文/陳曉梅 許 偉

集裝箱船舶航速優(yōu)化對班輪營運的重要性分析

文/陳曉梅 許 偉

摘 要：船舶航速是集裝箱班輪船期表編制和優(yōu)化的重要決策變量，影響著班輪營運中很多相關決策的制定。一方面，集裝箱船舶航速對班輪總營運成本有重要影響，首先表現(xiàn)在，航速與船舶燃油成本變化直接相關，其次，航線船隊規(guī)模和船舶航速之間存在一種權衡關系，而船舶數(shù)量又會直接影響船舶營運成本，此外，航速的選擇還會影響到班輪的船期延誤成本。另一方面，船舶二氧化碳排放量與船舶航速成比例關系，船舶航速的選擇對環(huán)境也有重要意義?？傊?，航速決策的選擇，無論是對班輪總營運成本還是對環(huán)境都有重要意義。

關鍵詞：航速；營運成本；環(huán)境

國際金融危機爆發(fā)以來，集裝箱班輪運輸業(yè)承受了史無前例的沖擊，集裝箱班輪公司面臨著成本、風險和競爭的多方面壓力，普遍出現(xiàn)巨額虧損。

此外，國際原油價格不斷飆升，集裝箱船舶排放二氧化碳對環(huán)境的影響日益引起人們的關注，各船公司面臨著被迫使用清潔船用燃料的處境?？梢哉f集裝箱運輸市場艱難運行，各種矛盾交織盤錯，集裝箱班輪運輸業(yè)處于深度低迷中，船舶航速優(yōu)化作為影響集裝箱船舶經(jīng)營質(zhì)量的重要因素，能夠提升班輪公司的競爭力，幫助班輪公司度過航運低谷，其研究對班輪營運有重要意義。

1. 集裝箱船舶航速對班輪營運成本的影響

1.1 航速對船舶燃油成本的影響

集裝箱船的燃油消耗對航速非常敏感，航速只增加幾節(jié)就會導致燃油消耗的大幅增加。以8000+TEU的超大型船舶為例，航速下降1節(jié)，每天油耗可降低約30噸，按目前燃油價格接近700美元/噸計算，每天可節(jié)省2.1萬美元。不同船型的油耗—航速曲線如下圖所示：

圖1 不同規(guī)模集裝箱船的燃油消耗量曲線

從上圖可以看出，燃油消耗隨速度的增加呈上升趨勢，且和速度成冪指數(shù)關系。關于船舶燃油消耗和航速之間的確切關系，(Ronen， 1982)指出假定船舶在給定的航速航行，則發(fā)動機原理和經(jīng)驗數(shù)據(jù)均表明船舶每天的燃油消耗量跟航速大致成三次方的關系。也就是說每天的燃油消耗量與速度的三次方成正比，例如，若在航速為20節(jié)的情況下，船舶每天的燃油消耗量為200噸，那么每天的燃油消耗量可以表示為0.025(vi)3?；谌畏疥P系，一些研究者（Perakis and Jaramillo (1991)，Corbett et al，2010；Meng and Wang，2010，2011c；Ronen，2011)已經(jīng)研究了單一班輪航線的最優(yōu)航速問題。盡管許多研究著作使用了三次方的關系，但是不難發(fā)現(xiàn)沒有研究提供實證數(shù)據(jù)證明三次方的近似是否準確。雖然（Notteboom and Vernimmen，2009） 基于真實的數(shù)據(jù)繪制了燃料消耗與航行速度的曲線，但是他們只得出航行速度只增加幾節(jié)，將會導致燃料消耗顯著增加的結論，并沒有論及燃油消耗和速度之間的準確函數(shù)關系。鑒于燃油消耗和速度的函數(shù)關系研究上存在缺口，而且本文重點研究船舶航速在班輪營運中的重要性，本文將利用班輪公司提供的關于燃油消耗和速度的數(shù)據(jù)，用EXCEL進行曲線擬合，求出燃油消耗關于速度的函數(shù)表達式。我們假設每天的燃油消耗為Q噸/天，航速為v節(jié)，則燃油消耗關于速度函數(shù)的一般形式可以表示為：Q=a ×vb。這里a 和b是需要求的參數(shù)，v是獨立的速度變量，每天的燃油消耗Q是反應變量，本文使用常規(guī)的線性回歸方法來求參數(shù) a 和 b。為了保證研究結果的可靠性和普適性，在數(shù)據(jù)采集方面，考慮到了數(shù)據(jù)的廣泛性和代表性，我們選取了全球班輪公司提供的三組數(shù)據(jù)。它涵蓋了3000TEU、5000TEU、8000TEU的三種類型的船舶和三條航線，每條航線上采集了20個燃油消耗和平均航速的歷史數(shù)據(jù)。對于每一組數(shù)據(jù)我們用線性回歸方法求解參數(shù)a和b。用EXCEL對五組數(shù)據(jù)進行曲線擬合，擬合結果分別如下圖所示：

