船式養(yǎng)殖平臺(tái)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證

白世陽(yáng)，張 亞，王 樂，龐洪禎

(大連海洋大學(xué)航海與船舶工程學(xué)院，遼寧 大連116023)

0 引言

水產(chǎn)品是重要的食物來源，我國(guó)水產(chǎn)品的需求量缺口較大。由于片面追求經(jīng)濟(jì)效益，忽視了長(zhǎng)遠(yuǎn)和環(huán)境效益，我國(guó)海水養(yǎng)殖布局嚴(yán)重失衡，主要集中在0～10 m淺海的海灣、灘涂和近岸水域。隨著“藍(lán)色糧倉(cāng)”這一重要戰(zhàn)略舉措的提出，發(fā)展深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖已經(jīng)成為新時(shí)期背景下養(yǎng)殖發(fā)展的重點(diǎn)。挪威SalMar公司設(shè)計(jì)了基于鉆井平臺(tái)的巨型鮭魚養(yǎng)殖設(shè)施，結(jié)構(gòu)高度達(dá)67 m，能承受9 m高的海浪。西班牙設(shè)計(jì)了長(zhǎng)190 m的半潛式藍(lán)鰭金槍魚養(yǎng)殖工船，通過附加剛性網(wǎng)，可增加養(yǎng)殖容量[1]。在我國(guó)，船式養(yǎng)殖平臺(tái)研究以舊船為母型船進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)起步，近幾年對(duì)改造方案不斷地進(jìn)行著研究探索。福建福寧船舶重工有限公司建造了國(guó)內(nèi)最大深遠(yuǎn)海鮑魚養(yǎng)殖平臺(tái)“福鮑1號(hào)”，這也是我國(guó)首制的智能環(huán)保型鮑魚養(yǎng)殖平臺(tái)。蔡計(jì)強(qiáng)等[2]圍繞深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖的技術(shù)需求，設(shè)計(jì)出10萬t級(jí)深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖平臺(tái)總體技術(shù)方案。

本文分析研究船式養(yǎng)殖平臺(tái)特點(diǎn)及運(yùn)營(yíng)方式，建立了船式養(yǎng)殖平臺(tái)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證模型，運(yùn)用主觀評(píng)判與客觀評(píng)判方法，進(jìn)行論證。結(jié)合流水混養(yǎng)試驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)例論證，為船式養(yǎng)殖平臺(tái)的設(shè)計(jì)營(yíng)運(yùn)提供參考。

1 運(yùn)營(yíng)模式

船式平臺(tái)設(shè)施系指具有船形、排水型的結(jié)構(gòu)型式，具備自航能力的移動(dòng)養(yǎng)殖漁業(yè)設(shè)施。在漂浮狀態(tài)下，采用定位系統(tǒng)，該平臺(tái)可抵御一定海況，在設(shè)定作業(yè)水深下能夠進(jìn)行養(yǎng)殖[3]。平臺(tái)在海上運(yùn)營(yíng)包含3種工況：航行工況、養(yǎng)殖工況和避風(fēng)工況。一般采取一套拖曳式大抓力錨，在指定海域拋單錨定位，使平臺(tái)處于養(yǎng)殖工況，利用較大的養(yǎng)殖艙容，模仿工業(yè)化養(yǎng)魚技術(shù)進(jìn)行養(yǎng)殖。平臺(tái)運(yùn)營(yíng)成本中的年非漁業(yè)養(yǎng)殖成本(不考慮海域使用費(fèi))，指平臺(tái)每年用于維持正常運(yùn)營(yíng)所必要的支出費(fèi)用，包括平臺(tái)折舊費(fèi)、維修費(fèi)、保險(xiǎn)費(fèi)、員工工資及其他費(fèi)用[4]。平臺(tái)運(yùn)營(yíng)成本中的周期養(yǎng)殖漁業(yè)成本指每個(gè)養(yǎng)殖周期內(nèi)僅用于漁業(yè)養(yǎng)殖所消耗的費(fèi)用，包括苗種購(gòu)買、飼料費(fèi)用、耗電、液氧、人工、設(shè)備折舊及其他雜項(xiàng)支出等[5-6]。

