戴超交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院

超大型浮式結(jié)構(gòu)物（VLFS）的應(yīng)用前景及優(yōu)越性分析

戴超
交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院

摘要：超大型浮式結(jié)構(gòu)物（Very Large Floating Structure簡(jiǎn)稱VLFS）是指那些尺度以公里計(jì)的浮式結(jié)構(gòu)物，以區(qū)別于目前以百米計(jì)的船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物。在開(kāi)發(fā)和利用海洋資源，特別是深海遠(yuǎn)海海域海洋資源項(xiàng)目，VLFS結(jié)構(gòu)應(yīng)用具有重要意義和優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：VLFS；海洋工程；填海造陸

1、背景

隨著人口增長(zhǎng)、能源危機(jī)讓人們對(duì)海洋能源開(kāi)發(fā)及利用的需求日益增長(zhǎng)，最接近陸地的海域都已被使用殆盡，人們的目光就不得不投向海洋的縱深方向。面對(duì)這一形勢(shì)，國(guó)際海洋工程界掀起了研究VLFS的熱潮。

VLFS既Very Large Floating Structure，是一種超大型的浮式結(jié)構(gòu)物，目前尚沒(méi)有一個(gè)明確的統(tǒng)一的定義。業(yè)內(nèi)普遍的觀點(diǎn)是，VLFS至少須滿足兩點(diǎn)：一是它至少在一個(gè)維度上以km、甚至數(shù)十km計(jì)，以區(qū)別于現(xiàn)有的尺度以百m計(jì)的大型船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)物，二是它的水平尺度要遠(yuǎn)大于須計(jì)及剛體運(yùn)動(dòng)的特征長(zhǎng)度。

2、VLFS的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1VLFS的主要用途：

（1）作為大量開(kāi)發(fā)和利用海洋資源就所必要的研究基地、海上中轉(zhuǎn)基地等；

（2）當(dāng)沿海城市缺乏合適的陸域時(shí)，可以把一些原本應(yīng)建在陸地上的設(shè)施，如空港、核電站、廢物處理廠等，移至或新建在近海海域VLFS結(jié)構(gòu)上，以圖降低城市噪音和環(huán)境污染；

（3）在國(guó)際水域建立合適的軍事基地，以期對(duì)某地區(qū)的政治、軍事格局產(chǎn)生戰(zhàn)略性的影響。

2.2VLFS應(yīng)用領(lǐng)域

（1）海上浮式基地

我國(guó)南海是位于中國(guó)南部的陸緣海，其水深大、幅員遼闊，被中國(guó)大陸、中國(guó)臺(tái)灣島、菲律賓群島、大巽他群島及中南半島所環(huán)繞，南海海域牽涉到許多國(guó)家的利益，是一個(gè)非常敏感的地區(qū)。如能在南海海域建設(shè)海上浮式基地供來(lái)往運(yùn)輸船隊(duì)、海軍編隊(duì)隨時(shí)補(bǔ)給、休整，甚至是更大的含有起降大型飛機(jī)的“海上城市”以這些浮式基地作為據(jù)點(diǎn)輻射周邊，那么必將改變現(xiàn)有南海各島礁的生存環(huán)境，可為我國(guó)開(kāi)發(fā)南海和控制主權(quán)的活動(dòng)提供便利、加快深遠(yuǎn)海的開(kāi)發(fā)利用。

（2）海上風(fēng)電場(chǎng)

海上風(fēng)能是眾多能源中開(kāi)發(fā)利用較清潔的資源。由于陸上的兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)葉片長(zhǎng)度增大，導(dǎo)致兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)陸上運(yùn)輸及安裝都變得相對(duì)困難，而在海上，這些都能有效地得到解決。海上裝置風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠有效地提高其發(fā)電容量，且海上風(fēng)速在高度方向變化梯度小，從而塔架不需要造得很高，在很大程度上降低了風(fēng)電機(jī)組成本。

根據(jù)歐美國(guó)家開(kāi)發(fā)海上風(fēng)電資源的發(fā)展趨勢(shì)分析，淺海域風(fēng)能開(kāi)發(fā)已經(jīng)漸漸趨于飽和，海上風(fēng)電場(chǎng)將向50～200m的深海區(qū)域發(fā)展，在由淺海向深海發(fā)展的過(guò)程中勢(shì)必會(huì)使得風(fēng)力發(fā)電技術(shù)產(chǎn)生重大的技術(shù)性變革，最基礎(chǔ)的就是需要對(duì)風(fēng)機(jī)平臺(tái)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。而海上浮式風(fēng)電場(chǎng)還處于科研探索階段，而如果為多座風(fēng)力發(fā)電機(jī)共同設(shè)計(jì)同一個(gè)VLFS基礎(chǔ)，則海上風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模量級(jí)則可大幅提升。

3、VLFS較傳統(tǒng)填海造陸的優(yōu)越性

3.1填海造陸帶來(lái)的問(wèn)題

我國(guó)通過(guò)長(zhǎng)期大規(guī)模的填海造陸，獲得了大量的農(nóng)業(yè)和工業(yè)用地，解決了經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。但是，隨著時(shí)間的推移，填海造陸所帶來(lái)的問(wèn)題和局限性也慢慢體現(xiàn)出來(lái)了。主要反映在以下六個(gè)方面：

