基于BP神經網絡的我國鐵礦資源需求情景分析*

鄭明貴 謝 為

(江西理工大學經濟管理學院)

在社會經濟生活中，鐵是最有用、最豐富、最廉價、最重要的金屬。鐵是碳鋼、鑄鐵的主要元素，工農業生產中，裝備制造、鐵路車輛、道路、橋梁、輪船、碼頭、房屋、土建均離不開鋼鐵構件。鐵礦石是國際大宗商品，是鋼鐵生產企業的重要原材料，屬于國際公認的戰略物資，影響著國家經濟安全。因此，分析我國鐵礦資源未來的需求情景對于合理開發與利用國內外鐵礦資源具有十分重要的戰略意義。

1 世界鐵礦資源概況

1.1 世界鐵礦資源分布特點

世界鐵礦資源總量很豐富，但分布極不均勻，70%以上的鐵礦資源分布在澳大利亞、巴西、俄羅斯、中國、印度和美國6國。鐵礦資源分布品質差異較大，南半球國家富礦多，如巴西、澳大利亞和南非等;北半球國家貧礦多，如獨聯體、美國、加拿大和中國等［1］。根據美國地質調查局報告，截至2011年底，全球鐵礦石儲量為1 700億t，基礎儲量為3 700億t;鐵金屬儲量為800億t，儲量基礎為1 800億t。見表1。

表1 2011年世界鐵礦石儲量和基礎儲量 億t

1.2 世界鐵礦資源供需狀況

1.2.1 世界鐵礦石生產狀況

自21世紀以來，受世界各國尤其是中國鋼鐵工業的發展拉動，世界鐵礦石生產保持著持續增長的趨勢，2003年世界鐵礦石產量突破10億t，2011年達到28億t，是2001年世界鐵礦石產量的3倍，較2010年增長8.1%。見圖1。

圖1 2001—2011年世界鐵礦石產量

2011年，除少數國家鐵礦石產量略有下降外，大部分國家的鐵礦石產量較2010年都有所增長。其中5個國家鐵礦石產量突破1億t，包括中國、澳大利亞、巴西、印度和俄羅斯，其產量分別為12億t、4.8億t、3.9億t、2.4億t和1億t，分別占世界總產量的42.77%、17.11%、13.90%、8.55%和3.56%。其他鐵礦石產量相對豐富的國家有烏克蘭、南非、美國、加拿大和伊朗等。見表2。

表2 2006—2011年世界鐵礦石產量 億t

由于世界鐵礦石市場需求增長迅速，主要鐵礦石開采供應商紛紛做出積極應對，不斷加強開采力度，增加市場供應量。如巴西淡水河谷公司(CVRD)2012年鐵礦石產量超過3.1億t，目前仍然計劃提升鐵礦石產量，預計2017年產量將超過4億t。澳大利亞力拓公司(Rio Tinto)也在計劃加大投資，將其1.15億t的產能擴大到3億t。必和必拓公司(BHP Billiton)計劃向位于西澳大利亞皮爾巴拉的礦區投資150億元，使該礦區在2015年前鐵礦石產量從1.5億t提升到3億t。預計在世界各國鋼鐵工業強勁發展以及對鐵礦石需求不斷增長的刺激下，世界鐵礦石產量將持續增長［2］。

1.2.2 世界鐵礦石需求狀況

世界鐵礦石需求主要以鐵礦石消費狀況表示，但世界鐵礦石消費狀況并沒有直接的統計數據，而是通過一些間接的指標顯示，如生鐵產量、粗鋼產量和鐵礦石進口量等，其中生鐵產量最能反映鐵礦石的消費情況［3］。2000年以來，受世界特別是中國鋼鐵工業強勁發展的拉動，生鐵產量和粗鋼產量均保持了平穩增長，只有在2008年、2009年受全球金融危機影響，生鐵和粗鋼產量略有下降。見圖2。

