VLCC 加裝壓載水管理系統設備選型

趙春吉，趙麗娜，安 超

（1. 中外運集裝箱運輸有限公司，上海 200001；

2. 上海檢驗檢疫局 動植物與食品檢驗檢疫技術中心，上海 200135；3. 上海海事大學 商船學院，上海 201306）

0 引 言

船舶在營運過程中離不開壓載水，壓載水無序排放會導致外來水生物入侵，給人類的健康、航行水域的生態環境和航線所屬區域的經濟發展帶來嚴重威脅。為避免有害物種通過船舶壓載水入侵，國際海事組織在2004年召開的壓載水管理國際會議上通過了《國際船舶壓載水和沉積物控制與管理公約》（以下簡稱《公約》）。該公約已于2017年9月8日正式生效，要求船舶在規定期限之后排放的壓載水符合排放標準，而船舶只能通過安裝經過型式認可的壓載水管理系統（Ballast Water Management System, BWMS）滿足該強制性規定的要求[1]。因此，各類船舶BWMS的設備選型得到業界廣泛關注。魏永法等[2]分析了各種BWMS的原理和3種常見設備的特點，討論了各類船舶加裝BWMS的影響因素。尹海山[3]通過對4種BWMS的優劣進行比較和綜合分析，確定將膜分離法和電催化法作為5萬噸級散貨船BWMS的壓載水處理技術。

超大型油船（Very Large Crude Carrier, VLCC）營運的航線要求其必須加裝BWMS。目前安裝BWMS的VLCC 較少，供船東參考的經驗數據有限。市場上的BWMS 采用的壓載水處理技術具有多樣性，采用同一種處理技術的設備廠家較多，因此對VLCC 的BWMS 進行設備選型研究很有必要，能給其他類型船舶籌劃和實施BWMS 加裝提供參考。

1 BWMS 工作原理

船舶BWMS是用來對船舶排放的壓載水進行處理的裝置[4]，采用有效的壓載水處理技術滿足排放標準（見表1）的要求，單一的壓載水處理技術難以適應復雜多變的使用環境，目前已有的BWMS都采用組合式技術，即在不同階段采用不同的處理技術。一般壓載水處理過程分為預處理、處理和后處理等3個階段。預處理階段的重點是采用機械方式，盡量去除固體物質和較大的有機體，提高處理過程的效率；處理階段采用物理或化學的方式，殺滅壓載水中的有害水生生物和病原體。由于采用化學方式處理會導致排放的壓載水中含有活性物質和殘余毒性，因此需采用中和的方式進行后處理，以控制殘留物。

表1 船舶壓載水排放標準

2 VLCC 的BWMS 設備選型方法

對某船廠建造的30 萬載重噸VLCC 加裝BWMS 進行設備選型研究。雖然簽訂該船的建造合同時《公約》尚未生效，沒有為其配備BWMS，但考慮到將來可能會被強制要求安裝BWMS，在設計該船時考慮了空間布置和發電機負荷等方面的余量，為加裝BWMS 提供了便利。本文選擇的選型調查專家組成員為：船級社專家1 人；設計公司專家1 人；改裝施工專家1 人；船東技術專家2 人。設定的備選方案為：全流量電解、惰化、電催化和紫外線方面各1臺設備（為避免誤導船東選型，此處不標明具體廠家，分別用設備A、B、C 和D 表示）。

2.1 基于層次分析-逼近理想解排序法的設備選型

層次分析-逼近理想解排序（Analytic Hierarchy Process-Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution，AHP-TOPSIS）法是指采用層次分析法將被評價問題的準則劃分成有序的層次，構建層次結構模型；采用判斷矩陣計算專家判斷結果，得到各評價指標的權重集[5]；采用逼近理想解排序法處理專家在備選方案中對各評價指標的評判結果，按與理想目標的接近程度對備選方案進行排序，由此獲得最優方案。層次分析法能較為客觀地評判VLCC 的BWMS 設備選型中各評價指標的權重，逼近理想解排序法能綜合考慮眾多的評價指標，二者的有機結合能提高設備選型決策的準確性。

本文根據船東的實際需求、特定VLCC的實際情況和國際壓載水處理標準研討會通過的BWMS評估考慮的主要標準，確定安全性、技術性、經濟性和增益性等4個評價準則，并通過這4個準則確定相應的評價指標（見圖1）。

圖1 AHP-TOPSIS法的設備選型層次結構模型

2.2 基于模糊層次分析法的設備選型

模糊層次分析（Fuzzy Analytic Hierarchy Process, FAHP）法就是將層次分析法與模糊評判（Fuzzy Comprehensive Evaluation, FCE）法相結合，先采用層次分析法構建層次模型，再確定評價指標的權重，最后應用綜合評價模型，以隸屬度描述指標因子的模糊接線，構造模糊評價矩陣，結合評價指標的權重判斷方案的優劣。

本文采用FAHP法對各備選方案進行相互關系連接，構建模糊層次結構模型（見圖2）。通過對各備選方案的符合程度進行兩兩比較得到特征向量矩陣，并經一致性檢驗得到各備選方案關于評價指標的隸屬度矩陣，進一步得到各備選方案的最終評價值。

圖2 FAHP法的設備選型模糊層次結構模型

3 結果分析

采用AHP-TOPSIS法和FAHP法這2種綜合評價方法得到的備選方案排序見表2。由表2可知：評價分值相差較大的2種方法的評價結果保持一致；對于評價分值較近的方案，采用2種方法得到的評價結果是相反的。

表2 采用2種評價方法得到的備選方案排序

AHP-TOPSIS法的備選方案判斷矩陣是由專家直接打分得到的，而FAHP法的判斷矩陣是對設備進行兩兩比較得到的。AHP-TOPSIS法中備選方案直接對某個指標的符合性進行打分，沒有具體標準，可能造成賦予的分值相對于其他指標的分值有一定的偏差，從而造成采用評價分值較近的方案得到的結果與實際相反；FAHP法通過兩兩比較獲得判斷矩陣，能避免該問題。因此，對于沒有實際數據，只能通過專家評判得到數據的這類設備的選型來說，采用FAHP法得到的排序結果能更好地反映實際情況。

4 結 語

本文以某船廠建造的30 萬載重噸VLCC 為研究對象，對其加裝BWMS 的設備選型進行了研究。在建立層次結構模型過程中，確定了符合VLCC 的BWMS 設備選型的4 個準則和13 項評價指標。采用AHP-TOPSIS 法和FAHP 法對BWMS 設備選型進行了對比研究，結果表明，采用這2種方法得到的最優方案的結果是一致的，2種方法都適于對VLCC 進行BWMS 設備選型，但對于沒有實際數據，只能通過專家評判得到數據的這類設備的選型而言，采用FAHP 法的效果優于AHP-TOPSIS 法。