图1 3种类型拖网渔船载冰和载冰量系数的对比
Fig.1 Comparison of ice loads and ice load coefficient among three types of trawlers
摘要:根据近海玻璃钢(FRP)拖网渔船缺乏技术经济论证数学模型的问题，建立了针对玻璃钢拖网渔船的技术经济方程，对方程中的油耗、经济寿命、造价、维修费用、折旧费等经济影响因素进行了分析比较。结果表明：多数指标变量对玻璃钢渔船的经济性是有利的，仅造价指标具有负面影响，本研究中建立的技术经济方程有效地满足了玻璃钢最优船型论证的需要，可为船舶建造、捕捞管理提供计算及指导依据。
关键词: 玻璃钢;拖网渔船;技术经济方程
纤维增强塑料简称玻璃钢(fiber reinforce plastics,FRP)，具有强度高、密度小、抗冲击性能优异、加工设计工艺简单、寿命长、耐腐蚀与虫蛀、维修性突出和节能环保等优势，目前已被世界各国捕捞渔业广泛采用。近几年，各类FRP渔船及相关船艇发展较快，近海中小型捕捞渔船已经成为玻璃钢应用和研究的重要方向[1]。
为了能够正确分析FRP渔船的经济性特征，2008年中国农业部渔船检验局提出设计节能型FRP渔船的任务，由于辽宁省近海捕捞渔船种类较多，大约95%左右为木质渔船，因此，农业部渔船检验局将该工作任务侧重于辽宁省。通过对大连、营口、葫芦岛、锦州等地的渔民及船厂进行多次调研和考察，获得的主要反馈情况如下：(1)渔民和捕捞部门对FRP渔船需求很迫切，特别是受近海邻国(韩国、日本)渔船广泛采用FRP材料的影响，提高了对FRP渔船的认可度；(2)FRP投入和运营资金问题，如贷款、补助和渔港建设等；(3)对FRP渔船最优船型和经济性分析。近些年来，农业部在船检、贷款、补贴和保险费等方面出台了不少优惠政策，很大程度上缓解了渔民的顾虑。但是在FRP渔船最经济船型的研究方面，目前国内外尚缺乏相关报道，原因是国内渔船建造部门主要参考了钢质母型船的船型，以传统的性能设计为主[2-3]，并没有考虑FRP渔船在其寿命期中的经济性特征。事实上，与木质、钢质渔船相比，FRP渔船的一些经济性指标变量，如造价、渔船寿命、维修费用、折旧费用等对渔船的经济性影响程度是不同的[4]。为此，本研究中以中国北方近海小型FRP拖网渔船为例，建立了该类型渔船的技术经济性数学模型，并比较和分析了FRP渔船的上述几种指标与传统渔船的差异及其计算方法，旨在为FRP最优船型论证提供技术模型和依据。
对近海FRP拖网渔船的技术经济分析，可分为船舶技术性能设计和经济性设计两个方面。通过建立FRP船舶的技术经济方程，可将上述两方面设计有效结合。在模型中不仅包含船舶基本性能约束条件，同时还兼具经济性目标和约束函数。主要方程表述如下。
(a)单船网次产量。
qi=ki×(PB)0.519(PB≤441 kW)[5],
(1)
i=1,2,…,n。
其中：qi为i渔场单船平均网次产量;ki为i渔场资源情况系数;PB为主机功率(kW)。
(b)渔舱容积。
Vfi=tiniqiSf，
(2)
VF=f(Vf1,Vf2,…,Vfi),i=1,2,…，n。
(3)
其中:Vfi为i渔场的渔舱容积(m3)；VF为渔船实际的渔舱容积(m3)；ni为作业天投网次数，根据实际调研统计分析，ni通常取为2.5网次左右； ti为作业总时间(d)，与远洋捕捞作业不同，由于近海捕捞渔场与渔港的距离普遍较近，因此，近海
小型拖网渔船大部分采用冰鲜保鲜，其保鲜时间上限为14 d左右，在实际作业中，受到渔场资源和经济性的影响，拖网捕捞的作业天数要远小于该数值，在计算时近海渔船作业时间ti可取为4～5 d；Sf为鱼获物积载因数，即单位质量所占体积，一般取Sf=1.8～2.0(m3/t)[5]。
考虑到拖网渔船在其寿命期中，作业渔场往往是不确定的。因此，渔船的实际舱容VF应为各个渔场Vfi(1≤i≤n)的函数，应用中可先分别计算出各个渔场的Vfi，并利用优化算法在区间[Vf min，Vf max]中寻优，即可获得渔船的实际舱容。
当计算出渔船的最佳舱容后，可利用下式换算成船舶立方数VLBH[5]：
VLBH=5.714×(VF-10)。
(4)
公式(4)仅适用于近海小型单甲板拖网渔船。
(c)排水量和耗油量。
Δ= CLVLBH+VF/Sf+pp(O+W+F)+M+Wn+