（1）海岸線資源縮減。岸線經(jīng)截彎取直后長(zhǎng)度大幅減少，而人工岸線的增加，使海岸動(dòng)態(tài)平衡遭到破壞。

（2）海灣屬性弱化。由于兩個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中生物組成結(jié)構(gòu)和作用方式大不相同，造成整個(gè)地區(qū)生態(tài)環(huán)境改變。

（3）近岸海島消失。由于大規(guī)模開(kāi)發(fā)，近海海島陸地化，破壞了海島固有的生態(tài)環(huán)境。

（4）漁業(yè)資源衰退。大規(guī)模的填海工程，改變了水系特征，影響了魚(yú)類的洄游規(guī)律，破壞了魚(yú)類的棲息環(huán)境，使?jié)O業(yè)資源銳減。

（5）海洋污染加劇。圍填海工程破壞了原有的潮流系統(tǒng)，使灣內(nèi)水交換能力變差，削弱了海水凈化能力；同時(shí)圍填海工程附近往往是人口密集，工業(yè)發(fā)達(dá)的區(qū)域，大量工業(yè)，生活污水的排入，加劇了海域污染。

（6）濕地功能退化。濱海濕地，河口，海灣，海岸等都是重要的生態(tài)系統(tǒng)，也是填?；钴S的地區(qū)，大規(guī)模圍填海活動(dòng)致使?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)功能嚴(yán)重退化。

上述的這些破壞基本上都是不可修復(fù)或是很難修復(fù)的。填海造陸除了會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞，還有很大的局限性。填海造陸的適宜水深極限深度一般是20～30m以下，當(dāng)水深太大而且海底太軟的時(shí)候，填海的代價(jià)將會(huì)很大，有時(shí)甚至是不可能的。事實(shí)上，我們?nèi)鄙俚氖强臻g，并不完全是缺少土地。這種思路讓人們產(chǎn)生了建造VLFS的想法。

3.2VLFS的優(yōu)越性

利用超大型浮式結(jié)構(gòu)來(lái)獲取空間，有很多優(yōu)勢(shì)，主要列舉如下：

(1)經(jīng)濟(jì)。VLFS本質(zhì)上是依賴水的浮力漂浮在水面上，因而它的建造基本上不受當(dāng)?shù)厮詈秃５椎匦蔚挠绊憽Ｏ啾戎?，填海造陸受?dāng)?shù)厮詈秃５椎匦蔚挠绊懸蟮枚唷?/p>

(2)環(huán)保。VLFS是一種環(huán)境友好型的海洋結(jié)構(gòu)物。這主要表現(xiàn)在兩方面：第一、它不會(huì)像填海造陸一樣可能污染海洋，很多填海工程采用工業(yè)廢料，這些廢料中的有毒物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重污染。第二、它不會(huì)影響當(dāng)?shù)睾Ｓ虻某毕脱罅?，而在濱海地區(qū)填海造陸可能會(huì)增強(qiáng)潮汐和洋流，加重河口的淤積。

(3)安全。VLFS的安全性主要因?yàn)閮蓚€(gè)原因：第一、它與海底不相連，這使得地震對(duì)它幾乎沒(méi)什么影響。1995年，日本阪神發(fā)生里氏7.2級(jí)地震，當(dāng)?shù)氐囊粋€(gè)浮式集裝箱碼頭絲毫未損。第二，它具有超大尺度，可達(dá)到數(shù)個(gè)波長(zhǎng)，使得它不會(huì)像普通船舶那樣在波浪的作用下傾覆。

(4)方便。VLFS的超大尺度決定了它必須是模塊化的。這使得它可以分別在不同的地方同時(shí)建造不同的模塊，然后在要放置的海域進(jìn)行裝配，從而大大縮短了建造的時(shí)間。日本在東京灣建造Mega-Float用于試驗(yàn)時(shí)，只用了四個(gè)月的建造時(shí)間。而一般的填海工程所需要的時(shí)間都是要以年計(jì)的。VLFS的模塊化還使得，在必要時(shí)的時(shí)候，它可以被移除，恢復(fù)原來(lái)的海域環(huán)境。而填海造陸基本上是不可逆的，不可能恢復(fù)到填海之前的狀態(tài)。

4、總結(jié)

應(yīng)用VLFS開(kāi)發(fā)利用海洋資源具有重要的實(shí)際意義，且有其特有的優(yōu)越性，但是該結(jié)構(gòu)的研發(fā)尚有一系列理論問(wèn)題需要解決。VLFS能對(duì)我們的現(xiàn)有的大型人工島工程，浮碼頭和浮式防波堤工程等提供一個(gè)技術(shù)更安全、造價(jià)更經(jīng)濟(jì)、施工更便利、工期更短的新型結(jié)構(gòu)選型?？紤]到我國(guó)海洋戰(zhàn)略需求，需加快我國(guó)開(kāi)發(fā)VLFS的步伐。

作者簡(jiǎn)介：戴超，漢族，天津人，助理工程師，交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院。