使用寿命可达千年的海上浮动式平台

中国有九百六十万平方公里的国土，但是能满足现代生活方式和水平所要求的可居住面积并不多，远低于国土面积的三分之一，主要分布在长江，黄河流域和东部，东南部沿海地区。要知道，西南，西北和华北地区是中国生态环境安全的屏障，在这些地区进行规模化工业性的开发将会损害子孙后代的福利。相对人口数量，中国现有的自然资源和可适合居住面积是不够的，大多数中国人缺乏食物，能源和生态环境安全感，所以一旦有足够的经济条件和可能性就移民国外，在这点上人口大国印度与中国的处境相似。中国领海和专属经济海域面积近四百万平方公里，应该进行可持续性地大规模开发利用那里的可再生海洋资源，以弥䃼目前的不足。进一步，地球表面百分之七十是海洋，走向海洋是中国人的未来，因为现代人类文明已经发展到这样一个阶段，即一个民族𣎴可能随意为了自己的利益而去占领另外一个民族的领土。海上浮动平台是在深海区域进行海上各类生产活动的基本平台，所以必须优先发展。

至今人类在海上进行了四十年左右的石油和天然气开采，期间海洋工程学得到了迅速发展并成熟，同时也积累了丰富的实践经验，今天现有的海洋工程技术使人类能建造基于浮动平台的设施在海上任意点进行海洋考察或海上生产等活动。近年来，人类已经认识到气候危机的紧迫性，以太阳能，风能和波浪等可再生能源替代化石燃料将是解决此危机的唯一出路。事实上，海上有足够的风能的波浪能资源满足人类的需求。近二十年来，西方国家出现了一系列研发项目，以达到商业性开发海上风能，波浪能等可再生能源资源，海上浮动平台又有了用武之地。

海上浮动式平台在几何形状上可以多种多样，但是它们必须满足二个基本要求，一是要能完成任务目标，二是能够在所在海域一百年一次的可能的最大风浪中生存而不致平台上人员和器材受到损伤。说来会让人好奇。本人在瑞典皇家工学院里学的是船舶和海洋结构设计，导师的名望在北欧也是屈指可数的，毕业后留校却没在这个领域有所作为，却从事海事事故分析调查和海上作业安全问题的研究，特别是由于大风大浪造成的，发表的文章论文也有四，五十篇。十年前心血来潮，要利用二十多年来积累的知识和经验，搞海上浮动平台设计来利用丰富的海上风能和波浪能资源。2011年在美国物理研究所的＂可再生和可持续能源＂期刊上发表了题为＂用于承载海上风电机的混泥土浮动风台＂，2013年发表了题为＂适用于北美和欧洲西海域的集储能，风能和波浪能发电的海上浮动综合装置＂，见下面文献/1/和/2/。有兴趣者想阅读就留下电邮地址。那二篇论文讲的是总体设计，最近几年里，花了精力，做了该类浮动平台的结构设计，终于用上了在大学里所学到的有关海洋结构体设计方面的知识。

法国Ideol浮动平台的设计者号称，他们设计的浮动平台的使用寿命可以长达二百年。我敢说我的设计可以是千年，甚至更长。这不是夸张，下面就来论述理由。

首先要指出，我的设计受到了古罗马万神庙建筑的启发，那是座立在意大利首都罗马的古代混泥土建筑，已有近二千年的历史。它的半径近三十米的球型穹顶设计建造显示了古代罗马人的智慧，使该建筑至今几乎是完好无损，成为罗马的一个重要旅游景点。所以，我的浮动平台设计其水下部分是一个压扁了的球体，配上与此相适应的内部结构设计，就成了了一个坚固结实的海洋浮动建筑。当然，也利用了我长期积累的知识和经验，使得风电机在大浪中能够保持相对稳定静止，安全运行。

我们知道，影响海上混泥土结构使用寿命有三个主要因素

1. 由于波浪对结构物表面冲击所引起的侵蚀

2. 海水的化学腐蚀作用，特别是对钢筋的腐蚀

3. 波浪运动引起的施加于混泥土结构的疲劳性载荷而引起裂缝，或扯断里面的钢筋。

   
   

波浪对结构体表面的冲击可以容易地避免。文献/2/里利用分布在该平台周围的浮体可以高效地捕捉波浪能，这样就可以同时阻挡波浪对平台进行直接冲击。即使平台受到侵蚀，现有技术可以进行修补。

正确的配料能使混凝土有很好的耐腐蚀能力。我对平台结构进行了有限元应力分析，结果显示内部应力分布均匀，幅度远低于最大限度，在理论上不需要钢筋加强，也就是说，在平台的表面混泥土结构里不必埋置钢筋，这样可以避免海水对钢筋的腐蚀。有限元应力分析显示，波浪运动引起的施加于混泥土结构的疲劳性载荷有限，特别是在中国的东海和南海海域，对平台的使用寿命的影响非常有限。

一般来说，现在的设计和建造技术能够保证海洋混泥土结构建筑七十年的使用寿命。不过，有例子显示超过七十年的使用寿命，行业里称之为无限（infinite) 使用寿命，也就是说，因为影响使用寿命的因素可以忽略而无法确定使用寿命究竟可以延续多长时间。可以说，我的浮动平台设计就属于这类例子。古罗马万神庙已经存在了近二千年，究竟还能挺立多少年现在也没法评估，而我设计的浮动平台事实上是一个与万神庙尺寸一般大小，坚固的空心大石球，逻辑地说，在中国海域漂荡一千年应该是不成问题的，合适的保修维养，更多年也是可能的。

文献

/1/ Jianbo Hua A floating platform of concrete for offshore wind turbine JOURNAL OF RENEWABLE AND SUSTAINABLE ENERGY 3, 063103 (2011)

/2/ Jianbo Hua An integrated energy conversion and storage facility for offshore wind and wave energy exploitation along the west coasts of North America and Europe JOURNAL OF RENEWABLE AND SUSTAINABLE ENERGY 5, 053135 (2013)