基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的我國鐵礦資源需求情景分析*

鄭明貴 謝 為

(江西理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院)

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活中，鐵是最有用、最豐富、最廉價(jià)、最重要的金屬。鐵是碳鋼、鑄鐵的主要元素，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，裝備制造、鐵路車輛、道路、橋梁、輪船、碼頭、房屋、土建均離不開鋼鐵構(gòu)件。鐵礦石是國際大宗商品，是鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的重要原材料，屬于國際公認(rèn)的戰(zhàn)略物資，影響著國家經(jīng)濟(jì)安全。因此，分析我國鐵礦資源未來的需求情景對(duì)于合理開發(fā)與利用國內(nèi)外鐵礦資源具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

1 世界鐵礦資源概況

1.1 世界鐵礦資源分布特點(diǎn)

世界鐵礦資源總量很豐富，但分布極不均勻，70%以上的鐵礦資源分布在澳大利亞、巴西、俄羅斯、中國、印度和美國6國。鐵礦資源分布品質(zhì)差異較大，南半球國家富礦多，如巴西、澳大利亞和南非等;北半球國家貧礦多，如獨(dú)聯(lián)體、美國、加拿大和中國等［1］。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局報(bào)告，截至2011年底，全球鐵礦石儲(chǔ)量為1 700億t，基礎(chǔ)儲(chǔ)量為3 700億t;鐵金屬儲(chǔ)量為800億t，儲(chǔ)量基礎(chǔ)為1 800億t。見表1。

表1 2011年世界鐵礦石儲(chǔ)量和基礎(chǔ)儲(chǔ)量 億t

1.2 世界鐵礦資源供需狀況

1.2.1 世界鐵礦石生產(chǎn)狀況

自21世紀(jì)以來，受世界各國尤其是中國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展拉動(dòng)，世界鐵礦石生產(chǎn)保持著持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，2003年世界鐵礦石產(chǎn)量突破10億t，2011年達(dá)到28億t，是2001年世界鐵礦石產(chǎn)量的3倍，較2010年增長(zhǎng)8.1%。見圖1。

圖1 2001—2011年世界鐵礦石產(chǎn)量

2011年，除少數(shù)國家鐵礦石產(chǎn)量略有下降外，大部分國家的鐵礦石產(chǎn)量較2010年都有所增長(zhǎng)。其中5個(gè)國家鐵礦石產(chǎn)量突破1億t，包括中國、澳大利亞、巴西、印度和俄羅斯，其產(chǎn)量分別為12億t、4.8億t、3.9億t、2.4億t和1億t，分別占世界總產(chǎn)量的42.77%、17.11%、13.90%、8.55%和3.56%。其他鐵礦石產(chǎn)量相對(duì)豐富的國家有烏克蘭、南非、美國、加拿大和伊朗等。見表2。

表2 2006—2011年世界鐵礦石產(chǎn)量 億t

由于世界鐵礦石市場(chǎng)需求增長(zhǎng)迅速，主要鐵礦石開采供應(yīng)商紛紛做出積極應(yīng)對(duì)，不斷加強(qiáng)開采力度，增加市場(chǎng)供應(yīng)量。如巴西淡水河谷公司(CVRD)2012年鐵礦石產(chǎn)量超過3.1億t，目前仍然計(jì)劃提升鐵礦石產(chǎn)量，預(yù)計(jì)2017年產(chǎn)量將超過4億t。澳大利亞力拓公司(Rio Tinto)也在計(jì)劃加大投資，將其1.15億t的產(chǎn)能擴(kuò)大到3億t。必和必拓公司(BHP Billiton)計(jì)劃向位于西澳大利亞皮爾巴拉的礦區(qū)投資150億元，使該礦區(qū)在2015年前鐵礦石產(chǎn)量從1.5億t提升到3億t。預(yù)計(jì)在世界各國鋼鐵工業(yè)強(qiáng)勁發(fā)展以及對(duì)鐵礦石需求不斷增長(zhǎng)的刺激下，世界鐵礦石產(chǎn)量將持續(xù)增長(zhǎng)［2］。

