。摘要：根据捕捞方式与运营模式特点，对变水层大型拖网渔船船型技术经济论证方法进行了研究。以船长、船宽、型深、方形系数和设计自航航速为船型优化参数，选取净现值、渔捞效果系数、投资偿还期、吨鱼油耗和吨鱼成本为船型论证经济指标，建立了渔获产量估算及其经济性计算模型，利用指标权重法建立了综合评价函数，利用参数分析法对变水层大型拖网渔船进行船型优选，对论证中的不确定性因素进行敏感性分析。以运营于西非某海域的变水层大型拖网渔船为实例进行计算与优化分析，得到变水层大型拖网渔船最优船型为船长82.4 m、船宽16.2 m、型深9.5 m、吃水5.79 m、方形系数0.68、航速13.2 kn。
关键词：变水层拖网渔船；最佳船型；技术经济论证
大型拖网渔船船长一般在60 m以上，自持力30 d以上，均配置有加工和冷藏设备，并采用有遮蔽甲板的双甲板尾滑道船型。在方案决策阶段，为了达到最佳经济效果，需要按照给定的营运条件、捕捞能力和渔场资源情况，对其进行船型技术经济论证。许多学者在渔船船型技术经济论证方面进行了深入研究。贾复[1]对拖网渔船最优化的3个方面的问题进行了探讨；钱鸿等[2]、陈龙等[3]对远洋拖网渔船船型优化进行了研究；陶冶等[4]基于计算机网络进行了拖网渔船船型协同经济论证；谭文先等[5]对渔船航次运行中经济航速和捕鱼收益关联成本进行了分析。这些研究都是围绕渔船以及拖网渔船的船型优化等进行的，而对变水层拖网渔船的船型技术经济论证的报道则较少。由于变水层拖网渔船的捕捞模式与一般渔船不同，对其船型技术经济论证，不仅要考虑合理地选取经济评价指标和论证参数，还要考虑不同水层渔获物的捕捞、加工和保鲜等因素及其对船型方案经济性的影响，其优化论证比较复杂。本研究中，结合变水层大型拖网渔船的捕捞方式与营运模式特点，探讨了变水层大型拖网渔船船型技术经济论证的方法，旨在为有关决策部门在发展和更新变水层大型拖网渔船船型方面提供参考。
1.1论证参数
船型论证过程中的参数分为两类：一类是组成船型方案的技术参数，为技术经济论证的目标参数(即设计变量)；另一类是营运模式及捕捞能力方面的参数，为论证程序的输入参数。
选定渔船垂线间长(LPP)、船宽(B)、型深(D)、方形系数(Cb)和设计自航航速(v)(或营运自航航速)为船型论证目标参数，通过调研得出各参数的范围，按照一定的步长组合成一系列的设计方案，对每个方案进行技术和经济方面的计算，选定一定的经济评价指标，在比较的基础上评价选优。参数的步长将影响论证的精度和效率。步长越小，精度越高，但程序计算效率越低；反之，精度越低，程序计算效率就越高。为了提高程序的效率，在满足精度要求的前提下，取尽量大的步长。
1.2经济指标与船型的综合评价
为了从多方面综合考虑渔船的经济性，并考虑渔船的营运模式、收入及其使用期限等情况，论证中选取净现值、渔捞效果系数、投资偿还期、吨鱼油耗和吨鱼成本5个船型论证经济指标，并综合考虑各指标的经济特性设定一定的权重，最后利用指标权重法，建立船型方案的综合评价函数。
(1)净现值，即渔船捕捞营运年限内，各年度的收入、捕捞营运费用、初始投资和船价残值，按投资收益率折现后的现值总和。
(2)渔捞效果系数，即渔船单位营运成本所能获得的利润，该指标能同时反映渔船年利润与年捕捞成本，按下式计算：
。
(1)
其中：R、C、G、Kp分别为企业的年利润、年营运成本、收入和税率。T为企业的年税金，T=Kp(G-C)。
(3)投资偿还期，即渔船在营运中所得的收益偿还渔船投资所需的时间，按下式计算：
。
(2)
其中：P为初始投资；A为年收益；L为渔船残值；i为投资收益率；B为投资偿还期。通过解上述方程，可得到投资偿还期B。为了提高程序计算的效率，将(1+i)B作为整个参数进行计算和优化。
(4)吨鱼油耗成本，即每捕捞一吨渔获物所消耗的燃油成本。
(5)吨鱼成本,即每捕捞一吨渔获物所花费的成本。
基于上述定义的5个经济指标及其权值，定义船型综合评价指标为船型方案的经济指标与理想指标之间的加权方差，船型方案的综合评价函数按下式计算：
。
(3)
其中：fn为第n个船型方案的综合评价函数；ki为第i个经济指标的权重；Pni为第n个船型方案的第i个经济指标值；Pmi为第i个经济指标的理想值，即最优值。
1.3捕捞模式及其渔获产量的估算模型
