渔船船体材料应用现状及发展趋势

渔船作为重要的捕捞装备之一，对渔业的发展起到关键作用，对促进中国海洋渔业可持续发展和加快现代渔业建设具有重要意义。目前，中国渔船以木质渔船为主，船体材质更新缓慢，新型渔船材料难以普及，现有渔船能耗高、效率低，严重影响经济效益。其主要原因之一就是中国在渔船材料综合性能方面的对比研究较少，导致对新材料的认识不足，渔民对新型材质渔船不信任。本研究中对多种渔船船体材料的综合性能进行了对比分析，尤其是针对目前中国渔船的现状，对渔船船体材料的发展趋势进行了展望，旨在为中国船东和渔船建造企业进行渔船材质选择提供参考依据。

1 渔船船体材料国内外应用现状

1.1 渔业发达国家渔船

世界各国之间在渔船发展水平方面参差不齐甚至差距很大，在渔业发达国家使用新材料、新工艺建造渔船的技术已经相当成熟。以日本为例，日本是世界上渔业比较发达的国家之一，其渔业管理规范化程度很高，渔业捕捞装备代表着世界先进渔业装备的发展方向。目前，日本玻璃钢渔船的数量占比超过97%[1]，基本取代了传统的木质渔船。

另外，日本及欧洲国家从20世纪50年代开始研发全铝渔船，到目前为止，日本的铝合金渔船数量达3000余艘，是世界上铝合金渔船数量最多的国家[2]。欧洲铝合金船的数量虽然不多，但许多造船厂对建造铝合金船抱有很大希望，法国和挪威用铝合金建造的船多以观光船和快艇等游览船为主，今后在建造渔船方面将有更大的发展。

随着世界各国近海渔业资源的逐年减少，使得渔船作业海区离基地港越来越远，渔业发达国家都特别重视发展大型或特大型渔船，如挪威、荷兰、西班牙等国家在大型远洋渔船的设计建造方面已遥遥领先，节能型渔船、渔具材料应用齐全，低温钢、耐腐蚀钢、高止裂韧性钢应用成熟。

1.2 中国渔船

截至2016年末，中国渔船总量为94.62万艘[3]，是典型的渔业大国。其中，木质渔船数量占比高达84%，钢质和钢丝网水泥渔船数量共占14%，玻璃钢渔船数量仅占2%[4]。渔民选择使用木质渔船主要是考虑到木质渔船造价较低且主要依靠经验建造，但目前正在运营的木质渔船出现能耗高、船体老旧及阻力不可控的现象，严重影响经济效益[5]。因此，中国政府相继出台了“渔船标准化”和“海洋渔业绿色发展”等相关文件来促进渔船的改造升级。

为了实现渔业强国的渔业现代化进程，国内一些造船企业在参考国外相关技术和规范的基础上逐渐使用玻璃钢和聚乙烯材料建造中小型渔船。虽然经过40多年发展，中国玻璃钢渔船保有量却仅有2万余艘[6]，而用聚乙烯建造渔船更是刚刚起步。国内有关渔船研究设计与建造基础较薄弱，对材质的综合性能认识不足，只有为数不多的企业应用新型材料建造渔船，未形成批量生产规模，产品质量也不稳定，严重制约了新型渔船材料的发展。

中国大型远洋渔船标准化体系建立相对滞后，规范化程度不高，大部分远洋渔船由国内近海钢质渔船及非渔用船舶改造而成。渔船老旧，船型与材料不匹配，船体腐蚀严重，存在极大的安全隐患。近年来，中国政府对新建远洋渔船给予了较大的政策支持，多艘自主设计、多种型号钢材建造的大型远洋渔船相继下水，淘汰了部分老旧渔船。但中国远洋渔船数量多、规模大，完全更新换代还需一个较长周期，短期内渔船老旧问题仍然突出[7]。

总体来说，中国渔船在更新改造、新材料研发利用、船型与材料的匹配等方面与渔业发达国家相比尚且存在一定的距离，捕捞能力弱、事故率高、经济效益低，严重阻碍了中国渔业的发展[8]。

2 渔船常用船体材料综合性能分析

2.1 力学性能对比分析

针对国内外使用的主要渔船建造材料进行力学性能分析[9-11]，结果如表1所示，不同材料的力学性能差别很大。

船用钢：钢材强度最高，弹性模量适中、物理性质各向同性，具有耐磨、耐撞、耐老化、易加工成型等优点，适宜用于建造大型远洋渔船[12]。

铝合金：与钢材相比，铝合金材料抗拉强度小、密度小、比强度高，用于建造中型渔船优势更加明显，但铝合金材料耐磨性较差，渔具与渔船接触部分应加装耐磨材料。

玻璃钢：与木质材料相比，玻璃钢材料因比强度高、易加工成型，能够按照流体力学的线型建造且耐腐蚀性强，在中、小型渔船的应用上更具优势[13]，可取代木质渔船。但玻璃钢弯曲模量和层剪切强度相对较低，不耐磨、不抗撞，停靠在普通渔港或浅滩会加快船体损坏，因此，使用玻璃钢渔船必须具备专用渔港。

