基于重力P-中值的非洲西海岸集装箱枢纽港选择.pdf

第 卷第 期 年 月水 道 港 口 .收稿日期:修回日期:基金项目:国家重点研发计划项目()作者简介:孙祎峥()男陕西西安人硕士研究生主要从事水运工程经济、规划与管理研究:().基于重力 中值的非洲西海岸集装箱枢纽港选择孙祎峥王广生封学军鱼 童雷智鹢(.河海大学 港口海岸与近海工程学院南京 .中国港湾工程有限责任公司北京)摘 要:在“一带一路”的背景下中资企业在非洲港口的投资和运营业务不断拓展 为了选择非洲西海岸更便利货主的集装箱枢纽港完善以枢纽港为核心的现代化港口群服务体系建设基于重力 中值模型从腹地货主的视角以枢纽港 腹地的总运输阻抗最小为优化目标综合选择竞争力较强且更靠近腹地经济发展重心的港口组成枢纽港口群讨论了不同数量的枢纽港设置条件下的非洲西海岸枢纽港选择方案 结果表明:当前格局下该区域集装箱枢纽港的最优选择方案为丹吉尔港、洛美港和德班港构成第一层级的核心枢纽港而达喀尔港、阿比让港、杜阿拉港、罗安达港和开普敦港构成第二层级的区域型枢纽港 按照不同的港口功能定位进一步提出了针对性的发展建议关键词:非洲西海岸枢纽港选择重力 中值中图分类号:文献标识码:文章编号:()非洲西海岸地区位于大西洋东侧拥有约 的海岸线资源具备良好的航运发展条件近年来形成了独具潜力的港口集群 在“一带一路”倡议的引导下我国与非洲西海岸地区国家间建立了长期稳定的友好合作关系中资企业在非洲港口的投资和运营业务不断拓展 然而地区内现有的港口服务体系相对落后港口建设未能与内陆集疏运网络和运输需求有效匹配腹地货主在选择枢纽出海港时具有盲目性不利于港口资源的优化分配和港口错位发展 因此为了促进港口群与腹地之间的高效联动如何选择更便利货主的集装箱枢纽港口完善以枢纽港为核心的现代化港口群服务体系建设成为当前迫切需要解决的问题在全球海运事业蓬勃发展的背景下关于区域内的枢纽港选择问题已经得到了国内外学者的广泛关注 相关研究大致可分为两类主要体现在港口选择视角的不同 第一类为从航运企业视角进行的枢纽港选择这类研究往往以轴辐式网络为基础研讨枢纽港因规模效应所具备的中转作用 林天倚综合考虑了枢纽港间货物运输的规模经济效应以及由此产生的流量负担、拥堵成本及环境成本选择枢纽港口并平衡各枢纽间的货流使得海运网络广义运输总成本最小 袁莉琳等在传统轴辐式运输网络的基础上纳入国家间贸易流量、货种结构、区域企业联系及安全地缘环境等因素的影响对海上丝绸之路沿线的枢纽港口进行了优化选择 赵宇哲等构建了包含集装箱运输成本、港口挂靠成本与碳排放成本的轴辐式集装箱海运网络优化模型表明 排放成本与枢纽港口利用率之间存在着负相关关系枢纽港口容量影响着航运公司的港口选择行为 第二类为从腹地货主视角进行的枢纽港选择这类研究往往与港口的属性评价和区域的经济互动相关联识别出自身实力强、经济关联性好的港口作为枢纽出海港 周宇等从港口群发展角度遴选港口吞吐能力、规模现状、发展潜力、群内发展环境四方面构建指标体系运用熵权 法客观评价中国沿海各主要港口的竞争力水平并识别港口类型 周宝刚等分析了辽宁沿海港口与区域经济互动发展的影响因素应用相关分析与回归分析方法探究了港口与区域经济指标之间的相关性 等提出了一个嵌套 模型模拟了运输距离、港口连通性等因素变化下西班牙港口群在特定腹地区域的市场份额得出了影响货主港口选择的决定因素 年 月孙祎峥等 基于重力 中值的非洲西海岸集装箱枢纽港选择鉴于非洲西海岸地区的实际情况:大多港口不支持停靠超大吨位船舶产生的规模效应十分有限但非洲西部人口众多且增长迅速近年来腹地运输需求日益增加腹地集疏运系统有了一定改善 本文将在考虑港口竞争力的同时基于集装箱枢纽港服务陆向腹地的角度聚焦腹地经济支撑对枢纽港形成产生的重要影响引入重力 中值模型进行腹地引致型的集装箱枢纽港选择研究 相关成果可与以航运企业视角进行的枢纽港选择研究相互配合明确港口发展格局和投资建设重点为中资企业进一步在非洲西海岸地区开展投资合作和港口运营工作提供决策支持 模型构建.