文/陈晓梅 许 伟

集装箱船舶航速优化对班轮营运的重要性分析

文/陈晓梅 许 伟

摘 要：船舶航速是集装箱班轮船期表编制和优化的重要决策变量，影响着班轮营运中很多相关决策的制定。一方面，集装箱船舶航速对班轮总营运成本有重要影响，首先表现在，航速与船舶燃油成本变化直接相关，其次，航线船队规模和船舶航速之间存在一种权衡关系，而船舶数量又会直接影响船舶营运成本，此外，航速的选择还会影响到班轮的船期延误成本。另一方面，船舶二氧化碳排放量与船舶航速成比例关系，船舶航速的选择对环境也有重要意义。总之，航速决策的选择，无论是对班轮总营运成本还是对环境都有重要意义。

关键词：航速；营运成本；环境

国际金融危机爆发以来，集装箱班轮运输业承受了史无前例的冲击，集装箱班轮公司面临着成本、风险和竞争的多方面压力，普遍出现巨额亏损。

此外，国际原油价格不断飙升，集装箱船舶排放二氧化碳对环境的影响日益引起人们的关注，各船公司面临着被迫使用清洁船用燃料的处境。可以说集装箱运输市场艰难运行，各种矛盾交织盘错，集装箱班轮运输业处于深度低迷中，船舶航速优化作为影响集装箱船舶经营质量的重要因素，能够提升班轮公司的竞争力，帮助班轮公司度过航运低谷，其研究对班轮营运有重要意义。

1. 集装箱船舶航速对班轮营运成本的影响

1.1 航速对船舶燃油成本的影响

集装箱船的燃油消耗对航速非常敏感，航速只增加几节就会导致燃油消耗的大幅增加。以8000+TEU的超大型船舶为例，航速下降1节，每天油耗可降低约30吨，按目前燃油价格接近700美元/吨计算，每天可节省2.1万美元。不同船型的油耗—航速曲线如下图所示：

图1 不同规模集装箱船的燃油消耗量曲线

从上图可以看出，燃油消耗随速度的增加呈上升趋势，且和速度成幂指数关系。关于船舶燃油消耗和航速之间的确切关系，(Ronen， 1982)指出假定船舶在给定的航速航行，则发动机原理和经验数据均表明船舶每天的燃油消耗量跟航速大致成三次方的关系。也就是说每天的燃油消耗量与速度的三次方成正比，例如，若在航速为20节的情况下，船舶每天的燃油消耗量为200吨，那么每天的燃油消耗量可以表示为0.025(vi)3。基于三次方关系，一些研究者（Perakis and Jaramillo (1991)，Corbett et al，2010；Meng and Wang，2010，2011c；Ronen，2011)已经研究了单一班轮航线的最优航速问题。尽管许多研究著作使用了三次方的关系，但是不难发现没有研究提供实证数据证明三次方的近似是否准确。虽然（Notteboom and Vernimmen，2009） 基于真实的数据绘制了燃料消耗与航行速度的曲线，但是他们只得出航行速度只增加几节，将会导致燃料消耗显着增加的结论，并没有论及燃油消耗和速度之间的准确函数关系。鉴于燃油消耗和速度的函数关系研究上存在缺口，而且本文重点研究船舶航速在班轮营运中的重要性，本文将利用班轮公司提供的关于燃油消耗和速度的数据，用EXCEL进行曲线拟合，求出燃油消耗关于速度的函数表达式。我们假设每天的燃油消耗为Q吨/天，航速为v节，则燃油消耗关于速度函数的一般形式可以表示为：Q=a ×vb。这里a 和b是需要求的参数，v是独立的速度变量，每天的燃油消耗Q是反应变量，本文使用常规的线性回归方法来求参数 a 和 b。为了保证研究结果的可靠性和普适性，在数据采集方面，考虑到了数据的广泛性和代表性，我们选取了全球班轮公司提供的三组数据。它涵盖了3000TEU、5000TEU、8000TEU的三种类型的船舶和三条航线，每条航线上采集了20个燃油消耗和平均航速的历史数据。对于每一组数据我们用线性回归方法求解参数a和b。用EXCEL对五组数据进行曲线拟合，拟合结果分别如下图所示：

图2 3000teu新加坡-雅加达拟合曲线

图3 5000teu香港-新加坡拟合曲线

图4 8000teu盐田-洛杉矶拟合曲线

上面拟合图形中均包括拟合得到的燃料消耗-航行速度函数、历史经营数据（蓝色的点）和拟合的函数（曲线）。从图中我们可以观察到决定系数R平方至少是0.96，均大于0.95，足够接近于1。因此，可以使用图中所标注的幂函数来近似燃油消耗关于速度的函数。

由历史经营数据的分布可以明显看出，每天的燃油消耗不是航速的线性函数。在五组数据中，系数b的最大值是3.3，最小值是2.7，均分布在3的附近。因此，我们得出结论，在缺乏足够的数据进行回归分析的情况下，三次方的关系实际上是一个很好的近似，我们可以认为每天的燃油消耗与速度呈三次方的关系。

