國內外深遠海養殖設施標準對比分析及建議

吳姍姍,鄭建麗,曹建軍

(中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所,上海 200092)

隨著國家海洋強國戰略導向,中國海水養殖快速發展,相關研究表明,深遠海養殖可利用更先進的養殖技術和設備,將養殖作業拓展到水深更深和水流交換條件更好的深遠海,在緩解近海養殖壓力的同時提升海水養殖水產品質量[1-9]。但同時中國深遠海養殖也面臨裝備技術與標準體系不完善、養殖技術水平不高、頂層設計缺乏及多學科交叉融合欠缺等問題。現有典型的深遠海養殖裝備方式主要為大型養殖網箱和浮式養殖平臺[10],結合我國海洋地理和氣候條件,國內設計研發了深遠海圍欄養殖方式。作為“深藍漁業”的重要組成部分,發展深遠海養殖對于保障國家食品安全、實現海洋漁業經濟可持續發展、推進“藍碳計劃”和建設海洋生態文明具有重要的戰略意義[11-12]。

1 技術特點和發展趨勢

深遠海養殖設施通常被布放在高海況海域,同時要保障人命安全、環境安全和養殖對象的安全,因此前期的規劃和選址需要考慮較多的影響因素,其次是裝備智能化程度和設施的強度要求指標較高。在不斷研發實踐過程中,深遠海養殖生產設施逐步向著大型化、多樣化、自動化、智能化方向發展。隨著技術發展,深遠海養殖將逐步建立適養品種開發及工業化養殖技術體系、研發安全性與經濟性兼具的設施裝備、構建陸海統籌全產業鏈生產保障體系[13]。

2 國外發達國家技術和標準現狀

隨著深遠海養殖日益成為國際社會關注的焦點,已有20余個國家或地區積極參與深遠海養殖[14]。挪威、日本、美國和加拿大等發達國家早在20世紀70年代就開展深遠海養殖網箱的設計和建造工作[15],尤其在深遠海養殖網箱材料、網衣清洗與防污損、魚類自動投飼與起捕以及養殖技術標準體系等方面開展大量研究與應用,并取得一定成果[16-20],上述發達國家在深遠海養殖海域規劃、養殖品種選擇和養殖系統構建等方面也開展大量技術研究與應用[7,21-23],為提高深遠海養殖技術水平提供重要支撐,進一步推動全球深遠海養殖的發展。

挪威作為技術最先進的國家,制定并發布了《海上魚類養殖裝備和設施(2022)(Floating fish farming units and installations)》[24]、《浮動生產、存儲和裝載單元(2018)(Floating production,storage and loading units)》[25]、《海上漁業養殖場 現場勘測、風險分析、設計、尺寸確定、生產、安裝和操作要求(2009)(Marine fish farms requirements for site survey,risk analyses,design,dimensioning,production,installation and operation)》[26]等標準。美國作為最早開展研究的國家,制定并發布《移動式、浮式生產裝置建造和入級規范(2019)(Floating Production Installations)》[27]、《海洋魚類養殖設施的建造和入級指南(2018)(Guide for Building and Classing Offshore Fish Farming Installations)》[28]等船級社規范。

3 國內技術和標準現狀

1998年,海南首先開始探索深遠海養殖并逐漸引起關注[16,22]。2010—2020年中國深遠海養殖進入快速發展期,養殖裝備以深水網箱為主[14],經過多年研發探索在抗風浪養殖裝備技術創新方面取得重大突破,開發并建造了多種結構復雜的深遠海養殖裝備,在結構安全、遠程控制、養殖風險抵御能力方面取得了較多成果[6,8,29-32],于2021年實現首批國產深海三文魚收魚[33]。近年,結合中國沿海地區的潮汐、底質和氣候特點,研發了深遠海大型圍欄養殖模式[34],對比傳統高密度養殖優勢較明顯;研發設計了許多大型裝備、構建大型養殖工船等。隨著新技術、新材料的應用,深遠海養殖逐步向大型化、智能化、規模化和集約化方向發展[8,29-32]。

標準化文件方面,中國船級社發布了《海上漁業養殖設施檢驗指南(2019)》[35]和《海上浮式裝置入級規范(2020)》[36],海事局發布了《海上移動式平臺檢驗規則(2023)》[37]《海上移動式平臺技術規則(2023)》[38]《海上浮動設施檢驗規則(征求意見稿)》[39]《海上浮動設施技術規則(征求意見稿)》[40]《海上固定設施檢驗規則(征求意見稿)》[41]《海上固定設施技術規則(征求意見稿)》[42]。國外發達國家更早地開展了深遠海養殖網箱的設計和建造工作[15],已構建了完善的標準化文件體系,國內深遠海養殖起步較晚,隨著技術和模式不斷更新和拓展,在技術標準方面欠缺的問題逐漸凸顯,與挪威、美國等發達國家相比,體系完整性、指標全面性的差距明顯。

