北冰洋航线对航运公司航线择港决策的影响

梁承姬， 翟点点

(上海海事大学 科学研究院， 上海 201306)



北冰洋航线对航运公司航线择港决策的影响

梁承姬*， 翟点点

(上海海事大学 科学研究院， 上海 201306)

随着北冰洋的冰层不断融化，北冰洋航线全面通航的可能性日益增加，以海洋运输为中心的新一轮竞争拉开帷幕.北冰洋航线的开通将使亚欧间的海运航线大幅缩短，可以节约营运成本，降低航行风险，并能增加新的货种.北冰洋航线的出现使得整体的航运公司的班轮航线发生改变，新航线的出现为航运公司提供了更多的选择.本文首先针对北冰洋航线之一的东北航线进行了各种运输成本的分析，并考虑东北航线的季节及运输量带来的成本差异，以运输成本和在港装卸成本之和最小为目标，建立了航运公司航线的最优挂靠港选择模型.最后采用MATLAB进行求解，得出了航运公司在不同季节和不同装载量时的不同的挂靠港及不同航线的结果.

北冰洋航线； 集装箱船舶； 运输成本； 最优挂靠港

随着全球变暖的步伐不断加速， 北冰洋海冰开始大面积消失.过去两年，每逢夏季，北冰洋海域的冰层都在迅速消失，尤其是8～9月份，已将消失了大约50%，速度比气候模型预期的要快，如果这一趋势持续下去， 北极地区很可能在未来 20～30 年内迎来 “无冰” 的夏季.在此背景下，北冰洋航线开始浮出水面， 并日益受到各国关注.面对北冰洋地区的巨大资源库和航线的距离优势，很多国家都想在北冰洋航线的开辟中分一杯羹.许多沿海国家尤其是贸易依赖型国家，更是将北冰洋航线的开辟视为航海事业的新契机，航行距离的大大缩短有利于减少航行时间同时降低燃料成本，北冰洋航线使得亚欧之间的距离比传统航线缩短了近六分之一.

与北冰洋航线相关的国内外文献并不多.Nong hong[1]着重研究了北冰洋融化对中国海洋运输事业的影响.张侠、屠景芳[2]讨论了北极海航道定义和破冰船强制领航问题.李振福等[3]通过计算通航期内多次航行的总收益将东北航线与传统航线进行比较，通过计算看出，未来一段时间内东北航线的航运成本较高，但因其在相同时间内可完成更多航次，故在收益方面具有明显的经济优势.张侠，寿建敏[4]以现有海运航线货运量统计数据为基础，对未来北极航道商业化通航的货物类型和最大规模进行初步预测分析，认为目前东北航道天然气运输近中期占据主要地位，但在未来中国经济继续稳步增长的背景下，集装箱运输将有更大的发展空间，并进而推测得出北极航道的集装箱货运量到2030年将扩大为1 743万TEU.

目前，针对班轮航线设计的研究较多，但是探讨北冰洋航线对整体航线的影响方面研究较少，赵宁，宓为健[5]通过对班轮航行过程中涉及到的各项成本的调查研究，以利润最大化为目标建立了班轮航线规划的辅助决策模型，从预选的挂靠港中选择最合适班轮的运输线路.丁明明[6]依据集装箱运输网络的特征和条件，以航运公司运输成本最低为目标函数，建立了枢纽港选择模型，接着将所选择的8个候选东亚港口带入模型得出了最优的目标枢纽港口.本文首先针对北冰洋航线之一的东北航线进行运输成本的分析，并考虑东北航线的季节及运输量带来的成本差异，并以运输成本和在港装卸成本之和最小为目标，建立了航运公司航线的最优挂靠港选择模型.最后采用MATLAB进行求解，得出了航运公司在不同季节和不同装载量时的不同的挂靠港及不同航线结果，为航运公司的航线决策提供了一种有效的思路.

1 东北航线与运输成本分析

北冰洋航线由3个重要的部分组成 1.东北航线即沿着俄罗斯边界的航线，主要涵盖了5个俄罗斯沿岸的海域，东北航线所经过的海区依次为：白令海——楚科奇海——东西伯利亚海——拉普捷夫海——喀拉海——巴伦支海——挪威海；2.西北航线，即通过了加拿大的北冰洋沿岸诸多群岛的一条航线；3.极地航线，即直接穿过极点的航线.而目前来讲第3条航线并没有很大的可行性.

东北航线紧靠俄罗斯北方海岸线，美国地质调查局称，北冰洋周围有大量的能源资源，其中石油占了13%，天然气占了30%，液态天然气占了20%，并且这些尚未开发的能源资源多集中在东北航线.另外，传统苏伊士航线中，亚丁湾是通往欧洲的必经之路，亚洲到欧洲最便利航道是“亚丁湾—红海—苏伊士运河—地中海”一线.随着亚欧之间的贸易量逐渐上升，此条航线的交通压力也随之加大，等待成本不断增加，同时船舶经过亚丁湾等区域又面临着安全隐患，这也无疑增加了航运成本，所以航运公司迫切的渴望一条新的航线来改变现状，东北航线则是最好的选择.

