供需平衡的集裝箱船舶最大載箱量

趙夢夢，陳國慶，趙一飛，李南南

(1.上海交通大學a.船舶海洋與建筑工程學院;b.安泰經(jīng)濟與管理學院，上海 200240;2.中航商用航空發(fā)動機有限責任公司，上海 201108)

0 引言

自1956年泛大西洋輪船公司開創(chuàng)世界集裝箱運輸?shù)男录o元以來，集裝箱運輸以其特有的便捷、安全、廉價和高效等優(yōu)越性備受廣大客戶的青睞.隨著經(jīng)濟全球化的不斷深入，全球集裝箱海運量持續(xù)上升.雖然2008年的金融危機對全球貿(mào)易產(chǎn)生巨大沖擊，但是2004—2011年的世界集裝箱貿(mào)易量仍以年均6.89%的速度遞增(圖1).

圖1 1996—2011年世界集裝箱貿(mào)易量

在全球航運市場普遍低迷的環(huán)境下，集裝箱貿(mào)易量的持續(xù)增長對班輪公司無疑是極大的激勵.為應對日益激烈的市場競爭，班輪公司積極加快集裝箱船舶大型化的步伐［1］，2006年馬士基班輪公司用“艾瑪·馬士基(Emma Maersk)”號重新定義集裝箱船的最大載箱量.

目前，全球載箱量超過10000 TEU的巨型集裝箱船(Very Large Box Carrier，VLBC)總數(shù)并沒有因為全球金融風暴而停止增加的步伐，2012年底又有60多艘船舶被投入遠東歐洲航線以及太平洋航線.［2］更有甚者，2011年2月，馬士基班輪公司給出30艘18000 TEU集裝箱船的訂單.圖2為1996—2011年全球集裝箱船舶載箱能力增長情況.面對這一現(xiàn)實，全球班輪界必須思考:集裝箱船舶的大型化將按照怎樣的規(guī)律演變?

圖2 1996—2011年全球集裝箱船舶載箱能力增長情況及構成變化

趙一飛［3］從船舶規(guī)模和港口、航道等技術限制出發(fā)，對集裝箱船型規(guī)模進行預測，認為5000 TEU以上的集裝箱船舶從建造角度看技術難度可以突破，但是從航行和經(jīng)濟可行性角度看存在較大的不確定性.IMAI［4］概述超大型集裝箱船的基本特征.CULLINANE等［5］分析典型航線上不同船型的單位經(jīng)濟成本，以及未來船舶大型化趨勢對集裝箱營運、物流系統(tǒng)及碼頭的影響.CULLINANE等［6］對超大型集裝箱船的可行性作進一步研究.仇鑫堯［7］討論可行的主尺度、航速等設計參數(shù)，以利潤為目標，以費用－效益分析方法對中遠發(fā)展7000 TEU集裝箱船進行技術可行性分析和論證.吳沖［8］對集裝箱船舶大型化的規(guī)模經(jīng)濟效益優(yōu)勢進行分析，建立集裝箱船舶運輸成本模型，對不同規(guī)模集裝箱船舶的成本差異進行相對評價.張仁頤［9］給出在航線上貨運量已知條件下集裝箱船舶最大載箱量的計算方法.BRANCH等［10］從全球適箱貨貿(mào)易增長的周期性出發(fā)，表示出對VLBC發(fā)展速度的擔憂.以上對集裝箱船大型化的研究基本立足于船舶經(jīng)濟性和技術可行性等方面，他們的預言多數(shù)都被業(yè)界的實際發(fā)展狀況所突破.