4 技術對比

4.1 技術規范對比

重點對中國船級社(以下簡稱“CCS”)發布的《海上漁業養殖設施檢驗指南》《海上浮動設施入級規范》、挪威船級社(以下簡稱“DNV”)發布的《海上魚類養殖裝備和設施》、美國船級社(以下簡稱“ABS”)發布的《海洋魚類養殖設施的建造和入級指南》四個規范的主要內容進行了比對。其中CCS發布的《海上浮動設施入級規范》和DNV發布的《海上魚類養殖裝備和設施》中,僅對養殖設施的設計和建造要求部分進行了對比。中國、挪威、美國船級社漁業養殖設施技術法規區別性比較如表1所示。

表1 中國、挪威、美國船級社漁業養殖設施技術法規區別性比較

4.2 技術標準對比

重點將挪威標準化協會發布的《海上漁業養殖場 現場勘測、風險分析、設計、尺寸確定、生產、安裝和操作要求》(以下簡稱“NS 9415”)、CCS發布的《海上漁業養殖設施檢驗指南》中對魚類養殖活動從前期現場調查到生產過程中的操作要求,與國內現行的國家和行業標準技術指標要求進行對比。具體對比見表2。

表2 中國、挪威漁業養殖設施技術標準及技術要求區別性比較

4.3 討論

4.3.1 技術規范

在環境設計條件、錨繩安全、消防救生、電氣系統部分載人/無人要求方面,挪威和美國的技術要求均通過引用其他標準或規則做了要求。總體上,挪威、美國、中國的規范中對載人設施的技術要求均比無人設施高;風險評估方面,挪威規則注重全過程的評估、關注點在設備安全和環境安全,美國規范重點關注設備安全且給出相關的評估方法,國內目前還無相關規定;監控系統方面,挪威基本引用船舶監控要求,美國規范則直接指向專門制定的監控和監視指南,國內規范目前對監控的要求,僅針對養殖對象和漁業活動的場所,要求相對簡單籠統;配套設施方面,挪威做了系統詳細的要求,內容豐富,基本與養殖設施要求類別一致,美國和國內目前未做要求;新能源系統的配套方面,美國提出了太陽能系統的設計要求和已有設備的一致性核查要求,挪威和國內目前未做相關要求,且國內目前已有新能源和養殖設施集成的“澎湖號”,該設施是國內首座半潛式波浪能養殖網箱,實現了波浪能發電結合太陽能發電,主尺寸為28 m寬,66 m長,工作吃水11.3 m,可提供1萬m3養殖水體,具備20余人居住空間,300 m3倉儲空間,120 kW海洋能供電能力[43];檢驗要求方面,挪威和美國的管理要求和管理部門與國內不同,檢驗要求不相同,包括檢驗頻率、對象、項目均不相同。由此看出,國內在深遠海養殖設施的管理方面,各階段的管理要求不同,且“四新”的應用方面缺乏管理和技術標準化文件。

4.3.2 技術標準

國內的技術標準與挪威技術標準最大的不同在于,挪威技術標準在一項標準中技術指標要求大而全,系統性和協調性強。國內技術標準通過構建標準體系提高不同標準化對象間的協調性和系統性,而國內標準體系構建單位為專業標準化技術委員會,技術委員在構建標準體系過程中對于跨專業、跨領域、跨行業的體系構建相對較弱,導致國內深遠海養殖標準化工作相對落后于養殖設施的發展,某些領域甚至沒有標準,如裝備專業領域的標委會開展養殖專業的標準化工作,會存在標準體系或具體要求適漁性差的問題,急需將專業多學科領域標準化工作形成合力,構建系統協調的標準體系以指導具體標準的編制。國內的重力式網箱標準,主要針對前期調查方面提出要求,其他網衣、網片標準主要集中在網箱、網具及相關試驗上。現有標準與實際使用的高海況環境不相匹配,且在網衣清潔、網衣負載計算、浮箍、設施欄桿等方面的相關標準尚處于空白。挪威通過規范和標準的協調引用,對養殖設施的結構強度、人員安全、環境安全做了系統、全面、細致的要求。在往后標準化文件制定、技術指標要求確定的過程中,應在深化對比研究國內外要求的前提下,研究提出更適合我國海洋地理和氣候環境條件的要求,便于標準的實施和養殖裝備及活動管理,形成技術促進標準、標準引領技術的良性循環,發揮標準促進我國深遠海養殖穩步發展的重要作用。

5 問題及建議

5.1 增強深遠海養殖設施的適漁性研究和標準編制

行業主管部門應組織高校、研究所等科研單位聯合開展養殖裝備及其運行環境的適漁性研究。目前國內深遠海養殖設施建造的要求更多的借鑒工業平臺要求或者貨船要求等,要求普遍都比漁業養殖設施或平臺要高,但在適漁性方面有所欠缺,主要體現在缺少前期調查要求、載人/無人裝置未做明顯區分、網具設施的要求分散不成體系等方面。在深遠海高海況情況下,應特別加強承擔漁業活動的設施設備安全性研究,如環境對漁網具的強度和疲勞壽命的影響、極端條件下平臺的系泊安全、漁網具在海水中的水動力研究、局部負載和整體載荷的研究、網具的清潔及附著物的清除等,都需要結合現狀開展基礎性適漁研究。與此同時,還應開展相應的技術規范或標準化文件編制,通過標準化文件的編制和實施,達到深遠海養殖活動有標準可依的目標。