圖2 2001—2011年世界生鐵、粗鋼產量

2 我國鐵礦資源概況及供需情景分析

2.1 我國鐵礦資源概況及供需現狀分析

2.1.1 我國鐵礦資源概況

我國鐵礦資源豐富，資源總量占世界第3位，探明資源儲量僅次于巴西、澳大利亞、烏克蘭以及俄羅斯，列世界第5位。我國鐵礦資源分布廣泛但不均勻，儲量比較集中，主要分布在東北和華北地區，西南、中南地區鐵礦資源也相對比較豐富。從省份來看，鐵礦資源比較豐富的有遼寧、河北和四川，3省合計探明儲量達334.4億t，超過全國總探明儲量的60%。截至2010年年底，我國已查明鐵礦資源儲量726.99億t，其中基礎儲量222.32億t，未探明儲量超過2 000億t，按年產12.5億t原礦計算，考慮資源利用等因素，資源保證年限在50 a以上［4］。這表明我國鐵礦資源勘查潛力大，前景較好。但我國鐵礦資源具有貧礦多、富礦少的特點，且煉鋼用礦石已探明儲量目前已基本開采殆盡，可直接入爐的富礦石比例小，而且絕大部分賦存于貧礦中的某些地段或混雜在一起，難以單獨開采［5］。

2.1.2 我國鐵礦資源供需現狀分析

(1)我國鐵礦石產量。近10 a我國鐵礦石產量一直呈上升的趨勢，在2003年以前平穩低速增長，2004年開始產量急劇上升，2011年鐵礦石產量超過13億t，是2001年的5.45倍。見圖3。

圖3 2001—2011年我國鐵礦石產量

盡管國內鐵礦石產量增長較快，但隨著我國經濟的迅猛發展、工業化程度的不斷提高以及鋼鐵工業的快速發展，國內鐵礦石產量仍然不能滿足鋼鐵工業發展的需求。據國家統計局數據顯示，2011年我國粗鋼產量約6.83 27億 t，比2010年增加了0.558 4億t，增長了8.9%;鋼材和生鐵產量分別為8.813 1億t和6.296 9億t，比2010年分別增長了12.3%和8.4%。

(2)我國鐵礦石消費量。改革開放以來，我國經濟發展以制造業為核心、基礎設施建設為重點，各種原材料包括鐵礦石大量消耗。到21世紀，國家繼續加強對基礎設施的建設力度，房地產開發以及汽車、船舶、鋼鐵、石化、有色金屬、裝備制造等行業得到了迅速發展，加速了對鋼鐵、鐵礦石產品的消費需求，鐵礦石進口也不斷增加［6-7］。近10 a來我國鐵礦石消費量不斷增長，到2011年我國鐵礦石消費量約20億t，同比增長18.34%。見圖4。

圖4 2001—2011年我國鐵礦石消費量

由圖3和圖4可以得出，目前我國鐵礦石供需矛盾依然尖銳，進口依存度較高，是世界上每年進口鐵礦石最多的國家。

2.2 我國鐵礦資源供需情景分析

2.2.1 影響我國鐵礦需求的主要因素分析

2.2.1.1 我國經濟增長趨勢

根據礦產資源消費生命周期理論［8］，一國礦產資源消費強度及其消費特征取決于該國的工業化階段和社會經濟發展水平，如圖5所示。2003年我國人均GDP超過1 000美元，進入工業化全面發展階段，經濟的強勁增長直接驅動了礦產資源消費需求的不斷增長。

圖5 礦產資源消費生命周期走勢

2.2.1.2 我國鋼鐵工業的發展趨勢

我國是鋼鐵大國，1996年粗鋼產量突破1億t，位居世界第1，之后逐年增長，到2011年達6.8億t，連續16 a居世界第1。生鐵產量也不斷增長，2011年達到6.3億t。鐵礦石進口量逐年增加，如表3所示。鋼鐵工業的持續快速發展直接拉動了對鐵礦石的需求。

表3 2001—2011年我國粗鋼和生鐵產量、鐵礦石進口量 億t

2.2.1.3 其他因素

除了上述因素外，影響我國鐵礦資源需求的因素還有很多，如全球經濟增長趨勢及廢鋼的利用［9］。2005—2008年世界經濟保持著較高的增長速度，2009年受全球金融危機的影響世界經濟增長放緩，但一些新興發展中國家仍然保持著較高的經濟增長率，如中國和印度等。2010年世界經濟開始復蘇，如表4所示。根據世界銀行預測，今后幾年世界經濟將持續放緩，但經濟增長趨勢基本不會改變。