2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證

2.1論證參數(shù)

船式養(yǎng)殖平臺(tái)論證的參數(shù)分為兩類：一類是組成養(yǎng)殖平臺(tái)設(shè)計(jì)方案的技術(shù)參數(shù)；另一類是運(yùn)營(yíng)過程中養(yǎng)殖模式及市場(chǎng)相關(guān)的參數(shù)，論證時(shí)在程序中輸入該類參數(shù)。

2.1.1平臺(tái)主尺度

平臺(tái)主尺度包括平臺(tái)垂線間長(zhǎng)LPP、型寬B、型深D、養(yǎng)殖工況吃水d等。選定平臺(tái)主尺度作為方案論證的目標(biāo)參數(shù)，通過調(diào)研得出各參數(shù)的范圍，按照一定的步長(zhǎng)組合成一系列的設(shè)計(jì)方案，對(duì)每個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的計(jì)算。

2.1.2養(yǎng)殖水體體積VS

船式養(yǎng)殖平臺(tái)是以主船體為平臺(tái)承載主體進(jìn)行養(yǎng)殖，養(yǎng)殖體量是由養(yǎng)殖艙容VC的大小決定的，養(yǎng)殖水體體積占養(yǎng)殖艙容的80%。

VC=CB0LPP(B-2b)×(D-h0)

(1)

式中CB0——母型平臺(tái)方形系數(shù)，以“國(guó)信一號(hào)”為母型平臺(tái)，取0.847

VC——養(yǎng)殖艙容積

LPP——垂線間長(zhǎng)

B——型寬

b——雙層殼寬度，根據(jù)規(guī)范選取

h0——雙層底高度，h0=25B+42d+300，且760 mm

(1)養(yǎng)殖技術(shù)。

海上移動(dòng)式養(yǎng)殖平臺(tái)是模仿工廠化養(yǎng)殖進(jìn)行養(yǎng)殖運(yùn)營(yíng)。工廠化養(yǎng)殖包括流水型梯級(jí)池養(yǎng)殖、換水型工廠化養(yǎng)殖和循環(huán)水工廠化養(yǎng)殖等[7]。選擇合適的工業(yè)化養(yǎng)殖方式，配置對(duì)應(yīng)的養(yǎng)殖裝置，進(jìn)行海上工業(yè)化養(yǎng)殖。

(2)養(yǎng)殖魚種。

養(yǎng)殖平臺(tái)的收入來源于養(yǎng)殖的商品成魚的銷售額。養(yǎng)殖商品魚的產(chǎn)量和市場(chǎng)價(jià)格決定著平臺(tái)投資方案的效益和利潤(rùn)。

在養(yǎng)殖運(yùn)營(yíng)過程中，平臺(tái)上的養(yǎng)殖裝備、養(yǎng)殖技術(shù)選擇、養(yǎng)殖密度大小、養(yǎng)殖成活率及成魚的市場(chǎng)價(jià)格變動(dòng)對(duì)養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)效益影響很大，因此選擇養(yǎng)殖密度、養(yǎng)殖成活率和成魚市場(chǎng)價(jià)格作為論證輸入?yún)?shù)。

2.2經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

為了從多方面綜合考慮船式養(yǎng)殖平臺(tái)的經(jīng)濟(jì)性，并考慮平臺(tái)的營(yíng)運(yùn)模式、收入及其使用期限等情況，論證中選取凈現(xiàn)值、凈現(xiàn)值率、投資償還期、養(yǎng)殖效果系數(shù)等4個(gè)論證經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[8-9]。

2.2.1凈現(xiàn)值NPV

凈現(xiàn)值即船式養(yǎng)殖平臺(tái)養(yǎng)殖運(yùn)營(yíng)年限內(nèi)，各養(yǎng)殖周期的收入、養(yǎng)殖運(yùn)營(yíng)支出、初始投資和平臺(tái)的殘值，按投資收益率折現(xiàn)后的現(xiàn)值總和，是衡量平臺(tái)投資能否收回的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，按式(2)計(jì)算。

