一种基于双层解耦结构的圆沉箱式海洋绿色算力基础系统的制作方法

本发明涉及海洋工程，具体而言涉及一种基于双层解耦结构的圆沉箱式海洋绿色算力基础系统。

背景技术：

1、目前海洋绿色算力基础设施主要采用密封耐压舱、集装箱式设备舱或其他模块化压力容器作为部署载体。由于该类方案采用设备与承载结构一体化设计，设备安装、运行及防护均依赖同一结构完成，因此当算力规模不断扩大时，通常需要部署多个独立模块，并通过大量供电、通信及冷却接口进行连接，导致系统结构复杂、接口数量增加、工程建设成本及运行维护成本较高，不利于大型海洋绿色算力基础设施的工程化建设。

2、另一方面，现有海底数据中心通常采用整体密封结构，设备安装完成后一般不具备长期人员进入维护条件。当设备发生故障或需要升级时，通常依赖整体起吊回收、更换模块或整体重新部署，不仅维护效率较低，而且难以满足海洋绿色算力基础设施长期运行过程中局部检修、设备更新及持续扩容的需求，从而影响设施运行可靠性及全寿命周期经济性。

3、此外，现有海洋工程沉箱虽然具有施工工艺成熟、结构承载能力高、耐久性能好及工程经验丰富等优点，但主要作为港口、防波堤及近海工程主体结构，其内部空间通常围绕结构受力及施工要求进行布置，缺乏面向大型算力设备部署的功能组织方式，也未建立工程主体结构、设备承载结构及运行维护系统之间相互协同的设计方法。因此，现有沉箱结构难以直接满足海洋绿色算力基础设施对于设备部署、运行维护、空间组织及后期扩展等方面的要求。

4、进一步地，现有技术中，海洋工程主体结构与算力设备通常缺乏合理的隔离缓冲设计，设备荷载、结构受力及环境作用之间耦合程度较高，不利于设备安装、更换及长期稳定运行；同时，现有方案尚未形成围绕设备维护、功能分区及设备运输建立的空间组织体系，导致设备利用效率、维护效率及空间利用率仍有进一步提升空间。

5、例如公布号为cn 111441376 a的中国发明专利申请，其公开了一种带平衡机构的圆沉箱以及使用方法，包括：圆沉箱箱体，若干固定在所述箱体内壁表面的加强肋条以及若干固定在所述箱体外壁表面的 加强管 ，所述箱体为圆柱形结构，所述箱体一端设有加厚段，所述加厚段与所述箱体常规壁厚段平滑过渡，沿所述圆沉箱内壁圆周上设置有若干轴向加强肋条以及若干环向加强肋条，所述加强管在所述箱体外壁圆周上等间距排布，所述加强管长度方向与所述圆沉箱轴向平行，所述加强管在长度方向贯通，所述圆沉箱箱壁内部设有加强筋，所述加强筋在其自身长度上两次穿入所述圆沉箱箱壁内部，本发明中的加强结构提高了圆沉箱竖向、水平承载力，保住了圆沉箱的使用安全。但该圆沉箱为单层结构设计存在整体结构与设备耦合度高、运行维护困难、空间利用效率低、扩展能力不足以及海洋工程结构与算力设施融合程度低等问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种基于双层解耦结构的圆沉箱式海洋绿色算力基础系统，通过构建外围海洋工程主体结构、内部独立承载框架、两者之间的透水缓冲填充层以及中心检修井与环状功能舱相结合的空间组织体系，实现工程承载、设备部署、运行维护、安全防护及后期扩容的协同设计，提高海洋绿色算力基础设施的结构安全性、运行可靠性、维护便利性和全寿命周期经济性。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的方案如下：

3、本发明提供了一种基于双层解耦结构的圆沉箱式海洋绿色算力基础系统，其包括固定在地基基础上的外围主体结构，外围主体结构的顶部设有运行维护平台和吊装设备，所述运行维护平台使检修交通船能够直接靠泊于圆沉箱主体结构，实现人员上下、设备运输及日常维护，提高深水海域运行维护能力；外围主体结构为圆沉箱主体结构，所述外围主体结构的内侧设有独立承载结构（独立承载结构用于安装服务器设备、供配电设备、网络通信设备、辅助设备及相关支撑设施），外围主体结构与独立承载结构相互独立设置；外围主体结构与独立承载结构设有缓冲隔离结构，使设备荷载经内部承载结构逐级传递至外围主体结构，同时降低结构之间的相互影响，外围主体结构、独立承载结构以及缓冲隔离结构之间形成工程主体结构与算力设备结构相互解耦的双层结构体系；外围主体结构作为海洋工程主体承担海洋环境荷载及整体结构承载作用；内部独立承载结构2作为算力设备安装平台承担设备荷载及设备部署功能；两者通过透水缓冲隔离结构形成协同工作的组合结构，实现工程主体结构与设备承载结构的功能分离，提高整体结构安全性、设备安装灵活性及后期扩展能力；外围主体结构的内部空间设有功能空间组织结构。本发明中外围主体结构、独立承载结构、功能空间组织结构、运行维护平台以及附属工程设施共同形成适用于海洋环境长期运行的大型海洋绿色算力基础设施，实现设备部署、设备运输、运行维护及后期扩展的一体化设计，提高结构安全性、空间利用效率、运行维护便利性及全寿命周期经济性。

4、优选的是，所述缓冲隔离结构选用具有容重和透水性能的颗粒材料填充形成，其材料可根据工程需求选择块石或碎石或卵石或人工骨料。颗粒材料之间形成连续孔隙，可保证海水在缓冲层内流动，提高整体排水能力和水体交换能力，同时，颗粒材料自身提供附加重量，形成压载层，提高基础设施整体抗浮能力及海洋环境下的结构稳定性，并有助于减弱波浪作用及设备运行产生的振动影响，提高整体结构的安全性和长期服役性能。缓冲隔离结构具有传递设备荷载；协调外围主体结构与内部结构之间的变形；减小设备运行振动对外围主体结构的影响；形成水体交换及排水通道；避免内部结构直接作用于外围主体结构；作为压载结构，提高整体抗浮稳定性的功能。本发明的抗浮稳定主要通过外围圆沉箱主体结构自重以及缓冲隔离结构中的颗粒填充材料形成的压载共同实现。缓冲隔离结构不仅具有荷载传递、变形协调、排水、水体交换和减振作用，同时具有增加结构有效重量、提高整体抗浮稳定性的作用。

5、在上述任一方案中优选的是，所述外围主体结构为圆筒式重力基础结构或沉井式结构或整体式混凝土筒仓结构或钢筋混凝土组合重力基础结构，其作为整个基础设施的海洋工程主体，承担海洋环境荷载、自重荷载、设备荷载及施工荷载，为内部设备提供安全稳定的服役空间。

6、在上述任一方案中优选的是，所述外围主体结构的内部设有多个楼层，所述多个楼层分别形成设备安装平台；所述多个楼层中根据需要分布布置有数据设备区域或配电设备区域或网络通信设备区域或辅助设备区域或综合设备区域。

7、在上述任一方案中优选的是，所述功能空间组织结构包括位于圆沉箱中心的综合检修井和多个功能舱，功能舱位于综合检修井的外围进行环状分布并与综合检修井连通（缩短检修路径，提高设备维护效率），各功能舱沿圆周方向均匀布置，可有效降低偏心荷载，提高整体受力均匀性；另外，多个功能舱围绕综合检修井沿圆周方向布置，实现设备部署、设备运输、人员检修、综合管线布置及设备功能分区，提高空间利用率及运行维护效率。功能舱的数量、尺寸、层数及布置方式可根据设备规模进行调整，也可采用连续环形设备区、多环布置、分区布置或其他适用于圆形主体结构的空间组织方式，只要能够实现设备部署、运行维护及设备运输功能即可。功能舱位干式功能舱，海水不进入功能舱中。本发明的功能舱用于安装服务器、供配电设备、网络通信设备及其他辅助设备，因此功能舱内部应保持适合设备运行的干燥环境。功能舱与圆沉箱内部允许水体存在的区域相互隔离，海水不直接进入功能舱。水体交换孔设置于外围圆沉箱主体结构的侧壁，其作用是实现圆沉箱内外特定水体空间之间的水体交换。功能舱设置于内部独立承载结构中，功能舱自身采用封闭式舱体结构，与外围水体空间相互隔离。因此，水体交换孔与功能舱之间并非直接连通关系。

8、功能舱的舱壁、舱底以及穿舱管线、电缆等部位采用相应的水密构造，以避免海水进入功能舱；水体交换孔仅与功能舱外围的水体交换空间连通。综合检修井贯穿外围主体结构内部的多个楼层，其主要作用是人员通行；设备运输；综合管线布置；消防疏散；日常检修等。

9、在上述任一方案中优选的是，所述多个功能舱根据设备类型分别布置数据设备、供配电设备、辅助设备及控制设备。

10、在上述任一方案中优选的是，所述外围主体结构的侧壁上沿圆周方向均匀分布多个水体交换孔，使圆沉箱内外水体保持连通，实现水体交换、压力平衡及内部环境改善，提高海洋环境适应能力。水体交换孔本身并不直接对服务器设备进行冷却，其主要作用是实现圆沉箱内外水体交换，为利用海水作为天然冷源提供稳定的外部换热条件。服务器等设备产生的热量应通过功能舱内部冷却系统及相应换热装置传递至海水侧，再利用交换水体带走热量。因此，设备与海水之间不存在直接接触，形成“设备—内部冷却介质—换热装置—海水”的间接换热路径。

11、在上述任一方案中优选的是，所述水体交换孔采用条形开孔或格栅式开孔或缝隙式开孔，其数量、尺寸及布置方式可根据工程需求进行调整。

12、在上述任一方案中优选的是，所述外围主体结构的外部设有多个橡胶护舷和系靠泊部件，使检修交通船能够直接靠泊于圆沉箱主体结构，实现人员上下、设备运输及日常维护，提高深水海域运行维护能力。

13、在上述任一方案中优选的是，所述独立承载结构为钢筋混凝土组合结构或模块化装配式承载结构或型钢框架结构或空间桁架结构。当然缓冲隔离结构也可采用碎石、卵石、人工骨料、轻质骨料、再生骨料或其他具有透水、缓冲及荷载传递能力的材料，也可采用不同粒径组合形成多级缓冲结构。独立承载结构由竖向承重构件、环形承重构件以及径向连接构件共同组成。竖向承重构件承担各层设备荷载；环形承重构件沿圆周方向布置，形成各层承重平台；径向连接构件连接中心区域与外围主体结构，共同形成稳定的空间受力体系。

14、综上所述本发明的基于双层解耦结构的圆沉箱式海洋绿色算力基础系统具有以下优点：外围主体结构与内部独立承载结构相互独立设置的双层解耦结构体系。其中，外围主体结构作为海洋工程主体承担海洋环境荷载及整体结构承载作用；内部独立承载结构作为算力设备安装平台承担设备荷载及设备部署功能；两者通过缓冲隔离结构形成协同工作的组合结构，实现工程主体结构与设备承载结构的功能分离，提高整体结构安全性、设备安装灵活性及后期扩展能力；采用圆沉箱主体结构作为外围承载结构，将海洋工程结构与海洋绿色算力基础设施进行一体化设计，形成适用于大型海洋绿色算力基础设施的新型工程载体，实现工程建设、设备部署及运行维护的协同设计；在外围主体结构与内部独立承载结构之间设置透水缓冲隔离结构，用于实现荷载传递、结构隔离、水体交换、排水及减振，提高整体结构耐久性及长期运行稳定性；内部独立承载结构采用中心综合检修井与环状功能舱相结合的空间组织方式，多个功能舱围绕综合检修井沿圆周方向布置，实现设备部署、设备运输、人员检修、综合管线布置及设备功能分区，提高空间利用率及运行维护效率；圆沉箱主体结构设置多个沿圆周方向均匀布置的水体交换孔，使圆沉箱内外水体保持连通，实现水体交换、压力平衡及内部环境改善，提高海洋环境适应能力，同时满足海底算力中心设备快速散热的物理需求；在圆沉箱主体结构上部设置运行维护平台，并于适宜高程位置设置橡胶护舷及系靠泊部件，使检修交通船能够直接靠泊于圆沉箱主体结构，实现人员上下、设备运输及日常维护，提高深水海域运行维护能力；将海洋工程主体结构、内部独立承载结构、缓冲隔离结构、功能空间组织及运行维护设施进行一体化设计，实现工程建设、设备部署、运行维护及后期扩展的协同设计，提高大型海洋绿色算力基础设施的工程适应性、运行可靠性及全寿命周期经济性。