基于DEA評價模型的港口航道通航效率分析

柯桂強

摘要：基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法（ DEA），建立港口航道通航效率評價體系，對某沿海港口的航道通航效率進行了評價分析，結(jié)果表明：當航道船舶總噸數(shù)達到4030萬噸、航道空間占有率達到0.035、航道利用率達到87%、阻抗值為0.175、阻塞率為77.6%、船舶排隊長度為1.6艘、平均等待時間為5.93h以及船舶平均航行時間間距為2.2h時，該港口的航道通航效率達到最佳，相關(guān)研究成果可為航道建設(shè)和船舶調(diào)度管理提供科學依據(jù)。

關(guān)鍵詞：DEA模型;評價體系;港口航道;通航效率

中圖分類號：U612

文獻標識碼：A

文章編號：1006-7973（ 2020） 06-0074-03

加快推進港口建設(shè)、完善航道規(guī)劃是我國由航運大國向航運強國邁進的重要過程，也是響應“海上絲綢之路”的重要一環(huán)。隨著吞吐量和船舶規(guī)模的快速增長，航道成為制約港口發(fā)展的主要因素之一。與內(nèi)河航道不同的是，沿海港口的航道系統(tǒng)更加復雜，影響其通航效率的因素也多種多樣[1-3]，開展沿海港口的通航效率分析研究，不僅能科學地對沿海港口航道通航能力進行準確評估，同時也可為航道建設(shè)和船舶調(diào)度管理提供科學依據(jù)[4-6]。

本文選取航道利用情況、航道擁堵情況以及航道安全與舒適度三個評價指標，在DEA理論基礎(chǔ)上建立沿海港口航道通航效率評價體系，分析了通航效率與各因素之間的相互關(guān)系，可為沿海港口航道建設(shè)與船舶調(diào)度提供借鑒。

1 港口概況

某規(guī)劃沿海港口分為東部、中部和西部三個主體作業(yè)區(qū)，其中東部主體作業(yè)區(qū)規(guī)劃43個泊位（50000t級泊位28個，30000t級泊位4個，5000t級泊位11個），包含客輪、游輪、汽車、鋼鐵、木材、石油化工等多個種類。主航道長度約為27km，支航道長度共計16km，設(shè)計通航寬度180m，航道設(shè)計底標高為-14m。港口當?shù)啬昶骄鶜鉁?1.8℃，年平均降雨量708mm，年平均霧日數(shù)2lOd，念平均雷雨天氣為29d，7級以上大風概率出現(xiàn)概率為1.5%，潮汐為不規(guī)則半日潮。

2 基于DEA的評價指標體系

2.1 DEA方法介紹

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法，簡稱DEA法，根據(jù)多項投入和產(chǎn)出指標，利用線性規(guī)劃的分析方法，對具有可比性的同類問題進行有效性評價的一種量化分析法。該方法具有如下特點：①在多輸出一多輸入等綜合有效性問題評價方面具有較好的適應性，較其它評價方法具有絕對的優(yōu)勢;②DEA模型分析時不需要對數(shù)據(jù)進行無量綱化處理;③不需要像層次分析法、模糊綜合評價分析法那樣進行權(quán)重假設(shè)。DEA評價法基本思路與效率的定義相吻合，具有“非參數(shù)性、多指標性、客觀性和相對性”，且不需要設(shè)置生產(chǎn)函數(shù)，能夠達到對航道通航效率的客觀評價，故本文選擇DEA方法進行評價分析。

2.2 體系建立

根據(jù)研究航道的相關(guān)特征，確定對應的評價指標，評價指標包括航道阻抗值、航道阻塞率、船舶排隊長度、船舶等待時間、航道軸線風流偏角、通過航道的船舶總噸數(shù)、航道利用率、航道空間占有率以及船舶平均間距等9個指標，其中前五項為成本型指標，后四項為效益型指標，根據(jù)各指標的特點，再將其分為三個方面：①航道擁堵情況方面，包括航道阻抗值、航道阻塞率、船舶排隊長度、船舶等待時間等四項指標;②航道利用情況方面，包括通過航道的船舶總噸數(shù)、航道利用率、航道空間占有率三項指標;③航道安全與舒適度方面，包括航道軸線風流偏角和船舶平均間距兩項指標。建立基于交叉效率的DEA評價指標體系見圖1。

