JP7179055B2 - 水上浮体式構造 - Google Patents

Description

本発明は、水上浮体式構造に関し、殊に海洋作業に用いられる新型の大型水上浮体式構造及び超大型海上浮体式構造物の基本モジュールに関する。

大型水上浮体式構造は、常用の水上浮体式構造のサイズよりも大きく、主に大きな面積の作業スペースを提供するための水上浮体式構造である。例えば海上人工浮島、浮体式空港等がある。従来技術において、海上にて安定しており、嵐にも耐えることができる大型水上浮体式構造の１つとして、大型の船舶がある。大型の船舶は、一般に大きな水線面積の構造を利用しているので、積載航走に適する。船舶の構造に作用する力に対する解析は、箱型の梁を弾性基礎におく場合と類似しており、船舶の縦横寸法（すなわち、全体積）の増大に従って、波浪荷重の増大分が船舶構造の荷重対抗能力の増大分より大きいので、従来の船舶を大型化するには限界がある。中国の『鋼質海船入級規范』における船舶に対する荷重チェックの寸法範囲の最上のランクは３５０メートル＜長さＬ＜５００メートルとなっている。

海上安全は、一般的に以下の２つの種類又は体系を含む。
１．海上構造物の構成についての安全
構成についての安全は、各種の外力に対する構造物の構成の完全、堅固の状態を維持する能力を指し、主に構成の強度、疲労耐性、沈没防止能力及び復原性等に重点を置き、中国船級協会用規範又は信頼できる直接計算規範に基づいてチェックが行われる。
２．海上における人命の安全
人の生命安全を保障することを目的とし、船倉の区画、復原性、機械電気設備、防火、救命及び無線通信等に重点を置き、国際海事機関が規定する国際公約の締約国の海事部門により規定した法律、法令及び規範に基づいて監視・管理が行われる。

従来の各種の船舶及び浮体式構造プラットフォームの安全性（構成の安全と人命の安全を含む）には限界があり、これは、浮力が船倉の空室により生じられるからである。ある程度の不意な破損又は操作ミスがある場合、転覆や沈没のリスクがある。また、全ての大型船舶と海上プラットフォームにおいてはメタセンター高さが小さく、軽荷と満載とで喫水変化が大きいので、軽荷時には喫水が浅くて、重心が高く、復原性が規範の要求を満たすことができない。そのため、大型船舶や海上プラットフォームは、軽荷時には、バラスト水を加えなければならない。浮力室は、貨物倉又はバラスト水倉の機能を兼ねなければならなく、中実の区画室を用いることができない。このため、一部の区画室の損壊が浮力の喪失及び復原性の問題をもたらし、区画室の大規模の損壊の場合、浮力が非対称に喪失し、船舶が沈没してしまう。また、暗礁への乗り上げ、浅瀬への乗り上げ、船首方向制御不能等の事故のいずれも浮体式構造を転覆させる可能性がある。

したがって、上記の従来の船舶、半潜水式プラットフォーム、トラス式プラットフォームには、安全規範を満たしていても、極端な環境や予想外の状況では、構造全体の転覆、沈没及び構造の上に載る人の生命の安全を確保することが不能であることのリスクがある。浮体式構造を転覆させないことをいかに確実に保障し、浮体式構造上の人の生命安全を保障することは、世界的に未解決な難題である。

一方、深海や遠海において、超大型海上浮体式構造物（ＶＬＦＳ）は、通常、半潜水式構造を基本モジュールとし、接続装置を介して３つ又は３つ以上の基本モジュールをヒンジ接続して形成するものであり、つまり、モジュールの大きさが一般的には４００メートル以下であり、フレキシブル接続を用いる「多剛体」の複雑なシステムである。例えば米国マクダーモット社（ＭｃＤＥＲＭＯＴＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ＩＮＣ）の中国特許出願の「移動可能な海上基地」（ＭＯＢＩＬＥ ＯＦＦＳＨＯＲＥ ＢＡＳＥ）（専利番号ＺＬ９８８０８８５６．８）がある。

半潜水式構造の基本モジュールからなるシステムには、一連の克服し難しい技術的課題、安全性の問題及び経済的問題があり、海洋開発と軍事からの要望が差し迫っており、世界中の海洋強国が大量の資源を投入して約二十年取り組んできたが、突破的な進展を遂げず、超大型海上浮体式構造物の工業化実践が未だに実現できていない。

上記の半潜水式構造の基本モジュールの主な技術的課題は、以下のとおりである。

（１）基本モジュールの主寸法が小さい。

半潜水式構造の基本モジュールは、典型的な小水線面積の構造を用い、構造の形式、接続装置の負荷、バラストシステムの実現等の諸要因の制限があるので、主寸法が３００メートルを超えることが難しくなる。千メートル級の主寸法の要求を満たすためには、３つ以上の基本モジュールを少なくとも２回接続しなければならなく、接続の実施難易度及び安全上のリスクを大幅に増大させてしまう。

（２）基本モジュールの安定性が荷重変化に対して（波浪荷重を含まない）非常に敏感で、揺れ対抗安定剛性が劣り、外からの干渉で揺れが激しくなって、復原周期が長い。

半潜水式構造の基本モジュールは、その基本特性として、上下揺れ周期が波浪スペクトルのピーク周期よりはるかに長くて波耐性が優れているが、それが原因で浮上様態が荷重変化に対して非常に敏感になる。変化する負荷が発生すると、基本モジュールが周期の長い大きな振幅の運動を行うようになる。このため、基本モジュールの使用性が大きく制限されるとともに、基本モジュールの間の接続の実施難易度が大幅に増大される。

上記の固有特性を有するため、複数の半潜水式構造の基本モジュールを接続して超大型海上浮体式構造物（ＶＬＦＳ）を構成した場合、その多剛体の運動分析（モジュール間の浮体運動の相互作用の分析）の予測、接続装置の負荷の予測、接続過程の安全上のリスク制御等が著しく困難になる。

（３）基本モジュールは複雑かつ巨大なバラストシステムを備えなければならない。

半潜水式構造の基本モジュールは、典型的なコラム安定型構造であり、その典型的な作動形態として、移動形態、暴風耐性形態及び正常作業形態を含み、複雑なバラストシステム及びバラスト制御システムを用いて各機能を実現するものである。超大型海上浮体式構造物（ＶＬＦＳ）は、移動形態と作業状態との転換、貨物積卸し、外部荷重変化等が、大量の複雑なバラスト水の増／減作業を前提として実現される。大きな荷重変化に必要なバラスト水の増／減作業の実施が、非常に困難である。

（４）基本モジュールの接続にはかなり複雑な接続装置が必要となるとともに接続作業が危険である。

半潜水式構造の基本モジュールの接続作業において、それ自身が波の衝撃で運動し、さらに接続作業による荷重変化によっても運動する。この運動は複雑で長時間継続するものである。２種の運動が重なった運動特性を、確実に予測、制御することがさらに困難になる。上記原因により、接続装置の課題は、解決されにくいものとなっている。

（５）基本モジュール及び基本モジュールからなる超大型海上浮体式構造物（ＶＬＦＳ）の使用制限が大きい。

半潜水式構造の基本モジュールは、固有特性を有するので、作業時に、航走能力のない半潜水状態になり、大型の船舶の直接の横付けが許容されない。複数の基本モジュールを接続して超大型海上浮体式構造物（ＶＬＦＳ）になっても航走能力を備えるようになることもできない。

上記の半潜水式構造の基本モジュールの主な安全性の問題は、以下のとおりである。

（１）基本モジュールの安定性が劣っている。半潜水式構造の基本モジュールは、非損傷時復原性及び損傷時復原性が現行の関連規範の基準を満たすように設計されるものであり、作業状態において、航走不能で、適宜の航走で嵐を回避する能力を備えておらず、比較的に安定な海況でしか移動作業ができない。そして、基本モジュールの初期メタセンター高さ（ＧＭ）が非常に小さく、移動の安全性が劣り、嵐、衝突、暗礁への乗り上げ等の極端な事態に遭うと、転覆や沈没を招く可能性がある。

半潜水式構造の基本モジュールは、構成形式の原理に制限されているので、その復原性の余裕が小さい。現行の規範による復原性チェック要求の場合、非損傷時復原性チェック条件の風速が１００ノットとなり、損傷時復原性チェックの風速が５０ノットしかないので、非損傷時復原性チェック条件で損傷時復原性をチェックする場合、要求を満たしにくくなる。したがって、極限の環境で破損が発生すると安全をなかなか保障できないため、半潜水式構造を基本モジュールとして安全性要求のより高い超大型海上浮体式構造物（ＶＬＦＳ）を構成することができない。

（２）基本モジュールのバラストシステムの管理と操作が複雑である。半潜水式構造の基本モジュールは、各利用機能及び作動形態が主に複雑なバラストシステムと大量のバラスト作業に依存するので、バラストの調節のタイミングを間違ったり又は調節が不正確だったりすると、基本モジュールが大きく傾斜して、構造応力の応答が著しく悪化し、重大な事故を起こす可能性もある。バラストシステムが故障（失効）すると最悪の結果が導かれる。

（３）基本モジュール全体構成の安全性の余裕が小さい。半潜水式構造の基本モジュール全体構成の余裕が小さく、偶然の衝突又はコラム（下部浮体）の破損事故が解体（崩壊）や転覆、沈没を招く可能性がある。

（４）基本モジュールの安全性が人的要因に大きく影響される。

半潜水式構造の基本モジュールは、作業者の熟練度に対する要求が高く、その全体に対する運行管理が複雑で、安全運行の不確実性が高く、人的操作ミスがある場合、重大な安全事故を起こしやすくなる。

上記の半潜水式構造の基本モジュールの主な経済的問題は以下のとおりである。基本モジュールのバラストシステム、設備、運行管理等の複雑度が高く、大量の人的、物的及び経済的なコストを投入する必要があるので、経済的ではない。複数の基本モジュールを接続する場合には、上記の各課題がより複雑になり（相互の干渉を克服するとともに、協働する必要がある）、経済性をさらに損なう。

上記のように、半潜水式構造を移動可能な超大型海上浮体式構造物の基本モジュールとする場合、技術面、安全面及び経済面において固有の欠陥があり、これらは、超大型海上浮体式構造物が産業に利用できていない原因となる。このため、超大型海上浮体式構造物を産業に利用できるものにするための新しい基本モジュールが求められている。

本発明は、上記の従来技術における少なくとも１つの欠陥を克服し、水上作業環境で超大型化することができ、良好な耐波性と安定性を備える浮体式構造を提供することを１つの主な目的とする。

本発明は、上記の従来技術における少なくとも１つの欠陥を克服し、主寸法を超大型化することができるうえ、予測しうる極端な自然環境や極端な事故の場合でも、水上浮体式構造が全体として有効であり、転覆、沈没することがなく、高安全性の水上浮体式構造を提供することをもう１つの主な目的とする。

本発明は、上記の従来技術における少なくとも１つの欠陥を克服し、高安全性の大型水上浮体式構造を提供することをもう１つの主な目的とする。波浪荷重を効果的に低減させる優れた耐波安定性を提供するとともに、構造全体としての完全性、沈没防止性能及び転覆防止の面における多重の安全余裕を向上させ、予測しうる極端な自然環境や極端な事故の場合でも、水上浮体式構造が全体として有効であり、転覆、沈没することがなく、高安全性の水上浮体式構造を提供する。

本発明は、上記の従来技術における少なくとも１つの欠陥を克服し、高安全性の大型水上浮体式構造を提供することをもう１つの主な目的とする。浮体式構造の作動と操作を簡単にし、人的要因事故による安全リスクを減少させ、事故があっても人の生命安全を脅かす最悪な結果にならない。

本発明は、上記の従来技術における少なくとも１つの欠陥を克服し、高安全性の大型水上浮体式構造を提供することをもう１つの主な目的とする。予測しうる最悪な海況や記録に残る最悪の衝突、暗礁への乗り上げ、浅瀬への乗り上げ、貨物の異常変位等の事故に遭っても、乗員が船を放棄する必要がない。水上浮体式構造で、乗員が船を放棄して逃げることに比べより安全な生存保障を提供することができる。

本発明は、上記の従来技術における少なくとも１つの欠陥を克服し、超大型海上浮体式構造物（ＶＬＦＳ）の基本モジュールを提供することをもう１つの主な目的とする。上記の基本モジュールにおける、寸法が小さく、超大型海上浮体式構造物の構成に必要な２つ以上のモジュールの接続、多モジュールの運動及び接続装置荷重の予測が困難、荷重変化に対して敏感、複雑なバラスト作業が必要、作業時の航走能力が劣り等の主な技術課題を効果的に解決できる。

本発明は、上記の従来技術における少なくとも１つの欠陥を克服し、超大型海上浮体式構造物（ＶＬＦＳ）の基本モジュールを提供することをもう１つの主な目的とする。上記の基本モジュールにおける復原性、構造全体の安全性及び複雑なバラストシステムの安全性が劣り、接続作業が危険で複雑である等の主な安全課題を効果的に解決できる。

本発明の実施例による大型水上浮体式構造は、下部の多浮体と、上部構造と、中間接続構造とを有し、前記下部の多浮体が、３つ以上の水平に配置される長尺状浮体を含み、各浮体が一定の間隔をあけて設置され、各浮体の排水体積の合計が前記水上浮体式構造の満載状態時の排水体積より大きく、前記上部構造が、枠構造又は筐体構造であり、前記中間接続構造が、少なくとも水平面と交差する第１方向に沿う接続構造を含み、前記第１方向に沿う接続構造が、上方へ延伸する複数の浮体を備え、各前記長尺状浮体に対して３つ以上の前記第１方向に沿う接続構造が接続され、前記第１方向に沿う接続構造の各浮体の水平方向の断面幅が、いずれも対応する前記長尺状浮体の幅より小さく、前記中間接続構造が前記下部の多浮体及び前記上部構造と接続される。

一実施形態として、前記下部の多浮体は、少なくとも１方向の外輪郭寸法が１５０メートルより大きい。

一実施形態として、前記下部の多浮体は、各浮体の断面の最大高さ寸法がいずれも適用水域の最大波高寸法の１／２より小さく、最大幅寸法が断面の最大高さ寸法の２倍以下であり、隣り合う各浮体間の距離が、隣り合う２つの浮体のうち、幅寸法が大きい浮体の断面幅寸法の０．５倍より大きい。

一実施形態として、前記下部の多浮体は、各浮体の合計体積が浮体式構造の満載時の全重量に相当する水の体積の２倍より小さい。

一実施形態として、前記大型水上浮体式構造の下部の多浮体は、水平方向における長さ方向及び幅方向の分布寸法が前記水上浮体式構造の軽荷時の重心から静水面までの高さの４倍以上である。

一実施形態として、前記水上浮体式構造に駆動装置及び方向制御装置が取り付けられる。

一実施形態として、前記下部の多浮体は、外側に位置する一部の浮体の内部に複数の水密隔離室が形成され、又は内部に軽量非吸水性材料が充填され、上記の一部の浮体の排水体積の合計が該浮体式構造の満載時の同等量の水の体積より大きく、及び／又は、前記中間接続構造の外側に位置する一部の浮体の内部に複数の水密隔離室が形成され、又は内部に軽量非吸水性材料が充填される。

一実施形態として、前記第１方向に沿う接続構造は、水平方向の全体断面積が前記下部の多浮体の静水喫水線の水線面積の約１０％～３０％である。

一実施形態として、前記下部の多浮体が、超大水線面積形態を呈するものである。

一方、本発明の実施例は、上記の単体の大型水上浮体式構造を基本モジュールとし、２つの前記基本モジュールを接続すれば、寸法が８００ｍ～１６００ｍとなる移動可能な超大型海上浮体式構造物（Ｖｅｒｙ Ｌａｒｇｅ Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ、ＶＬＦＳ）を構成することができる。

本発明の実施例による高安全性の大型水上浮体式構造は、下部浮体構造と、上部構造と、中間接続構造とを有し、前記下部浮体構造が、５つ以上の浮体を含み、各浮体が一定の間隔をあけて設置され、前記下部浮体が超大水線面積形態を呈するものであり、少なくとも一部の外側の浮体が近似中実の浮力室であり、前記近似中実の浮力室の排水体積の合計が該浮体式構造の満載時の全重量に相当する水の体積より大きく、前記上部構造が、枠構造又は筐体構造であり、前記中間接続構造が、空間的に分散して配置され、水平面と交差するとともに安全復原力を提供する構造を含み、前記中間接続構造と前記上部構造及び前記下部浮体構造とが一体に接続され、前記下部浮体構造の外輪郭の水平方向の最小分布寸法が前記高安全性の大型の水上大型浮体式構造の軽荷時の重心から静水面までの高さの４倍以上である。

一実施形態として、前記下部浮体構造は、少なくとも１方向の外輪郭寸法が１４０メートルより大きい。

一実施形態として、前記下部浮体構造は、各浮体の断面の高さ寸法がいずれも適用水域の最大波高寸法の１／２より小さい。

一実施形態として、前記近似中実の浮力室は、内部を高密度で区画する浮力室構成であり、及び／又は前記近似中実の浮力室内に軽量防水材料を充填し又は着脱可能な軽量防水材料を装着する。

一実施形態として、満載時の喫水状態で、前記下部浮体構造は、外輪郭内の浮体の水線面積の合計と浮体構造の外輪郭の面積との比が０．７以下である。

前記浮体式構造は、構造全体の水平方向における任意方向のまたがる寸法は、４つ以上の径間である。

一実施形態として、前記中間接続構造を構成する各部材及び／又は部品間に、水平方向に配置される接続部材及び／又は接続部品を備える。

一実施形態として、前記中間接続構造は、外側の部材が近似中実の浮力室構成のものである。

一実施形態として、前記水上浮体式構造に駆動装置及び方向制御装置が取り付けられる。

一実施形態として、前記浮体式構造は、全体として複数の不静定ユニットからなる不静定組立空間構造である。

一実施形態として、前記浮体式構造は、任意方向において、少なくとも４つの不静定空間構造ユニットからなる連続的な構成となる。

以下、上記の高安全性の大型水上浮体式構造的実施形態を説明する。

Ａ．本発明による高安全性の大型水上浮体式構造によって、極端な海況の波浪荷重応答を低減することに寄与し、材料の全体強度に対する貢献及び効用を発揮することができるので、プラットフォームの主寸法が非常に大きくてもその構造全体が十分の強度余裕を備える。

本発明による下部浮体構造において、各浮体の断面高さ寸法がいずれも適用水域の最大波高の寸法の１／２より小さい。このため、浮体の断面寸法が比較的に小さい。また、浮体構造における各浮体が一定の間隔をあけて設置されることにより、各浮体が空間的に分散して配置されている。分散して配置される浮体によって、波が浮体を通す（迂回）ときの流体運動とエネルギー解放に寄与できるので、波の浮体間の流動を順調にさせ、巨大波の浮体に対する破壊荷重を低減することができる。

浮体の断面の主要寸法が最大波高の大きさより小さい場合（例えば０．５倍）、最大波高のとき、一部の波が浮体を飛び越し、一部の浮体が波から離脱するので、波浪荷重の波高の増加に伴う増大が顕著でなくなり、すなわち、プラットフォームにかけられる波浪荷重の波高に対する応答が非線形になることが例示される。したがって、大きい波に遭うときの浮体式構造へ波浪荷重を大幅に低減できる。明らかに、同寸法の水上浮体式構造について、船舶構造に対して、本発明による高安全性の大型水上浮体式構造は、かけられる波浪荷重が大幅に低減される。このため、同様な規範、基準の場合、船舶の筐体構造と比べ、本発明の構造全体の安全性がより高い。その原因は、以下のとおりである。意外の要因（記録を超える波、颶風等）で外部の環境荷重が増大したとき、本発明による高安全性の大型浮体式構造にかけられる波浪荷重がほとんど増大しなくなり、又は増大量が非常に小さい。これに対して、普通の船舶にかけられる波浪荷重が急激かつ大幅に増大するので、本発明による高安全性の大型浮体式構造がより安全である。

Ｂ．本発明による高安全性の大型水上浮体式構造は、不静定組立空間構造であり、予測しうる最悪な海況や記録に残る最悪の衝突、暗礁への乗り上げ、浅瀬への乗り上げ、貨物異常変位等の事故に遭ったとき、局部の構造が損壊しても、構造全体が解体しない確実な安全性を備える。

本発明の水上浮体式構造全体が不静定組立空間構造である。その構造全体が、上部筐体構造と、中間接続構造と、下部浮体構造とからなるものである。

本発明による前記浮体式構造は、構造全体の水平方向における任意方向のまたがる寸法が、４つ以上の径間である。ここで、１径間とは隣り合う２つの浮体間の距離及び隣り合う２つの中間接続構造間の距離を指している。このため、水上浮体式構造は、少なくとも５つの浮体と、２５本の柱と、空間において連続する上部筐体構造（不静定ユニット）とにより構成される一体の構造である。構造力学によると、２つの下部浮体、４本の柱及びそれと対応する上部筐体構造の部分（半潜水式プラットフォームと類似する）で１つの密閉の不静定空間構造ユニットを構成することができるので、本発明の浮体式構造が、任意方向においても、少なくとも４つの不静定空間構造ユニットからなる連続的な構成となる。したがって、全体として、本発明の浮体式構造が少なくとも１６個の不静定空間構造ユニットからなる構成であるため、衝突、暗礁に乗り上げ等の事故による一部のユニットの破損（局部構造の失効）が、構造全体の安全に対して脅威にならない。このため、構造全体として大きな解体防止の余裕がある。

