長江三峽樞紐船舶待閘停時經(jīng)濟損失估算

陳沿伊，徐夢清，陳 希，吳宏宇

（1.武漢理工大學(xué) 交通學(xué)院，湖北 武漢 430063；2.湖北物資流通技術(shù)研究所，湖北 襄陽 441002）

長江三峽樞紐船舶待閘停時經(jīng)濟損失估算

陳沿伊1，徐夢清1，陳 希2，吳宏宇1

（1.武漢理工大學(xué) 交通學(xué)院，湖北 武漢 430063；2.湖北物資流通技術(shù)研究所，湖北 襄陽 441002）

分析了船舶營運成本、貨物運輸時間價值、貨物經(jīng)時損失及貨物運輸風(fēng)險等相關(guān)影響因素，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了分船型船舶待閘停時經(jīng)濟損失模型；最后，基于Arena建立仿真模型,預(yù)測三峽樞紐船舶待閘停時，并對船舶待閘經(jīng)濟損失進行估算。估算結(jié)果表明，船舶待閘年均經(jīng)濟損失高達(dá)30億元。

三峽樞紐；船舶待閘停時；Arena仿真；經(jīng)濟損失估算

1 緒論

三峽船閘是長江干線航運的主要瓶頸之一，自2003年三峽樞紐投入運行以來，每年的客貨通過量迅速增長，2016年客貨通過量達(dá)1.305億t，超過三峽船閘設(shè)計年通過量的30％。如此龐大的需求導(dǎo)致三峽船閘超負(fù)荷運行，過閘船舶平均待閘時間迅速增長，從2007年的每艘次幾小時增加到2016年的40h以上，船舶待閘已經(jīng)成為常態(tài)[1]。對三峽樞紐待閘造成的經(jīng)濟損失進行評估，有助于對三峽樞紐相關(guān)問題進行決策。因此，針對待閘停時經(jīng)濟損失進行估算評價具有十分重要的現(xiàn)實意義。

國內(nèi)在對三峽樞紐船舶待閘停時的相關(guān)研究中，張義軍[2]發(fā)現(xiàn)，從2010年起船舶積壓待閘現(xiàn)象呈現(xiàn)常態(tài)化趨勢。朱順應(yīng)[3]、劉清[4]等應(yīng)用Arena仿真軟件成功對三峽樞紐系統(tǒng)進行了模擬，得到了船舶待閘錨地等待時間。而在船舶積壓導(dǎo)致的經(jīng)濟損失上，廖鵬[5]等人認(rèn)為船舶待閘所造成的經(jīng)濟損失主要包括船舶待閘費用和貨物滯留費用兩大方面。國外A.GOVINDA[6]、Campbell J.F等[7]成功利用Arena分別對俄亥俄河航道的交通系統(tǒng)、密西西比河上游一系列的閘室進行仿真，得到了船舶等待時間和船舶排隊長度。WW.Wilson[8]對密西西比河船閘擁擠而導(dǎo)致的谷物船舶等待延誤時間的影響進行分析，對等待延誤造成的損失進行了量化。

目前國內(nèi)外的相關(guān)研究主要針對船舶待閘時間仿真模型的構(gòu)建及船舶待閘停時的測算，對個別貨類的待閘停時經(jīng)濟損失估算較少，但未見專門針對三峽樞紐的分船型待閘經(jīng)濟損失模型和總體經(jīng)濟損失估算的研究。本文根據(jù)三峽樞紐過閘船舶及貨類的特點，提出基于船貨匹配的船舶待閘停時經(jīng)濟損失測算模型，對合理估算三峽樞紐船舶待閘經(jīng)濟損失進行了有益的理論探索。

2 船舶待閘停時經(jīng)濟損失影響因素分析

2.1 船舶營運成本

影響船舶待閘停時經(jīng)濟損失的因素很多。對于船舶而言，船舶待閘會直接增加船舶在錨地的等待時間，造成船舶營運等相關(guān)費用的額外支出。本文根據(jù)機會成本理論對船舶營運成本進行計算[9]，見式（1）。

