VLCC 加装压载水管理系统设备选型

赵春吉，赵丽娜，安 超

（1. 中外运集装箱运输有限公司，上海 200001；

2. 上海检验检疫局 动植物与食品检验检疫技术中心，上海 200135；3. 上海海事大学 商船学院，上海 201306）

0 引 言

船舶在营运过程中离不开压载水，压载水无序排放会导致外来水生物入侵，给人类的健康、航行水域的生态环境和航线所属区域的经济发展带来严重威胁。为避免有害物种通过船舶压载水入侵，国际海事组织在2004年召开的压载水管理国际会议上通过了《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》（以下简称《公约》）。该公约已于2017年9月8日正式生效，要求船舶在规定期限之后排放的压载水符合排放标准，而船舶只能通过安装经过型式认可的压载水管理系统（Ballast Water Management System, BWMS）满足该强制性规定的要求[1]。因此，各类船舶BWMS的设备选型得到业界广泛关注。魏永法等[2]分析了各种BWMS的原理和3种常见设备的特点，讨论了各类船舶加装BWMS的影响因素。尹海山[3]通过对4种BWMS的优劣进行比较和综合分析，确定将膜分离法和电催化法作为5万吨级散货船BWMS的压载水处理技术。

超大型油船（Very Large Crude Carrier, VLCC）营运的航线要求其必须加装BWMS。目前安装BWMS的VLCC 较少，供船东参考的经验数据有限。市场上的BWMS 采用的压载水处理技术具有多样性，采用同一种处理技术的设备厂家较多，因此对VLCC 的BWMS 进行设备选型研究很有必要，能给其他类型船舶筹划和实施BWMS 加装提供参考。

1 BWMS 工作原理

船舶BWMS是用来对船舶排放的压载水进行处理的装置[4]，采用有效的压载水处理技术满足排放标准（见表1）的要求，单一的压载水处理技术难以适应复杂多变的使用环境，目前已有的BWMS都采用组合式技术，即在不同阶段采用不同的处理技术。一般压载水处理过程分为预处理、处理和后处理等3个阶段。预处理阶段的重点是采用机械方式，尽量去除固体物质和较大的有机体，提高处理过程的效率；处理阶段采用物理或化学的方式，杀灭压载水中的有害水生生物和病原体。由于采用化学方式处理会导致排放的压载水中含有活性物质和残余毒性，因此需采用中和的方式进行后处理，以控制残留物。

表1 船舶压载水排放标准

2 VLCC 的BWMS 设备选型方法

对某船厂建造的30 万载重吨VLCC 加装BWMS 进行设备选型研究。虽然签订该船的建造合同时《公约》尚未生效，没有为其配备BWMS，但考虑到将来可能会被强制要求安装BWMS，在设计该船时考虑了空间布置和发电机负荷等方面的余量，为加装BWMS 提供了便利。本文选择的选型调查专家组成员为：船级社专家1 人；设计公司专家1 人；改装施工专家1 人；船东技术专家2 人。设定的备选方案为：全流量电解、惰化、电催化和紫外线方面各1台设备（为避免误导船东选型，此处不标明具体厂家，分别用设备A、B、C 和D 表示）。

2.1 基于层次分析-逼近理想解排序法的设备选型

层次分析-逼近理想解排序（Analytic Hierarchy Process-Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution，AHP-TOPSIS）法是指采用层次分析法将被评价问题的准则划分成有序的层次，构建层次结构模型；采用判断矩阵计算专家判断结果，得到各评价指标的权重集[5]；采用逼近理想解排序法处理专家在备选方案中对各评价指标的评判结果，按与理想目标的接近程度对备选方案进行排序，由此获得最优方案。层次分析法能较为客观地评判VLCC 的BWMS 设备选型中各评价指标的权重，逼近理想解排序法能综合考虑众多的评价指标，二者的有机结合能提高设备选型决策的准确性。

本文根据船东的实际需求、特定VLCC的实际情况和国际压载水处理标准研讨会通过的BWMS评估考虑的主要标准，确定安全性、技术性、经济性和增益性等4个评价准则，并通过这4个准则确定相应的评价指标（见图1）。

图1 AHP-TOPSIS法的设备选型层次结构模型

2.2 基于模糊层次分析法的设备选型

模糊层次分析（Fuzzy Analytic Hierarchy Process, FAHP）法就是将层次分析法与模糊评判（Fuzzy Comprehensive Evaluation, FCE）法相结合，先采用层次分析法构建层次模型，再确定评价指标的权重，最后应用综合评价模型，以隶属度描述指标因子的模糊接线，构造模糊评价矩阵，结合评价指标的权重判断方案的优劣。

本文采用FAHP法对各备选方案进行相互关系连接，构建模糊层次结构模型（见图2）。通过对各备选方案的符合程度进行两两比较得到特征向量矩阵，并经一致性检验得到各备选方案关于评价指标的隶属度矩阵，进一步得到各备选方案的最终评价值。

图2 FAHP法的设备选型模糊层次结构模型

3 结果分析

采用AHP-TOPSIS法和FAHP法这2种综合评价方法得到的备选方案排序见表2。由表2可知：评价分值相差较大的2种方法的评价结果保持一致；对于评价分值较近的方案，采用2种方法得到的评价结果是相反的。

表2 采用2种评价方法得到的备选方案排序

AHP-TOPSIS法的备选方案判断矩阵是由专家直接打分得到的，而FAHP法的判断矩阵是对设备进行两两比较得到的。AHP-TOPSIS法中备选方案直接对某个指标的符合性进行打分，没有具体标准，可能造成赋予的分值相对于其他指标的分值有一定的偏差，从而造成采用评价分值较近的方案得到的结果与实际相反；FAHP法通过两两比较获得判断矩阵，能避免该问题。因此，对于没有实际数据，只能通过专家评判得到数据的这类设备的选型来说，采用FAHP法得到的排序结果能更好地反映实际情况。

4 结 语

本文以某船厂建造的30 万载重吨VLCC 为研究对象，对其加装BWMS 的设备选型进行了研究。在建立层次结构模型过程中，确定了符合VLCC 的BWMS 设备选型的4 个准则和13 项评价指标。采用AHP-TOPSIS 法和FAHP 法对BWMS 设备选型进行了对比研究，结果表明，采用这2种方法得到的最优方案的结果是一致的，2种方法都适于对VLCC 进行BWMS 设备选型，但对于没有实际数据，只能通过专家评判得到数据的这类设备的选型而言，采用FAHP 法的效果优于AHP-TOPSIS 法。