梁承姬， 翟點點

(上海海事大學 科學研究院， 上海 201306)

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北冰洋航線對航運公司航線擇港決策的影響

梁承姬*， 翟點點

(上海海事大學 科學研究院， 上海 201306)

隨著北冰洋的冰層不斷融化，北冰洋航線全面通航的可能性日益增加，以海洋運輸為中心的新一輪競爭拉開帷幕.北冰洋航線的開通將使亞歐間的海運航線大幅縮短，可以節(jié)約營運成本，降低航行風險，并能增加新的貨種.北冰洋航線的出現(xiàn)使得整體的航運公司的班輪航線發(fā)生改變，新航線的出現(xiàn)為航運公司提供了更多的選擇.本文首先針對北冰洋航線之一的東北航線進行了各種運輸成本的分析，并考慮東北航線的季節(jié)及運輸量帶來的成本差異，以運輸成本和在港裝卸成本之和最小為目標，建立了航運公司航線的最優(yōu)掛靠港選擇模型.最后采用MATLAB進行求解，得出了航運公司在不同季節(jié)和不同裝載量時的不同的掛靠港及不同航線的結果.

北冰洋航線； 集裝箱船舶； 運輸成本； 最優(yōu)掛靠港

隨著全球變暖的步伐不斷加速， 北冰洋海冰開始大面積消失.過去兩年，每逢夏季，北冰洋海域的冰層都在迅速消失，尤其是8～9月份，已將消失了大約50%，速度比氣候模型預期的要快，如果這一趨勢持續(xù)下去， 北極地區(qū)很可能在未來 20～30 年內迎來 “無冰” 的夏季.在此背景下，北冰洋航線開始浮出水面， 并日益受到各國關注.面對北冰洋地區(qū)的巨大資源庫和航線的距離優(yōu)勢，很多國家都想在北冰洋航線的開辟中分一杯羹.許多沿海國家尤其是貿易依賴型國家，更是將北冰洋航線的開辟視為航海事業(yè)的新契機，航行距離的大大縮短有利于減少航行時間同時降低燃料成本，北冰洋航線使得亞歐之間的距離比傳統(tǒng)航線縮短了近六分之一.

與北冰洋航線相關的國內外文獻并不多.Nong hong[1]著重研究了北冰洋融化對中國海洋運輸事業(yè)的影響.張俠、屠景芳[2]討論了北極海航道定義和破冰船強制領航問題.李振福等[3]通過計算通航期內多次航行的總收益將東北航線與傳統(tǒng)航線進行比較，通過計算看出，未來一段時間內東北航線的航運成本較高，但因其在相同時間內可完成更多航次，故在收益方面具有明顯的經濟優(yōu)勢.張俠，壽建敏[4]以現(xiàn)有海運航線貨運量統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎，對未來北極航道商業(yè)化通航的貨物類型和最大規(guī)模進行初步預測分析，認為目前東北航道天然氣運輸近中期占據(jù)主要地位，但在未來中國經濟繼續(xù)穩(wěn)步增長的背景下，集裝箱運輸將有更大的發(fā)展空間，并進而推測得出北極航道的集裝箱貨運量到2030年將擴大為1 743萬TEU.

目前，針對班輪航線設計的研究較多，但是探討北冰洋航線對整體航線的影響方面研究較少，趙寧，宓為健[5]通過對班輪航行過程中涉及到的各項成本的調查研究，以利潤最大化為目標建立了班輪航線規(guī)劃的輔助決策模型，從預選的掛靠港中選擇最合適班輪的運輸線路.丁明明[6]依據(jù)集裝箱運輸網絡的特征和條件，以航運公司運輸成本最低為目標函數(shù)，建立了樞紐港選擇模型，接著將所選擇的8個候選東亞港口帶入模型得出了最優(yōu)的目標樞紐港口.本文首先針對北冰洋航線之一的東北航線進行運輸成本的分析，并考慮東北航線的季節(jié)及運輸量帶來的成本差異，并以運輸成本和在港裝卸成本之和最小為目標，建立了航運公司航線的最優(yōu)掛靠港選擇模型.最后采用MATLAB進行求解，得出了航運公司在不同季節(jié)和不同裝載量時的不同的掛靠港及不同航線結果，為航運公司的航線決策提供了一種有效的思路.