聚乙烯：在建造小型渔船及微型垂钓艇方面，聚乙烯材料因比强度高、密度小等优势完全可以取代钢丝网水泥复合材料的使用。但聚乙烯材料也存在不耐磨、易燃、易老化的问题，需要正确使用和维护才能保证聚乙烯渔船的使用寿命。

2.2 经济性对比分析

本研究中选择船长24 m、主机功率90 kW的4种材质拖网渔船对其经济性进行对比分析[14-17]，结果见表2。其中，木质渔船造价低，初期投入少，但运营成本高、产值低，导致经济效益差，再加上事故率高，严重增加了投资风险；钢质渔船因其适中的造价和较高的产值在未来一段时间内将会成为主流；钢丝网水泥渔船造价和运营成本低、产值较高[18]，适合个体渔民选择；玻璃钢渔船虽然造价高，但从使用年限、使用成本和生产产值等方面进行分析，其综合经济效益要远高于其他3种材质渔船，是捕捞渔船经济性最好的材质。此外，因国内应用铝合金和聚乙烯建造渔船刚刚兴起，相关法规还不完善，经济性数据不成熟，未能做出对比分析。但铝合金和聚乙烯渔船拥有较高的比强度并且渔船报废材料回收利用价值高，其经济效益会大幅提升，是渔船船体建造材料的重要补充[19]。

2.3 可持续性对比分析

为了符合可持续性发展的战略要求，在渔船建造上，选择合理的渔船船体材料是一个重要途径[20]，通过对渔船船体常用材料可持续性对比[21-23](表3)可知,目前应用的渔船船体建造材料均来源于自然资源，除了木材之外其他几种材料均不可再生，必须合理开采和应用。但建造木质渔船需要耗费大量的木材，从目前中国木质渔船数量来看，木材消耗量远大于可再生量，不利于森林资源的保护，与全球倡导的节能环保理念相背驰，为此，应尽量减少木质渔船的使用。从材料可循环利用的角度来考虑，选择钢材、铝合金、聚乙烯建造渔船，达到报废年限的船体材料可回收重新加工再利用，符合有效利用自然资源要求，但钢材耐环境腐蚀能力较差且表面粗糙，易被水生生物附着，每年因腐蚀会损失大量的钢材，所以钢材用于建造船舶表面必须喷涂油漆，而油漆会造成水体污染，毒害水生生物，不利于环境保护。玻璃钢渔船虽然在很多方面与传统木质渔船相比具有非常明显的优势，但因其渔船报废船体材料不可回收，污染环境。因此，中国在大力发展玻璃钢渔船的同时必须严格控制玻璃钢渔船的使用数量。由此可见，铝合金、聚乙烯是可持续性发展型渔船建造材料。

综上分析，建议大力发展玻璃钢、铝合金、聚乙烯等材料用于建造渔船，其渔船综合性能远远优于其他材质，满足绿色经济的发展模式，是当下渔船材质的最佳选择。

3 渔船船体材料的发展趋势

3.1 节能型材料

随着人们对能源危机和环境保护意识的增强，对渔船节能减排的要求越来越高。通过使用质量轻、易加工、无污染的材料建造渔船，船体线型按照流体力学原理设计建造，减轻空船重量、降低航行阻力；同时全面降低渔船能耗，提高捕鱼效率和经济效益，符合可持续发展的理念。目前，玻璃钢复合材料、高密度聚乙烯材料、铝合金材料在建造渔船上是首要的选择。未来随着新材料、新工艺的不断成熟，质量更轻的复合材料，如碳纤维复合材料将在小型渔船中有更广泛的应用[24]。

3.2 高强型材料

随着世界各国近海渔业资源的日益紧缩，获取远洋渔业资源的竞争愈发激烈，远洋渔船逐步向大型化、多功能发展，渔船长期远海作业，需要应对各种恶劣的气象环境，对渔船船体强度有很高的要求。目前，大型渔船使用钢材建造，在强度上满足了要求，但钢材密度相对较大，节能和耐腐蚀效果较差。未来，密度低强度高的合金材料将是大型船舶建造材料应用的主流方向，如主要应用于航空航天领域大型结构物建造材料的镁合金、钛合金等，密度只有钢材的30%～60%，而强度、耐腐蚀性却超过钢材[25]，这些高强型材料用于船体建造能减轻船舶重量、增加载重量、提高经济效益，随着工艺技术的不断成熟和探明储量的逐渐增加，镁合金、钛合金的制造成本可能会大大降低，将其应用到造船行业，是高强型渔船材料的发展方向。