问题描述在集装箱港口网络中枢纽港主要有“中转型”与“腹地引致型”两种发展模式对非洲西海岸这类港口体系尚不成熟的地区而言往往更适于后者 该类枢纽港的优越性与战略性主要表现为与腹地经济发展的重心高度重合即枢纽港与腹地之间的运输阻抗极小使该港口得以成为内陆经济腹地货物的主要进出口岸 在这种发展模式下枢纽港的形成与腹地货主的港口选择行为息息相关 因此本文从货主视角出发提出基于重力 中值的集装箱枢纽港选择模型帮助港口投资经营者综合选择港口竞争力强、离腹地货源近的港口组成枢纽港口群促进港口群的整体发展.模型建立集装箱枢纽港的选择问题属于设施区位优化问题的范畴经典的优化模型主要有 中值模型、中心模型和最大覆盖模型其中由 提出的 中值模型应用最为广泛 但传统 中值模型的“邻近分配”原则限制了需求点只能匹配最近的一个设施点忽略不同设施对于需求者的吸引力差异导致在竞争环境下的设施选择问题中具有很大的局限性 为克服上述局限 等在 中值模型的基础上运用重力原理来描述设施选择行为并将其总结命名为重力 中值模型是设施区位优化研究领域的一项重要进展 目前已经有众多学者应用重力 中值模型分别解决了机场物资供应中心和综合医院等设施的区位选择优化取得了良好的效果但尚未见该模型在枢纽港选择问题中的应用模型认为设施需求者(货主)在选择设施(港口)时主要受到设施竞争力和距离两方面的影响需求者们可以选择多个设施来完成运输需求 设施所具备的竞争力越强设施与需求点之间的距离越近则需求者选择该设施的概率越大该设施所具备的效用越强 这与腹地引致型枢纽港所体现的港口选择要求不谋而合故考虑将该模型应用于此类型枢纽港的选择问题中重力 中值模型的数学表达式如下 ()().()()式中:为目标函数表示总运输阻抗 为 个货源点的集合 为 个港口备选点的集合 为货源点的编号 为港口备选点的编号表示货源点 经由港口 潜在可获取服务的资源量代表港口 对货源点 的吸引力表示货源点 从所有港口潜在可获取服务资源量的累计值代表所有港口对货源点 的吸引力总和为货源点的货物量为货源点 与港口 之间的运输阻抗(距离或时间)为/决策变量取 表示位置 有枢纽港设置取 表示位置 无枢纽港设置表示港口 的竞争力表示港口 的服务需求规模影响系数 为衰减系数常取为 为枢纽港的设置数量需要指出的是此处实际上构建了一个只存在枢纽港与腹地的虚拟港口 腹地集疏运系统忽略了其他港口与腹地之间的联系目的是直观表现不同选择结果下枢纽港与腹地经济重心的重合程度即在限制枢纽港设置数量的条件下借助重力原理分配已知货源点的货源量到各枢纽港使得分配结果产生的枢纽港 腹地总运输阻抗最小该最优分配结果中包含的港口即实力较强且更加靠近腹地的经济发展重心可水 道 港 口第 卷第 期以被优先选择为枢纽港的建设发展对象 基于重力 中值的非洲西海岸集装箱枢纽港选择.研究范围)研究区域 根据 等的研究发现西非和东非已经形成了相对独立的港口航运子系统其中西非港口的海上连通性具有重大改善正在成为中国在非洲的港口建设投资重点同时考虑到非洲大陆各国港口间的交流合作早已突破行政区划的束缚故将研究区域聚焦于以西非国家经济共同体成员国为基础向周边国家延伸北至阿尔及利亚、南至南非的非洲西海岸地区包括沿海及内陆国家共计 个)备选港口 非洲西海岸地区的几内亚湾区域的港口分布较为密集而其他区域的港口则比较分散因此沿海岸线约每 确定 个有代表性的港口作为备选点总数为 个)腹地货源点 依据不同国家的外贸需求量与人口规模以城市为单元从每个国家内选择一定数量的腹地货源点 参考商务部对外投资合作指南对各国主要城市的说明确定腹地货源点共 个.