基于正交试验法的进口矿石船经济性分析

陈丽芬， 刘 芳， 谢新连

(1.大连海事大学 交通运输管理学院， 辽宁 大连 116026；2.集美大学 航海学院， 福建 厦门 361021)

基于正交试验法的进口矿石船经济性分析

陈丽芬1,2， 刘 芳1， 谢新连1

(1.大连海事大学 交通运输管理学院， 辽宁 大连 116026；2.集美大学 航海学院， 福建 厦门 361021)

为对进口矿石船的经济性进行分析,以巴西图巴郎至我国青岛的航线为例，计算出不同类型矿石船在该航线上营运的必要运费率，选出经济性最优的船型。应用正交试验法对该船型进行经济性多因素敏感性分析，利用方差分析给出各不确定因素对船舶经济性影响的显著程度。结果表明,船舶装载率、燃油价格和船舶价格等3个因素的显著性最强。该研究可为航运公司选择最佳船型、制定经营决策提供帮助。

交通运输经济学； 矿石船； 必要运费率； 正交试验法； 方差分析

Abstract: Taking the route from Brazil Tubarao to China Qingdao as the research object, Required Freight Rate (RFR) of different vessel types on this route is calculated and the best one is picked up in terms of economy. The multi-factors sensitivity analysis is performed with orthogonal array testing, and the effects of random factors on the economical performance is determined by the variance analysis. The study indicates that loading rate, oil price and vessel price have the most significant influences on the performance. This research may interest shipping enterprises who are selecting vessels for similar tasks.

Keywords: traffic transport economics; ore vessel; required freight rate; orthogonal array testing; variance analysis

我国是世界铁矿石第一大进口国，铁矿石进口量近年来持续攀升。巨大的进口量加上长距离的海上运输，使得船舶大型化趋势更加明显。当前中国矿运、山东海运和招商局集团已分别购买或租用40万吨级超大型矿砂船，年运力达2 000万t;同时,青岛港、大连港等港口已具备超大型矿砂船的接卸能力。

船舶大型化在使运量大幅增加的同时，也因其规模经济效益使单位运输成本得到有效降低。目前国内外相关学者[1-7]主要从必要运费率(Required Freight Rate, RFR)、净现值、内部收益率和投资回收期等方面研究船舶的经济性，并考虑单因素变动对经济性的影响。但是,航运市场的波动往往是多因素、同时不同比例的变动，单因素分析不能真实地反映外界因素变动对船舶经济性的影响。因此，采用正交试验法计算多因素、多水平变动下船舶的必要运费率，通过方差分析进一步定量判断各因素对必要运费率的影响，区分出主要影响因素和次要影响因素，对矿石船的经济性进行分析。

1 单船运输经济性计算模型

衡量船型优劣的经济指标有必要运费率、净现值、内部收益率及投资回收期等，各指标从不同角度反映投资效果和船型差别。必要运费率代表船舶最低运输成本，可更直观地反映出单船运输的经济性，这里选择该指标作为衡量船型优劣的经济性指标。

必要运费率是一种动态成本计算方法，考虑到不同船型的新船价格、航速、载重量和运距等因素，计算出每吨货物的运费。

(1)

式(1)中：CT为船舶年总运营成本；C1为船员年工资；C2为年折旧费；C3为年修理费；C4为年保险费；C5为年燃料费；C6为年润料费；C7为年物料费；C8为年港口使费；C9为年管理费；P为单船价格，假设在船舶营运期一次性支付；r为残值率；i为折现率；n为折旧年限；QT为单船年总运量。船舶必要运费率计算模型见图1。

图1 船舶必要运费率计算模型

2 模型应用

2.1参数取值说明

目前40万吨级超大型矿石船主要在巴西至我国的航线上运营。为使不同类型船舶的运营数据具有可比性，以巴西图巴郎至我国青岛航线(以下简称巴中航线)上运营的矿石运输船为例进行分析。

2.1.1船舶造价

新船价格随市场供求关系的变化而变化，2008年之前新船价格波动较大，因此选取Clarkson公布的2009—2014年10万吨级、20万吨级和30万吨船型的单船造价的平均值作为船价未来值。40万吨级船由于订单较少，根据市场价进行估算。