船务公司若选择釜山，佩韦克港，鹿特丹和伦敦一带的客户，当船舶承载量为4 000TEU时可以挂靠佩韦克港，若为8 000TEU时则由于船舶吃水深度问题不能挂靠佩韦克港，但是，从釜山到鹿特丹港无论中途挂靠与否都必须经过东北航线全程，下面对东京-釜山-佩韦克港-鹿特丹-伦敦的运输成本进行分析：

运输成本主要包括船租，燃料费，破冰费，日常管理费4大方面.

1) 船租

Dongqin LU[7]认为船租费用跟船舶大小有关系，他从www.claksons.com的大量数据中，通过回归分析法得出了船舶大小和船舶租金的关系式：

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

(r2=0.9750).

然而，由于集装箱船舶在东北航线需要架设抗冰设备，加之走东北航道的船舶折旧速度比较快，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) 燃料费

燃料费的计算公式为：U=r×F×T，式中，r为燃油的市场价格(美元/t)，本文参考IFO380价格为400.82美元/t；F为船舶t每天航行燃油消耗率，F=FP·BHP；T为船舶航行时间.FP指主机单位功率燃料消耗率(t/(h·kw) ) ，BHP指主机制动马力(kw) ，FP一般取值为170 g/(h·kw)，王学峰[8]通过Fairplay的数据运用回归分析方法估算出马力的船舶尺度弹性指数e=0.967(r2=0.94)，则

In(bhp)=2.6308+0.9671nQ，

式中，Q为载箱，由于在冰区航行时船舶前行时的阻力有所增加，所以在东北航线的燃油消耗量高于普通航线的30%.

3) 破冰费

根据《东北航道海域航行规则》规定，东北航道的引航费用是根据船舶吨位数，航行时间，以及所经过的区域数目所决定的，破冰船引航所涉及的区域越多，引航费用就越高，另外，由于东北航道夏秋季节与冬春季节的冰况不同，所以其收费标准也不同.

4) 日常管理费用

日常管理费用包括保险费用，船员工资和船舶维修费用.

参考德鲁里市场报告中普通船员的工资水平，东北航线由于自然环境比较恶劣，加之需要更高技术水平的船员为船舶服务，因此这些船员的工资要比普通船员的工资高30%，报告显示船舶航行东北航道每天的保险费用加起来平均为3 344美元，另外，船舶修理及维护费用一般是以船舶造价的百分率来提取的，同样根据德鲁里市场报告中大量的船舶造价数据，通过回归分析法本文得出了船舶大小和船舶造价的关系式：

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

(r2=0.9952).

李振福[3]认为普通集装箱船舶的年度修理及维护费用占船舶造价的1.5‰，抗冰型船舶占船舶造价的2‰.

综上所述，计算所有成本费用得出的运输成本结果如表1和表2所示.

表1 4 000TEU运输成本

续表1

表2 8 000TEU运输成本

2 航线的挂靠港

东京某航运公司有一群同效用客户群，如图1所示，这些客户大部分位于伦敦，鹿特丹，佩韦克港，釜山，安特卫普，加尔各答，新加坡，香港，开普敦，路易斯港口附近，航运公司如果要服务这些客户必须挂靠这些港口，因此选择客户的问题转化为选择最优挂靠港的问题，这些港口主要分布在传统的苏伊士航线，绕过非洲的好望角航线以及俄罗斯北部的东北航线，船务公司以这3条航线为基础，研究承载量分别为4 000TEU和8 000TEU的集装箱船舶，考虑运输成本与装卸成本，对最优挂靠港和最优航线的选择做出决策.

图1 航运公司客户及挂靠港示意图Fig.1 The location of customers and optional ports

3 最优挂靠港选择模型

3.1 模型假设

任何数学模型都是在提出问题假设的基础上建立起来的，为了将实际问题理论化，方便模型构建，依据集装箱运输的特征和条件，本文中的最有价值客户的选择模型的前提假设如下：

1) 客户所在港口之间均为直达航线；

2) 船务公司的船舶航向是单向行驶，并非闭环式.

3.2 模型建立

决策变量：

目标函数：

约束条件：

(1)

(2)

(3)

(4)

xij+xji≤1， ∀i，j∈N,

(5)

(6)

wj≤xij·tw，

(7)

α1+α2=1.

(8)

模型说明：

目标函数z由两部分组成，第1部分表示港口的装卸成本，第2部分表示港口之间的运输成本.