从上述得到的船舶每天燃油消耗和速度之间的函数关系可以看出，船舶燃油消耗量跟航速直接相关。此外，在过去几年内，国际燃油价格一路飙升，从2006年55美元/桶的年平均价格涨至2007年90美元/桶的年平均价格，2008年更是曾一度飘升至147美元/桶。随燃油价格的不断上涨，燃油成本在船舶营运成本中所占的比例不断增大，对于短途航程，燃油成本占总航次成本的20%左右，对于一个长途航行，燃油成本可能超过总航次成本的75%，平均而言，燃油成本基本占总航程成本的50%以上，另外，拟使用清洁（污染少）船用燃料使情形进一步恶化。在燃油价格高涨和难以预测的情况下，燃油成本对班轮公司和班轮经营人的利润会产生重大影响。而很多与航速相关的营运策略会对船舶燃油成本产生巨大影响。

从这个角度说，船舶航速在班轮营运中的重要性不言而喻。实际操作中，班轮公司面对高涨的油价，纷纷在技术、管理和营运等方面积极采取各种措施，最大限度地降低燃油成本，其中加船减速是典型的控制燃油成本的措施。

1.2 航速对航线船舶营运成本的影响

班轮营运的战略决策包括船队规模和船舶航速之间的权衡，较少的船舶意味着船舶必须以较高的航速航行。班轮公司提供定期的班轮运输服务，必须保证一定的发船频率。航速会影响航线往返航次时间，较高的航速意味着往返航次时间较短，较少数量的船舶就可以维持周班服务频率。

比如，当集装箱船航速为24节时，航线的往返时间是56天，那么当集装箱船以较低的航速行驶时，往返时间可能多于56天，比如63天，那么对于周班服务频率，配置在航线上的集装箱船，将会从8条增加到9条，船舶数量的增加或者减少必定会影响航线船舶的营运费用，从这个角度讲航速优化对班轮公司航线船舶的营运成本有重要影响。

1.3 航速对班轮船期延误成本的影响

航速高低会对船舶的准班率产生影响。航段航速高时，船期恢复能力差，我们知道当船舶高速行驶时，如果船舶在一个港口发生延误，那么随后挂靠港的船期很容易变得不可靠，因为船舶的航速已经很高，海上航行时间不能大幅缩短，船期恢复能力有限，换句话说前面挂靠港发生的延误，很难通过大幅提速得以弥补。所以，船舶航速高时，船舶延误概率高，当然班轮船期延误成本也会相应增加。从这个角度讲航速优化对班轮船期的延误成本有重要影响。

这三个集装箱班轮营运成本并不是彼此独立的，相互之间存在着内在的联系。航速低时，燃油成本低，为维持航线运力和发船频率，则投入航线船舶数量多，船舶营运成本高，另外，航速低，船期可靠性相对较高，船舶延误成本低。航速的优化决策能在上述三个营运成本间做出很好的权衡，使航线上集装箱班轮总营运成本最低。

2. 集装箱船舶航速对环境的影响

集装箱船舶航速不仅影响船舶的营运成本，而且影响二氧化碳等污染物的排放。船舶航速作为船期表编制的重要决策变量，对二氧化碳的排放量有重要影响。二氧化碳的排放量与燃油消耗量成正比，而燃油消耗量与集装箱船舶航速的三次方成正比，所以船舶航速对二氧化碳排放量有重要影响作用。学者Qia and Dong～Ping Song(2012)，研究了船期表优化设计和二氧化碳排放量之间的关系，得出了类似的结论：船舶航速与二氧化碳排放量直接相关。集装箱运输已经成为航运业增长最快的行业之一，并且在未来很可能继续其快速增长的势头。据报道，集装箱船，无论是绝对量还是吨海里排放量都是航运业迄今为止CO2排放量最大的船型。集装箱船CO2的排放量分别是散货船、油轮、杂货船的2.3、3.2、3.5倍，因此，集装箱运输业要实现其环境可持续性发展，减少二氧化碳排放量是其必须要解决的问题。在过去的10年中，海上运输业的CO2排放量已经越来越多的引起了关注，国际海事组织（IMO）在2000年和2009年发表了两项关于船舶排放温室气体的研究， 第二项研究提供了一个关于全球船舶温室气体排放水平的全面和权威的评估，2007年航运排放10.46亿吨二氧化碳，约占全球排放量的3.3%。随着航运业的不断发展，这一比例将会呈现出不断上升的趋势。温室气体排放和全球气候变暖问题已经引起国际社会的高度关注，船舶航速作为影响船舶二氧化碳排放量的重要因素，其优化决策对环境的重要作用必将引起决策者的重视。

3. 总结

集装箱船舶航速优化对于班轮公司降低降低营运成本、提升服务水平和减少船舶二氧化碳排放都具有重要意义。营运成本的降低可以增强班轮公司的航线竞争力，服务水平的提高可以增加揽货量，提高集装箱船舶的载箱量利用率，减少二氧化碳的排放对环境可持续发展意义重大。

目前全球经济复苏道路依旧曲折，中短期难以摆脱“弱增长”格局。据IMF数据显示，2012年全球经济增长率仅为3.3%，较2011年增速明显放缓，其中发达经济体增长率为1.4%，新兴及发展中经济体的增长率为5.3%，在这样经济低迷的大背景下，提高船舶经营质量对班轮公司尤其重要，集装箱船舶航速优化直接影响班轮公司航线经营质量，对班轮公司对社会环境都具有重要的意义。

参考文献

[1]毕程．班轮船期干扰恢复模型研究[D]．导师：钟铭．大连海事大学，2013．

[2]李庆慧．基于改进最速下降法的集装箱班轮船期设计优化研究[D]．导师：肖青．大连海事大学，2013．

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作者单位：（上海海事大学交通运输学院）