水上浮体式構造の構成に対する分析から分かるように、その下部浮体構造、中間接続構造及び上部構造は、いずれも数多く分散して配置され、構造が力を受けるとき、各構成部材が比較的バランスよく協働しており、予測しうる最悪な海況及び記録に残る最悪の衝突、暗礁への乗り上げ、浅瀬への乗り上げ、貨物の異常変位等の事故に遭うとき、１つ又は複数の不静定空間構造ユニットの一部の部材が損壊して作動できなくなっても、残りの構造が依然として不静定空間構造ユニットからなる構成となっているので、正常に役割を果たすことができる。

本発明は、設計するとき、各種の海況及び事故の統計資料を検索することにより合理的に分析し、悪い海況の極端な荷重と各種の記録に残る事故の破壊力の限界値を予測することができる。海難事故として記録に残るサンプルが十分多く代表的なものもあるので、これらに基づく事故形態と限界値に対する分析が信頼でき、当業者が実施できることである。このため、これらは、プラットフォームの構造全体の設計に対して参考になる。これによって、極端な状況で本発明の複数の局部ユニットが次々と損壊することがないよう保障でき、つまり、本発明の浮体式構造によって上記の状況でも構造全体が解体しない確実な安全性を備える。

常規技術による船舶や海上プラットフォームにおいて、部材が、重要さ及び力受け状態に応じて、キーパーツ、重要パーツ、一般パーツ等に分類され、本発明の各力受けパーツは重要さがほぼ同等であるとともに互いにサポートできるので、「弱み」パーツの失効による関連構造が続々と失効することや全体崩壊のリスクが存在しない。

これに対して、半潜水式プラットフォームの場合、半潜水式プラットフォームの浮体の区画室仕切りに限界があり、浮体又は柱が大きく破損したとき、浮力室の破損や大量の浸水が発生してしまう。この場合、浸水流量が応急排水システムの排出能力より大きくなると、プラットフォーム全体の浮上状態が変わり、構造応力の悪化等の一連の連鎖反応が引き起こされ、最後に、傾斜、断裂、ひいては転覆して沈没する最悪の結果をもたらす可能性もある。

Ｃ．本発明による高安全性の大型水上浮体式構造は、下部浮体構造の各浮体が、寸法が小さくて、分散して配置され、超大水線面積形態という特徴を備え、軽荷時と満載時の喫水変化が、復原性に対する影響を無視できるほど小さい。

本発明は、各浮体の断面高さ寸法がいずれも最大波高寸法の１／２よりも小さく、下部浮体構造における各浮体が一定の間隔をあけて設置され、近似中実の浮力室の排水体積の合計が該浮体式構造の満載時の全重量に相当する水の体積より大きい。さらに、満載時の喫水状態で、下部浮体構造は、外輪郭内の浮体の水線面積の合計と浮体構造の外輪郭の面積との比が７０％以下である。

例えば海況環境が最も悪い北大西洋の海域において、記録に残っている最大波高が約３０メートルであって、これに対して浮体の最大断面高さを約１５メートル以下にするので、浮体の寸法が比較的に小さい。また、近似中実の浮力室の排水体積が該浮体式構造の満載時の全重量に相当する水の体積より大きいことが限定されているので、浮体式構造の静水喫水線が必ず浮体の高さ範囲内に位置する。このため、浮体式構造全体の喫水が非常に浅く、浮体の静水喫水線から浮体の頂部までの距離も比較的に小さい。

浮体の断面寸法が小さくなると、体積も小さくなるので、一定の合計体積を得るために、一定の長さ及び数を有する浮体が必要となる。各浮体が間隔なしに配列されれば、「竹筏」形の扁平状の筐式浮体構造になり、さらに荷重受けの要求を満たすため、扁平浮体構造が必ず超大な水線面積を有し、その水線面積が常規船舶や海洋浮式プラットフォームよりはるかに大きくなる。なお、超大な水線面積を有すれば波浪荷重に対する応答も必ず特大となる。本発明は、多浮体が分散して配置されることによって、超大な水線面積と波浪荷重に対する小さい応答とを両立することを実現している。ここで、水線面積とは、喫水線のところの水平面が浮体と交差するときに水平面によって形成される断面を指し、喫水線が静水喫水線である。

総排水量と合計水線面積との比からいうと、本発明は、非常に大きな水線面積と水線面積の分布を備える。小水線面積の半潜水式プラットフォームに対して、常規船舶が大水線面積構成であれば、常規船舶に対して、本発明の浮体式構造が「超大水線面積」の構成である。扁平構造は、重心が低く、メタセンターが非常に高いという特徴を有する。本発明のＧＭ値が常規プラットフォーム及び船舶より２桁以上高く、復原性が全体の安全性に対する肝心な要素でなくなる。また、上記の原因で、本発明の上下揺れ周期が約５秒であり、最大波時のスペクトルのピーク周期よりはるかに小さく、大きな波で非常に良好な耐波安定性を備えるとともに、浮上形態が、例えば積載量の大幅増減、荷重位置移動、外部からのプッシュ・プルのような各種の荷重変化に対して敏感でなくなり、独特な「揺れ対抗剛性」を備える。

Ｄ．本発明による高安全性の大型水上浮体式構造は、確実な沈没しない特性を実現できる。

本発明は、下部浮体構造のうちの少なくとも一部の外側の浮力室が近似中実の浮力室であるとともに、排水体積の合計が該浮体式構造の満載時の全重量に相当する水の体積より大きいので、構造においていかなる局部が損壊しても、浮体式構造の構造全体が解体しない限り、構造全体が沈没しないことを確実に保障できる。

Ｅ．本発明による高安全性の大型水上浮体式構造は、全体として超扁平形態であり、非常に大きなメタセンター高さを備えるので、予測しうる最悪な海況や記録に残る最悪の衝突、暗礁への乗り上げ、浅瀬への乗り上げ、貨物異常変位等の事故に遭っても、全体として転覆することがなく、人の生命安全を保障する基本要素を提供することができる。

本発明は、下部浮体構造の外輪郭の水平方向の最小分布寸法が水上浮体式構造の軽荷時の重心から静水面までの高さの４倍以上である。

水上浮体式構造は、全体として超扁平形態であり、水平方向の最小分布寸法と構造中心から静水喫水線までの距離との倍関係を特定するとともに下部浮体の水線面積の分散分布を限定することによって、本発明の浮体式構造が非常に大きな復原力及び復原モーメントを備え、構造全体として非常に大きなメタセンター高さ（業界規範より２～３桁大きい）及び復原フォースアームを備えるので、極端な状況でも転覆しないことを実現できる。

本発明による水上浮体式構造は、下部浮体構造が複数の小寸法の浮体が分散して配置されてなるものであり、その協働で、十分な排水体積と超大な水線面積を提供できる。これによって、非常に大きな水線面の断面二次モーメントを備え、メタセンター半径が非常に大きく、メタセンターが非常に高く、初期メタセンター高さが非常に大きく、軽荷時と満載時の喫水変化が非常に小さく、復原性に対する影響を無視することができる。このため、大容量のバラスト室を配置する必要がない。

本発明の水上浮体式構造は、幅喫水比が非常に大きく、小角度で横傾斜するときに非常に大きな復原フォースアームを有する。また、中間構造と上部構造が大きい予備浮力を有するので、大角度で傾斜するときでも非常に大きな復原フォースアームを有する。また、本発明の水上浮体式構造は、復原フォースアームに対して風圧フォースアームが比較的に小さく、横揺れ角も比較的に小さい。各種の非損傷時復原性と損傷時復原性の指標が基準値よりはるかに大きく、重心高さの極限許容値が非常に大きい。

また、本発明は、下部浮体構造において少なくも一部の外側の浮体が近似中実浮体であるため、予測しうる最悪な海況や記録に残る最悪の衝突、暗礁への乗り上げ、浅瀬への乗り上げ、貨物異常変位等の事故に遭っても、損傷時復原性が非損傷時復原性と略同様であることを保障できる。

水上浮体式構造は、全体として超扁平形態であり、浮体式構造の重心を上部の頂点とし、下部浮体構造の静水喫水線の外輪郭を下部の底面とする場合、安定した不規則な立体錐体が形成される。該立体錐体と水平面との夾角が最大で２７度となるので、浮体式構造全体が重心が低い大きなベースを有することに相当する。大きい風浪において、最大波形勾配が１／７となり、対応の波の傾斜角が１６度となり、最悪な形態で、浮体式構造が横になって波の波面に位置するようになる。この場合でも、浮体式構造が、風による傾斜モーメントと波浪荷重の作用で転覆しない状態を確保できる。浅瀬に乗り上げたとき、浮体式構造の水平方向の限定された寸法によって、波の往復の流れが発生しても、構造全体が浅瀬から離脱でき、転覆しない。また、浅瀬の角度が過大であっても、ぶつかるだけで、大傾斜角の擱座にならない。また、浮体式構造が傾斜の緩やかな水底暗礁又は海底（例えば２０度より小さい傾斜角）にぶつかって、浮体式構造が一定傾斜角の傾斜面に擱座した場合、安定した不規則な立体錐体に形成されたので、浮体式構造が転覆しない状態を確保できる。

本発明は、水上浮体式構造の中間接続構造が水中に入ったときに予備浮力を提供することができるので、浮力提供構造が上方へ分布され、予想外の大きな傾斜角（一側の外周浮体の全部又は一部が水中に入り）になったとき、復原フォースアームが依然として正の値となる。極端な状況においても、水上浮体式構造が依然として充分大きな復原性の余裕を有し、確実な転覆防止能力が維持される。さらに、上記の解体しなく、破損しても浸水せず沈没しない等の特性を合わせて考えると、損傷時復原性と非損傷時復原性が基本的に同等である。このため、本発明は、人の生命安全に新たかつ特別な、最も基本的な安全環境を提供できる。

Ｆ．本発明による高安全性の大型水上浮体式構造は、非常に大きな全体寸法と作業スペースを有するとともに、非常に高い耐波安定性を有するので、機能と施設全体の配置、設計に余裕のある安全環境を提供することができる。

本発明は、下部浮体構造の少なくとも１方向の外輪郭寸法が１４０メートルより大きい。例示した水上浮体式構造は、全長が４００メートルであり、型深さが約４０メートルであり、軽荷時の重心高さが約１５メートルであり、全幅が１２０メートルであるので、甲板の面積が約４８０００平方メートルとなる。これに対して、長さ４００メートルの貨物船は、型幅が最大で約３５メートルであり、甲板の面積が約１４０００平方メートルとなる。明らかに、本発明の水上浮体式構造の作業スペースが巨大で、全体の機能的配置を水平方向にすることが容易に実現でき、スペースが狭くて縦方向の多層配置にする必要がないので、多層配置と比べ、火災等の事故に対する隔離設計と人員の避難に有利である。

また、常規作業可能の５～６級の海況で、波浪スペクトルのピーク周期に対応する波長の長さが約１００メートルより小さい。浮体式構造の揺れ幅が主に波長と浮体式構造の全長との比に関わり、プラットフォームの各方向の良好な耐波安定性を維持し、特にプラットフォームの作業可能な海況での波に対する運動応答を低減させるため、水上浮体式構造が少なくとも１方向の寸法が１４０メートルより大きいと限定される。したがって、浮体式構造は、作業環境が安定しており、耐波性がよい。

Ｇ．本発明による高安全性の大型水上浮体式構造は、良好な航走性能と船首方向調整能力とを備える。

本発明は、水上浮体式構造に駆動装置及び方向制御装置が取り付けられ、喫水が浅い。浮体が細長な長尺状に形成されれば、抵抗が小さくなり、大型化しても、その航走速度が容易に６ノット以上に達する。動力配置について、下部浮体構造の各浮体の首部と尾部に複数の全旋回推進器を配置することが可能であり、これらの推進器が前後一定の距離を有するとともに全周回転することができるので、全方向の推進力を提供するとともに必要に応じて巨大な転向モーメントを発生させることができる。具体的に、水上浮体式構造に帆、直進推進器及び舵等を設置して実現してもよい。したがって、プラットフォームが良好な全方向航走性能と非常に優れた船首方向制御力を備え、事前に移動することにより台風を効果的に回避することができる。さらに、波浪荷重を変更させる需要に応じて、プラットフォームと波との出会い角を効果的に調整できる。また、プラットフォームが動力を完全に失っても、プラットフォームの各方向の主寸法が大きいので、嵐の中で自動に横波の方向に転じるようになり、常規船舶にとってこれが最も危険な状態であるが、本プラットフォームの横復原性が非常に優れているので、転覆するリスクがない。逆に、自動に横波の方向に転じる場合、嵐の本プラットフォーム構造に対する脅威のうちの最も大きな縦方向の曲げモーメントを大幅に低減することができるので、特別な自動適応可能な安全構成に形成される。

さらに、一局面として、本発明の実施例による超大型海上浮体式構造物の基本モジュールは、下部浮体構造と、上部構造と中間接続構造とを有し、前記下部浮体構造が、全体として超大水線面積形態を呈するものであり、５つ以上の長尺状浮体を含み、各前記長尺状浮体が一定の間隔をあけて設置され、各前記長尺状浮体の断面高さが適用水域の最大波高より小さく、各前記長尺状浮体の排水体積の合計が該基本モジュールの満載時の全重量に相当する水の体積より大きく、前記上部構造が、枠構造又は筐体構造であり、前記中間接続構造が、下部浮体構造と上部構造との間に分散して配置され、水平面と交差する小水線面積の構造であり、各前記長尺状浮体に５つ以上の前記中間接続構造が設置され、前記中間接続構造と前記上部構造及び前記下部浮体構造とが一体に接続されることにより、不静定組立空間構造が形成される。

基本モジュールは、効果的に波浪荷重を低減する特徴、効果的に波の激しい運動に対抗する能力及び強い揺れ対抗安定剛性を有するので、基本モジュールの主寸法を大幅に増大でき、基本モジュールの波での運動幅値を大幅に低減できる。これによって、基本モジュールの接続中の相対揺れ運動及び接続後の接続装置の負荷を大幅に下げることができるので、接続の難易度を大幅に低減できる。各種の状態において、基本モジュールが、自己全方向航走能力を備える。

一実施形態として、前記基本モジュールの下部浮体構造は、水平方向における長さ方向及び幅方向の分布寸法が前記基本モジュールの軽荷時の重心から静水面までの高さの４倍以上である。

一実施形態として、前記基本モジュールは、長さが４００メートルより大きくかつ８００メートル未満である。１つの基本モジュールは、長さ方向の寸法が４００メートルであり、科学的かつ合理的な設計により、その寸法が約６００－８００メートルに達することができる。基本モジュール自身も大型海洋浮体式構造物であり、２つの基本モジュールを接続すれば千メートル級の超大型海上浮体式構造物（ＶＬＦＳ）に形成できる。

一実施形態として、前記下部浮体構造における各前記長尺状浮体の断面高さ寸法がいずれも適用水域の最大波高寸法の１／２より小さい。

一実施形態として、満載時の喫水状態で、前記下部浮体構造は、外輪郭内の前記長尺状浮体の水線面積の合計と浮体構造の外輪郭の面積との比が０．７以下である。

一実施形態として、前記基本モジュールは、最大合計縦曲げモーメントの作用で、撓みが長さ方向寸法の１／４００より小さく、その全変位量による「波浪中弾性挙動」の現象が顕著でなく、無視することができ、基本モジュールを依然として「剛体」として設計することができる。

一実施形態として、前記基本モジュールに全旋回推進装置が取り付けられる。

一実施形態として、前記基本モジュールの首部、尾部及び／又は舷側に、接続用の２つ以上のロープ牽引装置が設置される。

一実施形態として、前記基本モジュールの首部、尾部及び／又は舷側に、モジュール同士を接続、分離するための接続装置が設置される。

一実施形態として、前記接続装置は、磁力的接続装置及び／又は機械的接続装置である。

一実施形態として、前記基本モジュールは、全体として複数の不静定ユニットからなる不静定組立空間構造である。

一実施形態として、前記基本モジュールは、任意方向において、少なくとも４つの不静定空間構造ユニットからなる連続的な構成となる。

一実施形態として、水平面と交差する中間接続構造は、水平方向の全体断面積が前記下部浮体構造の静水喫水線における水線面積の約１０％～３０％となる。

上記の技術案によって、本発明の実施例による大型水上浮体式構造の原理と有益効果が以下のようになる。

１．本発明の実施例の浮体式構造を大型化することができる（断面の小さい浮体が非線形応答の特徴を有するので、波浪荷重を低減することができる）。図１１に示すように、計算及び実験データに対する分析から分かるように、本発明の実施例の浮体式構造が波の波幅が小さいとき、すなわち、波が浮体を飛び越すことがない場合、波の曲げモーメントと線形周波数領域の波の曲げモーメント値とが基本的に同等である。波の波幅が大きいとき、すなわち、波が浮体を飛び越した場合、波の曲げモーメントの増幅が波高の増加とともにだんだん緩やかになりつつあり、顕著な非線形応答の特性が現れる。さらに、限界波高の場合、線形の波応答の曲げモーメントと比べ、大幅に低減している。これによって、浮体式構造の大型化に有利な条件を提供することができる。

２．本発明の実施例の浮体式構造が非常に優れた耐波性を備え、主寸法が対応するスペクトルのピーク周期の通常の波長より大きい。上下揺れ周期が約５秒以下となり、波のスペクトルのピーク周期よりはるかに小さいので、共振が発生しない。

３．本発明の実施例の浮体式構造が大きな荷重受け能力を備え、２００４年の袁暁紀の特許と比べ、浮体間の間隔を縮小し、１倍の間隔を０．５倍の間隔まで縮小したが、依然として波浪荷重を低減する特徴を備える。具体的な材料と図１２も提供されている。このため、同幅の条件で、より多くの浮体を配置することができ、より大きな荷重受け能力を得ることができる。

４．本発明の実施例の浮体式構造は、下部が長尺状の多浮体構造であるとともに浮体が分散して配置され、構造の幅喫水比が非常に大きく、非常に大きな水線面の断面二次モーメントを有し、全体の等価断面が超扁平形態を呈するものであり、そのメタセンター半径が非常に大きく、メタセンター高さ（ＧＭ値）が常規構造と比べオーダーで増大している。本発明において、中間構造も一定の水線面積と排水体積を有するので、大角度の傾斜のとき、中間構造が水中に入り、浮力と復原モーメントを提供できる。このため、風、波及びその他の横傾斜要因が同時に浮体式構造に作用しても、確実な転覆防止能力を維持することもできる。

５．本発明の実施例の浮体式構造は、「絶対に沈没しない性能」を備え、主に近似中実の浮力室を利用して当該性能を実現する。近似中実の浮力室の排水体積の合計が該浮体式構造の満載時の同等量の水の体積より大きい。

６．本発明の実施例の浮体式構造は、「絶対に転覆しない」との特徴を有する。全体が超扁平形態に形成されているので、安定な三角形構成が形成されている。

７．本発明の実施例の浮体式構造は、構成全体の完全性を保つための多重余裕を備え、中間接続構造である複数の分散する構成部材を介して下部複数の浮体と上部構造とを接続する。局部の構造が失効した場合、構造全体として失効にならない。

８．本発明の実施例の浮体式構造は、「材料の利用効率を向上させた」構成を有し、上部構造、中間接続構造及び下部の多浮体からなる全体構造が、構成強度材料の利用効率の高い工字形の断面を有するものに類似する。

９．本発明の実施例の浮体式構造は、軽荷時と満載時の喫水変化が非常に小さく、非常に大きな横方向メタセンター高さを有し、大容量の常規バラスト室を配置する必要がない。

１０．本発明の実施例の浮体式構造は、嵐のような環境でも良好な耐性能力を有する。該浮体式構造の幅が一定寸法を有するとともに、横メタセンターが一定の数値に達している。風による傾斜モーメント及び波による傾斜モーメント等の各種の不利要因が全部構造全体に作用したとき、依然として十分の復原性を確保できる。極端な場合で、動力を失って、自動に横波の方向に転じる場合でも、構造全体として安全性を保障することができる（船舶がこの特徴を有しなく、安全性を保障するため船首方向を調整して波に対する向きに変更する必要がある。）。

１１．本発明の実施例の浮体式構造は、波浪遮断効果を備え、良好な水上横付け条件を形成できる。浮体式構造の全体寸法が大きく、分散した浮体が消波の特性を備え、構造の風、波が当たらない側に大面積の波なし領域が形成される。構造自身が良好な安定性を備え、十分大きな係留能力を提供でき、船舶が直接横付けする条件を提供できる。

１２．本発明の実施例の浮体式構造は、海洋を開発、利用する能力を大幅に向上させる。大寸法、高荷重受け能力、高安定性、高安全性を有するので、「海上陸地」を提供することができる。これによって、より多種の陸地に用いられる技術、設備、操作方法及び人員を海上作業に容易に移転することができるので、従来の船舶及び海上プラットフォームの技術と比べ、常規船舶及び海上プラットフォームが提供できない、より大きい、より優れた搭載能力を提供できる。