远洋变水层拖网渔船一般采用底拖和中上层拖网的捕捞模式，中上层拖网捕捞鱼类一般为沙丁鱼、鲐鱼和竹荚鱼，底拖网捕捞鱼类主要是鳎鱼、鱿鱼、赤鮸、墨鱼、带鱼、犬牙鱼等，各层捕捞鱼类价格相差比较大。渔船按照一年中不同鱼类的活动时间段采取相应的捕捞方式。渔获在海上实施转载，转载地点设在锚地。各国渔场距锚地的距离不同，比较近的为15 n mile左右，较远的为50～200 n mile。每航次(10 d左右)捕满鱼货前往锚地转载及油水食品补给，年作业时间为200～280 d，每天作业15～24 h，日均网次为3～8次。渔船一般都配备冷藏舱以及二次加工设备，大型拖网渔船鱼舱一般为1500～2500 m3，航次时间按照渔获物满仓时间以及油水和补给品的耗用时间确定，即航次时间由鱼舱、燃油舱和淡水舱容积确定。
估算变水层大型渔船的渔获经济效益时，需要考虑海域中不同水层的鱼类捕捞及其经济效益，因此，其估算模型不同于其他渔船。变水层大型渔船的渔获经济效益，即平均年渔获收入，按捕捞和二次加工的不同水层渔获物分类计算和汇总，即
Q=∑(QiPi)。
(4)
其中：Q为渔获物的经济效益；Qi与Pi分别为第i类渔获物年捕捞量及其单价，各类二次加工渔获量根据渔船的加工能力输入参数计算；第i类渔获物年捕捞量依据渔船的捕捞能力按照下式估算：
Qi=DiNiFi，
(5)
其中，Di、Ni、Fi分别为第i类渔获物年捕捞作业天数、平均单日网次和网次平均产量。
捕捞作业天数根据营运模式确定，平均单日网次根据渔船的航次网次确定；而航次网次则需要根据给定的渔船捕捞能力、鱼舱容积和燃油舱(或淡水舱)容积来确定选取。渔船捕捞能力为输入条件，一般按各层拖网网次平均时间输入；鱼舱容积限制了航次最大的捕鱼量，燃油舱和淡水舱室容积限制了渔船的自持力，从而限制了捕捞时间。
渔船网次产量取决于网具大小、拖网速度和拖网模式(中上层拖网、底层拖网等)，而网具大小和拖网速度又与主机功率相关。在船型论证阶段，网具大小不定时，可利用仿真模拟建立网具的水动力模型[6]，进而得到拖网速度与主机功率的相互关系模型，或者由相似渔船的捕捞历史经验数据回归分析出不同拖网模式下渔船主机功率与网次产量的关系。根据文献[7]，网次平均产量F可表示为
F=K×Pm。
(6)
其中：系数m由历史经验数据回归分析得到；渔场渔获物资源系数K为不确定性因素，先根据所论证海域的实际资源状况按定值计算，再作为敏感因子进行敏感性分析。
1.4不确定性因素及其敏感性分析
将渔获物资源系数、鱼价、燃油价格、渔场距锚地距离和船员工资作为不确定性因素进行处理。先根据所论证海域的实际情况，将各参数处理为固定值后进行论证，然后，对其进行敏感性分析，分别计算其对各经济指标的影响趋势及大小，并对影响比较大的因素进行详细地计算分析。
总体论证方法采用多目标单渔场的论证方案。采用上述5个经济评价指标(即5个优化目标Pi)，利用指标权重法进行优化论证，优化论证流程见图1，其步骤为：(1)选取各技术参数步长，组成所有可选方案集{Sn}；(2)分别计算5个经济指标的最优值Pmi，获得理想技术经济指标集{Pm}；(3)对方案集{Sn}按式(3)计算各方案的综合评价函数fn；(4)找到综合评价函数fn最小的方案，即最逼近理想技术经济指标的方案。
图1 论证流程图
Fig.1 Optimizing workflowing diagram
各指标的逼近方向可能有正向逼近(计算指标差于理想指标)和负向逼近(计算指标优于理想指标)；为避免负向逼近，计算过程中不断改进逼近的目标，若Pni优于Pmi，则令Pmi=Pni。
利用上述论证方法编制通用程序，并以运营于西非某海域的变水层大型拖网渔船为实例进行计算和分析。该海域渔场距锚地较近，平均距离按100 n mile计算。其深水渔获资源比较丰富，渔获资源系数按80%计算。渔船年作业280 d，半年为中上层拖网，半年为底拖网。输入渔船的营运模式及其捕捞能力参数，通过调研得出各参数的范围，按表1给定相应步长，组成的方案总数为100×20×16×5×15=2.4×106。表2列出了论证时所用的评价指标、权重和选取指标所考虑的因素，最后输出综合评价函数排名前10位的方案(表3)。
表1船型方案技术参数定义
Tab.1Definitionofshipformtechnicalparameters
项目item船长/mshiplength船宽/mshipwidth型深/mshipdepth方形系数blockcoefficient营运自航航速/knservicespeed最小65148．00 6613最大85189 60 7616步长0 20 20 10 020 2
表2经济指标权值定义
Tab.2Definitionofeconomicindicesandweights