式中：

Ci—船舶每天時間成本，元/天；

C0—船舶投資成本（造價或購入價），元；

Wi—第一年船舶工資總額，元；

Ca—船舶（除資本成本及工資外）年其他固定成本，包括：修理、保險、物料、管理費等，元；

G—船舶每天在港每天燃油消耗量，t/天；

Pj—燃油價格，元/t；

i—投資的期望報酬率（MARR），％；

g—船員工資年增長率，％；

n—船舶使用年限，年；

T—船舶年營運時間，天；

2.2 貨物運輸時間價值

貨物運輸時間價值通常被認(rèn)為是貨主為節(jié)約某種貨物的運輸時間而愿意支付貨幣的界限值。貨物待閘時間造成的延遲，增加了貨物占用資金的時間，導(dǎo)致資金周轉(zhuǎn)效率降低，造成經(jīng)濟損失[10]，見式（2）、式（3）：

式中：λ—運輸貨物單位時間價值，元/t·h；

Td—船舶平均待閘停時，h。

式中：

Pv—運輸貨物的平均價格，元/t；

IR—貸款利率；

HY—365*16h數(shù)。

2.3 貨物經(jīng)時損失

貨物經(jīng)時損失主要是針對其價值依賴于時間的貨物而言，產(chǎn)生原因多在于貨物的物理化學(xué)性質(zhì)或市場需求的不穩(wěn)定而引起貨物自身價值上的損失。針對船舶過閘，貨物經(jīng)時損失主要與待閘時間有關(guān)，采用貶值時率來代表貨物價值隨時間下降的速度。出于簡化處理的考慮，認(rèn)為貶值時率只與貨物本身性質(zhì)相關(guān)，是一個不隨時間變化的常數(shù)。

貨物價值計算公式見式（4）。

式中：

Vc(t)—運輸途中t時刻貨物價值；

ω—運輸途中貨物貶值時率，ω＞0。

解上述微分方程，得到式（5）。

C為待定系數(shù)，設(shè)在T0時刻運輸貨物價值為VC，則貨物價值量計算公式見式（6）。

貨物經(jīng)時損失計算公式見式（7）。

式中：

Wc—貨物經(jīng)時損失；

Vc—運輸貨物價值，以市場價格為準(zhǔn)；

T0—運輸途中貨物價值不貶值時限；

t—運輸時間（在本文中簡化處理為t=T0+Td）。

2.4 貨物運輸風(fēng)險

貨物運輸風(fēng)險主要是針對危險貨物的運輸而言，通常是指危險品泄漏事件概率以及由此導(dǎo)致的不希望事件后果的度測[11]。其計算公式見式（8）。

式中：

Wr—危險品運輸風(fēng)險；

P(A)—危險品運輸事故概率；

P(R A)—危險品運輸事故中的泄露事故概率；

α—由于船舶待閘停時而導(dǎo)致危險貨物運輸事故概率增加的比率；

C—危險品運輸事故后果成本。

其中，危險品運輸后果成本，主要從人、環(huán)境、財產(chǎn)三個方面進行考慮。其各項運輸后果成本計算公式見式（9）、式（10）、式（11）。

（1）危險品運輸人口風(fēng)險

式中：

Cp—單位危險品運輸人口風(fēng)險，元/t；

C—危險品運輸影響區(qū)內(nèi)人員總數(shù)；

δp—危險品泄漏在影響區(qū)內(nèi)人員的平均致命率,其數(shù)量級一般為10-4—10-3；

L—運輸路徑長度；

Lp—在危險品運輸過程中造成的單位人員傷亡的損失。

（2）危險品運輸環(huán)境風(fēng)險。危險品運輸事故，尤其是大量泄漏擴散事故，對三峽樞紐區(qū)域的水資源、農(nóng)業(yè)用地、土壤等環(huán)境因素可能造成重大污染和破壞。危險品運輸環(huán)境風(fēng)險評估計算公式見式（10）：

