体(3)的中心开设有通孔构成月池(31)，月池(31)侧向壁面上沿着周向间隔布设有多个相同的裙板(5)，裙板(5)由调整机构(4)相对于月池(31)壁面调整位姿。3.如权利要求1所述的一种用于远海无人岛礁保障的坐底式平台，其特征在于：所述调整机构(4)包括有贴合转动安装于浮体(3)侧壁面上的转轴(43)，裙板(5)经由水平设置的转轴(43)相对于浮体(3)转动；还包括将裙板(5)相对于浮体(3)转动调整后固定的夹紧组件。4.如权利要求3所述的一种用于远海无人岛礁保障的坐底式平台，其特征在于：远离转轴(43)的裙板(5)边缘系装有缆绳(44)，缆绳(44)端部衔接至浮体(3)侧面或是浮体(3)侧面的绞车上；所述裙板(5)以转轴(43)为圆心旋转至水平姿态时，裙板(5)经由缆绳(44)系装保持水平姿态。5.如权利要求1所述的一种用于远海无人岛礁保障的坐底式平台，其特征在于：所述调整机构(4)包括有沿着浮体(3)侧壁面竖直布设的滑轨(40)，裙板(5)经由滑轨(40)贴合着浮体(3)外壁面上下移动；还包括对称布设于裙板(5)两侧的夹紧组件，裙板(5)上下移动调整后由夹紧组件夹持。6.如权利要求3或5所述的一种用于远海无人岛礁保障的坐底式平台，其特征在于：所述夹紧组件包括对称布设于裙板(5)两侧的夹紧件(41)，朝向裙板(5)的夹紧件(41)侧面内凹构成与裙板(5)厚度尺寸相配的u型结构，单个夹紧件(41)经由横向导轨(42)贴合着浮体(3)壁面移动，横向导轨(42)水平贴合安装于浮体(3)外壁面上。7.如权利要求1所述的一种用于远海无人岛礁保障的坐底式平台，其特征在于：沿着立柱(2)周向的浮体(3)内开设有环形凹槽(32)，立柱(2)外壁面沿着周向向外延伸形成凸缘(21)，凸缘(21)位于环形凹槽(32)内部，凸缘(21)高度方向的尺寸小于环形凹槽(32)高度方向的尺寸；在顶升机构驱动下，立柱(2)相对于浮体(3)上下移动，凸缘(21)相对于环形凹槽(32)在高度方向上移动；位于环形凹槽(32)上方和下方的浮体(3)与立柱(2)贴合面处均安装有密封组件(8)。8.如权利要求7所述的一种用于远海无人岛礁保障的坐底式平台，其特征在于：所述顶升机构包括沿着圆周方向间隔布设于环形凹槽(32)底面的顶升动力(7)，顶升动力(7)的输出端向上朝向立柱(2)的凸缘(21)。9.如权利要求1所述的一种用于远海无人岛礁保障的坐底式平台，其特征在于：所述甲板组件(1)底面设置为向下的外凸弧形结构(11)。10.一种权利要求2所述的用于远海无人岛礁保障的坐底式平台的安装方法，其特征在于：坐底式平台的浮体(3)内设置有压载水舱；安装方法包括如下步骤：将坐底式平台在岸上建造组装完毕后，由调整机构(4)调整裙板(5)使得裙板(5)底端
相对于浮体(3)外壁面向上缩进；经拖轮或半潜驳船在外海将坐底式平台运输至岛礁航道口处；在浮体(3)相对的端面上分别经由锁紧机构(6)对接外部的动力推进箱(9)，经由动力推进箱(9)为坐底式平台提供动力，于高潮位经极、窄航道进入潟湖内部；经由调整机构(4)调整裙板(5)，使得裙板(5)贴合着浮体(3)外壁面竖直向下伸出；向浮体(3)内的压装水舱中注水直至沉降至坐底状态，向下伸出浮体(3)底面的裙板(5)向下插装至海底(10)泥沙中；顶升机构工作，驱使立柱(2)相对于浮体(3)下行，使得立柱(2)底端相对于浮体(3)底面向下伸出而插装至海底(10)泥沙中。

技术总结
本发明涉及一种用于远海无人岛礁保障的坐底式平台及其安装方法，包括甲板组件，甲板组件底面经由立柱间隔安装有浮体，浮体侧向外壁面上沿着周向间隔布设有多个裙板，单个裙板经由调整机构相对于浮体外壁面移动或转动；裙板相对于浮体外壁面贴合并向上缩进，或者裙板底端竖直向下突出于浮体底面；立柱上下贯穿浮体，立柱经顶升机构相对于浮体上下移动调整；本发明的坐底式平台，能够可靠降低平台整体所受风浪流等环境载荷的影响，提高平台湿重，进而提高平台在危险海况下的抗滑移能力，尤其适用于远海无人岛礁的应急救援使用。用于远海无人岛礁的应急救援使用。用于远海无人岛礁的应急救援使用。


技术研发人员：张欣玉 汪敬翔 程小明 路振 王子渊 郑文慧 张凯 张华 吴凡蕾 汤明刚 叶永林
受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心
技术研发日：2022.11.30
技术公布日：2023/3/9