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(jì)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(yùn)成本、貨物運(yùn)輸時間價(jià)值、貨物經(jīng)時損失及貨物運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)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(jì)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(jì)損失進(jìn)行估算。估算結(jié)果表明，船舶待閘年均經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)30億元。

三峽樞紐；船舶待閘停時；Arena仿真；經(jīng)濟(jì)損失估算

1 緒論

三峽船閘是長江干線航運(yùn)的主要瓶頸之一，自2003年三峽樞紐投入運(yùn)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(jì)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(yùn)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(jì)損失進(jìn)行評估，有助于對三峽樞紐相關(guān)問題進(jìn)行決策。因此，針對待閘停時經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行估算評價(jià)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)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(jìn)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(jì)損失上，廖鵬[5]等人認(rèn)為船舶待閘所造成的經(jīng)濟(jì)損失主要包括船舶待閘費(fèi)用和貨物滯留費(fèi)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(jìn)行仿真，得到了船舶等待時間和船舶排隊(duì)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(jìn)行分析，對等待延誤造成的損失進(jìn)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(jì)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(jì)損失模型和總體經(jīng)濟(jì)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(diǎn)，提出基于船貨匹配的船舶待閘停時經(jīng)濟(jì)損失測算模型，對合理估算三峽樞紐船舶待閘經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行了有益的理論探索。

2 船舶待閘停時經(jīng)濟(jì)損失影響因素分析

2.1 船舶營運(yùn)成本

影響船舶待閘停時經(jīng)濟(jì)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(yùn)等相關(guān)費(fèi)用的額外支出。本文根據(jù)機(jī)會成本理論對船舶營運(yùn)成本進(jìn)行計(jì)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(jià)或購入價(jià)），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(xiǎn)、物料、管理費(fèi)等，元；

G—船舶每天在港每天燃油消耗量，t/天；

Pj—燃油價(jià)格，元/t；

i—投資的期望報(bào)酬率（MARR），％；

g—船員工資年增長率，％；

n—船舶使用年限，年；

T—船舶年?duì)I運(yùn)時間，天；

2.2 貨物運(yùn)輸時間價(jià)值

貨物運(yùn)輸時間價(jià)值通常被認(rèn)為是貨主為節(jié)約某種貨物的運(yùn)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(jì)損失[10]，見式（2）、式（3）：

式中：λ—運(yùn)輸貨物單位時間價(jià)值，元/t·h；

Td—船舶平均待閘停時，h。

式中：

Pv—運(yùn)輸貨物的平均價(jià)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(jià)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(jià)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(jià)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(jià)值計(jì)算公式見式（4）。

式中：

Vc(t)—運(yùn)輸途中t時刻貨物價(jià)值；

ω—運(yùn)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(yùn)輸貨物價(jià)值為VC，則貨物價(jià)值量計(jì)算公式見式（6）。

貨物經(jīng)時損失計(jì)算公式見式（7）。

式中：

Wc—貨物經(jīng)時損失；

Vc—運(yùn)輸貨物價(jià)值，以市場價(jià)格為準(zhǔn)；

T0—運(yùn)輸途中貨物價(jià)值不貶值時限；

t—運(yùn)輸時間（在本文中簡化處理為t=T0+Td）。

2.4 貨物運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)

貨物運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)主要是針對危險(xiǎn)貨物的運(yùn)輸而言，通常是指危險(xiǎn)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(jì)算公式見式（8）。

式中：

Wr—危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)；

P(A)—危險(xiǎn)品運(yùn)輸事故概率；

P(R A)—危險(xiǎn)品運(yùn)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(xiǎn)貨物運(yùn)輸事故概率增加的比率；

C—危險(xiǎn)品運(yùn)輸事故后果成本。

其中，危險(xiǎn)品運(yùn)輸后果成本，主要從人、環(huán)境、財(cái)產(chǎn)三個方面進(jìn)行考慮。其各項(xiàng)運(yùn)輸后果成本計(jì)算公式見式（9）、式（10）、式（11）。

（1）危險(xiǎn)品運(yùn)輸人口風(fēng)險(xiǎn)

式中：

Cp—單位危險(xiǎn)品運(yùn)輸人口風(fēng)險(xiǎn)，元/t；

C—危險(xiǎn)品運(yùn)輸影響區(qū)內(nèi)人員總數(shù)；

δp—危險(xiǎn)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(yùn)輸路徑長度；

Lp—在危險(xiǎn)品運(yùn)輸過程中造成的單位人員傷亡的損失。

（2）危險(xiǎn)品運(yùn)輸環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。危險(xiǎn)品運(yùn)輸事故，尤其是大量泄漏擴(kuò)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(xiǎn)品運(yùn)輸環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估計(jì)算公式見式（10）：

式中：

Ce—單位危險(xiǎn)品運(yùn)輸環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，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(xiǎn)品,第i種地形相對于完全擴(kuò)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(xiǎn)品運(yùn)輸財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。在危險(xiǎn)品運(yùn)輸過程中，若發(fā)生事故會對運(yùn)輸路徑周圍的財(cái)產(chǎn)造成重大損失。運(yùn)輸路徑的財(cái)產(chǎn)主要由建筑設(shè)施、設(shè)備、通信線路等組成。由此，危險(xiǎn)品運(yùn)輸財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)評估計(jì)算公式見式（11）。