１３．本発明の実施例の浮体式構造は、波での運動が穏やかであり、偏荷重による浮上形態の変化が小さいので、貨物の積込み及び梱包の難易度を低減（簡単化）させ、積込み効率を向上させることに寄与する。大寸法、高荷重受け能力、高復原性の特徴を有するので、浮体式構造が不均衡荷重に対して敏感でなく、つまり偏荷重による偏りが小さい。船舶の積込みと比べ、要求が大幅に低減し、操作過程を簡単化し、コストを低減する。

１４．本発明の実施例の浮体式構造は、良好な航走性能と操縦性能を備え、主寸法が略同等である場合、大型艀、半潜水式プラットフォームと比べ、喫水がより浅く、抵抗がより小さいので、より高い航走速度、より優れた航走安定性、通過性及び優れた船首方向制御力を有する。台風を回避するに必要となる８～１０ノットの基本的な航走速度を容易に実現することができる。さらに、波浪荷重を変更させる需要に応じて、プラットフォームと波との出会い角を効果的に調整することができる。

１５．小断面で分散して配置される長尺状多浮体は、排水量が同等である場合、浮体の数が多ければ多いほど、各浮体の断面積が小さくなる。浮体の断面寸法が最大波高よりはるかに小さい場合、常用の波浪荷重分析の線形理論が適用できなくなり、該理論により、浮体の波浪荷重と波高の平方とが比例関係となる。これに対して、本発明の実施例の浮体式構造が大きい波に遭うとき、一部の波が浮体の上方を飛び越し、一部の浮体の下方が波から離脱するので（図２を参照）、この場合、波浪荷重が波高の増大とともに急激に増大しなくなる。したがって、浮体にかけられる荷重の波高変化に対する非線形応答（図１１を参照）の現象が現れ、荷重応答の限界値が大幅に低減する。また、小浮体の分散配置が、浮体の上下揺れ運動状態の「付加質量」を低減させることに独特な効果を有する。該効果は、各浮体間の間隔が０．５Ｄより大きくなるときに顕著になる（図１２を参照）。図１２は、円柱の長尺状浮体間に間隔なし及び０．５メートル以上の間隔があるときの、上下揺れ時の付加質量の円振動数に伴う変化の状況を示すものである。間隔なしの場合の付加質量が間隔有りの分散多浮体の場合よりはるかに大きく、このような差異が、０．５Ｄ以上になった後に間隔の増大とともに顕著に変化しなくなることが分かる。

これによって、本発明の実施例の浮体式構造は、大きい波に遭ったとき、波浪荷重応答が大幅に低減され、浮体構造の常規寸法以上にする大型化のために土台を作っている。プラットフォームの主寸法の増大に伴って、本発明の実施例の浮体式構造の耐波性を改善できるとともに、浮体の波浪に対する運動応答を低減することができる。さらに、浮体構造の慣性負荷を大幅に低減することができる。

１６．多浮体のもう１つの特徴は、超大な水線面積を有するとともに各浮体が分散して配置され、軽荷時と満載時の喫水変化が、復原性に対する影響を無視できるほど小さい。このため、多浮体に相応の軽量防水材料を充填して中実化することができる。これによって、浮体のハウジングが破損しても、浮力の低減がなく、いかなる損傷時復原性も非損傷時復原性に略等しいことを実現できる。

１７．上部構造の主要の一作用として、その断面面積が浮体式構造の横断面の断面二次モーメントに対する貢献と、下部の多浮体の断面面積が浮体式構造の横断面の断面二次モーメントに対する貢献とを略同等にし、全体の強度構成の分布をより合理的にすることである。もう１つの作用として、大スペースの水上作業室と大面積の上面甲板を提供することである。上部構造は、空間枠構造と筐体（常規胴板）構造との２種の方式で実現されることが可能である。空間枠構造とは、梁と柱を剛性的接続方式で接続し、荷重受け系を構成する構造であり、梁と柱が協働で使用過程に生じた各種の荷重に対抗するものである。空間枠構造を用いることにより、上部構造の設計がより自由になったとともに、構造全体の設計の難易度が大幅に低減している。

１８．水上浮体式構造は、高安全性を備える。

分散式多浮体により全体として超扁平な不静定空間構成が形成され、多浮体が超大な水線面積の構造になり、さらに下部の多浮体に軽量非吸水性材料を充填することができるので、全体構成の強度と復原性は、確実な余裕がある。局部構造の損壊が全体の構成の安全性に影響しないとともに、局部構造の損壊が連鎖反応を引き起こさず浮体式構造全体の連続破壊になることがなく、より高い安全性を備える。水上浮体式構造は、全体として超扁平のものであり、水平方向寸法と構造重心から静水喫水線までの距離の倍数を限定することにより、構造全体として非常に大きなメタセンター高さ（業界規範より２～３桁大きい）及び復原フォースアームを備えるので、極端な状況でも転覆しなく、確実な基本安全性を提供できる。

１９．従来の船舶と海上プラットフォームの転覆防止能力に限界があり、転覆を引き起こす外部要因及び人的操作ミスがランダムなことであるので、確率で判断するしかない。これに対して、本発明は、超扁平な空間構造、中実可能な多浮体、予備浮力提供可能な中間接続構造等の構成を利用し、最悪な海況や「極端な事故」の場合の転覆防止能力を確保できる。沈没防止、転覆防止の能力について、「確率」から「確実」への変化を遂げている。船舶と海上プラットフォームの最も基本的な安全規範、特に人の生命安全規範について、陸上の関連規範を参照して大きく調整、簡単化及び削除することができるので、人類による海洋活動を革新的に変化させることができる。

上記のように、本発明による水上浮体式構造の主要の特徴は、波浪荷重が小さく、寸法が大きく、荷重受け能力が大きく、喫水が浅く、耐波性が優れ、安全性が高く、大きな作業スペースを形成することができることである。

上記の技術案によって、本発明による高安全性の大型水上浮体式構造の有益効果が以下のように奏される。

１．水上浮体式構造は、多種の高安全性を備え、海洋世界に対する探索、開発における基本的難題を解決できる。

本発明による高安全性の大型水上浮体式構造は、全体として下部浮体構造と、上部構造と、中間接続構造とにより全体が超扁平で不静定構造となる組立空間構造を構成し、下部浮体構造における外側の一部の浮体が近似中実の浮体であり、上記の近似中実浮体の排水体積の合計が該浮体式構造の全重量に相当する水体積より大きく、下部浮体構造が分散して配されるものであるとともに超大な水線面積の構成である。上記の技術の結合、協働により、本発明による高安全性の大型水上浮体式構造が、波浪荷重に対する応答が小さく、運動応答が小さく、良好な耐波性と積載能力を備える。また、水上浮体式構造の復原性がよく、復原性に対する計算及びチェックを大幅に簡単化させたので、設計の仕事量を大幅に減少させることができる。さらに、海況、作業荷重変化に敏感でなく、構造の「復原性」を確保するために設置する煩雑な積載及びバラストの要求を大幅に簡単化させたので、復元性問題で大容量のバラスト室の設置及び複雑なバラスト作業が必要しなくなる。大容量のバラスト室が安全性に関わり、大容量なバラスト室が規定を超える室破損に遭ったとき、転覆や沈没になる可能性がある。船舶の空室を中実のものにすれば、船舶が軽荷時においてバラスト充填作業を実施することができなく、喫水が浅すぎで、復原性を保障できない。同じように、半潜水式プラットフォームの下部浮体及び柱における空室を中実のものにすれば、バラスト充填作業を実施することができなく、半潜水と非半潜水との作動形態の切替えを行うことができなくなる（半潜水状態で移動することができなく、非半潜水状態で作業を実施することができない）。このため、船舶と半潜水式プラットフォームの場合、このような機能を実現するには、バラスト室を設置しなければならない。

本発明による高安全性の大型水上浮体式構造は、構造全体の安全性が確実で、構造失効について船舶及び半潜水式プラットフォームとは根本的に相違している。予測しうる最悪な海況や記録に残る最悪の衝突、暗礁への乗り上げ、浅瀬への乗り上げ、貨物異常変位等の事故に遭ったとき、構造の局部に破損が発生するかもしれないが、より悪質な状況を引き起こさず、浮体式構造全体の断裂、解体が根本的に抑制される。事故にあっても、構造本体が備える巨大な安全空間と大量の物資で、救援が来るまで、多くの人員の生存を維持することができるので、逃げ出し、救助のとき及び船を放棄した後の人の行方不明及び生命維持期間の限界による危険を避けることができ、人の生命安全に最も基本的かつ確実な保障を提供することができる。

従来の船舶と海上プラットフォームの転覆防止能力及び沈没防止性能に限界があり、転覆及び沈没を引き起こす外部要因及び人的操作ミスがランダムなことであるので、確率で判断するしかない。これに対して、本発明は、超扁平な不静定組立空間構造、近似中実の浮体、分散して配置されるとともに安全復原力を提供する中間接続構造、超大水線面積形態の下部浮体構造等の技術的手段の組合せを利用し、「予測しうる最悪な海況や記録に残る最悪の衝突、暗礁への乗り上げ、浅瀬への乗り上げ、貨物異常変位等の事故に遭ったときの転覆防止、沈没防止の能力」を実現している。転覆防止、沈没防止の能力について、「確率」から「確実」への変化を遂げている。船舶と海上プラットフォームの最も基本的な安全規範、特に人の生命安全規範について、陸上の関連規範を参照して大きく調整、簡単化及び削除することができるので、人類による海洋活動を革新的に変化させることができる。

２．水上浮体式構造の安全性の、人的要因による影響に対する敏感性を低減させ、管理システムの複雑さ及び作動コストを大幅に下降させている。

本発明による高安全性の大型水上浮体式構造本身が高安全性を備え、いかなる使用においても、人的要因による操作ミスがあっても、負傷、死亡に至る最悪の結果にならない。このため、操作ミスによる水上浮体式構造の全体安全に対する影響を大幅に低減でき、水上浮体式構造の管理システム及び作動プロセスを効果的に簡単化させる。水上浮体式構造自身の安全性を向上させることにより、市場参入、使用、管理及び運行等の面において非常に便利になる。

３．水上浮体式構造の汎用性を大幅に向上させ、浮体式構造の設計の、使用機能に対する依存を大幅に低減させている。

本発明による水上浮体式構造の上部構造は、空間枠構造と筐体（常規の板とシェル）構造との２種で実現されることが可能である。空間枠構造を用いることにより上部構造の設計がより自由になる。

枠構造とは、梁と柱を剛性的接続方式で接続し、荷重受け系を構成する構造であり、すなわち、梁と柱からなる枠で使用過程に現れる各種の荷重に対抗するものである。

なお、前記上部構造の柱・梁式構造は、構成安全レベルの要求を満たすいかなる形式のものであってもよい。例えば複数の縦方向又は横方向トラス式支持構造を利用して、上部構造を構成するとともに、数多くの機能室に仕切ることができる。

柱・梁からなる空間枠構造で上部構造を実現する場合、従来の船舶や水上浮体構造の設計と比べ、上部構造の構成設計の自由度（自由さとも言う）を大幅に向上させ、上部機能室の設計、配置を自由に変化させることができる。これによって、上部構造の改造可能な余地がかなり大きくなり、主要荷重受け構造が梁、柱及びその他の支持構造（なくてもよい）である。その他の部材（甲板、作業室間の仕切り部品、作業室の上下天板等）は、局部機能的荷重だけを受け、水上浮体式構造の構造全体に作用する力を受けない非主要荷重受け構造として設計されてもよい。上記の特性によって、局部機能的荷重が満たされれば、水上浮体式構造の非主要荷重受け構造が任意に変更されることが可能であり、変更されても構造全体の力受け状態が影響されることがない。非主要荷重受け構造は、防蝕のためのコストを大幅に低減させるため、非金属材料を利用してもよい。非主要荷重受け構造が、組立（非溶接）の方式で主要荷重受け構造に接続されてもよい。

４．水上浮体式構造の使用安全性と便利性を大幅に向上させる。

本発明による水上浮体式構造の下部浮体構造は、分散して配置される小寸法の浮体を用いるので、超大な水線面積と超大な初期復原性（ＧＭ）の値を有し、軽荷時と満載時の喫水変化が小さくなる。これによって、大容量のバラスト室を配置する必要がなく、積載全質量が任意方向の５０％領域内に集中する偏荷重を含む、常規の非損傷時復原性と最悪環境要因による復原性をチェックする必要がない。本発明による水上浮体式構造は、高安全性を有し、「復原性」、「耐波性」も非常に良く、各種の荷重変化に敏感でないので、独特な剛性的揺れ対抗能力を備える。このため、従来技術における船舶が使用機能に大きく制限されるのに対して、本発明の浮体式構造のそれぞれの使用機能に対する汎用性を大幅に向上させている。例えば大型船舶が開放水域で本発明のプラットフォームに直接横付けすることができる。

本発明による水上浮体式構造は、構造全体として中部が刳り貫かれるような空間構造であり、水線以上の中間接続構造の占めるスペースが小さいので、甲板の上下部における気流場の差異が大きくなく、浮体式構造の甲板における気流場の異変を低減できる。したがって、常規の筐型浮体（船舶）と比べ、各種の航空機の離着陸に、より安全かつ安定な気流場を提供できる。

本発明による水上浮体式構造は、超大面積の上面スペース及び超大体積の上部作業室を有し、また、上部構造と下部浮体との間に超大体積の利用可能な空間を有し、水面近くのところに超大面積の作業領域を有するので、各種の搭載、吊り上げ・吊り下げ等の操作機能を容易に実現できる。その全体の機能的配置が、主に平面に沿って実現されるので、縦方向に多層で配置される方式と比べ、水上浮体式構造に多くの人が集まって使用される場合、火災のような事故に対する隔離設計と人員の避難に有利である。

本発明による水上浮体式構造の近似中実浮体が、取り外し可能な方式で充填されることが可能であり、構造の修復及び定期メンテナンスを簡単、容易に行うことができる。

上記のように、本発明による高安全性の大型水上浮体式構造は、安定性が高く、安全性が高く、予測しうる最悪な海況や記録に残る最悪の衝突、暗礁への乗り上げ、浅瀬への乗り上げ、貨物異常変位等の事故に遭ったとき、大きな振幅の揺れがなく、解体しなく、転覆しなく、沈没しないような効果を有する。さらに、汎用性が優れ、構造全体の使用機能に対する依存が低く、上部構造が空間枠形式であるため設計の自由度が大幅に大きくなる。さらに、利用可能性が良好で、作業者の総合素質及び構造全体の運行管理に対する要求が低い。また、寸法が大きく、喫水が浅く、耐波性が優れ、大きな作業面積と大きな作業空間を備える。

以下、上記の超大型海上浮体式構造物の基本モジュールの実施形態を説明する（技術的特徴の技術的意味）。

Ａ．本発明による基本モジュールは、波浪荷重応答を低減することに寄与し、基本モジュールの主寸法が非常に大きい場合でも依然として十分の強度と剛性を確保できる。

本発明による下部浮体構造において、各浮体がいずれも断面面積の小さい長尺状浮体であり、かつ、浮体構造における各浮体が一定の間隔をあけて設置されることにより、各浮体が空間で分散して配置されている。分散して配置される浮体によって、波が浮体を通す（迂回）ときの流体運動とエネルギー解放に寄与できるので、波の浮体間の流動を順調にさせ、巨大波の浮体に対する破壊荷重を低減することができる。

浮体の断面の主要寸法が最大波高の大きさより小さい場合（例えば０．５倍）、最大波高のとき、一部の波が浮体を飛び越し、一部の浮体が波から離脱するので、波浪荷重の波高の増加に伴う増大が顕著でなくなり、すなわち、プラットフォームにかけられる波浪荷重の波高に対する応答が非線形になることが例示されている。したがって、大きい波に遭うときの浮体式構造の波浪荷重を大幅に低減できる。

本発明の実施例による基本モジュールは、横断面が工字形断面に類似し、上部構造及び下部浮体構造が上下フランジに相当し、中間接続構造が腹板に相当するので、材料の効用を十分発揮することができる。

本発明の実施例による基本モジュールは、材料の効用を十分発揮することができるとともに波浪荷重を低減することができるので、寸法が大きい場合でも、基本モジュールが十分な強度と剛性を有することを容易に保証でき、波浪中弾性挙動の基本モジュールの負荷計算に対する複雑な影響を避けることができる。本発明による基本モジュールが各種の常規浮体式構造と比べ、より大きな主寸法を有し、「剛体」として設計されることができる。例えば本発明による基本モジュールは、寸法が６００メートル程度になるとき、極端な海況でも、強度の要求を満たすことができる。最大合計縦曲げモーメントが作用された場合、合計縦曲げの撓みが基本モジュールの長さの１／４００以下となる。

Ｂ．本発明の実施例による基本モジュールは、下部浮体構造の各浮体が、寸法が小さくて、分散して配置され、超大水線面積形態という特徴を備え、軽荷時と満載時の喫水変化が復原性に対する影響が非常に小さく、軽荷時と満載時に、いずれも非常に高い復原性を有する。

本発明の実施例による基本モジュールは、各浮体の断面高さがいずれも小さく、下部浮体構造における各浮体が一定の間隔をあけて設置される。このため、本発明の実施例による基本モジュールの静水喫水線が必ず浮体の高さ範囲内に位置するので、本発明の実施例による基本モジュール全体の喫水が非常に浅くなる。

浮体の断面寸法が小さくなると、体積も小さくなるので、一定の合計排水体積を得るため、一定の長さ及び数を有する浮体が必要となる。各浮体が間隔なしに配列されれば、「竹筏」形の扁平状の筐式浮体構造になり、さらに荷重受けの要求を満たすため、扁平浮体構造が必ず非常に大きい水線面積を有し、その水線面積が常規船舶や海洋浮式プラットフォームよりはるかに大きくなる。なお、大きな水線面積を有すれば波浪荷重に対する応答も必ず非常に大きくなる。本発明は、多浮体が分散して配置することによって、非常に大きな水線面積と波浪荷重に対する小さい応答を両立することを実現している。ここで、水線面積とは、喫水線のところの水平面と浮体と交差するときに水平面によって形成される断面の面積を指している。また、喫水線が波により変化するものであり、浮体の高さ範囲を超えた場合もあるので、ここで、喫水線が静水喫水線である。

本発明の実施例による基本モジュールは、下部の多浮体の水平方向における長さ方向及び幅方向の分布寸法が前記基本モジュールの軽荷時の重心から静水面までの高さの４倍以上であるので、基本モジュール全体として、超扁平状態になり、重心が低く、メタセンターが非常に大きいという特徴を有する。基本モジュールのＧＭ値が常規プラットフォーム及び船舶より２桁以上高い。

本発明の実施例による基本モジュールは、各浮体が分散して配置され、静水喫水線から浮体頂部までの距離が小さいので、波が浮体を順調に飛び越し、通過することに寄与し、波浪荷重を効果的に低減できる。

基本モジュールは、波浪荷重による運動応答が小さく、半潜水式プラットフォームの運動応答と略同等である。なお、両者の実現が全く異なり、半潜水式プラットフォームが典型的な小水線面積の構造であり、揺れ対抗安定剛性が小さい。これに対して、本発明の実施例による基本モジュールが超大水線面積形態の構成であり、揺れ対抗安定剛性が非常に大きい。

また、基本モジュールが超大水線面積形態の構成であるとともに浮体が分散して配置されるので、強い復原力と復原モーメントを有し、荷重変化があったときも、引き起こされた運動変化が非常に小さい。半潜水式プラットフォームと比べ、大きな揺れ対抗安定剛性を有し、荷重変化により引き起こされた揺れ運動応答が少なくとも１桁小さくなる。

Ｃ．本発明による基本モジュールは、その間の接続を容易に実現できる。

本発明による基本モジュールは、首部、尾部及び／又は舷側に接続用の２つ以上のロープ牽引装置が設置されるとともに、前記基本モジュールの首部、尾部及び／又は舷側にモジュール同士を接続、分離させるための接続装置が設置される。

接続を行う際に、２本以上のロープを介して牽引を行うとともに２つの基本モジュールの全旋回推進装置が互いに逆の方向に推進するように要求される。ロープの張力を維持したまま、牽引装置の引張力及び推進器の推力を制御することによって、２つの基本モジュールを制御しながら接近させることを実現するとともに、基本モジュール間の位置決めと方向ガイドを実現する。これによって、大きな質量を持つ基本モジュール間の接触荷重を最低限にし、接触荷重によるモジュール構造への損傷を避ける。

接続装置は、機械的構造、電磁的構造等を利用し、既存の成熟した手段により実現されることが可能であり、迅速な接続と迅速な分離を容易に実現できる。なお、基本モジュール間の横方向の接続を実現するため、接続装置を基本モジュールの舷側に設置してもよい。