式中：

Ce—單位危險品運輸環(huán)境風(fēng)險，元/t；

Ai—影響區(qū)內(nèi)第i種地形的面積,與影響區(qū)地形特征有關(guān)；

εi—對于某一危險品,第i種地形相對于完全擴散面積（單位1）的比例系數(shù)；

Lei—對第i種地形環(huán)境造成每單位面積污染所產(chǎn)生的損失；

i—影響區(qū)內(nèi)地形種類，包括水資源、農(nóng)業(yè)用地、土壤。

（3）危險品運輸財產(chǎn)風(fēng)險。在危險品運輸過程中，若發(fā)生事故會對運輸路徑周圍的財產(chǎn)造成重大損失。運輸路徑的財產(chǎn)主要由建筑設(shè)施、設(shè)備、通信線路等組成。由此，危險品運輸財產(chǎn)風(fēng)險評估計算公式見式（11）。

式中：

Cb—單位危險品運輸財產(chǎn)風(fēng)險，元/t；

Lbi—影響區(qū)域內(nèi)第i種財產(chǎn)的價值；

μbi—第i種財產(chǎn)的損失損壞率；

i—財產(chǎn)類別，包括建筑設(shè)施、設(shè)備。

3 船舶待閘停時經(jīng)濟損失測算模型構(gòu)建

3.1 基于停時經(jīng)濟損失影響因素的過閘貨物及船舶分類

3.1.1 過閘貨物分類。考慮貨物的運輸時間價值、貨物價值損失以及風(fēng)險成本損失等貨物過閘停時損失影響因素，將貨物分為五類，分別是時效性強貨物、件雜貨物、集裝箱貨物、干散貨物、危險品貨物。根據(jù)上述貨物分類，對三峽樞紐過閘貨物進行聚類分析[12]，結(jié)果見表1。

表1 過閘主要貨種的分類

3.1.2 過閘船型分類。不同的船舶類型影響著船舶營運成本的高低。本文中我們僅針對貨船進行分類研究，考慮船舶標(biāo)準(zhǔn)化因素，參考2012版《長江水系過閘運輸船舶標(biāo)準(zhǔn)船型主尺度系列》中對船舶的分類[13]，將船舶分為以下幾類：件雜貨船、集裝箱船、干散貨船、液體散貨船、滾裝船這五個大類。

3.1.3 過閘船貨匹配分析。結(jié)合表1對貨種聚類分析的結(jié)果，對各船型運載的貨種進行分析，可以對各個船型所運載的貨類做如下的劃分，具體見表2。

表2 內(nèi)河主要船型及其貨類表

3.2 船舶待閘停時經(jīng)濟損失測算模型

根據(jù)上文中對于各船型以及其對應(yīng)相關(guān)運輸貨類的分析，結(jié)合以上對于船舶營運費用損失、各貨類經(jīng)濟損失的計算方法，我們對干散貨船、件雜貨船、集裝箱船、液貨船、滾裝船分別進行船舶待閘經(jīng)濟損失的模型構(gòu)建。