1 東北航線與運輸成本分析

北冰洋航線由3個重要的部分組成 1.東北航線即沿著俄羅斯邊界的航線，主要涵蓋了5個俄羅斯沿岸的海域，東北航線所經過的海區(qū)依次為：白令?！破婧！獤|西伯利亞?！战莘蚝！！蛡愔Ш！餐?；2.西北航線，即通過了加拿大的北冰洋沿岸諸多群島的一條航線；3.極地航線，即直接穿過極點的航線.而目前來講第3條航線并沒有很大的可行性.

東北航線緊靠俄羅斯北方海岸線，美國地質調查局稱，北冰洋周圍有大量的能源資源，其中石油占了13%，天然氣占了30%，液態(tài)天然氣占了20%，并且這些尚未開發(fā)的能源資源多集中在東北航線.另外，傳統(tǒng)蘇伊士航線中，亞丁灣是通往歐洲的必經之路，亞洲到歐洲最便利航道是“亞丁灣—紅海—蘇伊士運河—地中?！币痪€.隨著亞歐之間的貿易量逐漸上升，此條航線的交通壓力也隨之加大，等待成本不斷增加，同時船舶經過亞丁灣等區(qū)域又面臨著安全隱患，這也無疑增加了航運成本，所以航運公司迫切的渴望一條新的航線來改變現(xiàn)狀，東北航線則是最好的選擇.

船務公司若選擇釜山，佩韋克港，鹿特丹和倫敦一帶的客戶，當船舶承載量為4 000TEU時可以掛靠佩韋克港，若為8 000TEU時則由于船舶吃水深度問題不能掛靠佩韋克港，但是，從釜山到鹿特丹港無論中途掛靠與否都必須經過東北航線全程，下面對東京-釜山-佩韋克港-鹿特丹-倫敦的運輸成本進行分析：

運輸成本主要包括船租，燃料費，破冰費，日常管理費4大方面.

1) 船租

Dongqin LU[7]認為船租費用跟船舶大小有關系，他從www.claksons.com的大量數(shù)據(jù)中，通過回歸分析法得出了船舶大小和船舶租金的關系式：

L(X)=-0.0001x2+5.9079x+5312.8

(r2=0.9750).

然而，由于集裝箱船舶在東北航線需要架設抗冰設備，加之走東北航道的船舶折舊速度比較快，所以夏季日租金要比普通船舶高出30%，冬季日租金要比普通船舶高出50%.

2) 燃料費

燃料費的計算公式為：U=r×F×T，式中，r為燃油的市場價格(美元/t)，本文參考IFO380價格為400.82美元/t；F為船舶t每天航行燃油消耗率，F(xiàn)=FP·BHP；T為船舶航行時間.FP指主機單位功率燃料消耗率(t/(h·kw) ) ，BHP指主機制動馬力(kw) ，F(xiàn)P一般取值為170 g/(h·kw)，王學峰[8]通過Fairplay的數(shù)據(jù)運用回歸分析方法估算出馬力的船舶尺度彈性指數(shù)e=0.967(r2=0.94)，則

In(bhp)=2.6308+0.9671nQ，

式中，Q為載箱，由于在冰區(qū)航行時船舶前行時的阻力有所增加，所以在東北航線的燃油消耗量高于普通航線的30%.

3) 破冰費

根據(jù)《東北航道海域航行規(guī)則》規(guī)定，東北航道的引航費用是根據(jù)船舶噸位數(shù)，航行時間，以及所經過的區(qū)域數(shù)目所決定的，破冰船引航所涉及的區(qū)域越多，引航費用就越高，另外，由于東北航道夏秋季節(jié)與冬春季節(jié)的冰況不同，所以其收費標準也不同.

4) 日常管理費用

日常管理費用包括保險費用，船員工資和船舶維修費用.

參考德魯里市場報告中普通船員的工資水平，東北航線由于自然環(huán)境比較惡劣，加之需要更高技術水平的船員為船舶服務，因此這些船員的工資要比普通船員的工資高30%，報告顯示船舶航行東北航道每天的保險費用加起來平均為3 344美元，另外，船舶修理及維護費用一般是以船舶造價的百分率來提取的，同樣根據(jù)德魯里市場報告中大量的船舶造價數(shù)據(jù)，通過回歸分析法本文得出了船舶大小和船舶造價的關系式：

L(x)=0.8409x2+0.4894x+19.833

(r2=0.9952).

李振福[3]認為普通集裝箱船舶的年度修理及維護費用占船舶造價的1.5‰，抗冰型船舶占船舶造價的2‰.

綜上所述，計算所有成本費用得出的運輸成本結果如表1和表2所示.

