基于标准船型评价指标的近海渔船船型发展分析

王贵彪，李国强，张海波，崔雪亮

(1 浙江省海洋水产研究所，浙江 舟山，316021；2 浙江海洋大学船舶与海运学院，浙江 舟山，316022)

海洋捕捞业是海洋经济的重要组成部分[1-2]，渔船更是海洋捕捞业的最基本工具之一[3-4]，其发展情况对海洋捕捞业健康持续的发展和渔区社会的和谐稳定有着重要的作用[5-6]。自海洋捕捞渔船更新改造工程实施以来，大批的木质渔船、老旧渔船被淘汰[7-9]，一批现代化渔船船型已经完工并进行生产作业，引导了国内海洋捕捞渔船向“安全、节能、经济、环保、舒适”方向发展，全面提升了国内捕捞渔船船型和装备的技术水平[10-11]。但是，目前针对渔船船型发展的评价大多停留在定性描述的阶段，缺乏定量的表达[12]。

以浙江省近海航区的刺网和拖网船型为例，通过对1990—1999年、2000—2009年和2010—2019年3个年段主流船型的调研，采用渔船标准船型评价方法的量化指标[13-14]，分析了船型主尺度及各性能参数在各方面的发展情况与趋势，能够为渔船的研究方向以及渔船相关政策的制定提供可靠的数据支撑，同时也为渔船建造规范和检验规范的修改提供参考。

1 量化评价指标及船型选取简介

1.1 渔船标准船型量化评价指标简介

《渔船标准船型评价方法》[15]是由原农业部渔业船舶检验局组织编制，其选取体现渔船共性和主要特征的海军部系数C海军、干舷系数α、固定压载系数β、空船重量系数C空船、平均稳性衡准数C稳性、鱼/油舱容积系数C鱼油、人均舱容系数C船员、拖力系数C拖力或螺旋桨敞水效率η0等8类系数作为标准船型评价指标，体现了渔船“安全、环保、经济、节能、适居”方针，符合“简单、适用、可量化”的原则。

1.2 调研船型选取简介

为分析近30年来浙江省近海捕捞船型的发展趋势，分别选取船型建造完工日期在1990—1999年，2000—2009年和2010—2019年3个年段的船型作为研究对象，同时为更好地体现渔船整体的发展情况，选取了刺网和拖网作业这两类在浙江省渔船船型中占比较高的船型作为分析对象。每个年代的刺网和拖网主流船型各选取10艘，共计60艘渔船作为研究对象，对其进行主尺度以及各评价参数的量化研究。所选取船型的总长为30～50 m，船长为24～45 m，型宽为4.80～7.20 m，型深为2.20～4.00 m，船体材质均为钢质，其作业航区均为近海航区。

2 渔船船型主尺度比发展分析

由于近海渔业资源减少[16]，船东越来越偏向于建造大船在更远海域作业获取更大的经济效益，近30年来的刺网和拖网主流船型均越造越大，自持力和续航力也不断提升。为进一步进行船型主尺度变化的研究，将调研选取船型的主尺度比L/B和B/D的平均值进行统计分析，具体结果如图1和图2所示，其中L为船长，B为型宽，D为型深。

图1 刺网船型主尺度比

图2 拖网船型主尺度比

两种船型L/B的比值逐渐增大并接近6.0，而B/D的比值则由2不断减小至1.85，这表明在同等型宽下，船型的船长逐渐增长而型深逐渐变深。在同等型宽条件下，2010—2019年段船型的船长比2000—2009年代船型的船长增加了6%左右，更是比1990—1999年段的船型增加了16%左右。

同时，拖网渔船的L/B值一般较刺网渔船大，而B/D值较刺网渔船小，尤其是2000年以后的船型更是明显。一方面，这是由于早期渔船船型的相关科研能力较弱，1990—1999年段建造的拖网和刺网的船型基本一致，只是渔捞设备和携带的网具有所区别。而另一方面，拖网渔船需要安装大直径螺旋桨来增加拖力，导致型深逐渐增大，同时桁拖渔船携带的桁杆决定了其扫海面积，而桁杆的长度又受船长制约[17]，使得同型宽拖网船型的船长较刺网长。

3 渔船各评价指标发展分析

3.1 各年代船型系数对比

为分析船型在“安全、环保、经济、节能、适居”方面的发展情况，分别对每个年段各个船型的海军部系数、人均舱容系数、干舷系数等8类系数进行计算，并取每个年段船型系数计算结果的平均值进行统计分析与对比，其结果如图3和图4所示。

图3 刺网船型各系数比

图4 拖网船型各系数比

3.2 海军部系数大幅提高

海军部系数C海军体现了船舶设计航速、设计排水量与推进功率之间的关系。其表达式如式(1)所示：

(1)

式中：Δ—设计排水量，t；V—设计航速，kn；P—推进功率，kW。

近年来，刺网和拖网船型的海军部系数有着大幅度的提高，这是由于渔船用主机的改进、机桨匹配度的提高、螺旋桨设计安装的规范化[18-19]，CFD数值模拟技术和船模试验在渔船船型线型优化上的大量应用[20-22]，使得渔船有效功率的提升和船型阻力的下降，海军部系数逐渐提高。

3.3 干舷系数略有下降

干舷系数α表征了船舶储备浮力的大小，其表达式如下：

加强森林防火值班调度。防火期内，各级森林防火组织执行领导带班和四个“24小时”制度，确保信息畅通。全市各级1540名森林消防专业队员，集中住宿，靠前驻防，做到火情早发现，早报告，早处置。各级各单位要及时修订完善森林火灾应急预案，一旦出现火情，迅速启动扑火预案，立即调集力量全力扑救，及时处置初发火情，确保林区群众和扑火人员安全。

(2)

式中：F—干舷，m；B—型宽，m。

由计算结果可知，近30年来干舷系数略有下降但基本处于0.11与0.12之间，且刺网和拖网船型两者的区别不大。对近海渔船而言，其干舷区间值一般在0.65～0.80 m。

3.4 空船质量系数和固定压载系数不断增大

空船质量系数C空船和固定压载系数β表征了船舶的经济性和节能性，其表达式如式(3)和式(4)：

(3)

(4)

式中：W空船—空船质量，t；L—公约船长，m；B—型宽，m；D—型深，m；W压—固定压载，t。

随着近年来渔船船型船艏外飘、舷墙肘板采用球扁钢制作、甲板室加长增高等现象常见使得渔船空船质量尤其是主船体以上部分的质量不断提高，造成了渔船空船质量系数的不断增大。这些现象同时也间接地造成了船型需要增加更多的压载质量以保证稳性安全，从而使得船型固定压载系数随之增大，在一定程度上降低了渔船的经济性和节能性。2010—2019年段建造完工的渔船空船质量系数比2000—2009、1990—1999年段的船型分别增大了20%和25%，而其固定压载系数更是增大了约30%和100%。

3.5 平均稳性衡准数逐渐降低

平均稳性衡准数C稳性是船舶所核算的各种装载情况下稳性状况的反映，是表征船舶稳性安全的重要参数[23]。

(5)

式中：Ki—满载出港、满载离渔场、空载到港3种装载状态下的稳性衡准数；n—3，装载状态数。

3.6 鱼/油舱容积系数稳步提高

鱼/油舱容积系数C鱼油表征了船型的装载能力，反映了渔船的经济性。对于钢质渔船，其表达式如下所示：

(6)

式中：V鱼—鱼舱容积，m3；V油—油舱容积，m3；L—公约船长，m；B—型宽，m；D—型深，m。

由对比可以发现鱼/油舱容积系数逐年稳步提高。这是由于一方面船型作业海域的越来越远，对船型的自持力和续航力提出了更高的要求，另一方面船型方形系数也由1990—1999年段的0.6左右发展为2010—2019年段的0.7左右，使得主船体的容积有了增加，鱼、燃油的装载能力有了大幅的提高，致使拖网和刺网的鱼/油舱容积系数分别提高了约50%和30%。

3.7 人均舱容系数大幅提高

人均舱容系数C船员表征了船舶的适居性，也可在一定程度上反应船型的自动化水平，对于船长大于24 m的船型，其人均舱容系数计算如式(7)所示：

(7)

式中：G—总吨位；G净—净吨位；N—船员人数。

由图3及图4可知，船型的人均舱容系数不断提高，且2010—2020年代船型更是有了极大的提高。这是由于船体方形系数的不断增大，上层建筑、甲板室的空间不断提升，造成了渔船船型总吨位的大幅提高，同时船型自动化程度的提高，使得1990—1999年段刺网、拖网船型9～10人的船员配备发展成了2010—2019年段7～8人的船员配备情况，这些变化均使得新船型的人均舱容系数较1990—1999年段提升了约60%。

3.8 拖力系数和螺旋桨敞水效率逐年提高

拖力系数C拖力和螺旋桨敞水效率η0分别表征了拖网船型的系柱拖力和其他渔船机桨配合的优良性，体现了船型的经济和节能性。其表达式如下：

(8)

(9)

式中：Fpo—系柱拖力，kN；P—推进功率，kW；PT—推力功率，kW；PD—收到功率，kW；T—螺旋桨推力，N；VA—进速，取设计航速，m/s；n—螺旋桨转速，r/min；Q—螺旋桨转矩，N·m。

近年来，由于导管桨在拖网渔船上的推广应用[24-25]、渔船机桨匹配的研究[26-30]、渔船用主机改进[31-33]以及船型在设计与建造中更加注重机桨的匹配度等原因，使得拖网渔船的拖力系数和刺网船型的螺旋桨敞水效率随着年代逐步提高，2010—2009年段拖网船型的拖力系数较1990—1999年段提高了约16%，而刺网船型螺旋桨敞水效率也提高了近10%。

4 讨论

在调研船型地区分布上，主要以舟山和宁波地区的主流船型为主，但浙江省渔船船型的主尺度、线型及布置由于各地区渔船作业习惯及水深环境的不同而导致差异性较大[34]，如同等型宽的船型舟山地区的船长比宁波、台州等地的要超过5%以上，而同等型宽的船型，宁波地区的型深比舟山等其他地区深10%左右，温州地区船型的船长普遍短于省内其他地区等。因此，各地区调研船型的数量将不可避免地对计算结果产生误差，使得研究存在一定的局限性。

调研的船型，尤其是1990—1999年段船型，由于图纸资料缺失、船图不符等原因，其主要参数值主要由人工测绘并计算[35]，与实际船型参数如方形系数、排水量等存在一定的误差。同时螺旋桨仅有直径、叶数能获取准确值，而盘面比、螺距等参数均是估计值，这些都会对部分量化参数的计算产生影响[36-37]，致使结果存在一定的误差。

此外，部分评价指标并不能全面地反映船型的状态也是研究存在局限性的一个原因。如干舷系数虽略有下降但由于近几年船型艏艉舷弧的大幅提高反而使得船型储备浮力有所提高[38-39]；而除稳性衡准数外，初重稳距、横倾30°时的复原力臂和最大复原力臂对应的横倾角等都是衡量船型稳性安全的重要指标[40-41]，平均稳性衡准数下降并不能认为船型的稳性安全性降低。

5 结论

渔船船型L/B的比值逐渐增大，而B/D的比值则不断减小。这表明了同等型宽下，船型的船长逐渐增长，型深逐渐变深，渔船船型大型化趋势十分明显；同时，除空船质量系数、固定压载系数、平均稳性衡准数等参数对应的性能略有下降外，其余如海军部系数、鱼/油舱容积系数、拖力系数等参数均呈现了良好的态势，总体上船型发展趋势较好。在渔船设计、建造和检验过程中，应该严格把控船型的质量尤其是主船体以上部分的重量，限制船型船艏外飘、甲板室的长度及高度以及主船体以上部分钢板的用料等，降低船型的空船重量系数和固定压载系数，进而提高船型的稳性安全和造船的经济性。

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