（1）件雜貨船I。件雜貨船I主要是運輸時效性強貨物，其待閘停時經(jīng)濟損失測算模型見式（12）。

式中：

Ejc1—件雜貨船舶I待閘停時經(jīng)濟損失，元/天；

Cjz1—件雜貨船舶I每天時間成本，元/天；

Qsh—運輸時效性強貨物貨運量，t；

λsh—運輸時效性強貨物單位運輸價值，元；

其余參數(shù)含義見上文。

（2）件雜貨船II。件雜貨船II主要是運輸普通件雜貨，其待閘停時的經(jīng)濟損失測算模型見式13：

式中：

Ejc2—件雜貨船舶II待閘停時經(jīng)濟損失，元/天；

Cjz2—件雜貨船舶II每天時間成本，元/天；

Qjz2—運輸件雜貨物貨運量；

λjz2—普通件雜貨運輸時間價值，元/th；

其余參數(shù)含義見上文。

（3）集裝箱船舶。集裝箱船舶主要是運輸集裝箱貨物，其船舶待閘停時經(jīng)濟損失見式14：

式中：

Ecc—集裝箱船舶待閘停時經(jīng)濟損失，元/天；

Ccc—集裝箱船舶每天時間成本，元/天；

Qcc—運輸集裝箱貨物貨運量；

λcc—集裝箱貨物運輸時間價值，元/th。

其余參數(shù)含義見上文。

（4）干散貨船舶。干散貨船舶主要運輸貨類是干散貨物，其船舶待閘停時經(jīng)濟損失測算模型見式（15）。

式中：

Ebc—干散貨船舶待閘停時經(jīng)濟損失，元/天；

Cbc—干散貨船舶每天時間成本，元/天；

Qbh—運輸散貨貨運量；

λbh—散貨運輸時間價值，元/th；

其余參數(shù)含義見上文。

（5）液體散貨船舶。本文中對液貨船舶主要運輸危險貨物，其船舶待閘停時經(jīng)濟損失測算模型見式（16）。

式中：

Ewc—液貨船舶待閘停時經(jīng)濟損失，元/天；

Cwc—液貨船舶每天時間成本，元/天；

Qwh—運輸危險貨物貨運量；

λwh—危險貨物運輸時間價值，元/th。

其余參數(shù)含義見上文。

（6）滾裝貨船舶。滾裝船舶主要運載商品車，貨物價值較高，其船舶待閘停時的經(jīng)濟損失模型見式（17）。

式中：

ERR—滾裝貨船舶待閘停時經(jīng)濟損失，元/天；

CRR—滾裝貨船舶每天時間成本，元/天；

QRR—運輸滾裝貨運量；

λRR—滾裝貨運輸時間價值，元/th；

其余參數(shù)含義見上文。

4 長江三峽樞紐待閘停時經(jīng)濟損失測算

4.1 待閘停時預(yù)測

運用Arena仿真軟件，建立船舶過閘仿真模型[3]。仿真模型建立在以下假設(shè)基礎(chǔ)上：

（1）船舶到達(dá)是一個隨機過程，服從泊松分布，不同特征年λ取值見表3；

（2）排隊規(guī)則服從先到先服務(wù)模式，危險品船舶具有優(yōu)先級；

（3）三峽樞紐組織上下行流程相同，且上下行船舶比例為1:1。

輸入相關(guān)參數(shù)，根據(jù)仿真模型，預(yù)測各特征年船舶待閘停時，結(jié)果見表3。

表3 特征年船舶平均待閘時間

4.2 船舶待閘停時經(jīng)濟損失測算

以2030年為例，應(yīng)用上文各類過閘船舶的經(jīng)濟損失測算模型，對模型相關(guān)參數(shù)進行設(shè)定并估算船舶待閘停時經(jīng)濟損失。

（1）件雜貨船I。件雜貨船I主要是運輸時效性貨物，如水果等，其運量較小，假定運輸水果的船舶占總件雜船舶的1％，且均為小型船舶（1 000t級以下），則共有130艘次船舶，待閘停時經(jīng)濟損失見表4。

