超大型浮式结构物（VLFS）的应用前景及优越性分析

戴超交通运输部天津水运工程科学研究院

超大型浮式结构物（VLFS）的应用前景及优越性分析

戴超
交通运输部天津水运工程科学研究院

摘要：超大型浮式结构物（Very Large Floating Structure简称VLFS）是指那些尺度以公里计的浮式结构物，以区别于目前以百米计的船舶与海洋工程结构物。在开发和利用海洋资源，特别是深海远海海域海洋资源项目，VLFS结构应用具有重要意义和优越性。

关键词：VLFS；海洋工程；填海造陆

1、背景

随着人口增长、能源危机让人们对海洋能源开发及利用的需求日益增长，最接近陆地的海域都已被使用殆尽，人们的目光就不得不投向海洋的纵深方向。面对这一形势，国际海洋工程界掀起了研究VLFS的热潮。

VLFS既Very Large Floating Structure，是一种超大型的浮式结构物，目前尚没有一个明确的统一的定义。业内普遍的观点是，VLFS至少须满足两点：一是它至少在一个维度上以km、甚至数十km计，以区别于现有的尺度以百m计的大型船舶和海洋工程结构物，二是它的水平尺度要远大于须计及刚体运动的特征长度。

2、VLFS的应用领域

2.1VLFS的主要用途：

（1）作为大量开发和利用海洋资源就所必要的研究基地、海上中转基地等；

（2）当沿海城市缺乏合适的陆域时，可以把一些原本应建在陆地上的设施，如空港、核电站、废物处理厂等，移至或新建在近海海域VLFS结构上，以图降低城市噪音和环境污染；

（3）在国际水域建立合适的军事基地，以期对某地区的政治、军事格局产生战略性的影响。

2.2VLFS应用领域

（1）海上浮式基地

我国南海是位于中国南部的陆缘海，其水深大、幅员辽阔，被中国大陆、中国台湾岛、菲律宾群岛、大巽他群岛及中南半岛所环绕，南海海域牵涉到许多国家的利益，是一个非常敏感的地区。如能在南海海域建设海上浮式基地供来往运输船队、海军编队随时补给、休整，甚至是更大的含有起降大型飞机的“海上城市”以这些浮式基地作为据点辐射周边，那么必将改变现有南海各岛礁的生存环境，可为我国开发南海和控制主权的活动提供便利、加快深远海的开发利用。

（2）海上风电场

海上风能是众多能源中开发利用较清洁的资源。由于陆上的兆瓦级风力机叶片长度增大，导致兆瓦级风力机陆上运输及安装都变得相对困难，而在海上，这些都能有效地得到解决。海上装置风力发电机能够有效地提高其发电容量，且海上风速在高度方向变化梯度小，从而塔架不需要造得很高，在很大程度上降低了风电机组成本。

根据欧美国家开发海上风电资源的发展趋势分析，浅海域风能开发已经渐渐趋于饱和，海上风电场将向50～200m的深海区域发展，在由浅海向深海发展的过程中势必会使得风力发电技术产生重大的技术性变革，最基础的就是需要对风机平台进行重新设计。而海上浮式风电场还处于科研探索阶段，而如果为多座风力发电机共同设计同一个VLFS基础，则海上风电场规模量级则可大幅提升。

3、VLFS较传统填海造陆的优越性

3.1填海造陆带来的问题

我国通过长期大规模的填海造陆，获得了大量的农业和工业用地，解决了经济社会发展的瓶颈问题。但是，随着时间的推移，填海造陆所带来的问题和局限性也慢慢体现出来了。主要反映在以下六个方面：

（1）海岸线资源缩减。岸线经截弯取直后长度大幅减少，而人工岸线的增加，使海岸动态平衡遭到破坏。

（2）海湾属性弱化。由于两个生态系统中生物组成结构和作用方式大不相同，造成整个地区生态环境改变。

（3）近岸海岛消失。由于大规模开发，近海海岛陆地化，破坏了海岛固有的生态环境。

（4）渔业资源衰退。大规模的填海工程，改变了水系特征，影响了鱼类的洄游规律，破坏了鱼类的栖息环境，使渔业资源锐减。

（5）海洋污染加剧。围填海工程破坏了原有的潮流系统，使湾内水交换能力变差，削弱了海水净化能力；同时围填海工程附近往往是人口密集，工业发达的区域，大量工业，生活污水的排入，加剧了海域污染。

（6）湿地功能退化。滨海湿地，河口，海湾，海岸等都是重要的生态系统，也是填海活跃的地区，大规模围填海活动致使湿地生态系统功能严重退化。

上述的这些破坏基本上都是不可修复或是很难修复的。填海造陆除了会对生态环境造成破坏，还有很大的局限性。填海造陆的适宜水深极限深度一般是20～30m以下，当水深太大而且海底太软的时候，填海的代价将会很大，有时甚至是不可能的。事实上，我们缺少的是空间，并不完全是缺少土地。这种思路让人们产生了建造VLFS的想法。

3.2VLFS的优越性

利用超大型浮式结构来获取空间，有很多优势，主要列举如下：

(1)经济。VLFS本质上是依赖水的浮力漂浮在水面上，因而它的建造基本上不受当地水深和海底地形的影响。相比之下，填海造陆受当地水深和海底地形的影响要大得多。

(2)环保。VLFS是一种环境友好型的海洋结构物。这主要表现在两方面：第一、它不会像填海造陆一样可能污染海洋，很多填海工程采用工业废料，这些废料中的有毒物质会产生严重污染。第二、它不会影响当地海域的潮汐和洋流，而在滨海地区填海造陆可能会增强潮汐和洋流，加重河口的淤积。

(3)安全。VLFS的安全性主要因为两个原因：第一、它与海底不相连，这使得地震对它几乎没什么影响。1995年，日本阪神发生里氏7.2级地震，当地的一个浮式集装箱码头丝毫未损。第二，它具有超大尺度，可达到数个波长，使得它不会像普通船舶那样在波浪的作用下倾覆。

(4)方便。VLFS的超大尺度决定了它必须是模块化的。这使得它可以分别在不同的地方同时建造不同的模块，然后在要放置的海域进行装配，从而大大缩短了建造的时间。日本在东京湾建造Mega-Float用于试验时，只用了四个月的建造时间。而一般的填海工程所需要的时间都是要以年计的。VLFS的模块化还使得，在必要时的时候，它可以被移除，恢复原来的海域环境。而填海造陆基本上是不可逆的，不可能恢复到填海之前的状态。

4、总结

应用VLFS开发利用海洋资源具有重要的实际意义，且有其特有的优越性，但是该结构的研发尚有一系列理论问题需要解决。VLFS能对我们的现有的大型人工岛工程，浮码头和浮式防波堤工程等提供一个技术更安全、造价更经济、施工更便利、工期更短的新型结构选型。考虑到我国海洋战略需求，需加快我国开发VLFS的步伐。

作者简介：戴超，汉族，天津人，助理工程师，交通运输部天津水运工程科学研究院。