接続装置の基本モジュールの端部での設置位置と数のそれぞれの組合せによって、基本モジュール同士の「ヒンジ接続」又は「剛性接続」に対する制御を容易に行うことができる。例えば基本モジュールの端部の上下にそれぞれ４つ計８つの接続装置を設置し、上部の４つの接続装置だけを接続する場合、「ヒンジ接続」を実現でき、上部と下部の８つの接続装置を全部接続する場合、「剛性接続」を実現できる。

Ｄ．本発明による基本モジュールは、高安全性を備える。

本発明による基本モジュールは、不静定組立空間構造であり、予測しうる最悪な海況や記録に残る最悪の衝突、暗礁への乗り上げ、浅瀬への乗り上げ、貨物異常変位等の事故に遭ったとき、局部の構造が損壊しても、構造全体が解体しない確実な安全性を備える。

基本モジュールは、上部筐体構造と、中間接続構造と、下部浮体構造とからなるものである。下部浮体構造は、５つ以上の長尺状浮体を含み、１つの長尺状浮体に５つ以上の水平面と交差する小水線面積の構造を備えるため、基本モジュールの構造は、全体の水平方向における任意方向のまたがる寸法が、４つ以上の径間である。ここで、１径間とは隣り合う２つの長尺状浮体間の距離及び隣り合う２つの中間接続構造間の距離を指している。このため、基本モジュールは、少なくとも５つの長尺状浮体と、２５本の柱と、空間において連続する上部筐体構造（不静定ユニット）とにより構成される一体の構造である。構造力学によると、２つの下部長尺状浮体、４本の柱及びそれと対応する上部筐体構造の部分（半潜水式プラットフォームと類似する）で１つの密閉の不静定空間構造ユニットを構成することができるので、本発明の基本モジュールが、任意方向においても、少なくとも４つの不静定空間構造ユニットからなる連続的な構成となる。したがって、全体として、本発明の基本モジュールが少なくとも１６個の不静定空間構造ユニットからなる構成であるため、衝突、暗礁に乗り上げ等の事故による一部のユニットの破損（局部構造の失効）が、構造全体の安全に対して脅威にならない。このため、構造全体として解体防止の余裕がある。

基本モジュールの構成に対する分析から分かるように、その下部浮体構造と中間接続構造は、いずれも数多く分散して配置され、構造が力を受けるとき、各構成部材が比較的バランスよく協働しており、予測しうる最悪な海況及び記録に残る最悪の衝突、暗礁への乗り上げ、浅瀬への乗り上げ、貨物の異常変位等の事故に遭うとき、１つ又は複数の不静定空間構造ユニットの一部の部材が損壊して作動できなくなっても、残りの構造が依然として不静定空間構造ユニットからなる構成となっているので、正常に役割を果たすことができる。

常規技術による船舶や海上プラットフォームにおいて、部材が、重要さ及び力受け状態に応じて、キーパーツ、重要パーツ、一般パーツ等に分類され、本発明の実施例による基本モジュールの各力受けパーツは重要さがほぼ同等であるとともに互いにサポートできるので、「弱み」パーツの失効による関連構造が続々と失効することや全体崩壊のリスクが存在しない。

これに対して、半潜水式プラットフォームの場合、半潜水式プラットフォームの浮体の区画室仕切りに限界があり、浮体又は柱が大きく破損したとき、浮力室の破損や大量の浸水が発生してしまう。この場合、浸水流量が応急排水システムの排出能力より大きくなると、プラットフォーム全体の浮上状態が変わり、構造応力の悪化等の一連の連鎖反応が引き起こされ、最後に、傾斜、断裂、ひいては転覆して沈没する最悪の結果をもたらす可能性もある。

Ｅ．本発明による基本モジュールは、各種の作動形態において、何時でも自力航走能力を有する。

基本モジュールに全旋回推進装置が取り付けられるため、優れた機動力を有する。

本発明は、基本モジュールに全旋回推進装置が取り付けられ、喫水が浅い。浮体が細長な長尺状に形成されれば、抵抗が小さくなり、大型化しても大きな航走速度を実現することができる。動力配置について、下部浮体構造の各長尺状浮体の首部と尾部に複数の全旋回推進器を配置することが可能であり、これらの推進器の前後一定の距離を有するとともに全周回転することができるので、全方向の推進力を提供するとともに必要に応じて巨大な転向モーメントを発生させることができ、優れた船首方向制御力を有する。具体的に、基本モジュールに帆、直進推進器及び舵等を設置して実現してもよい。したがって、基本モジュールが、良好な前後、横方向、傾斜方向の回転及び自転などの自力機動力を有する。さらに、安全要求に応じて、基本モジュールと波との出会い角を効果的に調整することもできる。事前に逃げ、回避する能力を備え、嵐から効果的に回避することができる。また、基本モジュールの自動位置保持機能を容易に実現することができる。

上記の技術案によって、本発明による超大型海上浮体式構造物（ＶＬＦＳ）の基本モジュールの有益効果が以下のように奏される。

１．本発明の実施例による基本モジュールは、大型化することができる。

下部浮体構造は、超大水線面積形態を呈するものであり、波浪荷重を低減でき、優れた復原性を備え、全体として略工字形を呈する断面構成であるため、本発明の実施例による基本モジュール自身が大型にすることができるとともに優れた耐波性を備える。なお、半潜プラットフォームに対して、本発明は、固有運動周期を、悪い海況の波浪スペクトルのエネルギーが集中する領域外の短周期の側に設計し、基本モジュールの固有運動周期が約５秒程度であり、波浪エネルギーのこの周期における分布が非常に小さいので、優れた耐波性を実現することができる。

基本モジュールの寸法が４００～８００メートルとなり、１回の接続だけで、寸法が８００ｍ～１６００メートルとなる超大型海上浮体式構造物を構成することができる。

２．本発明の実施例による基本モジュールは、超大型海上浮体式構造物（ＶＬＦＳ）を実現することに寄与する。

本発明と半潜水式の小水線面積の構造とは、いずれも優れた耐波性を有するが、超大型海上浮体式構造物の基本モジュールの接続について、本発明がより大きなメリットを有する。波の衝撃と荷重変化とが総合作用したとき、基本モジュールの運動幅値と応答周期が小さく、つまり、強い揺れ対抗安定剛性を有するので、モジュール間の接合操作に寄与する。荷重変化による揺れ運動応答は、半潜水式構造より少なくとも１桁小さい。また、半潜水式構造の場合、揺れが発生した場合、いくつの往復周期を経ってから止まるようになり、本発明の基本モジュールの場合、すぐに止まるようになるので、基本モジュールの接続作業のときに、モジュール間の相対運動を低減することに寄与する。

基本モジュールは、効果的に波浪荷重を低減する特徴を有し、効果的に波の激しい運動に対抗する能力を有し、強い揺れ対抗安定剛性を有するので、基本モジュールの波での運動幅値を大幅に低減できる。そして、基本モジュール間の接続過程の相対揺れ運動及び接続後の接続装置負荷を大幅に低減させることができるので、接続作業のプロセスが簡単になり、接続作業が容易になり、操作可能性が優れている。大容量のバラスト水によりバランスを調整する必要がなく、超大型海上浮体式構造物（ＶＬＦＳ）の運行の複雑さを大幅に簡単化させる。

３．本発明の実施例による基本モジュールは、大型船舶の直接横付けが許容される。

本発明の実施例による基本モジュールは、波浪遮断効果を備え、良好な水上横付け条件を形成できる。基本モジュールの寸法が大きく、分散の浮体が消波の特性を備え、構造の風、波が当たらない側に大面積の波なし領域が形成される。構造自身が良好な安定性を備え、十分大きな係留能力を提供でき、船舶が直接横付けする条件を提供できる。

４．本発明の実施例による基本モジュールは、優れた汎用性を備え、構造設計の使用機能に対する依存を大幅に低減させる。

本発明の実施例による基本モジュールの上部構造は、空間枠構造と筐体（常規の板とシェル）構造との２種で実現されることが可能である。空間枠構造を用いることにより上部構造の設計がより自由になる。

枠構造とは、梁と柱を剛性的接続方式で接続し、荷重受け系を構成する構造であり、すなわち、梁と柱からなる枠で使用過程に現れる各種の荷重に対抗するものである。

なお、前記上部構造の柱・梁式構造は、構成安全レベルの要求を満たすいかなる形式のものであってもよい。例えば複数の縦方向又は横方向トラス式支持構造を利用して、上部構造を構成するとともに、数多くの機能室に仕切ることができる。

柱・梁からなる空間枠構造で上部構造を実現する場合、従来の船舶や水上浮体構造の設計と比べ、上部構造の構成設計の自由度（自由さとも言う）を大幅に向上させ、上部機能室の設計、配置を自由に変化させることができる。これによって、上部構造の改造可能な余地がかなり大きくなり、主要荷重受け構造が梁、柱及びその他の支持構造（なくてもよい）である。その他の部材（甲板、作業室間の仕切り部品、作業室の上下天板等）は、局部機能的荷重だけを受け、基本モジュールの構造全体に作用する力を受けない非主要荷重受け構造として設計されてもよい。上記の特性によって、局部機能的荷重が満たされれば、本発明の実施例による基本モジュールの非主要荷重受け構造が任意に変更されることが可能であり、変更されても構造全体の力受け状態が影響されることがない。非主要荷重受け構造は、防蝕のためのコストを大幅に低減させるため、非金属材料を利用してもよい。非主要荷重受け構造が、組立（非溶接）の方式で主要荷重受け構造に接続されてもよい。

本発明の実施例による基本モジュールは、優れた「復原性」、荷重変化に対して敏感でない等の特性を備えるため、船舶が使用機能に大きく制限される従来技術に対して、浮体式構造のそれぞれの使用機能に対する汎用性を大幅に向上させる。

５．移動可能な超大型海上浮体式構造物（ＶＬＦＳ）の使用便利さと全体の安全性を大幅に向上させる。

本発明の実施例による基本モジュールの下部浮体構造は、分散して配置される小寸法の浮体を用いるので、大きな水線面積と大きなメタセンター高さ（ＧＭ）を有し、軽荷時と満載時の喫水変化が小さいので、大容量のバラスト室を配置する必要がない。

基本モジュールのＧＭ値が、数百メートルまで高くなり、常規半潜プラットフォームより１～２桁高いので、許容される重心高さの限界が百メートル級まで上がる。これによって、基本モジュールに、例えば任意の舷側の大型吊り上げ設備、超高いレーダーアンテナ、海上観覧車、観光タワー等の高い大型施設を設置することが容易に実現され、移動可能な超大型海上浮体式構造物（ＶＬＦＳ）の応用範囲がより広くなり、巨大な商業的価値を有するようになる。

本発明の実施例による基本モジュールは、満載時の作業状態でも、喫水が小さく、そして自力航走能力を備えるので、利用できる水域が広い。これに対して、半潜水式構造の基本モジュールは、浅い海域での作業に適しなく、深海作業のときに航走することができなく、移動のときに作業することができない。

本発明の実施例による基本モジュールは、構造全体として中部が刳り貫かれるような空間構造であり、水線以上の中間接続構造の占めるスペースが小さいので、構造による気流場に対する干渉が小さく、浮体式構造の甲板における気流場の異変を低減できる。したがって、常規の筐型浮体（船舶）と比べ、各種の航空機の離着陸に、より安全かつ安定な気流場を提供できる。

本発明の実施例による基本モジュールは、超大面積の上面スペース及び超大体積の上部作業室を有し、各種の使用機能を容易に実現できる。また、その全体の機能的配置が、主に平面に沿って実現されるので、主に縦方向に多層で配置される方式と比べ、本発明の実施例による基本モジュールに多くの人が集まって使用する場合、火災のような事故に対する隔離設計と人員の避難に有利である。

本発明の実施例による基本モジュールは、例えば甲板上方のエリア、上甲板エリア、中間室エリア、水面エリア、水下エリア、側舷エリア等の、多層の開発可能な作業空間を有するので、移動可能な超大型海上浮体式構造物（ＶＬＦＳ）の使用機能を大幅に向上させることができる。

本発明の実施例による基本モジュールの近似中実浮体が、取り外し可能な方式で充填されることが可能であり、構造の修復及び定期メンテナンスを簡単、容易に行うことができる。

本発明の実施例は、基本モジュールのうちの少なくとも一部の外側の浮体が近似中実の浮力室であるとともに、排水体積の合計が該浮体式構造の満載時の全重量に相当する水の体積より大きいので、構造においていかなる局部の損壊を受けても、基本モジュールの構造全体が解体しない限り、構造全体が沈没しないことを確実に保障できる。構造全体の安全性がよいという特徴を備える。

上記のように、本発明による移動可能な超大型海上浮体式構造物（ＶＬＦＳ）の基本モジュールの主要の特徴は、構造自身が大型化でき、波浪荷重が小さく、耐波性が優れ、復原性が優れ、可変荷重の変化に対して敏感でない。さらに、接合により超大型海上浮体式構造物（ＶＬＦＳ）を構成することが容易であり、接続作業のプロセスが簡単になり、接続作業が容易になり、操作性が優れ、接続装置の負荷が小さい。さらに、汎用性が優れ、構造全体の使用機能に対する依存が低く、上部構造が空間枠形式に形成されたため、設計の自由度が大幅に大きくなる。また、各種の作動形態において、自力の全方向航走能力、機動能力及びよい安全性を備え、多層の開発可能な作業空間を有する。

用語の説明

「高安全性」
大型水上浮体式構造が、予想しうる最悪な海況と記録に残された最悪な衝突、暗礁への乗り上げ、浅瀬への乗り上げ、貨物の異常変位等の事故に遭う場合、構造全体の解体がなく、転覆せず沈没しないことを確実にする基本的な安全特性である。各種の最悪の事故に遭う場合、乗員が「船を放棄」しなくても生命安全を保障できる。本発明の高安全性は、海洋作業の常規安全と本質の違いがある。常規安全は、確率理論に基づく小さい失効確率を保障することを特徴とする「有限の安全」であり、本発明の高安全性は、水上浮体式構造が基本安全特性の面において確実性を備えることを指している。なお、本発明の高安全性は、材料欠陥、設計欠陥及び加工製造欠陥による不安全の要素に関わらない。

「浮体構造」
複数の浮体からなるものであり、水上浮体式構造に必要な浮力を提供する。必要な浮力とは、水上浮体式構造の負荷能力を維持できるもの及び正常な復原性に必要な浮力を指している。本発明における浮体構造は、複数の浮体の各種の組合せであってもよく、複数の浮体が水平面に分散して配置されたものであってもよく、複数の浮体と必要な接続部材とを組み立てた１つの相対的に独立している立体構成であってもよい。なお、浮力を提供するためには、浮体構造が波の荷重を耐えるものでなければならないが、本発明において、具体的な状況に応じて、浮体構造が、水上浮体式構造全体に作用する力を受けるものであってもよく、一部の波の荷重だけを受け、水上浮体式構造全体に作用する力を受けるものではなくてもよい。

「近似中実浮体」
破損時の浸透性が小さい浮体（例えば破損浸透性＜１０％）を指し、破損しても復原性と沈没防止能力に影響されない。内部密封処置を取った浮力室構造と、水上浮体式構造の中間接続構造と直接に接続する軽量の中実防水構造とを含んでいる。

「不静定組立空間構造」
水上浮体式構造全体が、立体構成であるとともに不静定構造であるものを指している。その全体構造は、上部筐体構造と、中間接続構造と、下部浮体構造を組み合わせてなるものである。上部筐体構造は、補強リブ付きの板構造を組み合わせてなるものであってもよい。補強リブは、板材及び／又は各種の型材であってもよい。型材は、Ｈ形鋼、角鋼、溝形鋼等であってもよい。筐体構造は、数多くの柱・梁及び／又は支持部材により形成された枠構造に内外部の補強リブ付きの板構造を組み合わせて構成されることが可能である。上部筐体構造は、その自身が空間内の連続する不静定ユニットである。中間接続構造は、分散して配置される柱構造及び／又は梁構造からなる枠構造であってもよく、分散して配置されるバー構造からなる空間トラス構造であってもよく、枠構造とトラス構造とを合理的に組み合わせてなるものであってもよい。浮体構造は、複数の浮体の各種の組合せであり、複数の浮体を水平面に分散して配置してなる網状シート構造であってもよく、複数の浮体と必要な接続部材とが組み立てられてなる相対的に独立した立体構成であってもよい。

「中間接続構造」
下部浮体構造と上部構造との間に接続される各構造又は部材を含む。水平面と交差する中間接続構造は、安全復原力を提供するものである。

「安全復原力」
浮体式構造が大きい傾斜角で揺れるとき、水平面と交差する中間接続構造が水中に入り、一定の排水体積を有するので、浮力を提供することができる。比較的大きい復原フォースアームを有するので、浮体式構造に対する合計復原モーメントが風、波等の合計作用での浮体式構造に対する最大転覆モーメントより大きくなるように、復原モーメントが形成される。これによって、浮体式構造が転覆しない安全性を備えるため、水平面と交差する中間接続構造の提供できる復原力を「安全復原力」という。

「長尺状浮体」
縦方向の寸法が横方向の寸法よりはるかに大きい水密ハウジングである。水上浮体式構造に、浮体式構造を水面に浮上させる必要な浮力を提供する。

「予備浮力」
本発明の「前記第１方向に沿う接続構造は、上方へ延伸する予備浮力を提供する複数の浮体を有する」における「予備浮力」は、浮体式構造が大きい傾斜角で傾斜した場合、第１方向接続構造の浮体が水中に入り、一定の水線面積と浮力を提供することができる。比較的大きい分散距離が設けられているので、比較的大きい復原フォースアームを有し、かなり大きい復原モーメントを提供することができる。

「超大水線面積形態」
分散して配置される大水線面積形態を指している。水線面積形態が本発明の重要な特徴の一つであり、海洋作業分野において、水線面積形態に対する具体的な定義が未だにない。本発明の水線面積形態は、合計水線面積と総排水量との関係（軽荷時と満載時の浮体式構造の喫水変化の大きさに直接関わっている）及び水線面積分布と荷重分布との関係（積載分布と浮上形態の変化の大きさに直接関わっている）に着目し、復原性、浮体式構造の荷重変化に対する応答及び耐波性等の重要な特性に影響するものである。習慣上、海洋作業分野において、常規船舶が典型的な大水線面積構造であり、その構成特徴が大水線面積形態であると認識されている。「小水線面積の構造」は、常規船舶の大水線面積形態という特徴に対して称するものであり、具体的な水線面積データにより区分されたものではない。例えば半潜水式プラットフォームが典型的な小水線面積の構造である。本発明の「超大水線面積形態」も常規船舶の大水線面積形態に対して称するものである。本発明の浮体構造は、喫水変化が常規船舶よりはるかに小さいとともに浮体が分散して配置され、常規船舶と区別するため、当該特徴を超大水線面積形態と称する。また、「超大水線面積形態」の浮体式構造の上下揺れ、横揺れ及び縦揺れの固有周期のいずれも最悪な海況のときの波浪スペクトルのピーク周期より短い。

「満載状態」
水上浮体式構造の最大限積載時の状態を指している。

「上部構造」
水上浮体式構造の全体構造を形成するのに必要であり、水面から離れるとともに正常状態で風波において波がとどかない空間構造部品を指している。上部構造は、枠構造又は筐体構造であってもよい。その上部に甲板を設けることが可能であり、その内部に作業室、寝室、各種の機能室等を設けることが可能である。

「最大波高」
水域により最大波高が相違し、同一の水域の統計データも同一になるとは限らない。本発明の最大波高は、対応水域の各設計参考文献に示した最も大きな最大波高を指している。

「軽量非吸水性材料」
比重が水より小さいとともに吸水率がかなり低い材料を指している。

この軽量非吸水性材料で浮体を充填すると、浮体の任意の区画室が損壊されても浮力を失うことがないため、損傷時復原性が非損傷時復原性にほぼ等しくなる。

「極端な事故」
水上浮体式構造が遭う可能性のある、記録に残るような衝突、暗礁への乗り上げ、浅瀬への乗り上げ等の状況を指している。

「揺れ対抗安定剛性」
水による力に引き起こされる復原力とモーメントの剛性を指し、水線面積と水線面積モーメントにより決められる。水線面積と水線面積モーメントが大きければ大きいほど、揺れ対抗安定剛性が大きくなり、外部干渉に対抗する能力が優れていることを意味している。

「荷重変化」
環境荷重（例えば波浪荷重、風荷重等）以外の荷重を指し、例えば重荷の積卸し、貨物移動、つなぎ合わせ操作、舷側での重荷の吊り上げ、船舶の横付け、飛行機の昇降等による荷重が挙げられる。