1.2.2 世界鐵礦石需求狀況

世界鐵礦石需求主要以鐵礦石消費(fèi)狀況表示，但世界鐵礦石消費(fèi)狀況并沒有直接的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，而是通過一些間接的指標(biāo)顯示，如生鐵產(chǎn)量、粗鋼產(chǎn)量和鐵礦石進(jìn)口量等，其中生鐵產(chǎn)量最能反映鐵礦石的消費(fèi)情況［3］。2000年以來，受世界特別是中國鋼鐵工業(yè)強(qiáng)勁發(fā)展的拉動(dòng)，生鐵產(chǎn)量和粗鋼產(chǎn)量均保持了平穩(wěn)增長(zhǎng)，只有在2008年、2009年受全球金融危機(jī)影響，生鐵和粗鋼產(chǎn)量略有下降。見圖2。

圖2 2001—2011年世界生鐵、粗鋼產(chǎn)量

2 我國鐵礦資源概況及供需情景分析

2.1 我國鐵礦資源概況及供需現(xiàn)狀分析

2.1.1 我國鐵礦資源概況

我國鐵礦資源豐富，資源總量占世界第3位，探明資源儲(chǔ)量?jī)H次于巴西、澳大利亞、烏克蘭以及俄羅斯，列世界第5位。我國鐵礦資源分布廣泛但不均勻，儲(chǔ)量比較集中，主要分布在東北和華北地區(qū)，西南、中南地區(qū)鐵礦資源也相對(duì)比較豐富。從省份來看，鐵礦資源比較豐富的有遼寧、河北和四川，3省合計(jì)探明儲(chǔ)量達(dá)334.4億t，超過全國總探明儲(chǔ)量的60%。截至2010年年底，我國已查明鐵礦資源儲(chǔ)量726.99億t，其中基礎(chǔ)儲(chǔ)量222.32億t，未探明儲(chǔ)量超過2 000億t，按年產(chǎn)12.5億t原礦計(jì)算，考慮資源利用等因素，資源保證年限在50 a以上［4］。這表明我國鐵礦資源勘查潛力大，前景較好。但我國鐵礦資源具有貧礦多、富礦少的特點(diǎn)，且煉鋼用礦石已探明儲(chǔ)量目前已基本開采殆盡，可直接入爐的富礦石比例小，而且絕大部分賦存于貧礦中的某些地段或混雜在一起，難以單獨(dú)開采［5］。

2.1.2 我國鐵礦資源供需現(xiàn)狀分析

(1)我國鐵礦石產(chǎn)量。近10 a我國鐵礦石產(chǎn)量一直呈上升的趨勢(shì)，在2003年以前平穩(wěn)低速增長(zhǎng)，2004年開始產(chǎn)量急劇上升，2011年鐵礦石產(chǎn)量超過13億t，是2001年的5.45倍。見圖3。

圖3 2001—2011年我國鐵礦石產(chǎn)量

盡管國內(nèi)鐵礦石產(chǎn)量增長(zhǎng)較快，但隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展、工業(yè)化程度的不斷提高以及鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)鐵礦石產(chǎn)量仍然不能滿足鋼鐵工業(yè)發(fā)展的需求。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2011年我國粗鋼產(chǎn)量約6.83 27億 t，比2010年增加了0.558 4億t，增長(zhǎng)了8.9%;鋼材和生鐵產(chǎn)量分別為8.813 1億t和6.296 9億t，比2010年分別增長(zhǎng)了12.3%和8.4%。

(2)我國鐵礦石消費(fèi)量。改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展以制造業(yè)為核心、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為重點(diǎn)，各種原材料包括鐵礦石大量消耗。到21世紀(jì)，國家繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)力度，房地產(chǎn)開發(fā)以及汽車、船舶、鋼鐵、石化、有色金屬、裝備制造等行業(yè)得到了迅速發(fā)展，加速了對(duì)鋼鐵、鐵礦石產(chǎn)品的消費(fèi)需求，鐵礦石進(jìn)口也不斷增加［6-7］。近10 a來我國鐵礦石消費(fèi)量不斷增長(zhǎng)，到2011年我國鐵礦石消費(fèi)量約20億t，同比增長(zhǎng)18.34%。見圖4。