圖2 3000teu新加坡-雅加達擬合曲線

圖3 5000teu香港-新加坡擬合曲線

圖4 8000teu鹽田-洛杉磯擬合曲線

上面擬合圖形中均包括擬合得到的燃料消耗-航行速度函數(shù)、歷史經(jīng)營數(shù)據(jù)（藍色的點）和擬合的函數(shù)（曲線）。從圖中我們可以觀察到?jīng)Q定系數(shù)R平方至少是0.96，均大于0.95，足夠接近于1。因此，可以使用圖中所標注的冪函數(shù)來近似燃油消耗關于速度的函數(shù)。

由歷史經(jīng)營數(shù)據(jù)的分布可以明顯看出，每天的燃油消耗不是航速的線性函數(shù)。在五組數(shù)據(jù)中，系數(shù)b的最大值是3.3，最小值是2.7，均分布在3的附近。因此，我們得出結論，在缺乏足夠的數(shù)據(jù)進行回歸分析的情況下，三次方的關系實際上是一個很好的近似，我們可以認為每天的燃油消耗與速度呈三次方的關系。

從上述得到的船舶每天燃油消耗和速度之間的函數(shù)關系可以看出，船舶燃油消耗量跟航速直接相關。此外，在過去幾年內(nèi)，國際燃油價格一路飆升，從2006年55美元/桶的年平均價格漲至2007年90美元/桶的年平均價格，2008年更是曾一度飄升至147美元/桶。隨燃油價格的不斷上漲，燃油成本在船舶營運成本中所占的比例不斷增大，對于短途航程，燃油成本占總航次成本的20%左右，對于一個長途航行，燃油成本可能超過總航次成本的75%，平均而言，燃油成本基本占總航程成本的50%以上，另外，擬使用清潔（污染少）船用燃料使情形進一步惡化。在燃油價格高漲和難以預測的情況下，燃油成本對班輪公司和班輪經(jīng)營人的利潤會產(chǎn)生重大影響。而很多與航速相關的營運策略會對船舶燃油成本產(chǎn)生巨大影響。

從這個角度說，船舶航速在班輪營運中的重要性不言而喻。實際操作中，班輪公司面對高漲的油價，紛紛在技術、管理和營運等方面積極采取各種措施，最大限度地降低燃油成本，其中加船減速是典型的控制燃油成本的措施。

1.2 航速對航線船舶營運成本的影響

班輪營運的戰(zhàn)略決策包括船隊規(guī)模和船舶航速之間的權衡，較少的船舶意味著船舶必須以較高的航速航行。班輪公司提供定期的班輪運輸服務，必須保證一定的發(fā)船頻率。航速會影響航線往返航次時間，較高的航速意味著往返航次時間較短，較少數(shù)量的船舶就可以維持周班服務頻率。

比如，當集裝箱船航速為24節(jié)時，航線的往返時間是56天，那么當集裝箱船以較低的航速行駛時，往返時間可能多于56天，比如63天，那么對于周班服務頻率，配置在航線上的集裝箱船，將會從8條增加到9條，船舶數(shù)量的增加或者減少必定會影響航線船舶的營運費用，從這個角度講航速優(yōu)化對班輪公司航線船舶的營運成本有重要影響。