1 集裝箱船大型化和巨型船舶的概念

集裝箱船舶大型化趨勢有兩個含義:一個是集裝箱船舶平均箱位的增長;另一個則是船舶最大載箱量的提高.20世紀60年代，集裝箱船的平均箱位運力不足300 TEU;到20世紀70年代末，這一數(shù)字迅速上升到620 TEU;據(jù)德國航運經(jīng)濟與物流研究所統(tǒng)計，20世紀80年代末達到 1200 TEU;據(jù)CLARKSONS統(tǒng)計，1995年末世界集裝箱船單船平均運力1500 TEU，到20世紀末該數(shù)字進一步增加到1756 TEU;截至2012年9月1日，世界集裝箱現(xiàn)役船隊的平均運力已達到3134 TEU，船舶大型化已是集裝箱船隊發(fā)展的主流.［11］

關于集裝箱船的最大載箱量，航運界與造船界的認識不同.1982年底，在荷蘭鹿特丹舉行的討論會上，西班牙的造船專家們提出一種預計可裝運3400只40英尺集裝箱(或6800只20英尺集裝箱)的集裝箱船設計方案，在當時被稱為巨型集裝箱船.隨著造船技術的不斷發(fā)展，2005年集裝箱船的最大載箱能力增長到8000 TEU.到2011年，載箱量18000 TEU的船已經(jīng)開始建造，根據(jù)建造進度，這些船舶應該在2013年投入運營.

導致上述變化的原因無疑是全球貿(mào)易的增長.但是有關全球貿(mào)易與船舶大型化趨勢關系的研究，大多建立在定性分析以及數(shù)量的相關性分析基礎上，尚未有人給出明確的算法和結論.本文試圖基于供需平衡理論探討全球集裝箱貿(mào)易量與集裝箱船最大載箱量之間的關系，以幫助班輪公司確定最大載箱量的船舶投入市場的時間，對于班輪公司的投資決策具有重要意義.

2 建模

假設全球集裝箱貿(mào)易量穩(wěn)定增長，各大班輪公司的新造船投資都是理性的，即每家班輪公司的造船計劃均是根據(jù)航線增長計劃制訂的，而航線增長計劃又是由航線兩端港口之間的貿(mào)易增量決定的，針對基于集裝箱船舶運力供給與全球集裝箱貿(mào)易量供求平衡的情況可以進行如下分析.

設t年度集裝箱船舶的最大載箱量為Yt，該年全球集裝箱貿(mào)易量為Tt，兩個變量之間的關系可表示為

式(1)中，Tt是自變量，它主要隨全球GDP的增長率、主要經(jīng)濟體的貨幣發(fā)行量、利率以及主要貨幣之間匯率的變動而變動，但Yt的大小對其只是約束作用.反過來，Yt與 Tt正相關，Tt越大，Yt就越大;但是Tt一旦變小，Yt卻保持在Tt最大值時的數(shù)值上，一般不會同步下降.

為找出Yt與Tt的函數(shù)關系，首先要取得分析期各年份的Yt和Tt，見表1.

表1 分析期各年份的集裝箱船最大載箱量和相應的集裝箱貿(mào)易量

求解此類問題通常都會采用回歸方法尋找二者之間的函數(shù)關系.［12］但是從運用表1的數(shù)據(jù)所作的散點圖(圖3)可見，Yt與Tt之間不存在顯著的函數(shù)關系.顯然，回歸方法不適合解決此類問題，必須另辟蹊徑.

根據(jù)國際海事組織(International Maritime Organization，IMO)公布的1996—2012年間各年度集裝箱船隊的數(shù)據(jù)，可以作出如圖4所示的曲線族，其中縱軸為船舶的載箱量yt，橫軸是對應一定載箱量的船舶數(shù)量nt.

由圖4可見，集裝箱船舶的載箱量與其數(shù)量存在負相關性，也就是載箱量越大的船舶，其數(shù)量越少.因此，可以寫出函數(shù)關系式

式中:yt為t期船舶的載箱量;nt是t期對應一定載箱量的船舶數(shù)量，且＜0.

每年的全球集裝箱貿(mào)易量均由集裝箱船舶完成，因此有

式中:ntmax為t期最小船型的數(shù)量;ρ為運力運量轉(zhuǎn)換系數(shù).