表4 件雜貨船舶I船舶經(jīng)濟損失

（2）件雜貨船II。除去件雜貨船I的130艘次/每日，計算件雜貨船II的經(jīng)濟損失，結(jié)果見表5。

表5 件雜貨船舶II各噸位船舶經(jīng)濟損失

（3）集裝箱船舶。集裝箱船舶主要是運輸集裝箱貨物，其船舶待閘停時經(jīng)濟損失見表6。

表6 集裝箱船舶各噸位船舶經(jīng)濟損失

（4）干散貨船舶。干散貨船舶主要運輸貨類是干散貨物，其船舶待閘停時經(jīng)濟損失見表7。

表7 干散貨船舶各噸位船舶經(jīng)濟損失

（5）液體散貨船舶。液貨船舶所裝載的貨物為油類等，具有較大的運輸風(fēng)險，其船舶待閘停時經(jīng)濟損失見表8。

表8 液體散貨船舶各噸位船舶經(jīng)濟損失

（6）滾裝貨船舶。滾裝貨船舶主要考慮其運載的大件貨物在待閘延遲時對資金的占用，也就是運輸時間價值，其船舶待閘停時的經(jīng)濟損失見表9。

表9 滾裝貨船舶各噸位船舶經(jīng)濟損失

對上述船舶進行總的待閘停時經(jīng)濟損失的歸納，則2030年船舶待閘停時導(dǎo)致的經(jīng)濟損失見表10。

表10 2030年船舶待閘停時經(jīng)濟損失表

同理，可以求出2020年、2025年的經(jīng)濟損失，結(jié)果見表11、12。

表11 2020年船舶待閘停時經(jīng)濟損失表

表12 2025年船舶待閘停時經(jīng)濟損失表

根據(jù)這三個特征年的船舶待閘停時經(jīng)濟損失進行推算，2017-2030船舶過閘經(jīng)濟損失總和為：

至2030年（不考慮三峽過閘新通道），船舶待閘而導(dǎo)致的經(jīng)濟損失累計達(dá)到422億元，平均每年約30億元。因三峽樞紐船閘能力飽和造成的待閘停時經(jīng)濟損失巨大。

5 結(jié)論

本文從船舶和貨物兩方面分析船舶過閘停時經(jīng)濟損失影響因素；在此基礎(chǔ)上提出基于船貨匹配的過閘船舶類型劃分標(biāo)準(zhǔn)，并針對過閘各類船型分別構(gòu)建了船舶停時經(jīng)濟損失模型，對三峽樞紐過閘船舶停時進行了測算，體現(xiàn)了各類船舶和貨物的不同屬性對船舶過閘停時經(jīng)濟損失的影響。但由于統(tǒng)計原因，本文對貨物類型的劃分比較粗略；另外，三峽新通道具體建成時間待定，本文未考慮三峽新通道建設(shè)后對船舶過閘的影響，可在今后進一步研究。

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[3]朱順應(yīng),朱凱.基于Arena的三峽樞紐運輸系統(tǒng)仿真模型[J].水運工程,2011,(2):40-44.

[4]劉清.基于Arena的三峽船舶積壓疏導(dǎo)策略效果研究[J].武漢理工大學(xué)大學(xué)學(xué)報,2016,40(2):24-28.

[5]廖鵬,張瑋,王元春.船閘服務(wù)水平與經(jīng)濟評價[J].中國港灣建設(shè),2004,(3):17-19.

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[11]任常興.基于風(fēng)險分析的危險品道路運輸路徑優(yōu)化方法研究[D].天津:南開大學(xué),2007.

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[13]中華人民共和國交通運輸部.長江水系過閘運輸船舶標(biāo)準(zhǔn)船型主尺度系列[Z].

Estimation of Economic Loss from Vessel Stopping at Navigation Lock of Yangtze River Three Gorges Dam

Chen Yanyi1,Xu Mengqing1,Chen Xi2,Wu Hongyu1
(1.School of Communication,Wuhan University of Technology,Wuhan 430063;2.Hubei Institute of Logistics Technology,Xiangyang 441002,China)

In this paper,we analyzed such relevant influence factors as vessel operation cost,time value of cargo in transit,gradual loss of cargo and transportation risk of cargo,etc.,and then on such basis,established the type-specific economic loss model of vessels stopped at navigation lock.At the end,through Arena simulation,we forecast the stopping time of the vessels at the navigation lock of the Yangtze River Three Gorges Dam and estimated the economic loss therefrom.

Three Gorges Dam;vessel stopping atnavigation lock;Arena simulation;economicloss estimation

10.3969/j.issn.1005-152X.2017.07.014

F259.27;F550.66

A

1005-152X(2017)07-0060-06

2017-06-04

湖北省自然科學(xué)基金面上項目“長江中游船舶交通擁堵演化規(guī)律和控制策略研究”（2014CFB846）

陳沿伊（1984-），博士，武漢理工大學(xué)交通學(xué)院講師，研究方向：交通運輸系統(tǒng)規(guī)劃、交通運輸安全工程。