なお、火災及び爆発等の作動形態も、水上浮体式構造の構成安全とその上の人員の安全に大きく影響するが、浮体構造の特有のものではないので、本発明においては考慮しない。

本発明の実施例における大型水上浮体式構造の正面視断面構成模式図である。 本発明の実施例における大型水上浮体式構造の側面構成模式図である。 本発明の実施例における大型水上浮体式構造の平面視断面構成模式図である。 本発明の実施例における大型水上浮体式構造の柱が浮力を提供しないときの転覆テストのデータである。 本発明の実施例における大型水上浮体式構造の柱が浮力を提供するときの転覆テストのデータである。 本発明の実施例における大型水上浮体式構造例である大型海上浮体式プラットフォームの正面視断面の構成模式図である。 本発明の実施例における大型水上浮体式構造例である大型海上浮体式プラットフォームの側面構成模式図である。 本発明の実施例における大型水上浮体式構造例である大型海上浮体式プラットフォームの平面視断面構成模式図である。 本発明の実施例における大型水上浮体式構造例の全体が横に波の波面に配置されるときの安定性分析模式図である。 本発明の実施例における大型水上浮体式構造例の浅瀬に乗り上げ状況の安定性分析模式図である。 本発明の実施例における大型水上浮体式構造例の波浪荷重分析の模式図である。 本発明の実施例における大型水上浮体式構造例の上下揺れ分析の模式図である。 本発明の実施例における高安全性の大型水上浮体式構造例である大型海上浮体式プラットフォームの正面視断面構成模式図である。 本発明の実施例における高安全性の大型水上浮体式構造例である大型海上浮体式プラットフォームの側面構成模式図である。 本発明の実施例における高安全性の大型水上浮体式構造例である大型海上浮体式プラットフォームの平面視断面構成模式図である。 本発明の実施例における高安全性の大型水上浮体式構造の不静定ユニットの第１模式図である。 本発明の実施例における高安全性の大型水上浮体式構造の不静定ユニットの第２模式図である。 本発明の実施例における高安全性の大型水上浮体式構造の不静定ユニットの第３模式図である。 本発明の実施例における超大型海上浮体式構造物の基本モジュールの正面構成模式図である。 本発明の実施例における超大型海上浮体式構造物の基本モジュールの側面構成模式図である。 本発明の実施例における超大型海上浮体式構造物の基本モジュールの平面視断面構成模式図である。 本発明の実施例における超大型海上浮体式構造物の基本モジュールの柱が浮力を提供しないときの転覆テストの実験データである。 本発明の実施例における超大型海上浮体式構造物の基本モジュールの柱が浮力を提供するときの転覆テストの実験データである。 本発明の実施例における超大型海上浮体式構造物の基本モジュール例である大型海上浮体式プラットフォームの基本モジュールの正面構成模式図である。 本発明の実施例における超大型海上浮体式構造物の基本モジュール例である大型海上浮体式プラットフォームの基本モジュールの側面構成模式図である。 本発明の実施例における超大型海上浮体式構造物の基本モジュール例である大型海上浮体式プラットフォームの基本モジュールの平面視断面構成模式図である。 本発明の実施例における超大型海上浮体式構造物の基本モジュール例の全体が横に波の波面に配置されるときの安定性分析模式図である。 本発明の実施例における超大型海上浮体式構造物の基本モジュール例の浅瀬に乗り上げ状況での安定性分析模式図である。 本発明の実施例における超大型海上浮体式構造物の基本モジュール例の波浪荷重分析の模式図である。 本発明の実施例における超大型海上浮体式構造物の基本モジュール例の上下揺れ分析の模式図である。 本発明の実施例における超大型海上浮体式構造物の基本モジュールの第１組立工程図である。 本発明の実施例における超大型海上浮体式構造物の基本モジュールの第２組立工程図である。

以下、本発明の特徴及び利点を表す典型的な実施例を詳細に説明する。本発明は、それぞれの実施例において様々に変化し、それらの変化のいずれも本発明の範囲を逸脱しない。そして、その説明及び図面は、説明するためのものにすぎず、本発明を限定するものではない。

本発明の実施例による超大型海上浮体式構造は、浮体式総合保障基地とすることが可能であり、各種の船舶を直接横付けさせたり、甲板に大型の積卸機械が配置されることによって、積卸し、中継輸送及び格納の機能を提供したりすることできる。その基本構成は、超扁平の空間構造であり、主に上部構造と、中間接続構造と、下部の多浮体（下部浮体構造）とを含む。これは、従来の船舶や海上プラットフォームとは異なる新しいタイプの浮体である。

図１は、本発明の実施例における大型水上浮体式構造の正面視断面構成模式図であり、図２は、本発明の実施例における大型水上浮体式構造の側面構成模式図であり、図３は、本発明の実施例における大型水上浮体式構造の平面視断面構成模式図である。図１～図３に示すように、本発明の実施例における大型水上浮体式構造は、主に上部構造１と、中間接続構造２と、下部の多浮体３（下部浮体構造）とを含む。該水上浮体式構造は、水平方向の長さ（Ｌ）と幅（Ｂ）が、いずれも水上浮体式構造の軽荷時の重心から静水面までの高さ（Ｈ）の４倍以上であり、全体としては扁平状の外形を呈し、水上浮体式構造の良好の「復原性」を保障することができる。

上部構造１の上面と下面が上下甲板を構成し、中間甲板を加えてもよい。上下甲板は、構造全体に作用する力を受ける。図１～図２に示すように、一実施形態の上部構造１は、枠構造による剛性構造を採用することが可能であり、上部構造１内に数多くの区画室が形成されることが可能である。

枠構造は、梁と柱とを接続してなるものであり、荷重受け系を構成する構造である。すなわち、梁と柱からなる枠全体が使用過程に生じた水平荷重と縦方向荷重に対抗するようになっている。

図１～図２に示すように、例示した実施例において、高さ方向に、上部構造１内に１層の構成又は少なくとも２層の構成を形成するように設計されることが可能である。各層に数多くの区画室が配置されることができ、区画室の配置方式が機能要求に応じて設定されることができる。そのうち、各区画室の主要構造支持部材は、縦方向の少なくとも３本の柱と、横方向に沿う頂部の接続梁とを用いることができる。接続梁は、その頂部又は底部に柱を接続することができる。横梁と柱とが、例えば分岐継手のような接続部品を介して接続される。各部品同士が、溶接接続、かしめ接続、ボルト接続又は迅速な係止接続により接続されることが可能である。このようにして、横梁と柱で安定構造支持体が構成される。上部構造１の構造全体が構成安全レベルの要求を満たすように、横梁と柱との間に棒状筋交い又はトラス式支持構造を加えてもよい。

さらに、上部構造１内に横梁と柱又はその他の棒状支持構造により剛性支持構造を構成してもよく、例えば建築物の部屋の構成方式を参照し、板材で囲まれる各機能室を形成してもよい。壁板が荷重受け構造でないため、例えばアルミハニカムパネル、ロックウール複合板、軽量鉄骨ユニット壁体等の軽量板材を用いることができる。なお、難燃の板材を用いることが好ましい。天板と床板は、鋼板又はその他の荷重受け板を用いることができる。

なお、前記上部構造１の柱・梁式構造は、構成安全レベルの要求を満たすいかなる形式の柱・梁式構造であってもよい。例えば複数の縦方向又は横方向トラス式支持構造で、上部構造１を構成し、数多くの機能室に仕切ることができる。

柱・梁からなる空間枠構造で上部構造を実現する場合、従来の船舶や水上浮体構造の設計と比べ、上部構造１の構成設計の自由度（自由さとも言う）を大幅に向上させ、上部機能室の設計、配置を自由に変化させることができる。これによって、上部構造１の改造可能な余地がかなり大きくなり、主要荷重受け構造が梁、柱及びその他の支持構造（なくてもよい）である。その他の部材（作業室間の仕切り部品、作業室の上下天板等）は、局部機能的荷重だけを受け、水上浮体式構造の構造全体に作用する力を受けない非主要荷重受け構造として設計されてもよい。上記の特性によって、局部機能的荷重が満たされれば、水上浮体式構造の非主要荷重受け構造が任意に変更されることが可能であり、変更されても構造全体の力受け状態が影響されることがない。非主要荷重受け構造は、防蝕のためのコストを大幅に低減させるために、非金属材料を利用してもよい。非主要荷重受け構造が、組立（非溶接）の方式で主要荷重受け構造に接続されてもよい。

もう１つの実施形態の上部構造１は、筐体構造からなる剛性構造層である。主要荷重受け構造が板・梁からなる空間構造であり、区画室における横壁、縦トラス材、区画室を構成する上下甲板等の部材が力受け構造部材として縦強度の計算に用いられる。

ここでの筐体構造は、複数の互いに制限される板状部品からなる空間筐体構造であり、各板がそれぞれ局部荷重を受け、四つの辺で曲げモーメントを受けるように構成される。

例えば上部構造１は、甲板と、囲み壁と、いくつの縦方向及び横方向の室壁とからなる空間筐体構造である。その甲板は、例えば主甲板、中間甲板、下甲板等を有するように複数層を設けることができる。上部構造１の本体が予備浮力を提供するように設けられてもよく、すなわち、上部構造１の本体が水密性又は一定の水密性を有するように設けられてもよい。上部構造１の本体は、１つの単独の筐体構造であってもよく、例えば「田」字形、「井」字形、「△」字形のようないくつの縦横に構成された筐構造の組合せであってもよい。

例えば上部構造１は、縦横混合骨組みの形式を用いることが可能である。各領域内の主梁の方向が異なり、主梁の長さ方向に垂直する方向において互いの間隔が異なる補強枠が設けられている。全ての主要側壁骨組みが水平に配置され、全ての内壁が鉛直方向補強材を用いる。枠構造は、従来の船舶又は海上浮体式構造の区画室に用いられる常用の構造形式であるため、ここで説明を省略する。

なお、前記上部構造１は、筐体構造と枠式構造とを組み合わせて構成されることができる。例えば枠式構造に縦方向又は横方向の板・梁を加えて、構造の強度をさらに向上させるように構成されてもよい。筐体構造を主とする構造において、各種の柱及び横梁を加えて補強してもよい。また、例えば上部構造１の中部が枠式構造を利用し、外周及び／又は底層が筐体構造を利用するように構成されてもよい。

本発明の実施例の上部構造１は、全体が使用水域の最大波高より上に位置する。上部構造１に形成される複数の区画室が密封可能な区画室として設けられてもよく、多層仕切りの区画室構造の場合、通常、少なくとも中部以下の区画室が密封するように設けられてもよい。その詳細は、従来の区画室構造を参照することが可能である。このようにして、極端な状況に遭うとき、下部の複数の多浮体３が失効した場合でも、上部構造１の浮上状態を維持することができる。

図１～図２に示すように、一実施形態の中間接続構造２は、複数の互いに間隔をあける浮体を備える、水平面と交差する第１方向に沿う接続構造２１を有する。複数の互いに間隔をあける浮体が多浮体の上へ延伸する部分とみなされてもよい。この部分の浮体が特殊機能を持つ浮体であるので、極端な状態で浮体式構造全体が極大の角度で傾斜したとき、第１方向に沿う接続構造２１が有する複数の互いに間隔をあける浮体が水中に入り、予備浮力を提供できる。復原フォースアームが非常に長く、全体として大きい復原モーメントが発生するので、浮体式構造全体の復原性がより確実になる。

例えば設計計算及び実験データによれば、第１方向に沿う接続構造２１の横断面面積の合計が下部の多浮体３の静水での喫水箇所の水線面積の５％より大きいとともに、最外側の第１方向に沿う接続構造２１から浮体式構造の重心までの距離が浮体式構造の重心から水面までの距離の２倍よりも大きい場合、浮体式構造の合計復原モーメントが、現れる可能な風、波等による浮体式構造に作用する最大転覆モーメントより大きくなる。これによって、浮体式構造は、転覆しない安全性を有する。

本発明の実施例における前記第１方向に沿う接続構造２１の複数の浮体は、水面と交差する複数の浮体式接続構造であってもよい。これらの浮体式接続構造の水平断面の幅が、接続しているブイ３１の水線面の幅より小さい。ここで、「幅」は、長尺状のブイ３１の長さ方向に垂直する方向の寸法を指している。第１方向に沿う接続構造２１の複数の浮体は、柱式構造であってもよく、扁平状の上下に延伸する中空の接続構造であってもよい。本発明の実施例において、第１方向に沿う接続構造２１の複数の浮体が互いに間隔をあけて配置されるものであるので、浮体式構造全体に作用する外部荷重を低減させるように波を通させ、安全性を確保することができる。本段落に説明された複数の浮体式接続構造は、１つのブイ３１に接続される３つ以上の互いに間隔をあける浮体式接続構造を指している。

第１方向に沿う接続構造２１は、複数の鉛直の、中空・密閉構成の柱を含むことが可能である。柱は、外形によって、円柱と角柱、等断面柱と変断面柱に分けられる。柱は、大部分を等断面円柱にし、少部分を角柱にすることができる。分析によって、本実施例の浮体式接続柱は、受ける外部荷重が小さく、支持強度が優れている。下部の多浮体３が分散して配置される複数の長尺状のブイ３１を備えるため、第１方向に沿う接続構造２１の複数の柱式浮体が複数列に配置され、各列において各柱がそれぞれ一定距離の間隔をあけて配置されることができる。柱の配列が下部の多浮体３の各ブイ３１の配列によって決められ、原則として、複数の柱が間隔をあけて各ブイ３１に接続される。柱と上部構造及び下部の多浮体３との接続箇所の前側及び後側に、中空構成の面取り接続部を設置するように構成されてもよい。柱と上部構造及び下部の多浮体３との接続箇所は、標準の筐体からなるジョイント構造を用いてもよい。そして、上部構造へ人又は貨物を運送するため、柱２１内にエスカレーター又は階段等の運送設備を設置されてもよい。

図４は、第１方向に沿う接続構造２１が浮力を提供しない場合の、水上浮体式構造に対して転覆テストを行ったデータを示すものである。そのうち、横傾斜角が１０度を超えた後、水上浮体式構造の復原フォースアームが正の値から急速に下がり、横傾斜角が４５度を超えると、復原フォースアームが負の値になり、逆に浮体式構造の転覆を加速させるようになる。図面における符号の説明を以下に示す。

図５に示すように、本発明の実施例における浮体式接続構造は、全体の断面積が下部の多浮体３の静水喫水線面積の約１０％～３０％であるので、浮体の上方への分布の連続性を保障でき、最大傾斜角（片側の長尺状浮体が完全に水中に入る）になったときも復原フォースアームが正の値に維持される。極端な状況でも、水上浮体式構造の優れた転覆防止性能を維持できる。

例えば本発明の実施例における浮体式構造に、複数の水平面に沿って延伸する第２方向に沿う接続構造２２が設置されてもよい。

本発明の実施例において、第２方向に沿う接続構造２２は、柱が鋼板を溶接して形成され、内部に室仕切り板又は補強板が設けられる。例えば図１３～図１５に示した実施形態において、隣り合うブイ３１の間に複数の第２方向に沿う接続構造２２が接続され、第２方向に沿う接続構造２２は、ブイ３１の縦方向に沿って間隔をあけて複数が配置されてもよい。また、ブイ３１の延伸方向に垂直する接続棒を備えてもよく、ブイ３１の延伸方向と交差する接続棒を備えてもよい。第２方向に沿う接続構造２２は、中空の密閉構造の接続棒を用い、航走中の抵抗を低減するため、接続棒の断面形状が水滴形、翼形又はその他の流線形状に形成されることが可能であり、該接続棒の断面形状が水平面に平行するように形成されてもよい。接続棒は、全体が各ブイ３１の上に接続され、ブイ３１と溶接、かしめ又はねじ接続の方式で固定接続されるように構成されてもよく、各ブイ３１に挿入し、各ブイ３１における構造梁に接続されるように構成されてもよい。接続棒の代わりに、接続片等の接続構造を利用してもよい。接続棒が各ブイ３１に垂直して接続されてもよく、ブイ３１に対して傾斜して接続されてもよい。このようにして、接続棒２２を利用することにより下部の多浮体３の構造安定性を向上させることができる。図１～図３に示すように、下部の多浮体３の一実施形態において、下部の多浮体３は、複数の長尺状ブイ３１を有し、具体的に、少なくとも３つ又は３つ以上の長尺状ブイ３１を有してもよい。これらの長尺状ブイ３１が一定距離の間隔をあけて平行に配置される。該水上浮体式構造は、軽荷状態及び満載状態のいずれの状態において、喫水線がいつも下部の多浮体３の高さ範囲内に位置するように、各浮体の排水体積の合計が前記水上浮体式構造の満載状態時の排水体積より大きいように設定されることが、主要条件である。これによって、大きい積載能力を提供できる荷重変化に対して敏感でない超大水線面積浮体式構造を実現することができる。

図１～図３に示した実施形態において、複数の長尺状ブイ３１は、その縦方向が水上浮体式構造の縦方向に沿って、一定距離の間隔をあけて平行に配置されている。下部の多浮体３は、複数のブイ３１の組合せにより数多くの形態となるように構成されてもよく、異なる形状の縦横に交差する浮体の組合せにより構成されてもよい。すなわち、各ブイ３１間に適当の間隔を設けて波の作用を打ち消すことができればよい。

各ブイ３１は、主に複数の縦横の補強構造及びハウジング板枠により水密ハウジングが構成されることが可能である。その構成が水密性と強度を確保できる必要がある。ブイ３１の断面は、最大高さ寸法が適用水域の最大波高の寸法の１／２よりも小さい寸法となり、最大幅寸法が断面の最大高さ寸法の２倍以下の寸法となるように形成されることが可能である。下部の多浮体３の隣り合うブイ３１間の距離は、隣り合う２つの浮体のうちの、幅寸法がより大きいブイ３１の断面幅寸法の０．５倍となるように形成されることが可能である。

浮体の総体積が小さく、数多くの設計波高に対する小寸法の浮体に分けられるので、波の浮体式構造に対する荷重を低減することに寄与する。一方、本発明の浮体式構造の主寸法が非常に大きく設けられ、相対水線面積が大きく設けられ、浮体の乾舷が小さく設けられたので、十分の復原モーメントを提供できる。波の波高が筒形浮体の直径より明らかに小さいとき、筒形ブイ３１の分布長さが通常複数の波長を跨り、そして、幅方向に複数の筒形浮体が並列に配置されている。数多くの波の浮体式構造に対する作用力が互いに相殺するので、浮体式構造は、優れた姿勢安定性を維持するのが容易である。

さらに、各ブイ３１の排水体積の合計を、浮体式構造の満載時の全重量に相当する水の体積の２倍以下にする。水上浮体式構造の静水喫水線を大体各ブイ３１の半ばより上に位置させる。１つの選択肢として、浮体式構造の可変荷重に対応する排水体積を各ブイ３１の合計体積の１／４以下にすることである。この範囲で、できるだけ多くの浮体を配置して、浮体式構造の積載能力を増大させることができる。

図面に示した具体的な実施例において、下部の多浮体３は、同一平面に位置する、直径及び長さが略同一であるとともに一定距離の間隔をあけて配置されている複数の長尺状ブイ３１（図面に同寸法の浮体が同一平面内に配置されているものが示されたが、寸法が異なってもよく、同一平面に配置されなくてもよい）を有してもよい。ここで、各ブイ３１は、その縦方向が浮体式構造の縦方向に沿って、間隔をあけて配列されている。ブイ３１の数が、真ん中に１つ、両側にそれぞれ４つを対称に配置するように計９つである。ブイ３１の断面を円形、楕円形、方形又はその他の幾何形状にすることができる。同一寸法のブイ３１の波に対する応答又は荷重に対する応答が一致になることを避け、応力の集中又は共振の危害を避けるように、各ブイ３１は、大きさが異なってもよく、例えば外輪郭寸法が異なるブイ３１を組み合わせて使用してもよい。

多浮体の最外側のいくつのブイ３１内に、例えばポリスチレン発泡プラスチックのような軽量非吸水性材料３１１が充填されることが好ましい。図面に示した具体的な実施例において、左右両側それぞれ３つ、計６つのブイ３１に充填され、６つのブイ３１による総浮力が浮体式構造全体の自重に相当する排水量の約１．１倍である。これによって、水上浮体式構造は、衝突、暗礁に乗り上げによる浮体のハウジング破損が発生する場合、６つの充填されたブイ３１が浮力を喪失することなく、浮体の浮力喪失による水上浮体式構造の転覆又は沈没が発生しないので、大きな実用価値がある。

また、破損する場合でも浸水させなく復原モーメントを提供できるように、第１方向に沿う接続構造２１の各浮体にも軽量非吸水性材料が充填されてもよい。すべてのブイ３１に軽量非吸水性材料が充填されてもよく、ブイ３１の状況に応じて外周側の浮体式接続構造だけに軽量非吸水性材料が充填されてもよい。これによって水上浮体式構造の安全性を大幅に向上させる。

本発明の実施例における大型水上浮体式構造は、その第１方向に沿う接続構造２１と下部の多浮体３との組合せによって、波の状況に対応する変水線面の浮体構造が形成され、波浪荷重を効果的に低減させている。本発明の実施例における浮体式構造は、第１方向に沿う接続構造２１しか設置せず、浮体間に大領域の無障碍な水面作業スペースを形成することができる。

本発明の実施例において、水上浮体式構造に駆動装置及び方向制御装置が配置され、具体的に、各ブイ３１に複数の推進装置４が配置され、これらの推進装置が全旋回推進装置を用いてもよい。極端な海況を回避する必要があるとき、水上浮体式構造は、転向及び快速航走ができ、航走速度が１０ノットに達することができる。複数の全旋回推進器の協働により、自動位置保持機能を実現することができる。