2.3 模型求解過程

首先是明確評價目標和準則，建立評價指標體系;然后是對評價指標屬性進行判斷，確定輸入和輸出指標，同時進行指標數(shù)據(jù)的收集;接著，進行評價數(shù)據(jù)的初步分析處理，確保每組數(shù)據(jù)均準確可靠;隨后，建立多指標輸入、輸出矩陣;最后進行交叉評價效率計算，若能進行有效排序，則輸出結(jié)果，若不能則返回重新進行計算。

3 結(jié)果評價分析

3.1 航道利用情況

對航道船舶總噸數(shù)、航道空間占有率以及航道利用率三種指標與航道通航效率的關(guān)系進行了計算分析，結(jié)果見圖2。從圖中可以看到：由于航道船舶總噸數(shù)與船舶噸級和船舶數(shù)量有關(guān)，而航道空間占用率則與船舶長度有關(guān)，實質(zhì)上也與船舶數(shù)量相關(guān)，因此，兩者在變化趨勢上具有一致性，而航道利用率反映了航道的使用狀態(tài)，與航道中有船舶航行的時間長短相關(guān);隨著航道船舶總噸數(shù)、航道空間占有率以及航道利用率的增加，航道通航效率呈現(xiàn)增大后減小的變化特征，特別的航道利用率與航道通航效率基本呈兩階段線性變化關(guān)系，當航道船舶總噸數(shù)達到4030萬噸、航道空間占有率達到0.035、航道利用率達到87%時，港口航道的通航效率達到最大值70%，表明航道利用在超過上述情況后將出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，將不利于航道通航效率的提升。

3.2 航道擁堵情況

對航道阻抗值、航道阻塞率、航道排隊長度以及航道等待時間與通航效率的關(guān)系進行分析，結(jié)果見圖3。航道通行效率隨阻抗值的增加先迅速增大，而后逐漸降低并最終趨于穩(wěn)定，航道阻抗值較小時，對于通航效率的影響更為明顯，當阻抗值為0.175時（阻抗值=船舶等待時間/碼頭作業(yè)時間），航道通行達到最佳狀況，當超過這一值后，航道通行將成為影響港口作用高效運行的關(guān)鍵性約束;航道阻塞率并不僅是帶來航道通航效率的下降，當阻塞率小于77.6%時，航道通行效率將隨阻塞率的增大而增大，隨后才開始降低，即當港口作業(yè)時，有超過77.6%的船舶在等待進出時，才會造成通航效率的降低，即使有一般的船舶處于等待中也是合理現(xiàn)象;船舶排隊長度和等待時間對通行效率的影響基本相似，當船舶排隊長度小于1.6艘、平均等待時間小于5.93h時，通航效率逐漸增大，當船舶排隊長度大于1.6艘、平均等待時間大于5.93h后，通航效率逐漸減小，從變化趨勢可以預見的是，當排隊長度和等待時間超過某一值時，航道通行效率將不受兩者的影響（或者說影響很?。?/p>

3.3 航道安全與舒適度

由于港口區(qū)所有航道的基本情況相同，故航道軸線風流偏角對航道通航效率影響可忽略不計，僅對船舶平均間距與通航效率關(guān)系進行分析，結(jié)果見圖4。從圖4中可以看到：船舶平均間距對通航效率的影響與阻抗值對其的影響有些類似，即在平均間距較小時，對通航效率的影響較大，隨平均間距的增大而迅速增大，之后逐漸減小并最終趨于穩(wěn)定;當船舶平均航行時間間距為2.2h時，航道達到最佳的通行狀態(tài)。

4 結(jié)論

（1）基于DEA分析法，建立起港口航道通航效率評價指標體系，該體系包括航道利用情況、航道擁堵情況以及航道安全與舒適度等三個方面共計9個評價指標。

（2）根據(jù)航道利用情況分析結(jié)果，得出當航道船舶總噸數(shù)達到4030萬噸、航道空間占有率達到0.035、航道利用率達到87%時，航道的通航效率最佳。

（3）根據(jù)航道擁堵情況分析結(jié)果，認為當阻抗值為0.175、阻塞率為77.6%、船舶排隊長度為1.6艘以及平均等待時間為5.93h時，通航狀態(tài)最佳。

（4）根據(jù)航道安全與舒適度分析結(jié)果，得到船舶平均航行時間間距為2.2h時，航道達到最佳的通航狀態(tài)。

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