Wb+WC+Wi，
(5)
M=Ms×GM，
(6)
Ms=f(Lbp)。
(7)
其中:Δ为排水量；CL为空船质量系数(t/m3)，由于中国近海钢质拖网冰鲜渔船无加工设备，且隔热设备又基本相同，因此，CL较为稳定，一般取0.23～0.25[5]，虽然FRP的密度通常为钢材的20%～25%，然而对于FRP拖网渔船(柱间长为20～30 m)而言，其渔捞设备和固定压载所占的比例较高(45%～50%)，该部分所占的质量并不会受是否采用FRP材质的影响[6]，FRP 的CL系数一般比钢质渔船低17%～20%，计算时可取为0.19～0.20；pp为工况系数;O为燃油及润滑油质量(t)，通常由主机、辅机功率和自持力确定；W为淡水质量(t);F为食品质量(t);M为全体船员及行李质量(t);Wn为网具质量(t)，根据主机功率确定；Wb为备品质量(t)，取空船质量的0.3%～0.5%；WC为煤的质量(t)，根据船员数和自持力选取；GM为单个船员及行李质量(t);Ms为船员人数；Wi为载冰量(t)，其计算公式为
Wi=aiVF/Sf，
(8)
式中ai为载冰量系数，图1给出了3种类型拖网渔船(船长24 m)载冰量系数和载冰量的对比情况。
从图1可以看出，在载鱼量相同的前提下，ai 木和ai 钢相差不大， 其数值一般可取0.7左右。对于FRP拖网渔船而言，由于FRP材质导热系数低，具备很好的保温特性，因此，FRP渔船需要配置的载冰质量仅为木质或钢质渔船质量的70%～80%，
图1 3种类型拖网渔船载冰和载冰量系数的对比
Fig.1 Comparison of ice loads and ice load coefficient among three types of trawlers
在经济方程中，其载冰量系数计算公式如下：
ai FRP=0.75ai 木或ai FRP=0.75ai 钢，
(9)
，
(10)
tSi=2Si/24vs， i=1,2,…,n，
(11)
QOi=K3K4Mi PB(24×1.5tSi+16ti)×10-3，
i=1,2,…,n，
(12)
，
(13)
QH= 1.05×[735g1(PB×t1+PA×t2)+
0.5PB] ×10-3。
(14)
其中：vs为服务航速(kn);D为设计排水量(t)；L为垂线间长(m)；tSi为渔港至渔场的航行时间(d); Si为渔港至渔场的距离(km);K3为安全系数; K4为主机每千瓦小时耗油量[t/(kW·h)];Mi为全年往返渔场次数；QOi为渔场i的主机耗油量(t);QO为主机总耗油量(t)；g1为润滑油每瓦特小时耗油量[t/(W·h)]；PA为辅机功率(kW);QH为总润滑油耗油量(t)；t1、t2分别为主机、辅机工作时间(h)；Kv为FRP航速影响系数(kn)，考虑到FRP拖网渔船空船质量较小，表面光洁度高，阻力小，拖力大，航速要优于木质、钢质渔船，Kv可取为0.8～1.0 kn。从式(12)可以看出，服务航速的提高，降低了渔港至渔场的航行时间t，从而进一步降低了渔船的油耗。一般情况下，近海小型FRP拖网渔船均具有较好的节油性，实际作业中能较钢质渔船节油5%～8%。
(d)费用和利润。
Qf=n1d1q1M1+n2d2q2M2，
(15)
P=QfFp-Ca，
(16)
Ca= QOOp+QHOHP+MsSa+RC+Me+
OLd+IC+Ne，
(17)
PNPV= P×(P/A,i,n)-Iv+0.1Iv×
(P/F，i,n)，
(18)
Iv=SI+Hn。
(19)
其中：Qf为年渔获量(t)；P为年利润(万元)；Fp为鱼价(万元/t)；Ca为渔捞年费用(万元)；Op为油价(万元/t)；OHP为润滑油价(万元/t)；Sa为船员工资(元);RC为年维修费(万元)；Me为年管理费(万元)；OLd为年折旧费(万元);IC为保鲜冰费(万元)；Ne为网具费(万元)；n为渔船寿命(年)；PNPV为净现值(万元)；Iv为初始投资(万元)，即拖网渔船造价与网具成本；0.1代表残差，取初始投资Iv的10%；SI为FRP拖网渔船造价(万元)；Hn为网具成本(万元);(P/A,i,n)为年金现值系数；(P/F,i,n)为复利现值系数。
(1)造价SI。将3种材质的拖网渔船造价相比较，通常为SI 木