表1 4 000TEU運輸成本

續(xù)表1

表2 8 000TEU運輸成本

2 航線的掛靠港

東京某航運公司有一群同效用客戶群，如圖1所示，這些客戶大部分位于倫敦，鹿特丹，佩韋克港，釜山，安特衛(wèi)普，加爾各答，新加坡，香港，開普敦，路易斯港口附近，航運公司如果要服務這些客戶必須掛靠這些港口，因此選擇客戶的問題轉化為選擇最優(yōu)掛靠港的問題，這些港口主要分布在傳統(tǒng)的蘇伊士航線，繞過非洲的好望角航線以及俄羅斯北部的東北航線，船務公司以這3條航線為基礎，研究承載量分別為4 000TEU和8 000TEU的集裝箱船舶，考慮運輸成本與裝卸成本，對最優(yōu)掛靠港和最優(yōu)航線的選擇做出決策.

圖1 航運公司客戶及掛靠港示意圖Fig.1 The location of customers and optional ports

3 最優(yōu)掛靠港選擇模型

3.1 模型假設

任何數(shù)學模型都是在提出問題假設的基礎上建立起來的，為了將實際問題理論化，方便模型構建，依據(jù)集裝箱運輸?shù)奶卣骱蜅l件，本文中的最有價值客戶的選擇模型的前提假設如下：

1) 客戶所在港口之間均為直達航線；

2) 船務公司的船舶航向是單向行駛，并非閉環(huán)式.

3.2 模型建立

決策變量：

目標函數(shù)：

約束條件：

(1)

(2)

(3)

(4)

xij+xji≤1， ?i，j∈N,

(5)

(6)

wj≤xij·tw，

(7)

α1+α2=1.

(8)

模型說明：

目標函數(shù)z由兩部分組成，第1部分表示港口的裝卸成本，第2部分表示港口之間的運輸成本.

約束(1)表示對集裝箱船航行必須有始有終；約束(2)表示該集裝箱船舶中途至少掛靠一次；約束(3)表示集裝箱船舶從每個港口的出港次數(shù)不大于一次；約束(4)表示集裝箱船舶在每個港口的?？看螖?shù)不大于一次；約束(5)表示集裝箱船必須單向行駛；約束(6)表示港口總的卸載量與總的船舶載貨量的均衡； 約束(7)表示港口j的卸載量不能大于總的船舶載貨量；約束(8)表示權重之間的關系.

4 掛靠港運輸成本及季節(jié)性差異

該航運公司運載的集裝箱船舶航行蘇伊士航線和好望角航線時運輸成本并沒有明顯的季節(jié)性變化，可是，俄羅斯北部的東北航線由于收費政策和海冰狀況受季節(jié)性的影響，其運輸成本的季節(jié)性差別會比較大，需要區(qū)別考慮，正如第2節(jié)中表1和表2所示，若航行季節(jié)為夏-秋季，其運輸成本會比較少，若航行季節(jié)為冬-春季，破冰費用會比較高，所以運輸成本也大大增加，將各港口之間的運輸成本數(shù)據(jù)整理如表3和表4所示，其中8 000TEU的集裝箱船舶不能掛靠佩韋克港和加爾各答.

表3 4 000TEU夏-秋季節(jié)港口間的運輸成本統(tǒng)計

表4 4 000TEU冬-春季節(jié)港口間的運輸成本統(tǒng)計

表5 8 000TEU夏-秋季節(jié)港口間的運輸成本統(tǒng)計

表6 8 000TEU冬-春季節(jié)港口間的運輸成本統(tǒng)計

M是無限大的正數(shù)，表示兩港口之間的運輸成本.

表7 港口卸載量與裝卸成本統(tǒng)計

5 計算結果分析

在第3部分的數(shù)學模型中，令α1=0.6，α2=0.4，利用MATLAB軟件對模型編程求解，將數(shù)據(jù)表3～表7代入模型中，得到結果如表8所示.

