趙夢夢，陳國慶，趙一飛，李南南

(1.上海交通大學(xué)a.船舶海洋與建筑工程學(xué)院;b.安泰經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海 200240;2.中航商用航空發(fā)動機(jī)有限責(zé)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(yùn)輸?shù)男录o(jì)元以來，集裝箱運(yùn)輸以其特有的便捷、安全、廉價(jià)和高效等優(yōu)越性備受廣大客戶的青睞.隨著經(jīng)濟(jì)全球化的不斷深入，全球集裝箱海運(yùn)量持續(xù)上升.雖然2008年的金融危機(jī)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(yùn)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(yīng)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?yàn)槿蚪鹑陲L(fēng)暴而停止增加的步伐，2012年底又有60多艘船舶被投入遠(yuǎn)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(shí)，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(gòu)成變化

趙一飛［3］從船舶規(guī)模和港口、航道等技術(shù)限制出發(fā)，對集裝箱船型規(guī)模進(jìn)行預(yù)測，認(rèn)為5000 TEU以上的集裝箱船舶從建造角度看技術(shù)難度可以突破，但是從航行和經(jīng)濟(jì)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(jì)成本，以及未來船舶大型化趨勢對集裝箱營運(yùn)、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(jìn)一步研究.仇鑫堯［7］討論可行的主尺度、航速等設(shè)計(jì)參數(shù)，以利潤為目標(biāo)，以費(fèi)用－效益分析方法對中遠(yuǎn)發(fā)展7000 TEU集裝箱船進(jìn)行技術(shù)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(jì)效益優(yōu)勢進(jìn)行分析，建立集裝箱船舶運(yùn)輸成本模型，對不同規(guī)模集裝箱船舶的成本差異進(jìn)行相對評價(jià).張仁頤［9］給出在航線上貨運(yùn)量已知條件下集裝箱船舶最大載箱量的計(jì)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(dān)憂.以上對集裝箱船大型化的研究基本立足于船舶經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)可行性等方面，他們的預(yù)言多數(shù)都被業(yè)界的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r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(jì)60年代，集裝箱船的平均箱位運(yùn)力不足300 TEU;到20世紀(jì)70年代末，這一數(shù)字迅速上升到620 TEU;據(jù)德國航運(yùn)經(jīng)濟(jì)與物流研究所統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)80年代末達(dá)到 1200 TEU;據(jù)CLARKSONS統(tǒng)計(jì)，1995年末世界集裝箱船單船平均運(yùn)力1500 TEU，到20世紀(jì)末該數(shù)字進(jìn)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(duì)的平均運(yùn)力已達(dá)到3134 TEU，船舶大型化已是集裝箱船隊(duì)發(fā)展的主流.［11］

關(guān)于集裝箱船的最大載箱量，航運(yùn)界與造船界的認(rèn)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(yù)計(jì)可裝運(yùn)3400只40英尺集裝箱(或6800只20英尺集裝箱)的集裝箱船設(shè)計(jì)方案，在當(dāng)時被稱為巨型集裝箱船.隨著造船技術(shù)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(jìn)度，這些船舶應(yīng)該在2013年投入運(yùn)營.

導(dǎo)致上述變化的原因無疑是全球貿(mào)易的增長.但是有關(guān)全球貿(mào)易與船舶大型化趨勢關(guān)系的研究，大多建立在定性分析以及數(shù)量的相關(guān)性分析基礎(chǔ)上，尚未有人給出明確的算法和結(jié)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(guān)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(shè)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(jì)劃均是根據(jù)航線增長計(jì)劃制訂的，而航線增長計(jì)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(yùn)力供給與全球集裝箱貿(mào)易量供求平衡的情況可以進(jìn)行如下分析.

設(shè)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(guān)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(jì)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(guān)，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(guān)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(yīng)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(guān)系.［12］但是從運(yùn)用表1的數(shù)據(jù)所作的散點(diǎn)圖(圖3)可見，Yt與Tt之間不存在顯著的函數(shù)關(guān)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(duì)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(yīng)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(fù)相關(guān)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(guān)系式

式中:yt為t期船舶的載箱量;nt是t期對應(yīng)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(yùn)力運(yùn)量轉(zhuǎn)換系數(shù).