2.1.2船员工资

根据航运信息网《2014年1—12月船员工资行情参考》，并对各种船员配置数量进行综合加权，取人均年工资35 110美元，每艘船配置25人。

2.1.3燃油费用

目前大部分船舶不使用轻油，因此仅考虑重油消耗。巴中航线上运营的船舶一般在新加坡补充燃料油。根据Clarkson公布的新加坡燃料油价格，取2011—2014年燃油价格的平均值632.1美元/t。

2.1.4装卸货效率

许多学者在进行经济性分析时对不同船型采用统一的装卸标准。但是,不同等级泊位配备装卸机械的数量和性能不同，装卸效率存在很大差异。这里根据港口实际调研数据取值。

2.1.5燃油日消耗量

船舶在不同航速下的油耗差异较大。为便于比较，统一取满载航速12 kn，压载航速13 kn时各船型对应的燃油日消耗量。

2.1.6其他

船舶折旧年限为25 a，残值率为5%，折现率为6%，船舶年营运时间为340 d，航线距离为11 250 n mile，船舶装载率为90%。

巴中航线上不同类型矿石船的技术经济参数见表1。

表1 巴中航线上不同类型矿石船的技术经济参数

2.2模型计算结果

根据以上数据得出不同类型矿石船的必要运费率(见表2)。

从表2中可看出：随着船舶吨位增加，船舶必要运费率降低，巴中航线上40万吨级船(Valemax)的运输成本最低。与Valemax相比，30万吨级船(VLOC)的必要运费率高12.5%，20万吨级船(Capesize)的必要运费率高34.2%，10万吨级船(Panamax)的必要运费率高95.5%。因此,40万吨级Valemax船经济性最优。

表2 不同类型矿石船的必要运费率

3 正交试验设计

干散货市场存在明显的波动性，不同市场情况下某些因素的波动会引起RFR的变化。单因素敏感性分析的局限性使其不能反映航运市场变动对必要运费率的真实影响，结论的可靠性差。因此,为准确研究市场因素变化对RFR的影响，引用正交试验设计(Orthogonal Experimental Design, OED)。

3.1正交试验设计特点

正交试验设计是研究多因素、多水平问题的一种设计方法[8-10]，应用该方法进行必要运费率的多因素敏感性分析具有以下特点。

1)可反映多因素同时变动对必要运费率的影响。

2)通过方差分析判断各因素之间发生的交互作用及其对必要运费率的影响。

3)通过方差分析定量描述各因素同时发生变化时对必要运费率的影响程度，区分出主要影响因素和次要影响因素。

4)显著减少试验的计算量。正交表是一套规则的设计表格，用Ln(tc)表示，L为正交表的代号，n为试验的次数，t为水平数，c为列数。例如,对5因素、5水平的敏感性分析，按全面试验要求，须进行3 125次试验；而采用L25(56)正交表只需计算25次，仅为全面试验次数的0.8%，大大减少了工作量。

3.2正交试验设计与分析

3.2.1评价指标、因素和水平的选择

以必要运费率作为评价指标，选用船舶价格(A)、船员工资(B)、燃料价格(C)、装载率(D)和在港时间(E)作为分析因素。根据船舶实际运输和市场因素变动的可能范围，每个因素均取5水平，分别为：110%，105%，100%，95%，90%。

3.2.2正交表的选择

由于各试验处理只有一种观测值，且各因素的自由度之和为20,故选取L25(56)正交表。为更好地减小系统误差，船舶价格因素水平值采取随机排列，其他因素水平值由高到低排列，误差由空列估计。

3.2.3正交表的计算

将正交表各行对应的各因素水平值带入到必要运费率计算公式中，结果见表3(其中:T1～T5分别为各因素同一水平试验指标之和;AVG.T1～AVG.T5分别为各因素同一水平试验指标平均值;极差为各因素不同水平试验指标平均数间的最大值)。

