随着生活水平的不断提高，人们对水产品的需求也在不断提高。据估计，到2030年，我国将有2 000万t水产品的缺口需要通过发展水产养殖来弥补[1]。但是，我国陆上水产养殖的潜力基本已经挖尽，而我国拥有的近300万km2的海洋国土面积，除占比较小的近海外，基本未被用于水产养殖。因此，发展离岸养殖，尤其是深远海养殖，形成优质蛋白质的“蓝色粮仓”，提供食物安全保证，成为今后养殖发展的重点。发展离岸水产养殖，离不开渔业设施装备的支撑。离岸水产养殖设施装备主要包括筏式养殖设施装备、网箱养殖设施装备和深远海养殖设施装备。与国外相比，我国的设施装备比较落后，制约了深远海养殖的发展。

1国内发展现状

1.1筏式养殖设施装备

我国从20世纪50年代海带筏式养殖技术的完善和成熟开始，至今已经发展成为涉及藻类、贝类等多品种的筏式养殖[2]，拥有筏式养殖面积44万hm2(包括养殖吊笼)，养殖产量617万t，占海水养殖总量的34%[3]，但同时筏式养殖也存在着工艺粗放、养殖设施不规范、生产作业机械化程度低、劳动强度非常大等问题。“十二五”以来，在相关研究课题的支持下，初步构建了筏式养殖工程技术体系，研发配套装备，获得了一批自主知识产权，示范效应明显。

筏式养殖设施有效构筑及安全性研究主要采用数值模拟的方法，进而提出改进或创制新型浮筏模型。针对筏架稳定性构建问题，建立浮标、筏绳的受力模型和运动方程，模拟研究浮标在波浪作用下的运动响应及筏绳受力[4]；建立了水流作用下筏架设施动力响应计算模型，通过对浮标和吊笼结构的最大位移及锚绳受力分析，提出最大位移与受力值[5]；对设施结构建立数学模型，对不同位置浮标与吊笼的位移和最大锚绳力进行分析，探讨筏架整体结构在波浪作用下的周期性运动特点[6]；在浮流式养殖基础上发展起固定桩悬浮式养殖技术，拓展了养殖空间[7]。

筏式养殖配套装备以促进装备机械化为重点，提高生产效率。设计了船上扇贝苗出舱、播撒一体化机械装置，降低了劳动强度[8]。设计了电动拔笼装置、电动拔梗等一系列机械化装置，取代原来的人工作业方式[9]。

1.2网箱养殖装备

网箱可分为普通网箱和深水网箱。普通网箱主要用于沿海内湾，结构比较简单。因其受养殖容量的限制，对环境影响很大，养殖规模受到控制。我国深水网箱养殖水体约605万m3，年产量8.8万多t[3]，主要设置在沿海较深海域，具有一定抵御风浪和水流的能力，而且设施化程度比较高。虽然近年我国网箱设施的抗风浪能力有了进一步提升，产业规模也得到迅速扩大，但深水网箱设施的安全性问题依然存在，一旦遇到超强台风的正面袭击，损毁概率很大。“十二五”以来，在国家科技支撑计划、国家海洋经济创新发展区域示范专项等项目的支持下，我国在网箱设施安全性构建与高效装备研发等方面取得了一定的进展，并在抗风浪技术上处于世界领先水平。

网箱设施安全性研究以水动力特性与设施构建为重点，提升设施结构性能，减小网箱变形。开展HDPE圆形重力式网箱受力实测研究[10]，为设计与优化提供经验参数；开展水动力特性水槽实验，建立了数学模型[11]；利用数值模拟技术研究表明网衣高度和网目尺寸是影响网箱受力的最显著因素[12]；圆台形网箱箱形变形率更低[13]；提出选择HDPE重力式网箱设置的水流上限为0.75 m/s[14]。利用数值模拟技术，分析网箱群网格化布局水动力特性；双体相连网箱与单体相比，连接锚绳受力平均增加2.6倍，锚定锚绳受力增加65%[15]；波流作用方向由正向变为斜向45°时，锚碇锚绳与连接锚绳受力增加最大[16]。

深水网箱高效装备以海上投喂、自动检测和配套设备为重点，开展装备研发。研发了基于PLC控制的最大投送距离为320 m的网箱集中投喂系统[17]；设计了高压射流式水下网衣清洗装置[18]；研制的远程监测系统可对网箱鱼群的总体存在进行监测[19]。