表8 求解結果

正如結果中體現(xiàn)的，4 000TEU的集裝箱船舶夏-秋季節(jié)的最優(yōu)掛靠港口集中在倫敦，鹿特丹，佩韋克和釜山，因此航運公司夏秋季節(jié)開展東北航線的業(yè)務，冬-春季節(jié)的最優(yōu)港口集中在倫敦，安特衛(wèi)普，加爾各答，新加坡和香港，因此船務公司冬春季節(jié)開展蘇伊士航線業(yè)務.這主要是因為東北航線惡劣的海冰環(huán)境和高昂的破冰費用而導致的冬-春季節(jié)的運輸成本明顯增加，使得蘇伊士航線的成本優(yōu)勢以凸顯.8 000TEU的集裝箱船舶全年選擇香港，新加坡，安普特衛(wèi)，倫敦作為掛靠港，始終開展蘇伊士航線業(yè)務，這一方面由于集裝箱數(shù)量的擴大增加了東北航線的通行費，另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)航線的大船規(guī)模經濟效益發(fā)揮了有效作用，使得蘇伊士航線最優(yōu).所以航運公司必須用發(fā)展的觀點進行航線管理，時刻注意各種因素的變化然后調整自己發(fā)展戰(zhàn)略，始終以選擇最優(yōu)掛靠港為核心，進行合理的資源配置、謀求利潤最大.

6 展望

本文通過東北航線運輸成本的分析和船務公司最優(yōu)掛靠港選擇模型的建立，為船務公司選擇最優(yōu)的航線問題提供了一種思路.經過分析得出，佩韋克港附近具有大量的油氣資源尚未開發(fā)，所以，船務公司夏秋季節(jié)在此處開展集裝箱業(yè)務的同時也可以拓展LNG汽船以及油輪方面的業(yè)務，采取多元化戰(zhàn)略，這樣一方面有利于船務公司規(guī)避風險，另一方面有助于產生客戶積聚效益，降低管理成本.

該船務公司在冬春季節(jié)適合開展蘇伊士航線一帶客戶的業(yè)務，但是，長遠來看，隨著船舶破冰技術的不斷提升，船舶可以脫離破冰船的引導而獨立航行，船務公司可以避免高額的破冰支出，同時，如果俄羅斯對破冰費用的收取政策放寬甚至取消，將更有利于東北航線業(yè)務的全面開展.

但是，本文對于集裝箱船舶行駛東北航線的分析僅處于理論階段，目前為止也只在2011年有一艘集裝箱船舶經過該航線從上海港到杜克金港，同時，歷史上行駛此航線的船舶的噸位數(shù)也沒有超過10萬噸的.

[1] NONG H. The melting Arctic and its impact on China’s maritime transport [J]. Research in Transportation Economics， 2012， 35:50-57．

[2] 張 俠， 屠景芳. 從破冰船強制領航到許可證制度[J].極地研究， 2014， 26(2)：268-274．

[3] 李振福， 尤 雪， 王文雅， 等. 北極東北航線集裝箱運輸?shù)慕洕苑治鯷J].集美大學學報， 2015， 18(1)：34-40．

[4] 張 俠， 壽建敏， 周豪杰. 北極航道海運貨流類型及其規(guī)模研究[J].極地研究， 2013， 25(2)：167-174．

[5] 趙 寧， 宓為健. 集裝箱班輪航線擇港決策模型研究[C]//Proceedings of 2010 International Conference on Future Information Technology and Management Engineering，江蘇，2010:28-31．

[6] 丁明明， 梁承姬.中國內陸集裝箱出口中轉港選擇模型[J].上海海事大學學報(自然科學版)， 2012， 33(4)：39-44．

[7] LU D Q， PARK G K. An economic analysis of container shipping through Canadian Northwest Passage[J].International Journal of e-Navigation and Maritime Economy，2014(1):60-72．

[8] 王學峰. 基于樞紐港的大型集裝箱船營運經濟性研究[D]. 上海:上海交通大學， 2006．

The influence of the arctic routes on selecting ports for liner shipping companies

LIANG Chengji， ZHAI Diandian

(Science Research Center， Shanghai Maritime University， Shanghai 201306)

As the ice of arctic melting， the possibility of voyage through the arctic route increases gradually. A new round of competition centered by ocean transportation is opening. The opening of the arctic routes will shorten the shipping routes between Asia and Europe， which also saves the operation costs， reducing the risk of navigation and bringing new kinds of cargoes. The presence of the arctic route alters the whole liner routes of the shipping company and the emergence of new routes provides more choices for the shipping companies. Firstly this paper focuses on the northern sea route which is part of arctic routes， and analysis its transportation costs， considering the different season and the different volume. Then a model is formulated for selecting the most suitable port among the optional ports， targeting the minimized sum of transportation cost and unloading cost in the port. Finally MATLAB is used to solve this model， and the results show that the shipping company choose distinct ports and routes in terms of variation on seasons volumes．

the arctic route； container ship； transportation cost； the most suitable port

2015-05-22.

國家自然科學基金項目(71471110)．

1000-1190(2016)01-0061-06

U651+.2

A

*E-mail: dd1300354943@163.com.