本発明の実施例による大型水上浮体式構造は、全体として剛性の上部構造１と、中間接続構造２と、下部の多浮体３とを有し、全体の断面として工字形に類似する。上部構造が工字形断面の上フランジに相当し、下部の多浮体３が工字形断面の下フランジに相当し、中間接続構造２が工字形断面の腹板に相当する。構造設計によって、例えば下部の多浮体３の断面面積と上部構造１の断面面積との、浮体式構造の中立軸の横断面の断面二次モーメントに対する貢献を大体同様にさせ、下部の多浮体３の断面の断面二次モーメントと上部構造１の断面の断面二次モーメントとを大体同様にさせ、当該水上浮体式構造の中立軸を水上浮体式構造の中部に設計することができる。これによって、上部構造１、下部の多浮体３（鋼材）の作用を最効率的に発揮させ、最小の鋼材使用量で最大の強度（引張、押圧、曲げ、剪断、捻り等の総合作用に対抗する）を獲得することができるので、構造材料（鋼材）の利用効率を大幅に向上させる。

図１～図３に示すように、本発明による具体的な応用例は以下のとおりである。

図面に例示したように、該浮体式構造の使用海域に現れ可能な最大波高の統計値が２８メートルとなる。該浮体式構造の上部構造は、３層の甲板を備える筐体構造に設計され、該浮体式構造の高強度甲鈑を構成するものである。例えば図面に示すように、上部構造の長さを６００メートルにし、幅を１３０メートルにし、高さを１０メートルにすることが可能である。したがって、７．８万平方メートルの最上全通甲板及び２３．４万平方メートルの上部室を提供できる。

該浮体式構造の下部の多浮体３は、形状が同一かつ互いに独立で縦方向に配置される９つのブイ３１（長尺状浮体とも言う）を含み、浮体式構造全体に浮力を提供する。例えば図面に示すように、下部の多浮体３の各ブイ３１の横断面が同様な丸角付きの矩形に設計され、各ブイ３１の長さを６００メートルにし、高さを１１．５メートルにし、最大幅を８．８メートルにし、ブイ３１間の間隔を６メートルにする。９つのブイ３１の外縁間の分布間隔を１３０メートルにすることが可能であり、多浮体が合計約５４６０００立方メートルの排水体積を提供する。多浮体の水線面積の合計を４７４００平方メートルにする。浮体式構造の最大排水量が３３５０００トンになり、そのうち、自重が約１７５０００トンであり、設計載貨重量が約１８５０００トンである。設計満載状態時の喫水が約７．７メートルであり、軽荷喫水が約４．７メートルである。軽荷時と満載時の喫水変化が約２．９メートルになる。軽荷時の浮体式構造の重心Ｇから静水面までの高さＨが約２３．４メートルである。該浮体式構造の多浮体の水平方向における長さ方向の分布寸法が前記水上浮体式構造の軽荷時の重心から静水面までの高さの２５倍であり、幅方向の分布寸法が前記水上浮体式構造の軽荷時の重心から静水面までの高さの５．５６倍である。

設計波（ｄｅｓｉｇｎ ｗａｖｅ、修正後の正弦波）高が２２メートルであり、波長が６２１メートルであるとき、浮体の最大合計縦曲げモーメントの予測値が約９．７６Ｅ１０Ｎｍである。中央部の最大構造応力が約２２０ＭＰ（許容応力が３２０ＭＰである）であり、構造全体のたわみが約１／５００であり、「剛体」の規定を満たす。

第１方向に沿う接続構造２１は、丸角付きの長方形に形成される中空の柱体であり、その長さが約１０メートルであり、幅が約６メートルであり、高さが約２８メートルである。第１方向に沿う接続構造２１の横断面面積が６０平方メートルである。各長尺状浮体に１２個の第１方向に沿う接続構造２１が等間隔で配置され、９つの浮体で計１０８個が配置される。したがって、合計横断面面積が約６０４８平方メートルになり、多浮体水線面積の１３％を占める。

該浮体式構造は、１つのブイ３１の体積が６０７２０立方メートルであり、浮体式構造の全重量に相当する排水体積が３３５０００立方メートルであるので、最外側の６つのブイ３１の内部空間に軽量非吸水性材料３１１が充填される場合、その排水体積が約３６４０００立方メートルになり、浮体式構造の全重量に相当する排水体積より大きくなる。

図２に示すように、各ブイ３１の首部と尾部にそれぞれ駆動装置及び方向制御装置４が設置されてもよい。具体的に、図面に示すように、首部、尾部にそれぞれ電動推進のラダープロペラが設置され、計２２台設置される。これによって、浮体式構造に良好の駆動力と全方向制御能力を提供する。

第２実施形態（３０１）

１．概要

図６、図７及び図８は超大型海上浮体式構造の一応用形態を示すものである。該浮体式構造は、海での航走に適し、１８台の全旋回推進器４により推進される海上大型浮体式構造である。露天の上甲板又はその他の甲板に大型の貨物、ヘリコプター、コンテナ等を積載することができ、さらに、石油の貯蔵、冷蔵貨物の貯蔵、生活施設等の提供もできる。

２．構成

該浮体式構造は、構造全体として、上部構造１と、下部の多浮体３と、上部構造１と下部の多浮体３とを接続する中間接続構造２との３つの部分（図６、図７及び図８）にはっきりと分けられる。

１）上部構造１

該浮体式構造の上部構造１は、２層甲板の構造（甲板Ａ、甲板Ｂ）を有する筐体構造に形成され、該浮体式構造の高強度甲鈑を構成するものである。上部構造１は、長さを３１０メートルにし、幅を９０メートルにし、面積を２７９００平方メートルにするものであり、大型貨物及大型コンテナの置場、ヘリコプターの降り場、レクリエーション・スポーツのスペース（ゴルフ等）及び貨物臨時置場等に適する平坦な全通上甲鈑を提供できる。

上部構造１には、主に油水分離器室、二酸化炭素室、機関室局所水消火設備室、補機設備、冷却水室、淡水室、飲用水室、揚錨機の油圧機器室、汚水処理装置室、汚水室、雨水浄化装置室、海水淡水化装置室、汚水処理装置室、コンプレッサー室、油圧ポンプ室等が配置される。

２）下部の多浮体３

該浮体式構造は、形状が同一かつ互いに独立で流線型外形を有する、縦方向に配置される９つのブイ３１を含み、浮体式構造全体に浮力を提供する。下部の多浮体３の各ブイ３１は、同様な水滴形の横断面を有し、長さを３１０メートルにし、高さを７．５メートルにし、最大幅を５メートルにし、浮体間の距離を５．５メートルにしている。９つの浮体で合計８４５００トンの排水量を提供でき、設計満載状態のとき、喫水が６．０メートルになり、６８０００トンの排水量を提供できる。

各ブイ３１の首部と尾部にそれぞれラダープロペラが設置され、浮体式構造に良好の駆動力及び方向制御能力を提供する。

３）中間接続機構２

中間接続機構２は、主に複数の第１方向に沿う接続構造２１を有する。ブイ３１と上部構造１とが第１方向に沿う接続構造２１により接続される。第１方向に沿う接続構造２１は、鉛直の柱及び傾斜の柱を含み、この２種の柱でトラス支持構造を構成することも可能である。

３．主要寸法

４．機能

本浮体式構造は、構成形式が空間的分布式に設計され、比較的大きい内部格納空間と上層甲板面積を提供でき、民用及び特殊用の多用途を実現することができる。

１）船舶の横付け（万トン級以下）、積卸しの機能（クレーン、ＲＯ／ＲＯ方式、搬送ベルトによる積卸し）を提供できる。

２）島の開発・建設の保障を提供する。公務船、補給船、輸送船、漁船、遊覧船等のその他の関連船舶の横付けができる。

３）ドライバルク貨物、コンテナ、ＲＯ／ＲＯ貨物、大型構造部品、冷蔵貨物等を含む物資の貯蔵、分類、中継輸送機能を提供できる。

４）横付けになる島に対する電気供給、物資供給、中継輸送を提供できる（サンゴ島で杭基礎の施工が困難であるため、浮体式桟橋形式等の生活サポート手段を採用する）。

５）海上船舶への補給機能を提供する。燃油、淡水、生活物質等を供給、補充し、巡航作業期間を伸びさせ、巡航頻度及び機動性を向上させる。

６）海上の通信基地局に用いられ、通信信号のカバー範囲を増大させ、水上警察用船舶の乗員及び周辺海域の作業員、漁民に便利な通信サービスを提供できる。

７）浮体式構造の周辺海域での海上作業の船員及び島民に対する航走安全及び救援の保障機能を提供でき、浮体式構造は、医療センター、緊急救助（ヘリコプター、高速船）、救援の機能を提供できる。

８）水上警察の船舶の横付け、休憩（レクリエーションスペース・トレーニングジム）、船員滞在の保障を提供できる。

９）ヘリコプターの離着陸、通信、監視、レーダー、ナビ、ヘリコプターの格納庫（甲板に配置される）を提供できる。

５．主要特徴

実施例の好ましい範囲内の浮体式構造の特徴は以下のとおりである。

１）該浮体式構造の下部浮体は、９つの長尺状浮体が水平に配置されてなり、隣り合う各浮体の間の間隔が５．５メートルである。該浮体式構造の各浮体の合計体積が８２４００立方メートルとなり、満載時の排水体積の６６３４０立方メートルより大きい。浮体式構造は、上部構造が箱型の構造であり、中間接続構造が鉛直の柱、交差筋交い（傾斜柱）、横方向の水平棒及び水平支持部品からなるトラス構造である。上記の３つの構成部分が互いに接続され一体の超静定空間構造に形成される。

２）該浮体式構造は、長さが３１０メートルである。したがって、実施例の好ましい範囲における外輪郭の少なくとも一方向の寸法が１５０メートルを超えるという特徴を満たす。

３）該浮体式構造は、各浮体の高さが７．５メートルであり、幅が５．０メートルであり、適用水域の最大波高が２３メートル以上である。したがって、実施例の好ましい範囲における各浮体の断面の最大高さ寸法が適用水域の最大波高寸法の１／２より小さく、最大幅寸法が断面の最大高さ寸法の２倍以下であるという特徴を満たす。隣り合う浮体間の距離が５．５メートルであるので、実施例の好ましい範囲における隣り合う各浮体間の距離が、隣り合う２つの浮体のうち、幅寸法の大きい浮体の断面幅寸法の０．５倍より大きいという特徴を満たす。

４）該浮体式構造の各浮体の合計体積が８２４００立方メートルであり、満載時の排水体積が６６３４０立方メートルとなるので、実施例の好ましい範囲における各浮体の合計体積が浮体式構造の満載時の全重量に相当する水の体積の２倍より小さいという特徴を満たす。

５）該浮体式構造は、長さが３１０メートル（Ｌ）であり、幅が９０メートル（Ｂ）であり、軽荷時の重心から静水面までの距離が１４．５メートル（Ｈ）である。したがって、上記の実施例の好ましい範囲における水上浮体式構造の水平方向おける長さ方向及び幅方向の分布寸法が浮体式構造の軽荷時の重心から静水面までの高さの４倍以上となるという特徴を有する。

６）該浮体式構造に１８台の全旋回推進器４が配置され、浮体式構造に自己航走能力を付与し、全旋回推進器５の方位角を調整することによって浮体式構造の航走方向を制御することができる。これは、上記の実施例の好ましい範囲における前記水上浮体式構造に駆動装置及び方向制御装置が取り付けられるという特徴を満たす。

７）該浮体式構造は、浮体の体積が９１５６立方メートルであり、これに対し、浮体式構造の全重量に相当する排水体積が６６３４０立方メートルであるので、８つの浮体の内部空間に軽量非吸水性材料３１１が充填されると、その合計排水体積が浮体式構造の全重量に相当する水の体積より大きくなる。したがって、上記の実施例の好ましい範囲における特徴を満たす。

上記の実施形態に対して、以下に説明する。

Ａ．本発明による水上浮体式構造は、全体としてかなり大きいサイズを有することができる。

常規作業可能の４－５級の海況で、波浪スペクトルのピーク周期に対応する波長の長さが約１００メートルより小さい。浮体式構造の揺れ幅が主に波長と浮体式構造の全長との比に関わり、浮体式構造の縦方向の良い運動応答性を維持するため、浮体式構造の長さ方向のサイズを１５０メートルより大きく限定する。したがって、浮体式構造は、作業環境に応じて大型化でき、そして安定である。

極端な海況で、設計波高が２２メートルに達し、波長が６２１メートルになる。この場合も、本発明の主寸法が６００メートルに達する水上浮体式構造は、各規範、基準を満たすとともに「剛体」の規定を満たすことができる。

Ｂ．水上浮体式構造の多浮体の合計体積、予備浮力及び喫水線位置の実施形態を例示している。

各浮体排水体積の合計が前記水上浮体式構造の満載状態時の排水体積より大きいように要求されるとともに浮体の断面寸法も制限されるので、下部浮体は、全高さが小さく、数が多く、全体として扁平形態で分布されることが当然であり、常規船舶や海洋浮式プラットフォームよりその水線面積がはるかに大きい。

多浮体の合計体積が水上浮体式構造の満載時の全重量に相当する水の体積の２倍以下となることが例示されている。このため、水上浮体式構造の満載時に、浮体の予備浮力が全重量の１倍以下になる。浮体の断面が一致する場合、喫水線が浮体の高さ範囲内にあり、予備浮力が水上浮体式構造の全重量の約１倍となると、喫水線が浮体の１／２高さのところに位置する。したがって、可変荷重が作用する場合、常規船舶と比べ、浮体式構造の喫水変化がよほどに小さい。常規船舶が大水線面積構造であるため、常規船舶に対して、本発明の浮体式構造が「超大水線面積」の構造となっている。

Ｃ．浮体の合計体積が、複数の体積が小さい浮体に分散される。

浮体の断面の最大高さ寸法が適用水域の最大波高寸法の１／２より小さく、最大幅寸法が断面の最大高さ寸法の２倍以下であることが例示されている。多浮体層における隣り合う各浮体間の距離が、隣り合う２つの浮体のうち、幅寸法の大きい浮体の断面幅寸法の０．５倍より大きいことが例示されている。通常、最大波高が約３０メートルであるので、浮体の断面の最大高さ寸法が約１５メートル以下になり、最大幅寸法が約３０メートル以下になり、隣り合う浮体間の距離を約１５メートルより大きくなる。浮体の断面寸法が小さければ、１つの浮体の体積も小さくなるので、一定の合計体積を備えるように、浮体に対して一定の全長と数量を付与すべきである。そして、各浮体が分散して配置されることが要求され、浮体の間隔は、波の浮体の間での流動を順調にさせ、波からの運動エネルギーを解消するためものである。浮体の断面の主要寸法が最大波高の大きさよりはるかに小さい場合（例えば０．５倍）、最大波高のとき、一部の波が浮体を飛び越し、一部の浮体が波から離脱し、波浪荷重の波高に伴う増加が線的増加でないようになり、すなわち、浮体式構造にかけられる波浪荷重の波高に対する応答が非線形になることが例示されている。したがって、大きい波に遭うときの浮体式構造の波浪荷重を大幅に低減できる。また、静水喫水線を浮体の上半部に設計することにより、波高が大きいとき、波が浮体の上面を飛び越し、浮体の瞬時に喪失した浮力の数値と重力の数値が等しくなくなり、新しい均衡状態になるため浮体が鉛直方向にある程度沈む（沈下）。新しい均衡状態で、波の運動エネルギーが水深の増大とともに小さくなるので、波浪荷重が、元状態と比べ、さらに小さくなる。

そして、小さい浮体の場合、浮体式構造全体の喫水が浅くなる。浮体を分散することにより、波が浮体を通過することができる。そして、水線面積が分散して分布し、非常に大きい復原力及び復原モーメントを備えるようになり、構造のよい復原性を保障できる。複数の小さい浮体が分散して配置され、協働するとき、十分の排水体積と超大水線面積を提供できるので、同様な条件で、軽荷と満載との喫水変化が小さくなる。このため、復原性が非常に高くなり、大容量のバラスト室を配置する必要がなくなる。長尺状浮体は、細長な浮体構造を指し、浮体式構造の構造全体の力受け部品の一部になる一方、航走抵抗を低減させることに寄与でき、比較的小さい浸水面積の長さ幅比でも航走方向の安定性を保つことができる。

Ｄ．中間接続構造の第１方向に沿う接続構造が浮体式接続構造である。

中間接続構造の第１方向に沿う接続構造が浮体式接続構造であり、予備浮力を提供し、浮体の上方への分布の連続性を保障できるので、予想外の大きい傾斜角になった（一側の長尺状浮体が全部水中に入る）ときでも復原フォースアームが依然として正の値となる。極端な状況でも、水上浮体式構造が依然として十分の復原性の余裕を有し、確実な転覆対抗能力を維持できる。

Ｅ．前記大型水上浮体式構造の水平方向の分布寸法が前記水上浮体式構造の軽荷時の重心から静水面までの距離の４倍以上となる。

図９～図１０に示すように、大型水上浮体式構造の水平方向における長さ方向及び幅方向の分布寸法が前記水上浮体式構造の軽荷時の重心から静水面までの距離の４倍以上となる。すなわち、浮体の幅方向の寸法が水上浮体式構造の軽荷時の重心から静水面までの距離の４倍よりも大きい。したがって、浮体式構造の横方向の断面全体が超扁平形態となっている。図９に示すように、浮体式構造の多浮体の静水喫水線と多浮体の２つの最外側の点から重心までの２つの辺とにより安定の三角形が形成され、該三角形の夾角が最大で２７度となる。大きい風浪において、最大波形勾配が１／７となり、対応の波の傾斜角が１６度となり、最悪な形態で、浮体式構造が横になって波の波面に位置するようになる。この場合でも、浮体式構造が、風による傾斜モーメントと波浪荷重の作用で転覆しない状態を確保できる。

各種の角度の浅瀬に乗り上げるときでも、安定な三角形により、浮体式構造が転覆しない状態を確保できる。図１０は、浮体式構造が比較的大きい傾斜角の浅瀬に乗り上げたとき（例えば２０度の傾斜角より小さい）、浮体式構造の転覆しない原理を模式的に示したものである。

Ｆ．水上浮体式構造は、機動性能と首部方向調整の能力を備える。

水上浮体式構造に駆動装置及び方向制御装置が配置されることが例示され、具体的に、多浮体の各浮体の首部と尾部に複数の全旋回推進器を配置し、これらの推進器の前後距離が非常に大きいとともに全周回転することができるので、全方向の推進力を提供するとともに必要に応じて巨大な転向モーメントを発生させることができる。

具体的に、水上浮体式構造に帆、直進推進器及び舵等を設置して実現してもよい。

第３実施形態（３０１）

１．概要

図１３、図１４及び図１５は超大型海上浮体式構造の一応用形態を示すものである。該浮体式構造は、海での航走に適し、１８台の全旋回推進器４により推進される海上大型浮体式構造である。露天の上甲板又はその他の甲板に大型の貨物、ヘリコプター、コンテナ等を積載することができ、さらに石油の貯蔵、冷蔵貨物の貯蔵、生活施設の提供等もできる。

２．構成

該浮体式構造は、構造全体として、上部構造１と、下部の多浮体３と、上部構造１と下部の多浮体３とを接続する中間接続構造２との３つの部分（図６、図７及び図８）にはっきりと分けられる。

１）上部構造１

該浮体式構造の上部構造１は、２層甲板の構造（甲板Ａ、甲板Ｂ）を有する筐体構造に形成され、該浮体式構造の高強度甲鈑を構成するものである。上部構造１は、長さを３１０メートルにし、幅を９０メートルにし、面積を２７９００平方メートルにするものであり、大型貨物及大型コンテナの置場、ヘリコプターの降り場、レクリエーション・スポーツのスペース（ゴルフ等）及び貨物臨時置場等に適する平坦な全通上甲鈑を提供できる。

上部構造１には、主に油水分離器室、二酸化炭素室、機関室局所水消火設備室、補機設備、冷却水室、淡水室、飲用水室、揚錨機の油圧機器室、汚水処理装置室、汚水室、雨水浄化装置室、海水淡水化装置室、汚水処理装置室、コンプレッサー室、油圧ポンプ室等が配置される。

２）下部の多浮体３

該浮体式構造は、形状が同一かつ互いに独立で流線型外形を有する、縦方向に配置される９つのブイ３１を含み、浮体式構造全体に浮力を提供する。下部の多浮体３の各ブイ３１は、同様な水滴形の横断面を有し、長さを３１０メートルにし、高さを７．５メートルにし、最大幅を５メートルにし、浮体間の距離を５．５メートルにしている。９つの浮体で合計８４５００トンの排水量を提供でき、設計満載状態のとき、喫水が６．０メートルになり、６８０００トンの排水量を提供できる。

各ブイ３１の首部と尾部にそれぞれラダープロペラが設置され、浮体式構造に良好の駆動力及び方向制御能力を提供する。

３）中間接続機構２

中間接続機構２は、主に第１方向に沿う接続構造２１と第２方向に沿う接続構造２２とを有する。ブイ３１と上部構造１とが第１方向に沿う接続構造２１により接続され、９つのブイ３１同士が第２方向に沿う接続構造２２により接続される。第１方向に沿う接続構造２１は、鉛直の柱及び傾斜の柱を含み、この２種の柱で一体のトラス支持構造を構成することも可能である。第２方向に沿う接続構造２２は、９つのブイ３１を接続する横方向のトラスであってもよい。該トラスは、鉛直の柱の横断面に配置されることが可能であり、交差する筋交いにより構成される。