1.3深远海养殖平台

我国水产科技工作者早在1979年就提出“未来海洋农牧场”建设蓝图，勾画了海上综合养殖平台和养殖工厂。20世纪90年代又开始跟踪国外养鱼工船研发进程，梳理总结技术特点，提出要开创海上养鱼平台产业，建立海上养鱼工船船队[20]。2000年我国开始在南海美济礁水域开展网箱军曹鱼、美国红鱼等品种养殖[21]。后在西沙永乐群岛石屿海域，投放了130只方形镀锌管网箱，并在晋卿岛设置了3个80 t级冷库，配备饲料粉碎机等设备[22]。

为了推进我国海洋强国建设，中国工程院启动了“海洋生物资源工程发展战略研究”，提出了我国离岸养殖工程发展策略[23]，提出了依托远海岛礁或原钻井平台发展深远海养殖基站，以及以老旧大型船舶为平台构建大型养殖工船的战略构想。

“十二五”期间，中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所开展了大型养殖工船系统研究，形成了自主知识产权，并在2014年与有关企业联合启动了我国首个深远海大型养殖平台的构建工作。项目建立在10万t级阿芙拉型油船船体平台上，设计养殖水体7.5万m3，可以形成年产4 000 t以上石斑鱼养殖能力及50～100艘南海渔船渔获物初加工与物资补给能力。

2国外发展现状

基于生产力水平和劳动力成本以及综合科技水平，发达国家在水产养殖设施装备方面整体水平较高，在应用基础研究与现代工业科技运用等方面处于领先地位，在网箱养殖等领域发展优势明显。

2.1筏式养殖

筏式养殖是世界水产养殖主要的生产方式之一，在发达国家，针对养殖对象形成了多种工程化水平较高的设施模式，其设施及器件的标准化、系列化程度很高，配以机械化的作业装备，具有很高的生产效率。

(1)针对不同的养殖要求形成了不同的设施模式。筏架的主要形式包括平台式、浮绳式、半潜式等，虽然结构不尽相同，但构件统一，排列整齐，工程化水平较高。吊养平台主要设置于半封闭式海湾水域，易于拆装，便于管理；浮绳式筏架具有一定的下沉功能，能躲避风浪的侵袭；半潜式筏架将筏绳吊置于离水面更深处，使吊养的贝类免受浪流、海鸟的侵损与漂浮物的羁绊，一些贝类养殖还采用单体浮动管件，潜入水中放置，便于转移和搬运[24]。

(2)在设施工程化的基础上发展机械化装备，作业效率高。国外养殖筏架设施系统的构建，设施的排列及部件的标准化程度高，已经形成了筏式养殖的机械自动化。如在贻贝养殖中，配备专业化海上作业平台，对贻贝进行采收、清洗、分级，自动化程度很高[25]。韩国的牡蛎采捕已全部实现自动化，被采捕好的牡蛎在船上洗好后直接送往工厂进行加工，然后进入市场[26]。

2.2网箱养殖设施装备

深水网箱养殖在欧美国家已有30多年的发展历史，是水产养殖主要生产方式之一。沿岸水域养殖网箱以挪威HDPE重力式网箱、日本浮绳式网箱和金属框架式网箱为代表。为了寻求更好的水质环境、减少养殖系统对水域环境的影响，各种大型的钢结构网箱应运而生，设置在开放性深水区域开展养殖生产。

(1)网箱设施结构可靠、安全性强。网箱设施的研发基于养殖生物生理学和网箱设施水动力学研究，形式多样，结构可靠，具有沉浮功能，具有很强的抗风浪能力。美国SeaStation柔性网箱在流速1 m/s时有效容积可保持在90%以上；以色列开发的柔性网箱可设置在水深60 m的开放性海域，能抵御15 m波高的风浪；德国Gaatem公司开发的BECK-Fish可移动下潜式圆柱形网箱，能抵御26 m浪高侵袭，通过下潜避免养殖鱼类受到波浪带来的应激压力[27]。美国等研制的球形和蝶形网箱，可避免台风造成的倾覆[28]。

(2)系统装备配备全面，自动化程度高。国外养殖网箱配有先进的自动投饵系统、伤残死鱼收集器、监控系统、洗网机及配套装备[29]。可利用摄像监控、水声探测技术对养殖对象的游动状况、摄食状态、生长情况进行观测和评估。投饲驳船设施完善，并装有先进的饲料投送系统、储存系统，以及摄像机、传感器等设备。活鱼运输船配备鱼分级系统、鱼计数器、监测与自动化系统等整套鱼处理系统与装备[30]。