模型参数)货源点的货物量 借助货源点的集装箱生成量估算 根据集装箱系数生成法集装箱生成量应等于进出口总额与集装箱生成系数的乘积 由于区域内各国的集装箱发展水平普遍不高差异较小可假设各国的集装箱生成系数都相同采用进出口总额来表示运输需求 通过梳理各国家 年的进出口总额按照货源点城市人口占国家总人口的比例分配到各城市)运输阻抗 美国经济咨询机构 的研究结果显示非洲地区铁路基础设施发展比较落后大部分地区铁路运输成本与公路运输相比并不明显故这里只考虑公路运输模式 中的导航功能可以实现港口备选点到腹地需求点之间物流时间、物流距离的自动化计算其中物流时间是 在考虑了两点间道路距离、各路段通过能力、路段拥挤程度、路段行车速度等因素后综合实测路况资料后计算得出的结果相比物流距离而言更能体现各路段运力的不同 因此选择最短的物流时间作为运输阻抗特征值整理得出各备选港口和腹地货源点之间的运输阻抗矩阵如表 所示表 备选港口和腹地货源点之间的运输阻抗.港口名称奥兰拉巴特 约翰内斯堡阿尔及尔港.卡萨布兰卡港.德班港.以收集得到的运输阻抗数据做进一步的加工主要包括两个方面:一方面由于研究区域较大港口的腹地范围存在一定的阈值在这一阈值距离之外的资源可以认为不可获取 经试算并结合现场调研以 为阈值 以内的运输阻抗为有效阻抗否则为无效阻抗并重置为极大值 另一方面对于备选港口与需求点相重合的情况其运输阻抗近似为 但实际上其内部依然存在一定的物流时间故采用距离该需求点最近的另一需求点到此需求点物流时间的一半来近似表示)枢纽港设置数量 为满足多种情景下的枢纽港选择要求分别讨论其为 的情况)港口竞争力 建立指标体系进行计算.港口竞争力计算为了定量表示港口的竞争力从反映港口实力的多个角度考虑建立港口竞争力指标体系(表)并运用熵权法进行指标赋权计算研究区域内各港口的竞争力值)指标数据来源指标数据依据世界银行、西非发展银行、中国社会科学院及各港口港务局 年 年公开报告整理而得 对于难以获得准确数据的参数可用其他相关参数转化 例如装卸机械数量和堆场有效面积难以从公开途径获得用港口基础设施质量指数代替资源丰富度根据世界银行提供的资源出口占商品出口的百分率赋分运输网密度采用港口所在国家的铁路、公路运输网络总里程与国土面积的比值表征)“熵权法”的具体实现步骤根据收集得到的 个评价对象对应的 个指标数据构建矩阵 经相关性分析并确认合理后再按照式()进行标准化处理生成标准化后的矩阵 其中 年 月孙祎峥等 基于重力 中值的非洲西海岸集装箱枢纽港选择 ()式中:和 分别为同一指标的最大、最小值运用式()计算第 个评价对象的第 个指标数据所占有的比重 ()得到比重 后运用式()计算各个评价指标的熵值 ()()()将熵值代入式()计算可得权重值 ()运用式()计算得到港口的竞争力值 ()表 非洲西海岸港口竞争力指标体系.一级指标二级指标三级指标含义说明非洲西海岸港口竞争力指标体系自然条件基础设施条件业务水平城市竞争力国家环境及政策条件岸线长度泊位水深泊位个数装卸机械数量堆场有效面积货物吞吐量集装箱吞吐量物流绩效水平信息化水平总人口资源丰富度运输网密度贸易安全性政府支持力度综合评价港口的岸线长度及泊位水深等自然条件衡量港口所在国家的港口基础设施建设情况 包括报告期末的集装箱泊位个数、带有动力的装卸机械实际数量、实际可用于堆存货物的面积衡量港口的服务管理能力 包括由水路进出港区并装卸的货物及集装箱数量、港口物流绩效水平和港口信息化发展水平衡量港口所在城市相对于全球其他城市的竞争力 包括城市人口、城市、城市的资源丰富程度和运输网络建设情况衡量港口所在国家的贸易安全程度和政府对港口发展的支持力度根据调查结果进行定性排序打分图 港口竞争力评价结果.