３．主要寸法

４．機能

本浮体式構造は、構成形式が空間的分布式に設計され、比較的大きい内部格納空間と上層甲板面積を提供でき、民用及び特殊用の多用途を実現することができる。

１）船舶の横付け（万トン級以下）、積卸しの機能（クレーン、ＲＯ／ＲＯ方式、搬送ベルトによる積卸し）を提供できる。

２）島の開発・建設の保障を提供する。公務船、補給船、輸送船、漁船、遊覧船等のその他の関連船舶の横付けができる。

３）ドライバルク貨物、コンテナ、ＲＯ／ＲＯ貨物、大型構造部品、冷蔵貨物等を含む物資の貯蔵、分類、中継輸送機能を提供できる。

４）横付けになる島に対する電気供給、物資供給、中継輸送を提供できる（サンゴ島での杭基礎の施工が困難であるため、浮体式桟橋形式等の生活サポート手段を採用する）。

５）海上船舶への補給機能を提供する。燃油、淡水、生活物質等を供給、補充し、巡航作業期間を伸びさせ、巡航頻度及び機動性を向上させる。

６）海上の通信基地局に用いられ、通信信号のカバー範囲を増大させ、水上警察用船舶の乗員及び周辺海域の作業員、漁民に便利な通信サービスを提供できる。

７）浮体式構造の周辺海域での海上作業の船員及び島民に対する航走安全及び救援の保障機能を提供でき、浮体式構造は、医療センター、緊急救助（ヘリコプター、高速船）、救援の機能を提供できる。

８）水上警察の船舶の横付け、休憩（レクリエーションスペース・トレーニングジム）、船員滞在の保障を提供できる。

９）ヘリコプターの離着陸、通信、監視、レーダー、ナビ、ヘリコプターの格納庫（甲板に配置される）を提供できる。

５．主要特徴

実施例の好ましい範囲内の浮体式構造の特徴は以下のとおりである。

１）該浮体式構造の下部浮体は、９つの長尺状浮体が水平に配置されてなり、隣り合う各浮体の間の間隔が５．５メートルである。該浮体式構造の各浮体の合計体積が８２４００立方メートルとなり、満載時の排水体積の６６３４０立方メートルより大きい。浮体式構造は、上部構造が箱型の構造であり、中間接続構造が鉛直の柱、交差筋交い（傾斜柱）、横方向の水平棒及び水平支持部品からなるトラス構造である。上記の３つの構成部分が互いに接続され一体の超静定空間構造に形成される。

２）該浮体式構造は、長さが３１０メートルである。したがって、実施例の好ましい範囲における外輪郭の少なくとも一方向の寸法が１５０メートルを超えるという特徴を満たす。

３）該浮体式構造は、各浮体の高さが７．５メートルであり、幅が５．０メートルであり、適用水域の最大波高が２３メートル以上である。したがって、実施例の好ましい範囲における各浮体の断面の最大高さ寸法が適用水域の最大波高寸法の１／２より小さく、最大幅寸法が断面の最大高さ寸法の２倍以下であるという特徴を満たす。隣り合う浮体間の距離が５．５メートルであるので、実施例の好ましい範囲における隣り合う各浮体間の距離が、隣り合う２つの浮体のうち、幅寸法の大きい浮体の断面幅寸法の０．５倍より大きいという特徴を満たす。

４）該浮体式構造の各浮体の合計体積が８２４００立方メートルであり、満載時の排水体積が６６３４０立方メートルとなるので、実施例の好ましい範囲における各浮体の合計体積が浮体式構造の満載時の全重量に相当する水の体積の２倍より小さいという特徴を満たす。

５）該浮体式構造は、長さが３１０メートル（Ｌ）であり、幅が９０メートル（Ｂ）であり、軽荷時の重心から静水面までの距離が１４．５メートル（Ｈ）である。したがって、上記の実施例の好ましい範囲における水上浮体式構造の水平方向における長さ方向及び幅方向の分布寸法が浮体式構造の軽荷時の重心から静水面までの高さの４倍以上となるという特徴を有する。

６）該浮体式構造に１８台の全旋回推進器４が配置され、浮体式構造に自己航走能力を付与し、全旋回推進器５の方位角を調整することによって浮体式構造の航走方向を制御することができる。これは、上記の実施例の好ましい範囲における前記水上浮体式構造に駆動装置及び方向制御装置が取り付けられるという特徴を満たす。

７）該浮体式構造は、浮体の体積が９１５６立方メートルであり、これに対し、浮体式構造の全重量に相当する排水体積が６６３４０立方メートルであるので、８つの浮体の内部空間に軽量非吸水性材料３１１が充填されると、その合計排水体積が浮体式構造の全重量に相当する水の体積より大きくなる。したがって、上記の実施例の好ましい範囲における特徴を満たす。

水上浮体式構造は、少なくとも５つの浮体と、２５本の柱と、空間において連続する上部筐体構造とにより構成される一体の構造である。図１６～図１８に示すように、構造力学によると、２つの下部浮体、４本の柱及びそれと対応する上部筐体構造の部分（半潜水式プラットフォームと類似する）で１つの密閉の不静定空間構造ユニットを構成することができるので、本発明の浮体式構造が、任意方向においても、少なくとも４つの不静定空間構造ユニットからなる連続的な構成となる。したがって、全体として、本発明の浮体式構造が少なくとも１６個の不静定空間構造ユニットからなる組合せ構造であるため、構造全体として大きな解体防止の余裕がある。

水上浮体式構造の構成に対する分析から分かるように、下部浮体構造及び中間接続構造は、いずれも数多く分散して配置され、構造が力を受けるとき、各構成部材が比較的バランスよく協働しており、予測しうる最悪な海況及び記録に残る最悪の衝突、暗礁への乗り上げ、浅瀬への乗り上げ、貨物の異常変位等の事故に遭うとき、１つ又は複数の不静定空間構造ユニットの一部の部材が損壊して作動できなくなっても、残りの構造が依然として不静定空間構造ユニットからなる組合せ構成となっているので、正常に役割を果たすことができる。

本発明は、設計するとき、各種の海況及び事故の統計資料を検索することにより合理的に分析し、悪い海況の極端荷重と各種の記録に残る事故の破壊力の限界値を予測することができる。海難事故の記録として残されたサンプルが十分多く代表的なものもあるので、これらに基づく事故形態と限界値に対する分析が信頼でき、当業者が実施できることである。そのため、これらは、プラットフォームの構造全体の設計に対して参考になる。これによって、極端な状況で本発明の浮体式構造の複数の局部ユニットが次々と損壊することがないよう保障でき、つまり、本発明の浮体式構造によって上記の状況でも構造全体の解体しない確実な安全性を保障できる。

常規技術による船舶や海上プラットフォームにおいて、部材が、重要さ及び力受け状態に応じて、キーパーツ、重要パーツ、一般パーツ等に分類され、本発明の各力受けパーツは重要さがほぼ同等であるとともに互いにサポートできるので、「弱み」パーツの失効による関連構造が続々と失効することや全体崩壊のリスクが存在しない。

これに対して、半潜水式プラットフォームの場合、半潜水式プラットフォームの任意の浮体又は柱が損壊すると、浮力室が浸水し、構造全体の応力が劣るようになり、処置が適時でない場合、傾斜、断裂し、ひいては転覆する最悪な結果をもたらす可能性もある。

基本モジュールの具体的な実施形態

本発明の実施例による超大型海上浮体式構造物の基本モジュールは、具体的に、２つ以上の基本モジュールが海上で互いに接続されて、超大型海上浮体式構造物（ＶＬＦＳ）を構成することが可能である。該超大型海上浮体式構造物は、浮体式総合保障基地とすることが可能であり、各種の船舶を直接横付けさせたり、甲板に大型の積卸機械が配置されることによって、積卸し、中継輸送及び格納の機能を提供したりすることができる。超大型海上浮体式構造物の基本モジュールの基本構成は、超扁平の空間構造であり、主に下部浮体構造と、上部構造と、中間接続構造とを含む。

図１９～図２１に示すように、本発明の実施例における超大型海上浮体式構造物の基本モジュールは、上部構造１と、中間接続構造２と、下部浮体構造３とを含む。該超大型海上浮体式構造物の基本モジュールは、水平方向の長さ又は幅が、超大型海上浮体式構造物の基本モジュールの軽荷時の重心から静水面までの高さ（Ｈ）の４倍以上であり、全体として超扁平状の外形を呈するものである。

例えば基本モジュールは、少なくとも５つの浮体と、２５本の柱（図に例示した数がもっと多い）と、空間において連続する上部筐体構造とにより構成される一体の構造である。構造力学によると、２つの下部浮体、４本の柱及びそれと対応する上部筐体構造の部分（半潜水式プラットフォームと類似する）で１つの密閉の不静定空間構造ユニットを構成することができるので、本発明の基本モジュールが、任意方向においても、少なくとも４つの不静定空間構造ユニットからなる連続的な構成となる。したがって、全体として、本発明の基本モジュールが少なくとも１６個の不静定空間構造ユニットからなる組合せ構成であるため、構造全体として大きな解体防止の余裕がある。

基本モジュールの構成に対する分析から分かるように、下部浮体構造及び中間接続構造は、いずれも数多く分散して配置され、構造が力を受けるとき、各構成部材が比較的バランスよく協働しており、予測しうる最悪な海況及び記録に残る最悪の衝突、暗礁への乗り上げ、浅瀬への乗り上げ、貨物の異常変位等の事故に遭うとき、１つ又は複数の不静定空間構造ユニットの一部の部材が損壊して作動できなくなっても、残りの構造が依然として不静定空間構造ユニからなる組合せ構成となっているので、正常に役割を果たすことができる。

本発明は、設計するとき、各種の海況及び事故の統計資料を検索することにより合理的に分析し、悪い海況の極端荷重と各種の記録に残る事故形態の破壊力の限界値を予測することができる。海難事故の記録として残されたサンプルが十分多く代表的なものもあるので、これらに基づく事故形態と限界値に対する分析が信頼でき、当業者が実施できることである。そのため、これらは、プラットフォームの構造全体の設計に対して参考になる。これによって、極端な状況で本発明の基本モジュールの複数の局部ユニットが次々と損壊することがないよう保障でき、つまり、本発明の基本モジュールによって上記の状況でも構造全体の解体しない確実な安全性を保障できる。

常規技術による船舶や海上プラットフォームにおいて、部材が、重要さ及び力受け状態に応じて、キーパーツ、重要パーツ、一般パーツ等に分類され、本発明の各力受けパーツは重要さがほぼ同等であるとともに互いにサポートできるので、「弱み」パーツの失効による関連構造が続々と失効することや全体崩壊のリスクが存在しない。

これに対して、半潜水式プラットフォームの場合、半潜水式プラットフォームの任意の浮体又は柱が損壊すると、浮力室が浸水し、構造全体の応力が劣るようになり、処置が適時でない場合、傾斜、断裂し、ひいては転覆する最悪な結果をもたらす可能性もある。

図１９～図２０に示すように、上部構造１の上面と下面が上下甲板を構成し、中間甲板を加えてもよい。上下甲板は、構造全体に作用する力を受ける。一実施形態の上部構造１は、枠構造による剛性構造を採用することが可能であり、上部構造１内に数多くの区画室が形成されることが可能である。

枠構造は、梁と柱とを接続してなるものであり、荷重受け系を構成する構造である。すなわち、梁と柱からなる枠全体が使用過程に生じた水平荷重と縦方向荷重に対抗するようになっている。

図１９～図２０に示すように、例示した実施例において、高さ方向に、上部構造１内に１層の構成又は少なくとも２層の構成を形成するように設計されることが可能である。各層に数多くの区画室が配置されることができ、区画室の配置方式が機能要求に応じて設定されることができる。そのうち、各区画室の主要構造支持部材は、縦方向の少なくとも３本の柱と、横方向に沿う頂部の接続梁とを用いることができる。接続梁は、その頂部又は底部に柱を接続することができる。横梁と柱とが、例えば分岐継手のような接続部品を介して接続される。各部品同士が、溶接接続、かしめ接続、ボルト接続又は迅速な係止接続により接続されることが可能である。このようにして、横梁と柱で安定構造支持体が構成される。上部構造１の構造全体が構成安全レベルの要求を満たすように、横梁と柱との間に棒状筋交い又はトラス式支持構造を加えてもよい。

さらに、上部構造１内に横梁と柱又はその他の棒状支持構造により剛性支持構造を構成してもよく、例えば建築物の部屋の構成方式を参照し、板材で囲まれる各機能室を形成してもよい。壁板が荷重受け構造でないため、例えばアルミハニカムパネル、ロックウール複合板、軽量鉄骨ユニット壁体等の軽量板材を用いることができる。なお、難燃の板材を用いることが好ましい。天板と床板は、鋼板又はその他の荷重受け板を用いることができる。

なお、前記上部構造１の柱・梁式構造は、構成安全レベルの要求を満たすいかなる形式の柱・梁式構造であってもよい。例えば複数の縦方向又は横方向トラス式支持構造で、上部構造１を構成し、数多くの機能室に仕切ることができる。

柱・梁からなる空間枠構造で上部構造を実現する場合、従来の船舶や水上浮体構造の設計と比べ、上部構造１の構成設計の自由度（自由さとも言う）を大幅に向上させ、上部機能室の設計、配置を自由に変化させることができる。これによって、上部構造１の改造可能な余地がかなり大きくなり、主要荷重受け構造が梁、柱及びその他の支持構造（なくてもよい）である。その他の部材（作業室間の仕切り部品、作業室の上下天板等）は、局部機能的荷重だけを受け、基本モジュール構造全体に作用する力を受けない非主要荷重受け構造として設計されてもよい。上記の特性によれば、局部機能的荷重を満たす前提で、基本モジュールの非主要荷重受け構造が任意に変更されること可能であり、変更されても構造全体の力受け状態が影響されることがない。非主要荷重受け構造は、防蝕のためのコストを大幅に低減させるために、非金属材料を利用してもよい。非主要荷重受け構造が、組立（非溶接）の方式で主要荷重受け構造に接続されてもよい。

もう１つの実施形態の上部構造１は、筐体構造からなる剛性構造層である。主要荷重受け構造が板・梁からなる空間構造であり、区画室における横壁、縦トラス材、区画室を構成する上下甲板等の部材が力受け構造部材として縦強度の計算に用いられる。

ここでの筐体構造は、複数の互いに制限される板状部品からなる空間筐体構造であり、各板がそれぞれ局部荷重を受け、四つの辺で曲げモーメントを受けるように構成される。

例えば上部構造１は、甲板と、囲み壁と、いくつかの縦方向及び横方向の室壁とからなる空間筐体構造である。その甲板は、例えば主甲板、中間甲板、下甲板等があるように複数層を設けることができる。上部構造１の本体が予備浮力を提供するように設けられてもよく、すなわち、上部構造１の本体が水密性又は一定の水密性を有するように設けられてもよい。上部構造１の本体は、１つの単独の筐体構造であってもよく、例えば「田」字形、「井」字形、「△」字形のようないくつの縦横に構成された筐構造の組合せであってもよい。

例えば上部構造１は、縦横混合骨組みの形式を用いることが可能である。各領域内の主梁の方向が異なり、主梁の長さ方向に垂直する方向において互いの間隔が異なる補強枠が設けられている。全ての主要側壁骨組みが水平に配置され、全ての内壁が鉛直方向補強材を用いる。枠構造は、従来の船舶又は海上基本モジュールの区画室に用いられる常用の構造形式であるため、ここで説明を省略する。

なお、前記上部構造１は、筐体構造と枠式構造とを組み合わせて構成されることができる。例えば枠式構造に縦方向又は横方向の板・梁を加えて、構造の強度をさらに向上させるように構成されてもよい。筐体構造を主とする構造において、各種の柱及び横梁を加えて補強してもよい。また、例えば上部構造１の中部が枠式構造を利用し、外周及び／又は底層が筐体構造を利用するように構成されてもよい。

本発明の実施例の上部構造１は、全体が使用水域の最大波高より上に位置する。上部構造１に形成される複数の区画室が密封可能な区画室として設けられてもよく、多層仕切りの区画室構造の場合、通常、少なくとも中部以下の区画室が密封するように設けられてもよい。その詳細は、従来の区画室構造を参照することが可能である。このようにして、極端な状況に遭うとき、下部の複数の多浮体３が失効した場合でも、上部構造１の浮上状態を維持することができる。

図１９～図２０に示すように、一実施形態の中間接続構造２は、複数の互いに間隔をあける浮体を備える、水平面と交差する第１方向に沿う接続構造２１を有する。複数の互いに間隔をあける浮体が多浮体の上へ延伸する部分とみなされてもよい。この部分の浮体が特殊機能を持つ浮体であるので、極端な状態で基本モジュール全体が極大の角度で傾斜したとき、第１方向に沿う接続構造２１が有する複数の互いに間隔をあける浮体が水中に入り、浮力を提供できる。復原フォースアームが非常に長く、全体として大きい復原モーメントが発生するので、基本モジュール全体の復原性がより確実になる。

なお、基本モジュールが大きく傾斜したとき、水平面と交差する中間接続構造が水中に入り、安全復原力を提供することができる。例えば設計計算及び実験データによれば、水平面と交差する中間接続構造の横断面面積の合計が下部の多浮体３の静水での喫水箇所の水線面積の５％より大きいとともに、最外側の水平面と交差する中間接続構造から基本モジュールの重心までの距離が基本モジュールの重心から水面までの距離の２倍よりも大きい場合、基本モジュールの合計復原モーメントが、現れる可能な風、波等による基本モジュールに作用する最大転覆モーメントより大きくなる。これによって、基本モジュールは、転覆しない安全性を有する。本発明に記載の中間接続構造の小水線面積の特徴について、柱構造を用いる場合、構造の外観が常規の半潜水式プラットフォームと類似するが、柱構造は、基本モジュールが大きく傾斜し又は大きい波が下部浮体構造を越えたとき、その一部だけ水中に入り、プラットフォーム全体が鉛直方向で沈んで該柱構造が持続的に水中に入る形態にならない。

例えば本発明の実施例による基本モジュールは、第１方向に沿う接続構造２１だけ設置されることが可能である。これによって、浮体の間に大領域かつ無障碍の水面作業スペースを形成することができる。

本発明の実施例における小水線面積の特徴を有する中間接続構造２は、その第１方向に沿う接続構造２１の複数の浮体が、水面と交差する複数の浮体式接続構造であってもよい。これらの浮体式接続構造の水平断面の幅が、接続しているブイ３１の水線面の幅より小さい。ここで、「幅」は、長尺状のブイ３１の長さ方向に垂直する方向の寸法を指している。第１方向に沿う接続構造２１の複数の浮体は、柱式構造であってもよく、扁平状の上下に延伸する中空の接続構造であってもよい。本発明の実施例において、第１方向に沿う接続構造２１の複数の浮体が互いに間隔をあけて配置されるものであるので、プラットフォーム全体に作用する外部荷重を低減させるように波を通させ、安全性を確保することができる。本段落に説明された複数の浮体式接続構造は、１つのブイ３１に接続される５つ以上の互いに間隔をあける浮体式接続構造を指している。

第１方向に沿う接続構造２１は、複数の鉛直の、中空・密閉構成の柱を含むことが可能である。柱は、外形によって、円柱と角柱、等断面柱と変断面柱に分けられる。柱は、大部分を等断面円柱にし、少部分を角柱にすることができる。分析によって、本実施例の浮体式接続柱は、受ける外部荷重が小さく、支持強度が優れている。下部の多浮体３が分散して配置される複数の長尺状のブイ３１を備えるため、第１方向に沿う接続構造２１の複数の柱式浮体が複数列に配置され、各列において各柱がそれぞれ一定距離の間隔をあけて配置されることができる。柱の配列が下部の多浮体３の各ブイ３１の配列によって決められ、原則として、複数の柱が間隔をあけて各ブイ３１に接続される。柱と上部構造及び下部の多浮体３との接続箇所の前側及び後側に、中空構成の面取り接続部を設置するように構成されてもよい。柱と上部構造及び下部の多浮体３との接続箇所は、標準の筐体からなるジョイント構造を用いてもよい。そして、上部構造へ人又は貨物を運送するため、柱２１内にエスカレーター又は階段等の運送設備が設置されてもよい。

図２２は、第１方向に沿う接続構造２１が浮力を提供しない場合の、基本モジュールに対して転覆テストを行ったデータを示すものである。そのうち、横傾斜角が１０度を超えた後、基本モジュールの復原フォースアームが正の値から急速に下がり、横傾斜角が４５度を超えると、復原フォースアームが負の値になり、逆に基本モジュールの転覆を加速させるようになる。図面における符号の説明が以下のようになる。

図２３に示すように、本発明の実施例における浮体式接続構造は、全体の断面積が下部の多浮体３の静水喫水線面積の約１０％～３０％であるので、浮体の上方への分布の連続性を保障でき、最大傾斜角（一側の長尺状浮体が完全に水中に入る）になったときも復原フォースアームが正の値に維持される。極端な状況でも、基本モジュールの優れた転覆防止性能を維持できる。

