李明敏

中国船舶集团六〇五院 船海部技术总监

图 | 由受访者提供

本文以我国深远海养殖发展需求为背景，首先介绍了我国近年来有关支持深远海养殖发展的相关政策，然后梳理了国内外现有各类海上养殖装备的技术特点和应用现状，并分别针对重力式网箱、桁架式网箱以及养殖工船装备在应用过程中存在的问题进行了分析，提出了相关解决问题的关键技术方案；最后为推动深远海现代化养殖装备发展，提出了有关产业链及标准化建设的展望。

水产品是人类食物的重要组成部分，富含蛋白质和微量元素，已成为谷物和牛奶之后的第三大食物蛋白来源，占全球总蛋白供应量的6.5%，占动物蛋白总供应量的16.4%。

海洋养殖是人类主动、定向利用国土海域资源的重要途径，已成为对食品安全、国民经济和贸易平衡做出重要贡献的产业。我国海域资源丰富，拥有约1.8万公里长的海岸线，离岸200海里以内管辖的水域达300万平方公里，海洋养殖产业极具发展前景。

然而，目前我国海水养殖主要集中在沿海陆基和近岸浅海区域（水深在20米以内），面临着养殖密度过大、养殖容量趋于饱和、养殖海域富营养化、养殖挤占港湾航道、影响海岸带景观、养殖病害频发以及养殖水产品质量下降等一系列问题。此外，近年快速发展的滨海旅游业和沿海重工业进一步挤压了海水养殖业的发展空间。

因此，推动海水养殖从近海向深远海拓展是当前缓解近海养殖压力、改善近海生态环境、优化海水养殖空间布局和促进海水养殖业转型升级的必然选择。

数据来源：《2022年世界渔业和水产养殖状况》

图1 世界捕捞渔业和水产养殖产量分布图

2021年7月，财政部、农业农村部联合印发《关于实施渔业发展支持政策推动渔业高质量发展的通知》，指明“十四五”期间将通过支持建设国家级海洋牧场、改造捕捞设施等方式，推动渔业高质量发展，提高渔业现代化水平，构建渔业发展新格局，重点“支持深水网箱和大型智能养殖装备等深远海养殖设施装备建设”。

2022年1月，农业农村部印发《“十四五”全国渔业发展规划》，指出“合理布局、稳妥发展深远海养殖，将深远海养殖打造成技术先进、装备优良、生态和谐的新型养殖业态”。

2023年1月，中共中央、国务院发布中央1号文件《关于做好2023年全面推进乡村振兴重点工作的意见》，要求加快建设现代海洋牧场，发展深水网箱、养殖工船等深远海养殖装备。山东、广东、福建等地纷纷出台了相关政策措施鼓励发展深远海养殖产业。随着一系列国家及地方有关深远海养殖产业政策措施的发布和落实，深远海现代化养殖装备的发展需求也应运而生。

（一）国外典型装备产品

国外海上养殖的装备主要以HDPE（高密度聚乙烯）重力式网箱和浮式养殖平台（钢质桁架式网箱），其中HDPE重力式网箱产品份额占主导地位（90%以上）。

挪威是目前全球海上养殖装备技术领先的国家，其在深海网箱的研发也处于世界领先位置。其应用于深远海的HDPE重力式网箱逐渐向大型化和机械化发展，重力式网箱产品规模70—200m周长，网箱深度达40米，最大养殖水体近5万方。

挪威的重力式网箱主要特点是在常规HDPE重力式网箱的基础上进行了功能拓展，收放网过程中采用了电动机械结构，搭配洗网机械人作业，有效减少了人力工作；同时采用双层网结构，有效降低了渔网破损带来的鱼逃逸风险。

挪威是第一个提出浮式养殖平台概念的国家。2017年SalMar ASA公司建造的全球首例半潜式全自动化、智能化的深海养殖装备“Ocean Farm 1”，该装备采用半潜桁架式结构，直径110米，高度68米，作业水深100—300米，养殖水体25万立方米，主要用于三文鱼养殖。

挪威在“Ocean Farm 1”养殖平台基础上，又成功推出了“Arctic Offshore Farming Cage A”和“Havfarm 1”浮式养殖平台，该系列装备具有较高的智能化程度。