以第一名港口的竞争力值为 进行等比例换算排序后得到研究范围内的 个备选港口的 竞 争 力 评 价 结 果 如 图 所示 结果分析基于操作简单、计算高效的原则 采用 和 软件结合的方式对模型进行编程运算 经多次求解模型分别得到了枢纽港设置数量为 水 道 港 口第 卷第 期时的枢纽港集合和相应的枢纽港 腹地总运输阻抗如表 所示 通过设置不同的枢纽港数量来模拟不同层次的港口发展要求即枢纽港数量越少被选中的枢纽港所承担的功能越强 为使得选择结果更具备现实可操作性基于上述的非洲西海岸港口竞争力评价结果(图)更新了不同枢纽港设置数量约束下的备选港口集合表 不同枢纽港设置数量下的枢纽港选择结果.备选港口集合枢纽港集合枢纽港 腹地总运输阻抗/(亿美元)洛美、德班 丹吉尔、洛美、德班 丹吉尔、拉各斯、开普敦、德班 丹吉尔、科托努、罗安达、开普敦、德班 丹吉尔、达喀尔、阿比让、罗安达、开普敦、德班 丹吉尔、达喀尔、洛美、杜阿拉、罗安达、开普敦、德班 丹吉尔、达喀尔、阿比让、洛美、杜阿拉、罗安达、开普敦、德班 阿尔及尔、丹吉尔、达喀尔、阿比让、洛美、杜阿拉、罗安达、开普敦、德班 阿尔及尔、丹吉尔、达喀尔、阿比让、特马、洛美、杜阿拉、罗安达、开普敦、德班 由表 可见枢纽港 腹地总运输阻抗与枢纽港设置数量之间呈现负相关关系随着枢纽港设置数量的增加总运输阻抗降低 这表明模型求解结果符合预期即枢纽港的设置会提高腹地的运输便利程度 被选为枢纽港的港口虽在本次研究中竞争力排名整体靠前但枢纽港优化选择结果并不完全与港口竞争力排名结果一致说明在进行枢纽港选择时除港口实力外区位的影响不可忽略当非洲西海岸地区的枢纽港设置数量由 增加至 时枢纽港 腹地总运输阻抗急剧降低此后再增加设置数量阻抗虽仍在降低但降低程度大幅减小 由此看来非洲西海岸地区最少应设置 个枢纽港即丹吉尔港、洛美港、德班港这三个港口在整个港口网络中具有核心作用 事实上此 个港口为本次研究中有且仅有在世界港口集装箱吞吐量排名中位列前 名的港口分别为非洲西海岸北部、中部和南部的集装箱门户港口 丹吉尔港位于摩洛哥北部丹吉尔湾内濒临直布罗陀海峡是非洲距离欧洲最近的港口之一运营 间取得飞速发展 年集装箱吞吐量达到 万 排名世界第 位洛美港位于多哥西南海岸是该国对外贸易的主要通道系几内亚湾境内唯一的深水良港承担着西非内陆国约/的进口货物接卸任务 年集装箱吞吐量超过 万 排名世界第 位德班港位于南非豪登省是非洲现有港口中最繁忙、设备最完善的传统大港之一为我国与非洲地区进行贸易往来的关键节点港口 年集装箱吞吐量接近 万 排名世界第 位值得注意的是当非洲西海岸的枢纽港设置数量为 时拉各斯港、科托努港、阿比让港这 个港口依次替代了洛美港成为几内亚湾地区的枢纽港这体现出该地区的港口功能划分并不明确内陆货源点的货主在选择枢纽港口时具有多样性港口腹地竞争极为激烈 尼日利亚作为非洲人口第一大国庞大的人口给拉各斯港提供了丰富的货源使得拉各斯港在市场规模方面有极大的优势科托努港与洛美港区位相近、优势相似投资环境的改善吸引了大量外资提升了科托努港的综合实力阿比让港得益于科特迪瓦长久稳定的政治环境和相对较强的工业实力使其具备枢纽港的发展潜力除此之外南非的开普敦港、安哥拉的罗安达港、塞内加尔的达喀尔港、喀麦隆的杜阿拉港、阿尔及利亚的阿尔及尔港和加纳的特马港随着枢纽港设置数量的增加依次成为枢纽港反映了一定区域内枢纽港的建设需求除运输阻抗外建设、运营阻抗也是投资决策时必须要纳入考虑的因素且会随着枢纽港设置数量的增加而增加 