図１９～図２１示すように、下部の多浮体３の一実施形態において、下部の多浮体３は、複数の長尺状ブイ３１を有し、具体的に、少なくとも５つ以上の長尺状ブイ３１を有してもよい。これらの長尺状ブイ３１が一定距離の間隔をあけて平行に配置される。該基本モジュールは、軽荷状態及び満載状態のいずれの状態において、喫水線がいつも下部の多浮体３の高さ範囲内に位置するように、各浮体の排水体積の合計が前記基本モジュールの満載状態時の排水体積より大きいように設定されることが、主要条件である。これによって、大きい積載能力を提供できる荷重変化に対して敏感でない超大水線面積基本モジュールを実現することができる。図１９～図２１に示した実施形態において、複数の長尺状ブイ３１は、その縦方向が基本モジュールの縦方向に沿って、一定距離の間隔をあけて平行に配置されている。下部の多浮体３は、複数のブイ３１の組合せにより数多くの形態となるように構成されてもよく、異なる形態の縦横に交差する浮体の組合せにより構成されてもよい。すなわち、各ブイ３１間に適当の間隔を設けて波の作用を打ち消すことができればよい。

各ブイ３１は、主に複数の縦横の補強構造及びハウジング板枠により水密ハウジングが構成されることが可能である。その構成が水密性と強度を確保できる必要がある。ブイ３１の断面は、最大高さ寸法が適用水域の最大波高の寸法の１／２よりも小さい寸法となり、最大幅寸法が断面の最大高さ寸法の２倍以下の寸法となるように形成されることが可能である。下部の多浮体３の隣り合うブイ３１間の距離は、隣り合う２つの浮体のうちの、幅寸法がより大きいブイ３１の断面幅寸法の０．５倍となるように形成されることが可能である。

さらに、各ブイ３１の排水体積の合計を、基本モジュールの満載時の全重量に相当する水の体積の２倍以下にする。基本モジュールの静水喫水線を大体各ブイ３１の半ばより上に位置させる。１つの選択肢として、基本モジュールの可変荷重に対応する排水体積を各ブイ３１の合計体積の１／４以下にすることである。この範囲で、できるだけ多くの浮体を配置し、基本モジュールの積載能力を増大させることができる。

図面に示した具体的な実施例において、下部の多浮体３は、同一平面に位置する、直径及び長さが略同一であるとともに一定距離の間隔をあけて配置されている複数の長尺状ブイ３１（図面に同寸法の浮体が同一平面内に配置されているものが示されたが、寸法が異なってもよく、同一平面に配置されなくてもよい）を有してもよい。ここで、各ブイ３１は、その縦方向が基本モジュールの縦方向に沿って、間隔をあけて配列されている。ブイ３１の数が、真ん中に１つ、両側にそれぞれ５つを対称に配置するように計１１つである。ブイ３１の断面を円形、楕円形、方形又はその他の幾何形状にすることができる。各ブイ３１は、大きさが異なってもよく、例えば外輪郭寸法が異なるブイ３１を組み合わせて使用してもよい。

多浮体の最外側のいくつのブイ３１内に、例えばポリスチレン発泡プラスチックのような軽量非吸水性材料３１１が充填されることが好ましい。図面に示した具体的な実施例において、左右両側それぞれ４つ、計８つのブイ３１に充填され、８つのブイ３１による総浮力が基本モジュール全体の自重に相当する排水量の約１．２倍である。これによって、基本モジュールは、衝突、暗礁に乗り上げによる浮体のハウジング破損が発生する場合、８つの充填されたブイ３１が浮力を喪失することなく、浮体の浮力喪失による基本モジュールの転覆又は沈没が発生しないので、大きな実用価値がある。

なお、ブイ３１は、長尺状に限定されず、もう１つの実施例において、下部の多浮体３が分散して配置される複数の独立な浮体を含み、浮体の形状は、円体、楕円体等の想到できる基本モジュールに適用できる様々な形状であってもよい。

なお、もう１つの実施例において、下部の多浮体３は、様々な形態の浮体の組合せにより構成されてもよい。例えば長尺状ブイからなる下部の多浮体３が、さらに分散して配置される複数の独立な浮体を含み、浮体の形状は、円体、楕円体等の想到できる基本モジュールに適用できる様々な形状であってもよい。

また、破損する場合でも浸水させなく復原モーメントを提供できるように、第１方向に沿う接続構造２１の各浮体にも軽量非吸水性材料が充填されてもよい。すべてのブイ３１に軽量非吸水性材料が充填されてもよく、ブイ３１の状況に応じて外周側の浮体式接続構造だけに軽量非吸水性材料が充填されてもよい。これによって基本モジュールの安全性を大幅に向上させる。

本発明の実施例における大型の基本モジュールは、その小水線の第１方向に沿う接続構造２１と下部の多浮体３との組合せによって、波の状況に対応する変水線面の浮体構造が形成され、波浪荷重を効果的に低減させる。

本発明の実施例において、基本モジュールに駆動装置及び方向制御装置が配置され、具体的に、各ブイ３１に複数の推進装置４が配置され、これらの推進装置４が全旋回推進装置を用いてもよい。極端な海況を回避する必要があるとき、基本モジュールは、転向及び快速航走ができ、航走速度が１０ノットに達することができる。複数の全旋回推進器４の協働により、自動位置保持機能を実現することができる。

本発明の実施例による基本モジュールは、全体として剛性の上部構造１と、中間接続構造２と、下部の多浮体３とを有し、全体の断面として工字形に類似する。上部構造が工字形断面の上フランジに相当し、下部の多浮体３が工字形断面の下フランジに相当し、中間接続構造２が工字形断面の腹板に相当する。構造設計によって、例えば下部の多浮体３の断面面積と上部構造１の断面面積との、基本モジュールの中立軸の横断面の断面二次モーメントに対する貢献を大体同様にさせ、下部の多浮体３の断面の断面二次モーメントと上部構造１の断面の断面二次モーメントとを大体同様にさせ、当該基本モジュールの中立軸を基本モジュールの中部に設計することができる。これによって、上部構造１、下部の多浮体３（鋼材）の作用を最効率的に発揮させ、最小の鋼材使用量で最大の強度（引張、押圧、曲げ、剪断、捻り等の総合作用に対抗する）を獲得することができるので、構造材料（鋼材）の利用効率を大幅に向上させる。

基本モジュールは、長さ方向の寸法が４００メートルであり、科学的かつ合理的な設計により、その寸法が約６００－８００メートルに達することができる。基本モジュール自身も大型海洋浮体式構造物であり、２つの基本モジュールを接続すれば千メートル級の超大型海上浮体式構造物（ＶＬＦＳ）に形成できる。

図１９～図２０に示すように、例示的な実施例において、各基本モジュールの首部、尾部及び／又は舷側に接続用の２つ以上のロープ牽引装置１１が設置されることが可能である。図１９、図２０に例示したように、上部構造１の首部、尾部の端面にそれぞれ２つのロープ牽引装置１１が設置されている。例えばロープ牽引装置１１は、主に巻上機、ロック装置、ロープ１３等の部品を含む。基本モジュールの首部、尾部の端面に三角形のレイアウトのロープ牽引システムを形成するように、首部、尾部の第１方向に沿う接続構造２１の下部にそれぞれ１つのロープ牽引装置１１が設置される。なお、ロープ牽引システムのレイアウトは、その他の組合せにより形成されてもよい。図２０に示すように、上記の方式により舷側にも横方向のロープ牽引システムを形成することができる。

図１９～２０に示すように、例示的な実施例において、基本モジュールの首部、尾部及び／又は舷側にモジュールを接続・分離するための接続装置１２が設置される。接続装置１２は、磁力的接続装置又は機械的接続装置であってもよく、この２種の組合せであってもよい。接続装置１２は、上部構造１又は下部浮体構造３の首部、尾部及び／又は舷側又はその両方に設置され、基本モジュールを剛性的に接続するものである。なお、接続装置１２は、その数量及び位置を必要に応じて設定でき、さらに需要に応じてヒンジ接続であってもよい。

図３１～図３２に示すように、基本モジュールの接続は、以下のように行われる。まず、２つの基本モジュールのロープ牽引装置１１がロープ１３に介して接続される。そして、２つの基本モジュールの全旋回推進装置４が互いに逆の方向へ推進し、ロープ１３が張られ、２つの基本モジュール同士の離間が制限される。そして、巻上機を起動させることによって、引張力Ｔを推力Ｆより大きいようにロープ１３をさらに張り、２つの基本モジュールのそれぞれの接続装置１２が結合するまで２つの基本モジュールを互いに接近させて、接続装置１２をロックする。

接続を行う際に、２つの基本モジュールの全旋回推進装置４が終始互いに逆の方向に推進するように要求される。ロープの張力を維持したまま、ロープ牽引装置１１の引張力Ｔと推進器４の逆推力Ｆを制御することによって、２つの基本モジュールを制御しながら接近させることを実現するとともに、基本モジュール間の位置決めと方向ガイドを実現する。これによって、大きな質量をもつ基本モジュール間の接触荷重を最低限にし、接触荷重によるモジュール構造への損傷を避ける。

図２４～図２６に示すように、本発明のもう１つの実施例は、上記の実施例と異なり、中間接続構造２は、第２方向に沿う接続構造２２をさらに備え、第２方向に沿う接続構造２２は、水平に設置される梁構造であり、鋼板で溶接して構成されることが可能であり、内部に室仕切り板又は補強板が設けられることが可能である。さらに、例えば図１９～図２１に示した実施形態において、隣り合うブイ３１の間に複数の第２方向に沿う接続構造２２が接続され、第２方向に沿う接続構造２２は、ブイ３１の縦方向に沿って間隔をあけて複数が配置されてもよい。また、ブイ３１の延伸方向に垂直する接続棒を備えてもよく、ブイ３１の延伸方向と交差する接続棒を備えてもよい。第２方向に沿う接続構造２２は、中空の密閉構造の接続棒を用い、航走中の抵抗を低減するため、接続棒の断面形状が水滴形、翼形又はその他の流線形状に形成されることが可能であり、該接続棒の断面形状が水平面に平行するように形成されてもよい。接続棒は、全体が各ブイ３１の上に接続され、ブイ３１と溶接、かしめ又はねじ接続の方式で固定接続されるように構成されてもよく、各ブイ３１に挿入し、各ブイ３１における構造梁に接続されるように構成されてもよい。接続棒の代わりに、接続片等の接続構造を利用しもよい。接続棒が各ブイ３１に垂直して接続されてもよく、ブイ３１に対して傾斜して接続されてもよい。このようにして、第２方向に沿う接続構造２２を利用することにより下部の多浮体３の構造安定性を向上させることができる。

図１９～図２１に示すように、本発明による具体的な応用例は以下のとおりである。

図面に例示したように、該基本モジュールの使用海域に現れ可能な最大波高の統計値が約２２メートルとなる。該基本モジュールの上部構造は、３層の甲鈑を備える筐体構造に設計され、該基本モジュールの高強度甲鈑を構成するものである。例えば図面に示すように、上部構造は、長さを６００メートルにし、幅を１５１メートルにし、高さを１３メートルにすることが可能である。したがって、９．０６万平方メートルの最上全通甲板及び２７．１８万平方メートルの上部室を提供できる。

該基本モジュールの下部の多浮体３は、形状が同一かつ互いに独立で縦方向に配置される１１個のブイ３１（長尺状浮体とも言う）を含み、基本モジュール全体に浮力を提供する。例えば図面に示すように、下部の多浮体３の各ブイ３１の横断面が同様な丸角付きの矩形に設計され、各ブイ３１の長さを６００メートルにし、高さを１１．５メートルにし、最大幅を８．８メートルにし、ブイ３１間の間隔を６メートルにする。１１個のブイ３１の外縁間の分布間隔を１５１メートルにすることが可能であり、多浮体が合計約６６７０００立方メートルの排水体積を提供する。多浮体の水線面積の合計を５７８００平方メートルにする。基本モジュールの最大排水量が４１００００トンになり、そのうち、自重が約１９００００トンであり、設計載貨重量が約２０００００トンである。設計満載状態時の喫水が約７．３メートルであり、軽荷喫水が約４．８メートルである。軽荷時と満載時の喫水変化が約２．５メートルになる。軽荷時の基本モジュールの重心Ｇから静水面までの高さＨが約２５メートルである。該基本モジュールの多浮体の幅方向の分布寸法が前記基本モジュールの軽荷時の重心から静水面までの高さの６．０４倍である。

設計波（修正後の正弦波）高が２２メートルであり、波長が６２１メートルであるとき、浮体の最大合計縦曲げモーメントの予測値が約９．７６Ｅ１０Ｎｍである。中央部の最大構造応力が約２２０ＭＰ（許容応力が３２０ＭＰである）であり、構造全体のたわみが約１／５００であり、「剛体」の規定を満たす。

第１方向に沿う接続構造２１は、丸角付きの長方形に形成される中空の柱体であり、その長さが約１０メートルであり、幅が約６メートルであり、高さが約２８メートルである。第１方向に沿う接続構造２１の横断面面積が６０平方メートルである。各長尺状浮体に１５個の第１方向に沿う接続構造２１が等間隔で配置され、１１個の浮体で計１６５個が配置される。したがって、合計横断面面積が約９９００平方メートルになり、多浮体水線面積の１７．１％を占める。

該基本モジュールは、各ブイ３１の体積が６０７２０立方メートルであり、基本モジュールの全重量に相当する排水体積が４１００００立方メートルであるので、最外側の８つのブイ３１の内部空間に軽量非吸水性材料３１１が充填される場合、その排水体積が約４８５７６０立方メートルになり、基本モジュールの全重量に相当する排水体積より大きくなる。

図２０に示すように、各ブイ３１の首部と尾部にそれぞれ駆動装置及び方向制御装置４が設置されてもよい。具体的に、図面に示すように、首部、尾部にそれぞれ電動推進のラダープロペラが設置され、計２２台設置される。これによって、基本モジュールに良好の駆動能力と全方向制御能力を提供する。

もう１つの具体的な実施形態

１．概要

図２４、図２５及び図２６は超大型海上基本モジュールの一応用形態を示すものである。該基本モジュールは、海での航走に適し、２２台の全旋回推進器４により推進される海上大型基本モジュールである。露天の上甲板又はその他の甲板に大型の貨物、ヘリコプター、コンテナ等を積載することができ、さらに、石油の貯蔵、冷蔵貨物の貯蔵、生活施設等の提供もできる。

図面に例示したように、該基本モジュールの使用海域に現れ可能な最大波高の統計値が約２２メートルとなる。該基本モジュールの上部構造は、３層の甲鈑を備える筐体構造に設計され、該基本モジュールの高強度甲鈑を構成するものである。例えば図面に示すように、上部構造は、長さを６００メートルにし、幅を１５１メートルにし、高さを１３メートルにすることが可能である。したがって、９．０６万平方メートルの最上全通甲板及び２７．１８万平方メートルの上部室を提供できる。

該基本モジュールの下部の多浮体３は、形状が同一かつ互いに独立で縦方向に配置される１１個のブイ３１（長尺状浮体とも言う）を含み、基本モジュール全体に浮力を提供する。例えば図面に示すように、下部の多浮体３の各ブイ３１の横断面が同様が丸角付きの矩形に設計され、各ブイ３１の長さを６００メートルにし、高さを１１．５メートルにし、最大幅を８．８メートルにし、ブイ３１間の間隔を６メートルにする。１１個のブイ３１の外縁間の分布間隔を１５１メートルにすることが可能であり、多浮体が合計約６６７０００立方メートルの排水体積を提供する。多浮体の水線面積の合計を５７８００平方メートルにする。基本モジュールの最大排水量が４１００００トンになり、そのうち、自重が約２０００００トンであり、設計載貨重量が約２０００００トンである。設計満載状態時の喫水が約７．５メートルであり、軽荷喫水が約５メートルである。軽荷時と満載時の喫水変化が約２．５メートルになる。軽荷時の基本モジュールの重心Ｇから静水面までの高さＨが約２５メートルである。該基本モジュールの多浮体の幅方向の分布寸法が前記基本モジュールの軽荷時の重心から静水面までの高さの６．０４倍である。

設計波（修正後の正弦波）高が２２メートルであり、波長が６２１メートルであるとき、浮体の最大合計縦曲げモーメントの予測値が約９．７６Ｅ１０Ｎｍである。中央部の最大構造応力が約２２０ＭＰ（許容応力が３２０ＭＰである）であり、構造全体のたわみが約１／５００であり、「剛体」の規定を満たす。

第１方向に沿う接続構造２１は、丸角付きの長方形に形成される中空の柱体であり、その長さが約１０メートルであり、幅が約６メートルであり、高さが約２８メートルである。第１方向に沿う接続構造２１の横断面面積が６０平方メートルである。各長尺状浮体に１５個の第１方向に沿う接続構造２１が等間隔で配置され、１１個の浮体で計１６５個が配置される。したがって、合計横断面面積が約９９００平方メートルになり、多浮体水線面積の１７．１％を占める。中間接続構造２が第２方向に沿う接続構造２２をさらに備え、第２方向に沿う接続構造２２は、水平に設置される梁構造であり、鋼板で溶接して構成されることが可能であり、内部に室仕切り板又は補強板が設けられることができる。

該基本モジュールは、各ブイ３１の体積が６０７２０立方メートルであり、基本モジュールの全重量に相当する排水体積が４１００００立方メートルであるので、最外側の８つのブイ３１の内部空間に軽量非吸水性材料３１１が充填される場合、その排水体積が約４８５７６０立方メートルになり、基本モジュールの全重量に相当する排水体積より大きくなる。

図２０に示すように、各ブイ３１の首部と尾部にそれぞれ駆動装置及び方向制御装置４が設置されてもよい。具体的に、図面に示すように、首部、尾部にそれぞれ電動推進のラダープロペラが設置され、計２２台設置される。これによって、基本モジュールに良好の駆動能力と全方向制御能力を提供する。

特別な定義がない限り、本発明に使用される用語は、当業者が通常に理解している意味を有する。本発明に説明される実施形態は、例示的なものにすぎず、本発明の保護範囲を限定するものではない。当業者にとって、本発明の範囲内で各種のその他の置換、変更及び改良を行うことができるので、本発明は上記の実施形態に限定されず、請求項に準ずるものである。

Claims (7)

1. 水上浮体式構造において、
   下部の多浮体と、上部構造と、中間接続構造とを有し、
   前記下部の多浮体が、３つ以上の水平に配置される長尺状浮体を含み、各浮体が一定の間隔をあけて設置され、各浮体の排水体積の合計が前記水上浮体式構造の満載状態時の排水体積より大きく、
   前記上部構造が、枠構造又は筐体構造であり、
   前記中間接続構造が、少なくとも水平面と交差する第１方向に沿う接続構造を含み、前記第１方向に沿う接続構造が、上方へ延伸する予備浮力を提供する複数の浮体を備え、各前記長尺状浮体に対して３つ以上の前記第１方向に沿う接続構造が接続され、前記第１方向に沿う接続構造の各浮体の水平方向の断面幅が、いずれも対応する前記長尺状浮体の幅より小さく、前記中間接続構造が前記下部の多浮体及び前記上部構造と接続され、
   前記下部の多浮体は、各浮体の断面の最大高さ寸法がいずれも前記水上浮体式構造が位置する水域の最大波高寸法の１／２より小さく、隣り合う浮体間の距離が、隣り合う２つの浮体のうち、幅寸法が大きい浮体の断面幅寸法の０．５倍より大きく、
   前記水上浮体式構造の下部の多浮体は、水平方向における長さ方向及び幅方向の分布寸法が前記水上浮体式構造の軽荷時の重心から静水面までの高さの４倍以上である
   ことを特徴とする水上浮体式構造。
2. 前記下部の多浮体は、少なくとも１方向の外輪郭寸法が１５０メートルより大きいことを特徴とする請求項１に記載の水上浮体式構造。
3. 前記下部の多浮体は、各浮体の最大幅寸法が各浮体の断面の最大高さ寸法の２倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の水上浮体式構造。
4. 前記下部の多浮体は、各浮体の合計体積が浮体式構造の満載時の全重量に相当する水の体積の２倍より小さいことを特徴とする請求項１に記載の水上浮体式構造。
5. 前記水上浮体式構造に駆動装置及び方向制御装置が取り付けられることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の水上浮体式構造。
6. 前記下部の多浮体は、外側に位置する一部の浮体の内部に複数の水密隔離室が形成され、又は内部に軽量非吸水性材料が充填され、上記の一部の浮体の排水体積の合計が該浮体式構造の満載時の同等量の水の体積より大きく、及び／又は、前記中間接続構造の外側に位置する一部の浮体の内部に複数の水密隔離室が形成され、又は内部に軽量非吸水性材料が充填されることを特徴とする請求項５に記載の水上浮体式構造。
7. 前記第１方向に沿う接続構造は、水平方向の全体断面積が前記下部の多浮体の静水喫水線の水線面積の１０％～３０％であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の水上浮体式構造。

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