(3)网箱设施呈大型化发展趋势。以大型游泳性鱼类为养殖对象的网箱养殖，不断向大型化发展，如澳大利亚林肯港的金枪鱼养殖网箱，圆周长达到120 m，直径40 m[31]；苏格兰Meridian公司在设得兰群岛的14个鲑鱼养殖网箱直径为100 m，连接成鱼排[32]；加拿大Mainstream公司在温哥华岛鲑鱼养殖场安装了2个铜合金网箱，单个容量近1万m3[33]。

2.3深远海养殖平台

由于高度的集约化养殖与规模化生产，国外的深水网箱养殖包括了设施、饲喂、操作、管理等全过程的系统技术与装备，形成了完整的生产平台。随着养殖设施不断向外海发展，生产平台逐渐脱离陆上基地，向深远海发展，并进一步走向装备工程化。

(1)形成了海上养殖平台的基本功能。围绕海上规模化网箱养殖生产，利用岛礁或浮式船体平台，国外先进的养殖系统形成了功能全面的生产平台，包括环境监控、投喂管理、视频监控、维护作业等系统功能，实现集中控制、远程操控、机械化作业和信息化管理。如挪威Akva公司的海水网箱生产管理平台，围绕网箱设施群，具有集中投喂与生产管理功能的浮式船体平台、作业工船以及专业化设备。

(2)提出了深远海养殖平台的构建设想。英国提出利用北海油田大量退役钻井平台作为基站，配以大型网箱设施，构建深海养殖系统。挪威SalMar公司设计了基于钻井平台的巨型鲑鱼养殖设施，结构高度达67 m，下部形成网箱养殖面积245 m2，上层建筑可储存600 t饲料，能承受9 m高的海浪，预计2016年投产[34]。

(3)游弋式养殖工船形成了多种设计方案。美国研发了19 m直径的自行式网箱，配备有4.6 kW的推进螺旋桨[35]。欧洲渔业委员会建造了大型半潜式增殖船，在鱼苗养殖舱内设置有浮游生物过滤系统，可进行鱼苗养殖。西班牙设计了长190 m的半潜式蓝鳍金枪鱼养殖工船，通过附加刚性网，可增加养殖容量[36]。

3存在的主要问题和需求

3.1筏式养殖设施

(1)筏架设施标准化程度低。我国的养殖筏架一般是根据经验，就地取材，因地制宜发展而来，没有相对一致的建设规范，筏绳排列与浮标及吊绳、吊笼设置各异，筏架控制及升降工程化程度低，制约了生产的规模化、标准化发展。形式各异的养殖筏架成为机械化采收作业主要的制约因素。

(2)生产过程劳动强度大。我国筏式养殖生产机械化水平低，主要依靠大量的人力，缺乏吊绳植苗机械及海带、紫菜等大型藻类养殖采收机械，以及吊笼养殖饲喂、收获轻简化工具和专业化养殖工作船等，劳动强度很大，已经成为产业发展及效益保障的主要制约因素。

(3)养殖环境问题较为突出。我国筏式养殖主要在海湾水域，海水的交换量有限，而且缺乏对筏式养殖容量的合理确定，未能整体性发挥筏式养殖的生产与生态效能，不能保证必要的水流条件，大量死亡的养殖生物和养殖贝类的排泄物沉积于养殖水域，对环境造成不利的影响。

3.2网箱养殖设施装备

(1)设施安全性问题依然存在。我国的深水网箱经过数十年的研究与发展，抵御风浪的性能有了很大的提高，网箱养殖向深海逐步推进，但安全性问题依然存在，主要是缺乏基于养殖区域海况与地质条件的网箱设施锚泊技术标准与工程规范和安全性能更为可靠的大型网箱，这限制了网箱养殖产业走向深水、开放性海域，实现可靠的安全生产。

(2)海上工程化装备配备不足。我国一些龙头企业的深水网箱养殖规模达数百上千只，但缺少具有饲料投运、活鱼运输、起捕作业、设施维护等功能的养殖工船，以及具有远程投喂、养殖监测和生活保障功能的浮式平台等专业化工程设施及装备，养殖过程依然依靠人力完成，制约了网箱养殖生产效率的提高。随着人力成本愈来愈高，企业效益和规模提升受到很大的影响。

(3)集约化养殖尚未与生态修复结合发展。由于缺乏对基于养殖水域海洋生态动力学机制的网箱养殖容纳量和基于水域生态工程学构建的“网箱-人工鱼礁-藻场”复合生产系统等的研究，集约化养殖发展也未与养殖区域生态修复相结合，我国沿海水域富营养化问题日益突出，水域环境的生态容纳量越来越小，养殖排放更加剧了养殖水域富营养化，一些新设置的网箱养殖水域使用不久，病害问题随之而来，一些优良品种如石斑鱼的养殖受到限制。