圖4 2001—2011年我國鐵礦石消費(fèi)量

由圖3和圖4可以得出，目前我國鐵礦石供需矛盾依然尖銳，進(jìn)口依存度較高，是世界上每年進(jìn)口鐵礦石最多的國家。

2.2 我國鐵礦資源供需情景分析

2.2.1 影響我國鐵礦需求的主要因素分析

2.2.1.1 我國經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)趨勢(shì)

根據(jù)礦產(chǎn)資源消費(fèi)生命周期理論［8］，一國礦產(chǎn)資源消費(fèi)強(qiáng)度及其消費(fèi)特征取決于該國的工業(yè)化階段和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，如圖5所示。2003年我國人均GDP超過1 000美元，進(jìn)入工業(yè)化全面發(fā)展階段，經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)勁增長(zhǎng)直接驅(qū)動(dòng)了礦產(chǎn)資源消費(fèi)需求的不斷增長(zhǎng)。

圖5 礦產(chǎn)資源消費(fèi)生命周期走勢(shì)

2.2.1.2 我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)

我國是鋼鐵大國，1996年粗鋼產(chǎn)量突破1億t，位居世界第1，之后逐年增長(zhǎng)，到2011年達(dá)6.8億t，連續(xù)16 a居世界第1。生鐵產(chǎn)量也不斷增長(zhǎng)，2011年達(dá)到6.3億t。鐵礦石進(jìn)口量逐年增加，如表3所示。鋼鐵工業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展直接拉動(dòng)了對(duì)鐵礦石的需求。

表3 2001—2011年我國粗鋼和生鐵產(chǎn)量、鐵礦石進(jìn)口量 億t

2.2.1.3 其他因素

除了上述因素外，影響我國鐵礦資源需求的因素還有很多，如全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)趨勢(shì)及廢鋼的利用［9］。2005—2008年世界經(jīng)濟(jì)保持著較高的增長(zhǎng)速度，2009年受全球金融危機(jī)的影響世界經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)放緩，但一些新興發(fā)展中國家仍然保持著較高的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率，如中國和印度等。2010年世界經(jīng)濟(jì)開始復(fù)蘇，如表4所示。根據(jù)世界銀行預(yù)測(cè)，今后幾年世界經(jīng)濟(jì)將持續(xù)放緩，但經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)趨勢(shì)基本不會(huì)改變。

表4 2005—2011年世界及主要國家和地區(qū)GDP增長(zhǎng)率%

廢鋼是鋼鐵工業(yè)的另一重要原料，對(duì)其回收利用可以降低對(duì)鐵礦石的消耗。我國每年消費(fèi)廢鋼0.35億 t～0.5億 t，占世界消費(fèi)總量的10% ～12%。近幾年我國廢鋼利用技術(shù)不斷提高，促進(jìn)了廢鋼利用率和消費(fèi)量的不斷提高，但總體上來看，我國廢鋼利用與發(fā)達(dá)國家相比差距還較大，當(dāng)前廢鋼利用水平還難以減緩我國鐵礦石的需求量和進(jìn)口量［10］。

2.2.2 我國鐵礦需求情景分析模型

2.2.2.1 我國鐵礦需求情景定義

以我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)和鋼鐵工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)作為鐵礦資源需求情景定義的2個(gè)主要驅(qū)動(dòng)變量，設(shè)置以下3個(gè)情景。

(1)情景A(低情景):未來十幾年我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)低迷，對(duì)鋼鐵需求降低，資源使用效率基本沒有提高，單位GDP鐵礦石消耗量也沒有明顯的下降。

(2)情景B(基準(zhǔn)情景):未來十幾年我國經(jīng)濟(jì)保持現(xiàn)有的增長(zhǎng)速度，對(duì)鋼鐵的需求持續(xù)增長(zhǎng)，資源使用效率更趨合理，單位GDP鐵礦石消耗量有所下降。