在实际计算中，FRP渔船的造价可以根据渔船主尺度参数估算，或者采用渔船资产评估方法——市场比较法获得，其计算公式[7]如下：
(SI)R=(SI)M/(VLBH)M·(VLBH)R。
(20)
其中：(SI)M和(VLBH)M为同类型的已交易(或待交易)FRP渔船的市场造价;(VLBH)R和(SI)R为当前FRP渔船立方数和参照市场估算后的造价。
此外，在缺乏相关资料情况下，近海小型FRP拖网渔船的造价大约可以取为木质渔船的1.5倍，或者相当于钢质拖网渔船造价的1.2倍。在技术经济论证中，通常使用造价系数C估算船型主尺度相似渔船的造价情况， 其计算公式如下：
C=SI/VLBH。
(21)
从式(21)可见，造价系数的基本含义代表单位体积立方数的渔船价格，图2为固定其他影响因素，而以造价系数为变量所得的净现值和航速的变化关系曲线。从图2可见：(1) 航速对3种拖网渔船的净现值有较大的影响，表现为高航速时，随着航速的增加净现值下降较快，而在低航速区间时，随着航速的增加净现值缓慢上升，3种变化曲线均存在一个最满意净现值对应航速范围，即最佳航速区；(2) 3种拖网渔船的最佳航速区域不同，表现为FRP渔船航速较低，木质渔船航速较高，而钢质渔船居中，即随着造价的下降，最佳航速向航速增大的方向移动；(3)3种拖网渔船在相同航速下，净现值依次为木质渔船>钢质渔船>FRP渔船。
从图2还可以看出，如果单纯考虑造价系数，FRP渔船更高的造价对净现值的影响是负面的。需要注意的是上述结论是在固定了其他影响因素，仅仅考虑造价系数的影响情况下给出的。
图2 航速对3种渔船净现值的影响曲线
Fig.2 Curves on effect of vs on PNPV in three kinds of fishing vessels
(2) 年维修费RC。年维修费是拖网渔船每年坞修费用与航修费用之和，通常根据母型船的资料计算，如果缺乏资料,也可采用下式估算：
RC=arSI，
(22)
式中，ar为年维修费用系数。
图3为3种拖网渔船对船(船长24 m，功率96 kW)的造价与年维修费用系数的对比情况。3种拖网渔船的年维修费用系数以木质渔船最高，钢质渔船次之，而FRP渔船最小。其主要原因是木质拖网渔船在海水中容易出现变质、腐烂和蛆蛀现象，而钢质拖网渔船受到海水侵蚀后，也更容易生锈，因此，在寿命期中上述两类渔船都需要进行多次维修，而FRP拖网渔船材料本身具有耐腐蚀、高强度的优势，通常仅需在水线面以下进行维修即可，能够大大降低维修费用和难度[8]。因此，木质、钢质渔船维修费用要远大于FRP渔船，在计算时近海小型FRP拖网渔船的年度维修系数可取木质或钢质拖网渔船的1/8和1/10左右，即
ar FRP=ar 木质 /8或ar FRP=ar 钢质/10。
图3 3种类型拖网渔船造价系数与年维修系数的对比
Fig.3 Comparison of the price(C) and maintenance coefficient(ar) in three types of trawlers
(3) 渔船寿命n。目前，近海拖网渔船的技术经济论证中，木质拖网渔船寿命一般取10年，而钢质拖网渔船取15年[9]，但是对于FRP拖网渔船，国内尚缺乏相关资料。根据国外的相关报道，如果维修处理得当的话，FRP拖网渔船的使用寿命可以达到30～40年[4]。考虑到中国目前国内的基础材料和维修技术情况，FRP拖网渔船使用寿命在论证中可以定为25年左右。
(4) 年度折旧费OLd。尽管FRP拖网渔船的造价高，一次性投入要大于木质和钢质渔船的投资规模，但由于FRP拖网渔船的寿命较长，因此，从年度折旧费方面来看，FRP渔船具有较好的经济性。本研究中，3种拖网渔船对船(船长24 m，功率96 kW)采用直线法折旧，残值为10%的年度折旧费如下：FRP渔船大约为3.9万元，而木质和钢质渔船分别为6.5和5.8万元，可明显看出，FRP拖网渔船年度折旧费要远低于其他两种渔船。
(5) 保鲜冰费IC。保鲜冰费等于载冰量与制冰价的乘积，根据式(8)和(9)可知，FRP渔船的年耗冰费一般相当于木质和钢质渔船的75%左右。
(6) 其他费用。其他费用主要包括船员工资Sa、年管理费用Me、网具费用Ne等，通常可根据渔获量并依据水产企业资料统计求得。考虑到不同类型的渔船相差不大，因此不再赘述。