3.3 耐腐型材料

船舶长期处于海洋环境中，船体腐蚀问题一直是人们关注的焦点，合理的防腐设计是控制船舶腐蚀的关键因素，建造材料的选取、船舶结构的设计及船舶建造工艺等均会对船舶的腐蚀造成影响。近年来，玻璃钢复合材料在建造渔船方面得到了广泛应用，大大提高了渔船结构的耐腐蚀性能。但该材料比强度相对较低，不宜建造大型渔船。目前，德国研发出一种新颖的钢/塑复合材料，把钢、塑两种材料的优点由人为有意设计、经一定的工艺构成的一种新材料。这种新材料具有单一钢、塑不具备的性能，克服了钢材不耐腐、塑料刚性强度不足的缺点，耐腐蚀性与纯聚乙烯相当，拉伸压缩强度与钢材相当[26]。将这种材料应用在渔船上将大大降低因腐蚀造成的损失，能有效解决船舶防腐的问题，是渔船结构耐腐蚀型材料的发展趋势。

3.4 低成本型材料

随着市场经济体制的不断深入，行业之间的竞争变得日益激烈，渔船建造行业显得尤为突出，而通过“降本增效”的方法是提高渔船建造企业核心竞争力的有效手段。目前，船体建造成本占总成本一半以上，其中主要包括材料采购费和劳务费，而材料加工难易程度决定建造周期，进而影响人工成本[27]。因此，价格低廉和易加工成型的材料，如复合蒙布材料具有成本低、质量轻、工艺性好、可模块化组合及稳定性好等特点[28]，随着研发力度的不断投入，强度不断提升，应用其建造渔船能大大降低船舶建造成本，提高渔船建造企业竞争力，此类材料将会受到青睐。

4 问题与展望

4.1 中国渔船发展中存在的问题

近年来，尽管中国对渔船的发展不断重视，投入的力度不断增加，但制约中国渔船发展的因素仍然存在，与渔业发达国家相比还有很大差距，主要表现在：(1) 中国渔船产业结构配置不合理，主要从事近海作业的小型木质渔船数量过多，与近海渔业资源严重减少的矛盾逐渐突显；(2) 先进的渔业装备推广缓慢，中国已开始学习渔业发达国家的先进经验，使用新材料建造渔船，经过40多年的发展，节能型渔船使用数量仍然占比极少，未能普及；(3) 中国在新材料的研发、新船型的设计及配套设施建设投入力度不足，对渔船的管理有待加强，超龄失修的渔船仍在使用，导致能耗高、油水泄漏、海事事故等现象频发，大大提高了渔业捕捞成本，同时也对海洋环境造成了严重污染。

4.2 中国渔船建造改进措施

为了解决这些问题，中国渔业船舶检验局于2012年发布了十大渔船标准化船型，这些船型涵盖了不同材质、不同尺度、不同作业方式。对此，中国已经完成了科学管理渔船、促进渔业生产全面、协调、可持续发展的基础性工作[29]。为了让渔民完全接受新型材质渔船，中国在渔船设计方面的任何改进都不应完全照搬照抄，一个地区运作良好的渔船并不一定适合另一个地区的使用，不同材质渔船的设计应符合不同地区的使用环境、渔民的使用习惯和渔业资源情况等。因此，选择既符合国家节能减排政策，又适应不同地区需求的渔船材质，是渔船更新改造的重要一环。

今后将充分挖掘不同渔船材料的特点，利用聚乙烯密度比水小、耐腐蚀、塑性好，玻璃钢比强度高、可塑性好、表面光滑，钢材强度高、水密性好，铝合金耐腐蚀、比强度高等优点，筛选出适合不同船型渔船使用的材料。建议在沿岸小型渔船方面积极发展聚乙烯渔船，在近海中型渔船方面积极发展玻璃钢渔船，在远洋大型渔船方面积极发展全钢质船体、铝合金上建渔船。大力研发新型渔船船体材料，积极开发材料一体化成型工艺，准确建立材料耐久性评价及寿命预测体系，实现质轻高强、高隔音、高阻燃、耐腐蚀渔船的建造和应用，大幅提升中国渔船核心竞争力。

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