装备具备渔网清洗、成鱼自动搜捕、饲料自动投喂等主要功能。相比于常规重力式网箱来说，浮式养殖平台具备自动化程度高，抗风浪能力强等特点，但其高昂造价成本导致批量化投产的难度较大，以“Ocean Farm 1”为例，25万立方米的养殖水体的成本已达到2.5亿元。

（二）国内典型装备产品

中国在1998年首次从挪威引进了HDPE重力式网箱，正式开启了我国海上大型养殖装备的发展道路；2001年浙江省引进第一套美国制钢制碟形升降式深水网箱；2018年中船集团武昌造船厂自主设计建造交付了国内第一个深远海浮式桁架式网箱“深蓝一号”（见图2），推动了国内浮式养殖平台装备的发展；2022年由上海渔机所和中船六O五院联合设计的全球首艘10万吨级智慧渔业大型养殖工船“国信１号”（见图3）正式交付使用，开启了游弋式深远海养殖模式的探索，为深远海现代性养殖装备发展提出了中国解决方案。

图2“深蓝一号”浮式养殖平台

图3“国信1号”养殖工船

深远海养殖目前尚未有准确统一的界定，一般认为：养殖设施设置在离岸10千米以外、水深大于20米并具有大洋性浪流特征的开放海域，装备采用了规模化的养殖设施和机械化、自动化、智能化养殖系统进行鱼类高效养殖生产，相关养殖配套符合生态环境相关要求。我国深远海养殖产业相比于一些先进国家起步较晚，相应的配套设施尚未完善。

图4 坐桩式可升降桁架网箱

据统计，截至2022年末，我国拥有重力式网箱约2万口，桁架式网箱30余架，养殖工船4艘（含改造船），深远海养殖装备的养殖水体约4400万立方米，2022年水产品年产量39.3万吨，占我国水产养殖的比重仅为0.6%。

基于对我国现代渔业“以养为主”发展规律的基本判断，同时结合各种养殖装备的特点和发展趋势，适应我国深远海现代化养殖装备主要包括重力式网箱、桁架式网箱和养殖工船等。

图5 深远海现代化养殖装备布设剖面示意图

目前我国深远海现代化养殖装备在养殖规模、技术成熟度以及标准化程度等方面与国外先进国家相比仍存在不少差距，尤其是国产深远海装备的环境适应性、经济性和可靠性问题仍未完全解决，需要在深远海养殖实践中开展更进一步的探索。

（一）重力式网箱

截至目前，全国共计有重力式网箱约两万个，其中90%以上都是高密度聚乙烯（HDPE）材料，作业水深12—30米，养殖水体500—5000立方米，2022年全国深水重力式网箱的养殖产量达到了33.7万吨。

HDPE重力式网箱具有价格低、维护操作便利等优势，深受广大养殖户欢迎。但由于相对缺乏科学设计以及规范化应用，大风浪天气尤其是台风天气，往往会造成装备和养殖鱼类的重大损失。

图6 重力式网箱框架剖面示意图

从我国近年的统计资料看，海上养殖产业每年都遭受了台风灾害，例如，2014年台风“威马逊”造成了海南省的渔业直接经济损失超过27亿元；2021台风“烟花”造成了浙江舟山的18.4万多亩水产养殖面积受灾，直接经济损失达到10亿元；2022年台风“暹芭”对广东阳江的网箱养殖业造成约8亿元经济损失。

为提高养殖用户投身深远海养殖产业的积极性，解决台风天气下HDPE重力式网箱装备的可靠性问题是关键。HDPE重力式网箱主要由HDPE框架、悬挂网衣和锚泊系统组成，解决台风天气下装备的可靠性也需从这几个系统着手。

HDPE材料具有良好耐海上腐蚀以及耐高温辐射性能，加上不错的强度和经济性，是目前适用于重力式网箱的最佳材料。但在台风等极端天气下，HDPE材料的弯曲强度仍存在一定局限性，会出现失效折损等问题，可通过材料优化组合的方式进一步改善其强度性能。