(3)情景C(高情景):未來十幾年我國經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，對(duì)鋼鐵的需求也持續(xù)快速增長(zhǎng)，資源使用效率大幅度提高，單位GDP鐵礦石消耗量下降較多。

2.2.2.2 我國鐵礦需求宏觀情景設(shè)定

近幾年，我國鋼鐵工業(yè)重組、結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)型升級(jí)取得了顯著效果，鋼鐵工業(yè)為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)［11］。根據(jù)以往我國粗鋼、生鐵產(chǎn)量增長(zhǎng)率、GDP增長(zhǎng)率以及未來鋼鐵工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和GDP增長(zhǎng)趨勢(shì)，對(duì)未來我國粗鋼、生鐵產(chǎn)量以及GDP增長(zhǎng)率進(jìn)行設(shè)定。

(1)未來我國粗鋼產(chǎn)量宏觀情景設(shè)定。見表5。

表5 未來我國粗鋼產(chǎn)量宏觀情景設(shè)定

(2)未來我國生鐵產(chǎn)量宏觀情景設(shè)定，見表6。

表6 未來我國生鐵產(chǎn)量宏觀情景設(shè)定

(3)未來我國經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)宏觀情景設(shè)定。見表7。

表7 未來我國經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)宏觀情景設(shè)定

2.2.2.3 鐵礦資源需求情景分析模型與測(cè)算

(1)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)未來我國鐵礦資源需求情景進(jìn)行測(cè)算［12-14］，可以構(gòu)造一個(gè)3層的多輸出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò):輸入神經(jīng)元為粗鋼產(chǎn)量(I1)、生鐵產(chǎn)量(I2)、GDP增長(zhǎng)率(I3);輸出神經(jīng)元為鐵礦石進(jìn)口量(Q1)、鐵礦石需求量(Q2);隱蔽層神經(jīng)元數(shù)目n=3，其確定原則是大于輸入與輸出神經(jīng)元數(shù)目之和的一半，小于輸入與輸出神經(jīng)元數(shù)目之和。

(2)原始數(shù)據(jù)及其初始化。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)算時(shí)應(yīng)將原始數(shù)據(jù)(見表8)進(jìn)行初始化，使得輸入輸出數(shù)據(jù)值位于［0，1］范圍內(nèi)，初始化以后的數(shù)據(jù)見表9。

表8 原始數(shù)據(jù)

表9 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練值

(3)模型測(cè)算與結(jié)果分析。應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件進(jìn)行測(cè)算，誤差平方和取0.001。測(cè)算結(jié)果見表10。

表10 我國鐵礦資源未來需求情景 億t

由表10可知，3個(gè)情景中進(jìn)口依賴程度處于25%～35%，未來我國鐵礦資源進(jìn)口依賴程度雖有所降低，但仍然比較高。因此，應(yīng)大力開發(fā)國外鐵礦資源以滿足國內(nèi)鐵礦資源供給不足之需，合理開發(fā)和利用國外鐵礦資源是我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展的必然選擇，同時(shí)也是我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的重要保證。

3 結(jié)論

(1)分析了世界鐵礦資源概況以及我國鐵礦資源供需現(xiàn)狀，得出我國鐵礦資源雖然儲(chǔ)量豐富，但需求量較大，供需矛盾依然尖銳。

(2)對(duì)影響我國鐵礦資源需求的主要因素進(jìn)行了分析，包括我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)和鋼鐵工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)以及其他因素。

(3)以我國粗鋼產(chǎn)量、生鐵產(chǎn)量和GDP增長(zhǎng)率為驅(qū)動(dòng)變量，對(duì)未來我國鐵礦石需求定義了3個(gè)情景，建立了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鐵礦資源需求情景分析模型。測(cè)算結(jié)果表明:未來十幾年我國鐵礦資源進(jìn)口依存度將達(dá)到25% ～35%，雖然有所降低，但仍然相對(duì)較高。

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