1.3 航速對班輪船期延誤成本的影響

航速高低會對船舶的準班率產(chǎn)生影響。航段航速高時，船期恢復能力差，我們知道當船舶高速行駛時，如果船舶在一個港口發(fā)生延誤，那么隨后掛靠港的船期很容易變得不可靠，因為船舶的航速已經(jīng)很高，海上航行時間不能大幅縮短，船期恢復能力有限，換句話說前面掛靠港發(fā)生的延誤，很難通過大幅提速得以彌補。所以，船舶航速高時，船舶延誤概率高，當然班輪船期延誤成本也會相應增加。從這個角度講航速優(yōu)化對班輪船期的延誤成本有重要影響。

這三個集裝箱班輪營運成本并不是彼此獨立的，相互之間存在著內(nèi)在的聯(lián)系。航速低時，燃油成本低，為維持航線運力和發(fā)船頻率，則投入航線船舶數(shù)量多，船舶營運成本高，另外，航速低，船期可靠性相對較高，船舶延誤成本低。航速的優(yōu)化決策能在上述三個營運成本間做出很好的權衡，使航線上集裝箱班輪總營運成本最低。

2. 集裝箱船舶航速對環(huán)境的影響

集裝箱船舶航速不僅影響船舶的營運成本，而且影響二氧化碳等污染物的排放。船舶航速作為船期表編制的重要決策變量，對二氧化碳的排放量有重要影響。二氧化碳的排放量與燃油消耗量成正比，而燃油消耗量與集裝箱船舶航速的三次方成正比，所以船舶航速對二氧化碳排放量有重要影響作用。學者Qia and Dong～Ping Song(2012)，研究了船期表優(yōu)化設計和二氧化碳排放量之間的關系，得出了類似的結論：船舶航速與二氧化碳排放量直接相關。集裝箱運輸已經(jīng)成為航運業(yè)增長最快的行業(yè)之一，并且在未來很可能繼續(xù)其快速增長的勢頭。據(jù)報道，集裝箱船，無論是絕對量還是噸海里排放量都是航運業(yè)迄今為止CO2排放量最大的船型。集裝箱船CO2的排放量分別是散貨船、油輪、雜貨船的2.3、3.2、3.5倍，因此，集裝箱運輸業(yè)要實現(xiàn)其環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展，減少二氧化碳排放量是其必須要解決的問題。在過去的10年中，海上運輸業(yè)的CO2排放量已經(jīng)越來越多的引起了關注，國際海事組織（IMO）在2000年和2009年發(fā)表了兩項關于船舶排放溫室氣體的研究， 第二項研究提供了一個關于全球船舶溫室氣體排放水平的全面和權威的評估，2007年航運排放10.46億噸二氧化碳，約占全球排放量的3.3%。隨著航運業(yè)的不斷發(fā)展，這一比例將會呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢。溫室氣體排放和全球氣候變暖問題已經(jīng)引起國際社會的高度關注，船舶航速作為影響船舶二氧化碳排放量的重要因素，其優(yōu)化決策對環(huán)境的重要作用必將引起決策者的重視。

3. 總結

集裝箱船舶航速優(yōu)化對于班輪公司降低降低營運成本、提升服務水平和減少船舶二氧化碳排放都具有重要意義。營運成本的降低可以增強班輪公司的航線競爭力，服務水平的提高可以增加攬貨量，提高集裝箱船舶的載箱量利用率，減少二氧化碳的排放對環(huán)境可持續(xù)發(fā)展意義重大。

目前全球經(jīng)濟復蘇道路依舊曲折，中短期難以擺脫“弱增長”格局。據(jù)IMF數(shù)據(jù)顯示，2012年全球經(jīng)濟增長率僅為3.3%，較2011年增速明顯放緩，其中發(fā)達經(jīng)濟體增長率為1.4%，新興及發(fā)展中經(jīng)濟體的增長率為5.3%，在這樣經(jīng)濟低迷的大背景下，提高船舶經(jīng)營質(zhì)量對班輪公司尤其重要，集裝箱船舶航速優(yōu)化直接影響班輪公司航線經(jīng)營質(zhì)量，對班輪公司對社會環(huán)境都具有重要的意義。

參考文獻

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作者單位：（上海海事大學交通運輸學院）