3 驗(yàn)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(guān).考察圖4，式(2)所對應(yīng)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(guān)系不易被很快發(fā)現(xiàn).但是，從當(dāng)前全球航線運(yùn)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(dāng)載箱量為3000 TEU以上時，各年度的對應(yīng)載箱量與船舶數(shù)量之間的關(guān)系幾乎為一直線，因此可以假定yt與nt的關(guān)系為線性函數(shù)，即存在

式中:at為計(jì)算年度曲線的斜率(at＜0);bt為計(jì)算年度船舶載箱量的截距;c+－為預(yù)測集裝箱船舶最大載箱量與當(dāng)年實(shí)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(jìn)行線性回歸計(jì)算，結(jié)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(jì)算期內(nèi)各年的船型和數(shù)量方程與實(shí)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(jì)算 at

先作出at的時間序列散點(diǎn)圖，見圖7.通過線性回歸，可以得出at的計(jì)算式

式(5)的R2=0.8329＞0.75，可以認(rèn)為其符合線性規(guī)律.

圖7 1996—2012年趨勢線斜率

3.2.2 計(jì)算 bt

先作出bt的時間序列散點(diǎn)圖，見圖8.通過線性回歸，可以得出bt的計(jì)算公式

式(6)的 R2=0.9459＞0.75，可以認(rèn)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(yù)測

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

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

4 結(jié)束語

圖9 2020，2025和2030年集裝箱船型發(fā)展趨勢預(yù)測

采用圖形分析與時間序列回歸相結(jié)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(zhǔn)確地估計(jì)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(shè)計(jì)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?yàn)榇祟惔笮痛岸鄶?shù)安排在大洋航線上.當(dāng)然，影響集裝箱船舶大型化的因素很多，如港口設(shè)施［13－14］、國際經(jīng)濟(jì)走向、經(jīng)濟(jì)一體化［15］、船舶技術(shù)和世界航運(yùn)格局等.

本算法僅僅是在集裝箱船型領(lǐng)域的一項(xiàng)探索，其計(jì)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(yù)測上.

［1］鄭樓先，林曉東.集裝箱船舶大型化的利與弊［J］.船海工程，2005(4):79－80.

［2］陳飛兒，張仁頤.基于水運(yùn)系統(tǒng)的超大型集裝箱船經(jīng)濟(jì)可行性論證［J］.船舶工程，2008，30(1):78－81.

［3］趙一飛.論集裝箱船的大型化趨勢［J］.上海造船，1995(3):1－7.

［4］IMAI A，NISHIMURA E，PAPADIMITRIOU S，et al.The economic viability of container mega－ships［J］.Logistics ＆ Transportation Rev，1997，21(4):32－34.

［5］CULLINANE K，KHANNA M.Economies of scale in large container ships［J］.J Transport Econ ＆ Policy，2000，33(2):185－207.

［6］CULLINANE K，KHANNA M.Economies of scale in large containerships:optimal size and geographical implications［J］.J Transport Geography，2000，8(3):181－195.

［7］仇鑫堯.中遠(yuǎn)集團(tuán)建造超大型集裝箱船技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性分析［D］.上海:上海海運(yùn)學(xué)院，2003:37－41.

［8］吳沖.集裝箱船舶大型化規(guī)模經(jīng)濟(jì)研究［D］.上海:上海海事大學(xué)，2005.

［9］張仁頤.水運(yùn)物流系統(tǒng)分析［M］.上海:上海交通大學(xué)出版社，2007:87－88.

［10］BRANCH A，STOPFORD M.Maritime economics［M］.3rd ed.Oxon:Routledge，2009:45－47.

［11］CLARKSONS.Container intelligence quarterly［R］.Third quarter 2012:13.

［12］陳麗江，蘇含秋.中國國際集裝箱班輪運(yùn)輸市場運(yùn)價(jià)趨勢分析［J］.上海海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，26(4):75－76.

［13］高潔.上海港集裝箱運(yùn)輸競爭力評價(jià)［J］.上海海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，26(4):67－72.

［14］曹金虎，薛士龍，陳加敏，等.基于PLC和組態(tài)王的高效自動化集裝箱碼頭監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.上海海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，32(2):25－28.

［15］郭永紅.集裝箱船大型化經(jīng)濟(jì)性分析［D］.大連:大連海事大學(xué)，2000.