NPV=-P+A(P/A，i，N)+L(P/F，i，N)

(2)

式中P——初始投資

A——周期收益

P/A，i，N——收益等額現(xiàn)值因數(shù)

L——平臺(tái)殘值

P/F，i，N——終值等額現(xiàn)值因數(shù)

i——基準(zhǔn)投資收益率

N——平臺(tái)運(yùn)營(yíng)年限

2.2.2凈現(xiàn)值率NPVI

凈現(xiàn)值指數(shù)是單位投資的凈現(xiàn)值，其值越大越好。該指標(biāo)可以充分反映投資的相對(duì)效益，從而彌補(bǔ)凈現(xiàn)值指標(biāo)的不足。

NPVI=NPV/P

(3)

2.2.3投資償還期PBP

按預(yù)期的投資收益利率和營(yíng)運(yùn)中所得的收益求得的償還投資的時(shí)間，稱為投資償還期PBP。該指標(biāo)越小越好。

(4)

2.2.4養(yǎng)殖效果系數(shù)M

船式養(yǎng)殖平臺(tái)單位運(yùn)營(yíng)成本所能獲得的利潤(rùn)，該指標(biāo)能同時(shí)反映養(yǎng)殖年利潤(rùn)與年養(yǎng)殖成本，其值越大，方案越合理，但難以反映資金周轉(zhuǎn)的速度。M值按式(5)計(jì)算。

(5)

式中AP——周期利潤(rùn)

Y——平臺(tái)運(yùn)營(yíng)周期總費(fèi)用

2.3其他經(jīng)濟(jì)因素、參數(shù)

(1)初始投資P。

指船式養(yǎng)殖平臺(tái)在設(shè)計(jì)建造階段，平臺(tái)的設(shè)計(jì)、建造、設(shè)備、檢驗(yàn)及銀行貸款相關(guān)等費(fèi)用總和。

(2)平臺(tái)年非漁業(yè)養(yǎng)殖成本。

指船式養(yǎng)殖平臺(tái)在每年僅用于維持正常運(yùn)營(yíng)所支出費(fèi)用的總和，包括折舊費(fèi)。折舊費(fèi)按照設(shè)計(jì)使用年限采用直線折舊法進(jìn)行折舊，維修費(fèi)取初始投資的3%，保險(xiǎn)費(fèi)取初始投資的1%，船員工資為每人12萬/年，其他費(fèi)用占年非漁業(yè)養(yǎng)殖成本的4%。平臺(tái)使用年限為20年。

(3)養(yǎng)殖平臺(tái)年產(chǎn)量估算(年最大養(yǎng)殖水產(chǎn)品產(chǎn)量)。

在養(yǎng)殖工況下，養(yǎng)殖水體體積占養(yǎng)殖艙容的80%。

Emax=KρGVC×80%×10-3

(6)

式中Emax——年最大養(yǎng)殖水產(chǎn)品產(chǎn)量，t

ρ——養(yǎng)殖密度，尾/m3

Vc——養(yǎng)殖艙容，m3

K——存活率， %

G——每尾魚的質(zhì)量，kg/尾

(4)不確定性因素及敏感性分析。

將養(yǎng)殖平臺(tái)的初始投資，養(yǎng)殖魚的成活率、魚價(jià)、周期養(yǎng)殖成本，以及設(shè)定的投資基準(zhǔn)收益率作為不確定性因素進(jìn)行處理。先按照在養(yǎng)殖工況不變的情況下作為固定值進(jìn)行論證，然后對(duì)其進(jìn)行敏感性分析。分別計(jì)算其對(duì)各經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響趨勢(shì)及大小，并對(duì)影響較大的因素進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算分析。