图7-1. 传统的网衣沉块悬挂

图7-2. 沉圈+系泊缆的网衣悬挂

图7 重力式网箱网衣悬挂示意图

目前重力式网箱的网衣悬挂主要是采用若干15—25千克的水泥块将网衣悬挂撑开，该方式可保证一般风浪条件下的网衣的有效养殖水体，但在台风天气下，水泥块容易失去悬挂支撑的作用，网衣会出现缠绕、上翻等问题，导致养殖鱼类挤压死亡或逃逸。网衣悬挂可考虑通过与系泊系统结合的方式来进行优化解决。

目前重力式网箱容易在台风天气受损，有一部分原因为系泊系统设计、施工不科学，在风浪条件下走锚后导致与相邻网箱碰撞而受损。因此，加强网箱的系泊系统设计也是解决其抗风浪问题的关键。另外合理地选择网箱布设海域、加强网箱材料及现场施工安装监造，规范日常营运维护管理等措施，也是提升HDPE重力式网箱抗风浪性能的有效措施。

（二）桁架式网箱

桁架式钢质网箱因其良好的抗风浪性能以及机械化、自动化能力，被认为是未来深远海现代化养殖装备的主要解决方案。中国目前已经具备了深远海养殖平台的设计制造能力，不仅承接建造了全球第1座半潜桁架式深远海养殖网箱（Ocean Farm 1）桁架式钢质网箱，并在此基础上先后自主设计建造了“深蓝系列”“普盛系列”等桁架式网箱产品。

截至目前，中国已建成并投入使用的大型桁架式深远海养殖网箱已超过30个，立项并开工建设中的超过20个。

结合目前投产的桁架式网箱使用情况，为进一步提高其在深远海现代化养殖装备的普及效果，可在以下几个方面进行优化：

1. 利用总体构型设计降低成本

目前已投产和正在设计建造的桁架式网箱，单位水体的建造单价基本在1000元/立方米以上，与重力式网箱不到100元/立方米的单价相比相差较大，导致产品在普通养殖用户群中推广难度较大，目前较以公司/企业投资建造后租赁给养殖户使用的模式为主。桁架式网箱成本除了一部分机械化、自动化养殖装备成本外，另外主要的一部分还有钢质材料的成本。为降低网箱成本，可考虑在结合现有桁架式网箱构型形式基础上，进一步优化总体构型，如采用桁架式与重力式形式结合等方式，节省钢材用料（见图8）。

图8-1. 典型桁架式网箱构型

图8-2. 桁架式与重力式相结合的构型

图8 桁架式网箱构型优化示意图

2. 有效的环境载荷结构评估

目前桁架式网箱设计基本参考了中国船级社颁布的《海上渔业养殖设施检验指南》（以下简称“指南”），指南中对设计环境有明确要求，如“对于移动式渔业养殖平台/设施，自存工况设计环境重现期应不小于50年”。但设计单位对准确获得养殖地点的风、浪、流等海洋环境参数的重要性意识不强，往往以参考经验资料为主，使得结构设计输入出现误差。造成网箱平台后续营运中，造成平台由于设计气隙不足产生大量的抨击、上浪等安全问题。目前已出现了桁架式网箱由于波浪抨击造成结构破损进水后沉没的事故。

因此，桁架式网箱设计中需要对网箱布设海域的准确水文数据进行调研收集，确保环境载荷结构评估的有效性。

3. 准确的网衣受力影响分析

网衣破损后鱼类逃逸是目前桁架式网箱面临的主要问题。桁架式网箱的网衣材料一般由尼龙、聚乙烯（超高分子量聚乙烯）或金属等材料制作而成，受海生物附着、风浪条件作用等问题影响，网衣自身以及桁架式网箱平台的受力均会受到显著影响，可能造成网衣破损以及网箱结构损坏等问题。

指南中推荐了网衣受力分析及试验方法，但部分业主在设计过程中出于成本考虑，往往忽略了针对网衣的受力分析，导致出现网衣载荷考虑不足而引起平台及网衣强度不够的问题。因此，桁架式网箱需要对网衣受力情况进行准确分析及试验，以确保网衣及桁架式平台的安全性。（未完，完整内容，请订阅杂志。）