表4 2005—2011年世界及主要國家和地區GDP增長率%

廢鋼是鋼鐵工業的另一重要原料，對其回收利用可以降低對鐵礦石的消耗。我國每年消費廢鋼0.35億 t～0.5億 t，占世界消費總量的10% ～12%。近幾年我國廢鋼利用技術不斷提高，促進了廢鋼利用率和消費量的不斷提高，但總體上來看，我國廢鋼利用與發達國家相比差距還較大，當前廢鋼利用水平還難以減緩我國鐵礦石的需求量和進口量［10］。

2.2.2 我國鐵礦需求情景分析模型

2.2.2.1 我國鐵礦需求情景定義

以我國經濟發展趨勢和鋼鐵工業發展趨勢作為鐵礦資源需求情景定義的2個主要驅動變量，設置以下3個情景。

(1)情景A(低情景):未來十幾年我國經濟持續低迷，對鋼鐵需求降低，資源使用效率基本沒有提高，單位GDP鐵礦石消耗量也沒有明顯的下降。

(2)情景B(基準情景):未來十幾年我國經濟保持現有的增長速度，對鋼鐵的需求持續增長，資源使用效率更趨合理，單位GDP鐵礦石消耗量有所下降。

(3)情景C(高情景):未來十幾年我國經濟高速增長，對鋼鐵的需求也持續快速增長，資源使用效率大幅度提高，單位GDP鐵礦石消耗量下降較多。

2.2.2.2 我國鐵礦需求宏觀情景設定

近幾年，我國鋼鐵工業重組、結構調整、轉型升級取得了顯著效果，鋼鐵工業為我國經濟發展做出了巨大的貢獻［11］。根據以往我國粗鋼、生鐵產量增長率、GDP增長率以及未來鋼鐵工業發展趨勢和GDP增長趨勢，對未來我國粗鋼、生鐵產量以及GDP增長率進行設定。

(1)未來我國粗鋼產量宏觀情景設定。見表5。

表5 未來我國粗鋼產量宏觀情景設定

(2)未來我國生鐵產量宏觀情景設定，見表6。

表6 未來我國生鐵產量宏觀情景設定

(3)未來我國經濟增長宏觀情景設定。見表7。

表7 未來我國經濟增長宏觀情景設定

2.2.2.3 鐵礦資源需求情景分析模型與測算

(1)神經網絡結構。用BP人工神經網絡對未來我國鐵礦資源需求情景進行測算［12-14］，可以構造一個3層的多輸出神經網絡:輸入神經元為粗鋼產量(I1)、生鐵產量(I2)、GDP增長率(I3);輸出神經元為鐵礦石進口量(Q1)、鐵礦石需求量(Q2);隱蔽層神經元數目n=3，其確定原則是大于輸入與輸出神經元數目之和的一半，小于輸入與輸出神經元數目之和。

(2)原始數據及其初始化。利用神經網絡測算時應將原始數據(見表8)進行初始化，使得輸入輸出數據值位于［0，1］范圍內，初始化以后的數據見表9。

表8 原始數據

表9 神經網絡訓練值

(3)模型測算與結果分析。應用BP神經網絡軟件進行測算，誤差平方和取0.001。測算結果見表10。

表10 我國鐵礦資源未來需求情景 億t

由表10可知，3個情景中進口依賴程度處于25%～35%，未來我國鐵礦資源進口依賴程度雖有所降低，但仍然比較高。因此，應大力開發國外鐵礦資源以滿足國內鐵礦資源供給不足之需，合理開發和利用國外鐵礦資源是我國鋼鐵工業發展的必然選擇，同時也是我國國民經濟持續健康發展的重要保證。

3 結論

(1)分析了世界鐵礦資源概況以及我國鐵礦資源供需現狀，得出我國鐵礦資源雖然儲量豐富，但需求量較大，供需矛盾依然尖銳。

(2)對影響我國鐵礦資源需求的主要因素進行了分析，包括我國經濟的發展趨勢和鋼鐵工業的發展趨勢以及其他因素。

(3)以我國粗鋼產量、生鐵產量和GDP增長率為驅動變量，對未來我國鐵礦石需求定義了3個情景，建立了基于BP神經網絡的鐵礦資源需求情景分析模型。測算結果表明:未來十幾年我國鐵礦資源進口依存度將達到25% ～35%，雖然有所降低，但仍然相對較高。

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