3 優(yōu)化論證方法及步驟

先用參數(shù)分析法進(jìn)行平臺(tái)方案設(shè)計(jì)及初選，再分別用模糊綜合評(píng)判(主觀性方法)和灰關(guān)聯(lián)度分析法(客觀性方法)對(duì)平臺(tái)各設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證評(píng)優(yōu)[10]。若論證結(jié)果一致，對(duì)優(yōu)選方案進(jìn)行敏感性分析；若論證結(jié)果不一致，再選用多目標(biāo)最優(yōu)化方法進(jìn)行論證評(píng)優(yōu)，然后對(duì)最優(yōu)方案進(jìn)行敏感性分析。優(yōu)化論證流程如圖1所示，其步驟如下。①選取各技術(shù)參數(shù)步長(zhǎng)，初選輸出可選方案集V=(v1，v2， …，vm)。②分別進(jìn)行模糊綜合評(píng)判、灰關(guān)聯(lián)分析。③輸出評(píng)判結(jié)果，觀察結(jié)果是否一致。若一致，選出最優(yōu)方案；若不一致，進(jìn)行最優(yōu)化分析，再輸出最優(yōu)方案。④進(jìn)行敏感性分析。⑤輸出結(jié)果。

圖1 論證程序流程Fig.1 Flow of demonstration procedure

3.1模糊綜合評(píng)判

3.1.1選定評(píng)定因素

選取平臺(tái)方案的初始投資P、凈現(xiàn)值NPV、凈現(xiàn)值指數(shù)NPVI、投資償還期PBP、養(yǎng)殖效果系數(shù)M，作為評(píng)判依據(jù)，組成因素集U=(u1，u2， …，un)。

3.1.2對(duì)評(píng)定因素進(jìn)行考評(píng)

根據(jù)各因素滿意度函數(shù)(表1)進(jìn)行模糊評(píng)定，得到評(píng)判矩陣

表1 各因素滿意度函數(shù)

3.1.3進(jìn)行綜合評(píng)判

輸入各因素重要度，進(jìn)行歸一化處理，得到權(quán)向量A。

通過權(quán)向量A和評(píng)判矩陣R獲得排序矩陣

bi即對(duì)第i方案的一個(gè)綜合評(píng)判結(jié)果，根據(jù)bi的大小，可以完成各方案的排序。

3.2灰關(guān)聯(lián)度分析

3.2.1確定分析序列

根據(jù)方案集V=(v1，v2， …，vm)和因素集U=(u1，u2， …，um)，確定分析序列

3.2.2變量序列無量綱化

采用效果測(cè)度變換法，對(duì)各指標(biāo)因素進(jìn)行無量綱化處理，得到處理后的序列

3.2.3求序列差、最大差和最小差

上面計(jì)算式中的第一行(參考樣本)與其余各行(比較樣本)對(duì)應(yīng)的絕對(duì)差值，形成如下的絕對(duì)差值矩陣

式中，δij=|x0j-xij|，i=1，2，…，m和j=1，2，…，n，。

絕對(duì)差值矩陣中的最大數(shù)和最小數(shù)即最大差和最小差

δmax=max{δij}
δmin=min{δij}

3.2.4計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)

得到關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣

其中，取ρ=0.1，ρ越小越能提高關(guān)聯(lián)系數(shù)之間的差異，ρ的取值不會(huì)影響排序。

3.2.5計(jì)算關(guān)聯(lián)度

比較樣本Ai與參考樣本A0的關(guān)聯(lián)程度是通過n個(gè)關(guān)聯(lián)系數(shù)來反映的，取其平均值為關(guān)聯(lián)度

3.2.6依據(jù)關(guān)聯(lián)度排序

對(duì)各比較序列與參考序列的關(guān)聯(lián)度從大到小排序，關(guān)聯(lián)度越大，說明其比較序列與參考序列變化的態(tài)勢(shì)越一致。

4 實(shí)例計(jì)算與分析

根據(jù)上述船式養(yǎng)殖平臺(tái)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析模型，編制論證計(jì)算程序。輸入養(yǎng)殖平臺(tái)的營(yíng)運(yùn)模式及其養(yǎng)殖能力參數(shù)，通過調(diào)研得出各參數(shù)范圍，如表2～6所示。