约束(1)表示对集装箱船航行必须有始有终；约束(2)表示该集装箱船舶中途至少挂靠一次；约束(3)表示集装箱船舶从每个港口的出港次数不大于一次；约束(4)表示集装箱船舶在每个港口的停靠次数不大于一次；约束(5)表示集装箱船必须单向行驶；约束(6)表示港口总的卸载量与总的船舶载货量的均衡； 约束(7)表示港口j的卸载量不能大于总的船舶载货量；约束(8)表示权重之间的关系.

4 挂靠港运输成本及季节性差异

该航运公司运载的集装箱船舶航行苏伊士航线和好望角航线时运输成本并没有明显的季节性变化，可是，俄罗斯北部的东北航线由于收费政策和海冰状况受季节性的影响，其运输成本的季节性差别会比较大，需要区别考虑，正如第2节中表1和表2所示，若航行季节为夏-秋季，其运输成本会比较少，若航行季节为冬-春季，破冰费用会比较高，所以运输成本也大大增加，将各港口之间的运输成本数据整理如表3和表4所示，其中8 000TEU的集装箱船舶不能挂靠佩韦克港和加尔各答.

表3 4 000TEU夏-秋季节港口间的运输成本统计

表4 4 000TEU冬-春季节港口间的运输成本统计

表5 8 000TEU夏-秋季节港口间的运输成本统计

表6 8 000TEU冬-春季节港口间的运输成本统计

M是无限大的正数，表示两港口之间的运输成本.

表7 港口卸载量与装卸成本统计

5 计算结果分析

在第3部分的数学模型中，令α1=0.6，α2=0.4，利用MATLAB软件对模型编程求解，将数据表3～表7代入模型中，得到结果如表8所示.

表8 求解结果

正如结果中体现的，4 000TEU的集装箱船舶夏-秋季节的最优挂靠港口集中在伦敦，鹿特丹，佩韦克和釜山，因此航运公司夏秋季节开展东北航线的业务，冬-春季节的最优港口集中在伦敦，安特卫普，加尔各答，新加坡和香港，因此船务公司冬春季节开展苏伊士航线业务.这主要是因为东北航线恶劣的海冰环境和高昂的破冰费用而导致的冬-春季节的运输成本明显增加，使得苏伊士航线的成本优势以凸显.8 000TEU的集装箱船舶全年选择香港，新加坡，安普特卫，伦敦作为挂靠港，始终开展苏伊士航线业务，这一方面由于集装箱数量的扩大增加了东北航线的通行费，另一方面传统航线的大船规模经济效益发挥了有效作用，使得苏伊士航线最优.所以航运公司必须用发展的观点进行航线管理，时刻注意各种因素的变化然后调整自己发展战略，始终以选择最优挂靠港为核心，进行合理的资源配置、谋求利润最大.

6 展望

本文通过东北航线运输成本的分析和船务公司最优挂靠港选择模型的建立，为船务公司选择最优的航线问题提供了一种思路.经过分析得出，佩韦克港附近具有大量的油气资源尚未开发，所以，船务公司夏秋季节在此处开展集装箱业务的同时也可以拓展LNG汽船以及油轮方面的业务，采取多元化战略，这样一方面有利于船务公司规避风险，另一方面有助于产生客户积聚效益，降低管理成本.

该船务公司在冬春季节适合开展苏伊士航线一带客户的业务，但是，长远来看，随着船舶破冰技术的不断提升，船舶可以脱离破冰船的引导而独立航行，船务公司可以避免高额的破冰支出，同时，如果俄罗斯对破冰费用的收取政策放宽甚至取消，将更有利于东北航线业务的全面开展.

但是，本文对于集装箱船舶行驶东北航线的分析仅处于理论阶段，目前为止也只在2011年有一艘集装箱船舶经过该航线从上海港到杜克金港，同时，历史上行驶此航线的船舶的吨位数也没有超过10万吨的.

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

[2] 张 侠， 屠景芳. 从破冰船强制领航到许可证制度[J].极地研究， 2014， 26(2)：268-274．

[3] 李振福， 尤 雪， 王文雅， 等. 北极东北航线集装箱运输的经济性分析[J].集美大学学报， 2015， 18(1)：34-40．

[4] 张 侠， 寿建敏， 周豪杰. 北极航道海运货流类型及其规模研究[J].极地研究， 2013， 25(2)：167-174．

[5] 赵 宁， 宓为健. 集装箱班轮航线择港决策模型研究[C]//Proceedings of 2010 International Conference on Future Information Technology and Management Engineering，江苏，2010:28-31．

[6] 丁明明， 梁承姬.中国内陆集装箱出口中转港选择模型[J].上海海事大学学报(自然科学版)， 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] 王学峰. 基于枢纽港的大型集装箱船营运经济性研究[D]. 上海:上海交通大学， 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.

国家自然科学基金项目(71471110)．

1000-1190(2016)01-0061-06

U651+.2

A

*E-mail: dd1300354943@163.com.