5.2 開展國內外技術法規與標準的深化對比研究

對比目前已有的國內外技術規范及標準,發現國內的規范、標準與美國、挪威的標準化文件相比,在指標設置和指標要求方面都存在很大差異,如在設施風險評估、監控系統要求及養殖配套設施要求方面。建議法規編制單位和標準化科研單位應積極發揮平臺優勢,在充分調查國內深遠海養殖環境、海域條件及設施技術現狀的基礎上,對國內外的技術要求進行深化對比分析研究,提出適合我國國情的技術要求,在此基礎上指導技術法規和標準的制修訂工作。

5.3 構建科學完整的技術標準體系

標準化科研單位應加強與深遠海養殖設施管理、設計、建造、運營等單位的溝通與交流,構建科學、協調、適用性強的標準體系,做好深遠海養殖設施的標準體系頂層設計。深遠海養殖活動涉及海洋工程、船舶工程、養殖技術、裝備制造、材料科學、智能控制、物聯網等多學科多領域,為保障深遠海養殖活動安全開展,需要多學科交叉融合,強化深遠海養殖的頂層設計及基礎性研究,在構建科學合理的技術框架的基礎上,將各學科的特點系統協調地結合在一起,形成完整的深遠海養殖設施技術標準體系。

5.4 發揮標準引領作用促進“四新”在深遠海養殖設施中的應用

標準是保障深遠海養殖活動規范安全開展的基礎性支撐文件,其主要功能是通過提出合理的技術要求并嚴格按照標準要求開展活動,達到深遠海養殖技術全面、協調、可持續發展的目標。同時標準的編制實施,可以為新技術、新材料、新工藝、新裝備在深遠海養殖活動中更安全的開發應用提供保障,從而達到提高穩定性和降低不確定性的目標。深遠海養殖設施的造價普遍都非常高昂,通過實踐論證,其安全風險和經濟風險都難以衡量,新能源技術的結合應用已在國內設施中有所體現,“澎湖號”利用太陽能、波浪能供電,這些技術單一的性能研究都沒得到普遍、廣泛的應用,在漁業養殖活動中集成后的安全性、穩定性、經濟性都有待論證,需要通過標準化文件規范技術要求和生產工藝。

5.5 在標準化文件中細化深遠海養殖設施的各階段檢驗管理要求

通過對比美國和挪威的養殖設施檢驗要求發現,這兩國比較共性的特點是對不同的設備、裝置有不同的檢驗頻率和檢驗項目要求,暨設施在前期勘察、設計、建造、運輸、安裝調試、運行期間都有差異化的要求。突出表現在保障安全的設施設備的檢查、漁網具在使用過程中的清潔檢查、配套設施的檢查要求等方面,其中漁網具檢驗要求差異尤為明顯,在漁網具使用過程中,要求檢查的項目和頻次都與國內的檢驗要求不同,水上部分及水下部分的也都做了區別要求。下一步建議在標準化文件的編制時,充分對深遠海養殖設施的檢驗對象、檢驗項目、檢驗頻次等開展深入研究,并在文件中以要求性條款提出各階段、各指標的檢驗或管理要求。

6 結論

通過以上的對比分析,發現美國和挪威的技術法規和標準體系的完整性和要求的全面性優于國內,如挪威的標準從選址、底質調查、設施的設計應用到設施的管理維護都有全生命周期的具體要求,而國內深遠海設施裝備正處于產業化發展的起步期,技術法規在保障裝備強度、人員安全方面做了較為系統的要求,且更多的是借鑒和引用海洋工程設施的要求,但在結合中國的特殊地理條件、氣候條件及養殖場景方面的要求非常少,在開放海域開展集約化養殖方面與國外的要求相比缺少較多;在設施本身的設計、建造、應用方面,國內缺少適合國內海況、養殖品種、管理模式下的對應標準,如國內關鍵部件、鏈接部件的結構強度、疲勞強度計算等等。國內僅有1項重力式網箱標準,其他的行業標準在深遠海養殖方面適配性較低,且國內沒有完整的標準體系。

因此,在國家大力支持和發展深遠海養殖產業的背景下,構建標準體系,完善標準化文件的出臺和實施,會對產業技術發展起到重要的助力作用,可以推動產業的技術規范統一,使裝備開發過程更加嚴謹,減少人為錯誤和問題,有助于提高裝備的質量和穩定性,促進裝備的功能和性能優化升級;通過統一、規范的要求以及對標準化文件的實施也可從產業團體、研發設計、建造施工、運營維護等多方面多角度地收到對于標準化文件的優化反饋,從而形成規則規范和標準相互引用、互相支持并且不斷完善進步的良性循環;通過標準化文件的編制和實施,可以在深遠海養殖活動中,保障人員安全、設備安全、環境安全,但在目前標準嚴重欠缺的狀況下,需要更多具備跨學科專業背景的人員投入到標準化文件的制定中,特別是在深遠養殖設施的結構強度、工作人員的安全保障和設施風險分析方面制定相應的標準化文件。

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