3 驗證

顯然，要求解式(3)存在一定困難，因此需要尋找簡化的方法.

3.1 模型簡化

由于船舶大型化不僅考慮單船載箱量，還與特定船型的投入數(shù)量有關.考察圖4，式(2)所對應的曲線族的斜率在yt≈3000 TEU時出現(xiàn)較大改變，這使式(2)的函數(shù)關系不易被很快發(fā)現(xiàn).但是，從當前全球航線運營的船舶載箱量分布看，能夠成為最大型船舶替代者的只可能是載箱量在3600 TEU以上的船舶.考慮到本文的研究內(nèi)容，可以不考慮載箱量為3000 TEU以下船舶的情況.而圖4中，當載箱量為3000 TEU以上時，各年度的對應載箱量與船舶數(shù)量之間的關系幾乎為一直線，因此可以假定yt與nt的關系為線性函數(shù)，即存在

式中:at為計算年度曲線的斜率(at＜0);bt為計算年度船舶載箱量的截距;c+－為預測集裝箱船舶最大載箱量與當年實際最大載箱量之差，取絕對值.模型分析流程見圖5.

圖5 模型分析流程

將圖4中的數(shù)據(jù)按年度分別代入式(4)進行線性回歸計算，結果見表2.

表2 圖4中各曲線線性回歸數(shù)據(jù)

由表2可知:計算期內(nèi)各年的船型和數(shù)量方程與實際數(shù)據(jù)的擬合度均滿足合理性要求，R2最小的也為0.932;但是at和bt均不為常數(shù)，具體而言就是這些曲線相互間不平行，且間距也不固定，但都可以獲得船舶載箱量與船舶數(shù)量曲線，見圖6.

圖6 1996—2012年船舶載箱量與船舶數(shù)量線性趨勢線分布

3.2 試算

這里嘗試用時間序列求出at和bt的變化規(guī)律.

3.2.1 計算 at

先作出at的時間序列散點圖，見圖7.通過線性回歸，可以得出at的計算式

式(5)的R2=0.8329＞0.75，可以認為其符合線性規(guī)律.

圖7 1996—2012年趨勢線斜率

3.2.2 計算 bt

先作出bt的時間序列散點圖，見圖8.通過線性回歸，可以得出bt的計算公式

式(6)的 R2=0.9459＞0.75，可以認為其符合線性規(guī)律.

圖8 1996—2012年趨勢線截距

3.3 誤差求取

3.4 預測

根據(jù)式(5)和(6)，可以分別求出預測年份的at和bt，代入式(4)即構成預測年份的載箱量與船舶數(shù)量關系函數(shù).在本例中，可以預測出2020，2025和2030年載箱量與船舶數(shù)量關系函數(shù)，分別見式(8)，(9)和(10).

從2020年到2030年各主要預測年份的載箱量與船舶數(shù)量關系曲線見圖9.在式(10)中，當n30取值為最小值1時，y30取值為

4 結束語

圖9 2020，2025和2030年集裝箱船型發(fā)展趨勢預測

采用圖形分析與時間序列回歸相結合的方法，給出集裝箱船舶最大載箱量的算法.根據(jù)這一算法，可以較為準確地估計出未來年份將出現(xiàn)的最大集裝箱船舶載箱量.這對船舶設計部門、建造部門以及港口企業(yè)無疑是十分重要的.本文沒有考慮航道、碼頭等對船舶大型化的限制，主要是因為此類大型船舶多數(shù)安排在大洋航線上.當然，影響集裝箱船舶大型化的因素很多，如港口設施［13－14］、國際經(jīng)濟走向、經(jīng)濟一體化［15］、船舶技術和世界航運格局等.

本算法僅僅是在集裝箱船型領域的一項探索，其計算精度也需要采用更為合理的算法加以提高.希望這種思路也可以用于干散貨、油船等其他類型船舶的最大載貨量預測上.

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