3.3深远海养殖平台

(1)发展养殖平台需要以优质规模化生产为前提。深远海养殖平台远离大陆基地，需要相当大的投入与运行成本，必须以规模化生产为前提，形成规模经济效益。养殖对象的选择，必须是近海陆基养殖难以形成规模的品种，生产规模必须建立在高度集约化、工业化的生产方式上。由于人员不便撤离，养殖平台的构建，需要确保绝对的安全。需要发展集生产物质、生活补给和活鱼运输为一体的多功能专业运输船，配套陆基周转基地。

(2)发展养殖平台需要考虑环境生态效应。深远海水域生态的环境容纳量虽然远高于沿岸近海，但在选址与布局过程中依然要以环境保护为基本原则。需要就集约化、规模化养殖系统的物质排放进行评价，合理选择基于生态系统水平的养殖水域。设置在岛礁泻湖内的养殖系统应尤为慎重，避免养殖排放与设施工程对生态环境造成不可修复的影响。

(3)发展养殖平台需要全面构建海上渔业生产体系。在人工配合饲料技术未能解决的情况下，海上低值渔获物是养殖大型生产平台必需的生产保障。围绕养殖平台的捕捞渔船，将渔获物交给平台处置，并从养殖平台获取燃油、淡水等生产、生活物质补给。养殖平台上设有分类加工系统，饲料鱼进入养殖生产系统，其它渔获物经分级加工后及时冷藏、冷冻。物流船还可带回品质优良的捕捞产品。加工船对养殖产品和捕捞渔获物进行产品化深加工，获得更高的经济效益。

4发展建议

4.1筏式养殖

要开展工程化筏式养殖模式构建，研发机械化装备与轻简化劳动工具。以浅海筏式养殖设施标准化构建和机械化采收为目标，对应主要养殖模式及生产过程，进行系统化构建，研发机械化育苗、采收装备，研制轻简化劳动工具，提升筏式养殖的工程化水平，有效降低劳动强度，提高劳动效率。在基础研究方面，开展养殖筏架结构与锚泊水动力学研究，提出浮式、半潜式养殖筏架设施模型，建立数值模拟技术平台。在技术研发方面，重点开展主要生产环节机械化装备技术研究，研发专业化采收船。在集成构建方面，开展工程化筏架与机械化装备筏式养殖模式研究，建立规模化筏式养殖技术体系、设施规范与构件标准系列，构建浅海筏式养殖主要示范模式。

4.2网箱养殖设施装备

要研发大型深水网箱设施及系统装备。以开放海域网箱养殖规模化生产系统构建为目标，开展大型网箱设施、系统装备以及综合管理平台关键装备研发，建立基于高海况水文与底质构造条件的设施安全规范，集成高效养殖与远程控制技术，推进网箱养殖向深水发展。在基础研究方面，开展高海况网箱结构及锚泊方式海洋动力学研究，提出潜式、半潜式网箱设施优化与安全评价模型，建立数值化模拟技术平台。在装备技术研发方面，研发大型网箱设施及机械化投喂、收获装备、信息化监控系统、浮式管理平台和作业工船。在集成构建方面，开展主养品种高效养殖技术研究，建立规模化大型网箱设施生产技术体系、设施安全技术规范，构建开放性海域深水网箱养殖示范模式。

4.3深远海养殖平台

要构建深远海渔业综合生产平台。以深远海规模化养殖、渔获物加工物流、渔船补给为基本功能，开展海洋渔业工程装备研发，集成构建大型浮式养殖平台及技术装备，在南海深远海海域建立规模化渔业生产系统。在基础研究方面，开展养殖平台结构功能及稳性研究，创建开闭舱式养殖平台设计模型；开展泊稳与定位操纵性研究，构建水动力学模型；开展安全性综合研究，构建平台设计理论基础。在技术研发方面，重点开展平台结构技术研究，研发锚泊、定位与推进装置，研发下潜式取水装置；开展舱养系统构建技术研究，研发推流结构、排污结构、栖息平台；开展机械化技术研究，研发精准集中投喂装备、围捕装备以及生产监控系统。在集成构建研究方面，开展平台系统技术集成研究，建立产业化平台；开展系统优化，集成海上养殖、船载加工、扒载物流、信息化管理等关键技术，构建深远海规模化养殖技术模式。