由表3可知，空列极差值明显小于各因素极差值，且很小，说明空列各水平值下的RFR平均值接近常数。为分析各因素间发生交互作用的影响程度，将RFR值序号与正交试验空列偏移值序号进行排序比较，结果见表4。

从表4中可看出，正交试验计算的RFR由低到高的序号排列与空列偏移值由低到高的序号排列完全吻合，说明因素间存在交互作用的影响极小，试验结果精确。虽然从各因素极差值中可看出因素影响情况，但为了使结论更加严谨，引用方差值定量分析各因素对评价指标的影响程度。

3.2.4方差分析

从经济评价的角度，选取显著性水平0.05和0.01，根据表3进行RFR方差分析(见表5)。

从表5中可看出:装载率的显著性在显著性水平0.05和0.01下最强，说明RFR对装载率变动最敏感，因为装载率较小的变动可导致超大型船的运量发生较大变化，而成本变动却很小；燃料价格的显著性次之，因为船舶燃油成本在总成本中所占比例较高；船舶价格的显著性适中，因为随着船价上升，船舶折旧费、修理费和保险费等在总成本中的比例线性增加；船员工资仅在0.05显著性水平下接近显著，说明RFR对船员工资的敏感性较低，因为船员工资并不随船舶载重量的增加而同比增加，使其在总成本中的比例减小；在港时间均不显著，因为该航次时间为85 d，在港时间相对航行时间比例很小，其变动对年运量和总成本的影响十分微弱。

3.2.5主要因素不同水平的LSR分析

由表5和表6可知，燃料价格和装载率各水平间平均RFR差异极显著，船舶价格各水平间平均RFR基本都呈显著性，其中，A2，C1，D5与各自水平间差异最显著，即船舶价格增加10%，燃料价格增加10%,装载率减少10%，对RFR的影响最明显。因此，船公司应着力从提高船舶装载率、节省燃油成本方面控制运营成本，并尽可能地在船价合理时购入新船，提高企业的经济效益。

表3 基于正交试验法的试验计划表

表4 RFR值序号与其正交试验空列偏移值序号对应表

表5 必要运费率方差分析

表6 极差分析

4 结束语

通过运用单船经济性计算模型和正交分析法分析巴中航线铁矿石运输船的经济性，得出以下结论和建议。

1)巴中航线使用40万吨级超大型矿石船的经济性最佳，今后在该航线上应尽量采用该吨位的船舶；我国航运企业在应对散货市场激烈的竞争的同时，应参与到船舶大型化的进程中去；同时，我国政府应充分把握超大型船队的规模，宏观调控运力的增长速度。

2)船舶装载率是影响航运企业成本的关键因素，航运企业首先应保证有充足、稳定的货源，货源不足会导致超大型矿石船产生较大程度的亏载，降低船舶的规模经济。

3)在燃油价格高企的今天，面对国际海事组织对船舶硫氧化物排放的严格限制及美国页岩气的开发，航运企业可通过提高技术水平来降低燃料成本，如开发清洁动力船舶，使超大型船舶的经济性得到更好的发挥，这也切合当前低碳、环保、节能、高效的经济模式。

4)船价也会影响船舶的经济性，航运企业可在航运市场和船价均衰减时以优惠的价格订造新船，既能节省投资费用，又能提高自身竞争力。因此，将正交试验法和方差分析应用于单船经济性研究中不仅可行，而且具有合理的分析结果和实际意义。

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EconomicalAnalysisofOreImportingVesselBasedonOrthogonalArrayTesting

CHENLifen1,2,LIUFang1,XIEXinlian1

(1. Transportation Management College, Dalian Maritime University, Dalian 116026, China;2. Navigation College, Jimei University, Xiamen 361021, China)

F550.74

A

2016-02-01

陈丽芬(1983—)，女，湖北襄阳人，博士生，研究方向为交通运输规划与管理。E-mail：clf2873340@163.com

谢新连(1956—)，男，辽宁大连人，教授，博士生导师，研究方向为交通运输规划与管理，交通工程。E-mail：xxlian77@yahoo.com

1000-4653(2016)02-0125-06