经济指标economicindex优化目标optimizationtargets权重weight考虑因素consideration净现值/万元最大0 101 船东对造船以及营运成本的考虑(+)；2 年收入为预估值，评价指标存在较大风险(-)；3 当对营运年数相同的方案之间进行比较论证时，可适当增加该指标的权重(+)渔捞效果系数最大0 30综合反映渔船在整个寿命期的盈利情况及其经济效果(+)投资偿还期/a最小0 101 船东投资资金的周转速度(+)；2 该指标难以反映渔船的综合经济效果，若论证中需要考虑渔船的综合经济效果时，应适当降低该指标的权重(-)吨鱼油耗/t最小0 25当考虑渔船的节能情况时，适当增加该指标的权重(+)吨鱼成本/万元最小0 251 渔船整个寿命期内的经济效果(+)；2 鱼价浮动较大时方案的论证(+)；3 当该指标难以反映渔船的营运与投资效果及鱼价对渔船经济性的影响时，应适当降低该指标权重(-)
注：+表示所考虑的因素将导致指标权值增加，-表示所考虑的因素将导致指标权值减少
Notes: + means the respective consideration factor led to increase in the weight of the economic index，and - means decreasing
选取综合评价函数最优的船型作为敏感性分析方案。图2为各敏感参数对综合经济评价函数的影响程度比较趋势图,可以看出，各参数对综合经济评价函数影响的大小依次为鱼价、渔获资源系数、燃油价格、船员工资、渔场距离。本研究中，选取净现值、渔捞效果系数、投资偿还期、吨鱼油耗和吨鱼成本为经济指标，相应权重为0.10、0.30、0.10、0.25、0.25，利用船型综合评价函数论证得到最优方案为1号(表3)，即变水层大型拖网渔船最优船型为船长82.4 m、船宽16.2 m、型深9.5 m、吃水5.79 m、方形系数0.68、航速13.2 kn，5个经济指标分别为113 73.8万元(净现值)、0.812(渔捞效果系数)、1.755 a(投资偿还期)、0.577 t(吨鱼油耗)、0.556万元(吨鱼成本)。
表3综合评价函数排名前10位方案
Tab.3Comprehensiveevaluationfunctionofthetop10schemes
方案编号No 船长/mshiplength船宽/mshipwidth型深/mshipdepth吃水/mdraught方形系数blockcoefficient主机功率/kWmotorpower航速/knservicespeed净现值/万元presentnetvalue渔捞效果系数operationeffectcoefficient投资偿还期/apay-backperiod吨鱼油耗/toilconsumptionpertonoffish吨鱼成本/万元costpertonoffish182 416 29 55 790 682000 713 211373 80 8121 7550 5770 556283 216 09 55 740 662004 213 411361 30 8121 7540 5780 557381 216 49 55 830 702002 113 011351 10 8121 7550 5770 557484 015 89 55 690 682000 013 411345 40 8121 7530 5770 557584 016 09 45 630 682005 513 411354 30 8111 7540 5780 557683 016 09 55 740 702001 613 211341 40 8121 7540 5780 557783 816 09 45 640 722000 713 211335 90 8121 7540 5780 557885 015 89 45 600 662006 713 611355 60 8111 7530 5780 557982 216 29 55 790 682007 313 211354 70 8111 7550 5780 5571084 815 69 55 640 662001 213 611331 40 8121 7520 5780 558
图2 各参数对综合经济评价函数影响程度的比较
Fig.2 Comparison of trendline of parameters influencing comprehensive economic evaluation function
参考文献：
[1] 贾复.论拖网渔船的最优化[J].水产学报,1997,21:118-122.
[2] 钱鸿,贾复,杨槱.多渔场作业最佳拖网渔船船型[J].船舶工程,1995(2):24-26.
[3] 陈龙,贾复,秦士元.远洋拖网渔船船型最优化[J].中国造船,1997(4):1-6.
[4] 陶冶,吕显强,贾复,等.基于计算机网络的拖网渔船船型协同经济论证[J].大连水产学院学报,2007,22(4):289-292.
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[6] 孙霄峰,高帅,尹勇,等.渔船模拟器中中层拖网的建模与仿真[J].大连海洋大学学报,2012,27(3):284-288.
[7] 贾复.渔船设计[M].北京:农业出版社,1990.
Abstract：The method of technical and economical evaluation and optimization of ship form for large middle-water trawlers were investigated based on the fishing model and operation characteristics. The optimized design parameters and estimation models were reasonably selected, the evaluating economical indices fit for fishing vessels were synthetically discussed, including net present value, coefficient of fishing effect, investment payback period, fuel consumption per ton of fish and cost per ton of fish and the model for evaluating fisheries quality and calculating economy was developed. The comprehensive evaluation function was established with index weight method. The parameter analysis method was used to optimize selection of ship form for large middle-water trawlers, and the uncertainty factors were considered with sensitivity analysis method. With the developed universal program, the ship form of large middle-water trawlers used in West African waters was optimized as a case study. It is found that the optimally selected ship form parameters for large middle-water trawlers are described as ship length of 82.4 m, ship width of 16.2 m, draught of 5.79 m, block coefficient of 0.68, and service speed of 13.2 kn.
Key words：large middle-water trawler； optimal ship form； technical and economical evaluation and optimization
DOI：10.3969/J.ISSN.2095-1388.2014.03.021
文章编号：2095-1388(2014)03-0299-04
收稿日期：2013-08-15
基金项目：国家自然科学基金资助项目(E091002-51109033);中船重工集团第七〇一研究所委托项目
中图分类号：S977
文献标志码：：A