式中：

Cb—單位危險(xiǎn)品運(yùn)輸財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，元/t；

Lbi—影響區(qū)域內(nèi)第i種財(cái)產(chǎn)的價(jià)值；

μbi—第i種財(cái)產(chǎn)的損失損壞率；

i—財(cái)產(chǎn)類別，包括建筑設(shè)施、設(shè)備。

3 船舶待閘停時經(jīng)濟(jì)損失測算模型構(gòu)建

3.1 基于停時經(jīng)濟(jì)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?？紤]貨物的運(yùn)輸時間價(jià)值、貨物價(jià)值損失以及風(fēng)險(xiǎn)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(qiáng)貨物、件雜貨物、集裝箱貨物、干散貨物、危險(xiǎn)品貨物。根據(jù)上述貨物分類，對三峽樞紐過閘貨物進(jìn)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(yùn)成本的高低。本文中我們僅針對貨船進(jìn)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(yùn)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(yùn)載的貨種進(jìn)行分析，可以對各個船型所運(yùn)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(jì)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(yùn)輸貨類的分析，結(jié)合以上對于船舶營運(yùn)費(fèi)用損失、各貨類經(jīng)濟(jì)損失的計(jì)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(jìn)行船舶待閘經(jīng)濟(jì)損失的模型構(gòu)建。

（1）件雜貨船I。件雜貨船I主要是運(yùn)輸時效性強(qiáng)貨物，其待閘停時經(jīng)濟(jì)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(jì)損失，元/天；

Cjz1—件雜貨船舶I每天時間成本，元/天；

Qsh—運(yùn)輸時效性強(qiáng)貨物貨運(yùn)量，t；

λsh—運(yùn)輸時效性強(qiáng)貨物單位運(yùn)輸價(jià)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(yùn)輸普通件雜貨，其待閘停時的經(jīng)濟(jì)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(jì)損失，元/天；

Cjz2—件雜貨船舶II每天時間成本，元/天；

Qjz2—運(yùn)輸件雜貨物貨運(yùn)量；

λjz2—普通件雜貨運(yùn)輸時間價(jià)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(yùn)輸集裝箱貨物，其船舶待閘停時經(jīng)濟(jì)損失見式14：

式中：

Ecc—集裝箱船舶待閘停時經(jīng)濟(jì)損失，元/天；

Ccc—集裝箱船舶每天時間成本，元/天；

Qcc—運(yùn)輸集裝箱貨物貨運(yùn)量；

λcc—集裝箱貨物運(yùn)輸時間價(jià)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(yùn)輸貨類是干散貨物，其船舶待閘停時經(jīng)濟(jì)損失測算模型見式（15）。

式中：

Ebc—干散貨船舶待閘停時經(jīng)濟(jì)損失，元/天；

Cbc—干散貨船舶每天時間成本，元/天；

Qbh—運(yùn)輸散貨貨運(yùn)量；

λbh—散貨運(yùn)輸時間價(jià)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(yùn)輸危險(xiǎn)貨物，其船舶待閘停時經(jīng)濟(jì)損失測算模型見式（16）。

式中：

Ewc—液貨船舶待閘停時經(jīng)濟(jì)損失，元/天；

Cwc—液貨船舶每天時間成本，元/天；

Qwh—運(yùn)輸危險(xiǎn)貨物貨運(yùn)量；

λwh—危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸時間價(jià)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(yùn)載商品車，貨物價(jià)值較高，其船舶待閘停時的經(jīng)濟(jì)損失模型見式（17）。

式中：

ERR—滾裝貨船舶待閘停時經(jīng)濟(jì)損失，元/天；

CRR—滾裝貨船舶每天時間成本，元/天；

QRR—運(yùn)輸滾裝貨運(yùn)量；

λRR—滾裝貨運(yùn)輸時間價(jià)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(jì)損失測算

4.1 待閘停時預(yù)測

運(yùn)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(jī)過程，服從泊松分布，不同特征年λ取值見表3；

（2）排隊(duì)規(guī)則服從先到先服務(wù)模式，危險(xiǎn)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(jì)損失測算

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

（1）件雜貨船I。件雜貨船I主要是運(yùn)輸時效性貨物，如水果等，其運(yùn)量較小，假定運(yùn)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(jì)損失見表4。

表4 件雜貨船舶I船舶經(jīng)濟(jì)損失

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

表5 件雜貨船舶II各噸位船舶經(jīng)濟(jì)損失

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

表6 集裝箱船舶各噸位船舶經(jīng)濟(jì)損失

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

表7 干散貨船舶各噸位船舶經(jīng)濟(jì)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(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)，其船舶待閘停時經(jīng)濟(jì)損失見表8。

表8 液體散貨船舶各噸位船舶經(jīng)濟(jì)損失

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

表9 滾裝貨船舶各噸位船舶經(jīng)濟(jì)損失

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

表10 2030年船舶待閘停時經(jīng)濟(jì)損失表

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

表11 2020年船舶待閘停時經(jīng)濟(jì)損失表

表12 2025年船舶待閘停時經(jīng)濟(jì)損失表

根據(jù)這三個特征年的船舶待閘停時經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行推算，2017-2030船舶過閘經(jīng)濟(jì)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(jì)損失累計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)損失模型，對三峽樞紐過閘船舶停時進(jìn)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(jì)損失的影響。但由于統(tǒng)計(jì)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(jìn)一步研究。

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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(xiàng)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(yùn)輸系統(tǒng)規(guī)劃、交通運(yùn)輸安全工程。