近海小型FRP拖网渔船的经济技术方程，主要借鉴了系统工程学原理，将渔船设计与渔场资源、渔港和渔业市场各因素间建立了关联，最后利用经济评价指标(净现值)来评价渔船设计方案的优劣。在经济方程中，多数经济指标变量，例如，油耗、航速、渔船寿命、保鲜冰费、维修费用和折旧费用对FRP拖网渔船经济性是有利的，仅造价指标对经济性的影响是负面的。
此外，为了满足相关部门对最优FRP船型决策的需要，可利用本研究中提出的经济方程，创建以净现值、吨鱼油耗、投资回收年限、年产量为最优目标的多目标优化模型[10]，并以主机功率、自持力等为决策变量，借助目前成熟的优化算法，在可行解空间中搜索，即可在多个设计方案中选出技术可行、经济最优的FRP船型方案，该方法也是今后研究的重点。
参考文献：
[1] 蔡来喜.浅谈关于发展玻璃钢渔船存在的问题及对策[J].船舶设计与研究,2000,17(3)：19-22.
[2] 邓卫建.玻璃钢远洋金枪鱼延绳钓渔船的开发研究及应用[J].广东造船,2005(4)：1-6.
[3] 梁建生.玻璃钢渔船总体设计中的参数选择[J].水产科学,2001,25(5):485-488.
[4] 李玉珍,丁惠杰,蒋燕，等.玻璃钢渔船增效的对比分析[J].渔业现代化,2000(3):32-33.
[5] 贾复.渔船设计[M].北京：农业出版社,1990.
[6] 梁建生.玻璃钢渔船总体设计中的重量控制[J].渔业现代化,2000(5):7-9.
[7] 罗福才,贾复,林焰，等.渔船资产评估方法研究[J].大连理工大学学报,2007,47(2):206-210.
[8] 李文波,周忠良,李永令，等.三种不同材质拖网渔船的效益分析[J].海洋渔业,1999(1):33-35.
[9] 袁士春,罗福才,张旭.中国渔船寿命的研究与探讨[J].大连水产学院学报,2005,20(4):326-330.
[10] 陶冶,吕显强,杨文莲,等.交互式偏好满意优化在渔船技术经济论证中的应用[J].大连海洋大学学报,2011,26(4):371-375.
Abstract： In view of the problem of lack of the math model for the evaluation of optimum fiber reinforced plastics (FRP) trawl boats, series of economic & technological equations were in this paper proposed, and comparatively analyzed the factors influencing economy of FRP trawls boat, such as fuel consumption, economic life-span, cost, maintain expense, and depreciation cost were analysed comparatively. The results showed that most of the target variable is good for the economy of the FRP fishing trawler, only the cost showing a negative influence. These equations can effectively meet the needs of the FRP optimal ship type evaluation, and provide the basis of the calculation for the construction, management and fishing department.
Key words： fiber reinforce plastics(FRP); trawls boat; economic & technological equation
基金项目： 大连海洋大学博士启动基金资助项目(HDBS201402)；辽宁省教育厅科研计划项目(L2014283)
收稿日期： 2014-12-07
中图分类号：U662.2
文献标志码：A
文章编号：2095-1388(2015)03-0330-04
DOI：10.16535/j.cnki.dlhyxb.2015.03.018