表2 平臺(tái)方案技術(shù)參數(shù)

黃海中部洼地的深層存在一個(gè)巨大的夏季冷水團(tuán)，面積約13萬km2，水質(zhì)優(yōu)良，可以利用現(xiàn)代海洋裝備在此海域養(yǎng)殖大型鮭科魚類[11]。以高密度流水混養(yǎng)細(xì)鱗魚、哲羅鮭、虹鱒和白點(diǎn)鮭為例，實(shí)驗(yàn)養(yǎng)殖水域體積保持在525 m3左右，養(yǎng)殖周期22個(gè)月，實(shí)驗(yàn)成魚平均濕質(zhì)量2.3 kg/只，成活率為88.5%，產(chǎn)出商品魚共10 177.5 kg，經(jīng)濟(jì)效益估算為收入114.5萬元，凈利潤(rùn)56.4萬元，收入利潤(rùn)比為2.03∶1[12]。

表3 模糊綜合評(píng)判指標(biāo)因素重要度

表4 初選方案集

表5 模糊綜合評(píng)判輸出結(jié)果

表6 灰關(guān)聯(lián)度分析射出結(jié)果

評(píng)判結(jié)果一致，選取最優(yōu)方案的方案15進(jìn)行敏感性分析，初始投資、周期養(yǎng)殖成本、魚價(jià)、養(yǎng)殖成活率的敏感性分析如表7～10所示，各因素的影響如圖2～5所示。

表7 初始投資的影響

表8 周期養(yǎng)殖成本的影響

表9 魚價(jià)的影響

表10 養(yǎng)殖成活率的影響

表11 預(yù)期基準(zhǔn)收益率的影響

圖2 各因素對(duì)NPV的影響Fig.2 Influence of various factors on NPV

圖3 各因素對(duì)NPVI的影響Fig.3 Influence of various factors on NPVI

5 結(jié)論

針對(duì)船式海上漁業(yè)養(yǎng)殖平臺(tái)的特點(diǎn)，通過對(duì)影響平臺(tái)建造與營(yíng)運(yùn)經(jīng)濟(jì)性的參數(shù)(如平臺(tái)主尺度、養(yǎng)殖水體體積、平臺(tái)養(yǎng)殖技術(shù)、目標(biāo)商品魚種等)進(jìn)行分析研究，選取凈現(xiàn)值凈現(xiàn)值、凈現(xiàn)值率、投資償還期和養(yǎng)殖效果系數(shù)4個(gè)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，外加初始投資作為經(jīng)濟(jì)論證因素集，對(duì)其進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和論證，開發(fā)了相關(guān)的論證系統(tǒng)軟件，論證了有關(guān)養(yǎng)殖平臺(tái)的主尺度及各項(xiàng)養(yǎng)殖參數(shù)。通過一個(gè)實(shí)例計(jì)算分析得到：平臺(tái)設(shè)計(jì)方案為方案15時(shí)，平臺(tái)經(jīng)濟(jì)效益最好。利用敏感性分析模塊對(duì)其進(jìn)行初始投資、每周期漁業(yè)養(yǎng)殖成本、預(yù)期的基準(zhǔn)投資收益率、成活率和魚價(jià)進(jìn)行敏感性分析得到：初始投資不超過4.25億，每周期的漁業(yè)養(yǎng)殖成本不超過1.37億，預(yù)期的基準(zhǔn)投資收益率不超過25.0%，且預(yù)期基準(zhǔn)收益率變化對(duì)養(yǎng)殖效果系數(shù)M無影響，成活率應(yīng)高于85.8%，4種商品魚平均魚價(jià)應(yīng)不低于109元/kg。

圖4 各因素對(duì)PBP的影響Fig.4 Impact of various factors on PBP

圖5 各因素對(duì)M的影響Fig.5 Impact of various factors on M