为了进一步探究枢纽港设置数量大于等于 时何种方案既可以较好地满足非洲西海岸地区的货运需求又可以尽可能节约成本将枢纽港设置数量 与相应的枢纽港 腹地总运输阻抗之间的关系绘制成统计图如图 所示 年 月孙祎峥等 基于重力 中值的非洲西海岸集装箱枢纽港选择由图 可以发现当非洲西海岸的集装箱枢纽港设置数量为 时枢纽港 腹地总运输阻抗的下降速率明显减慢此时若再增加枢纽港设置数量降低的运输阻抗相对较小相比建设、运营阻抗而言已非主导影图 枢纽港设置数量与枢纽港 腹地总运输阻抗之间的关系.响因素综上在当前的港口发展格局下非洲西海岸地区的集装箱枢纽港最优选择方案如表 所示表 非洲西海岸集装箱枢纽港最优选择方案.枢纽港个数核心枢纽港(第一层级)区域型枢纽港(第二层级)丹吉尔港、洛美港、德班港达喀尔港、阿比让港、杜阿拉港、罗安达港、开普敦港 结论本文基于重力 中值模型从腹地货主的视角以集装箱枢纽港 腹地的总运输阻抗最小为优化目标综合选择竞争力较强且更靠近腹地经济发展重心的港口组成枢纽港口群讨论了不同枢纽港设置数量条件下的非洲西海岸枢纽港优化选择方案分析得出:当前状态下该地区选择设置丹吉尔港等 个枢纽港最为合适为了明确不同港口的功能定位提升非洲西海岸港口群的整体实力结合最终的枢纽港选择结果提出以下发展建议:)巩固丹吉尔港、洛美港和德班港作为核心枢纽港的突出地位 此三大港口分别位于非洲西海岸的北部、中部和南部港口群对于非洲西海岸地区参与国际经贸合作、服务腹地进出口需求而言至关重要应跟上现代化枢纽港口的建设步伐着力打造国际型枢纽港口)重视达喀尔港、阿比让港、杜阿拉港、罗安达港和开普敦港作为区域型枢纽港口的战略价值 根据计算结果在丹吉尔港等核心枢纽港的基础上辅以此五大枢纽港口是当前发展格局下非洲西海岸地区最优的枢纽港设置方案 为此应加快区域港口资源整合大力加强这些港口的枢纽港基础设施、集疏运等配套体系建设努力提高港口服务水平发挥起连接非洲与世界的桥梁作用)其余港口在非洲西海岸港口网络中适宜承担喂给港口的角色是枢纽港口的支线港 此类港口应把握住“一带一路”倡议带来的利好环境加强与枢纽港口的合作与联系缓解枢纽运能压力依靠非洲西海岸港口群整体的发展带动自身的进步)以洛美港和阿比让港为首的几内亚湾港口群(包括特马港、科托努港、拉各斯港和杜阿拉港等)港口密度较大且实力相对接近竞争十分激烈 这些港口应充分利用已有优势条件完善分工合作机制互为补充减少恶性竞争促进沿线区域的繁荣稳定和共同发展在研究过程中受建模难度和数据可得性的限制未能将海向航运的影响纳入考量 建立海陆双向枢纽港综合选择模型或从海向角度进行枢纽港选择验证将是后续的研究重点参考文献:林天倚.考虑拥堵与环境成本的轴辐式集装箱海运网络枢纽港选择.上海:上海交通大学.袁莉琳季鹏.“世纪海上丝绸之路”沿线区域枢纽港优化选择.经济地理():.():.赵宇哲段浩匡海波.考虑 排放的轴 辐式集装箱海运网络设计.系统工程学报():.():.水 道 港 口第 卷第 期周宇马仁锋王益澄等.港口群视阈下中国沿海港口竞争力评价及类型判识.水道港口():.():.周宝刚江珊张丽凤等.辽宁沿海港口与区域经济互动发展影响研究.水道港口():.():.:.():.宋正娜.竞争型公共设施区位决策:概念、选址原则及模型构建.地理科学():.:.():.():.():.宋正娜颜庭干刘婷等.新重力 中值模型及其在城市综合医院区位决策中的实证检验:以无锡市为例.地理科学进展():.:.():.:(/).():.袁建东.基于 的车载 导航定位的设计与实现.西安:西安科技大学.李江龙樊燕燕李子奇.基于熵权 云模型的城市群综合承灾度评价.中国安全生产科学技术():.():.(.):.: