中國水運航線關(guān)鍵航點動態(tài)安全評估

李成海 胡甚平 崔建輝 王建濤

（1.山東交通職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261206；2.上海海事大學(xué) 商船學(xué)院，上海 201306；3.天津理工大學(xué)海運學(xué)院，天津 300191 ）

0 引言

2015 年我國發(fā)布和實施了“一帶一路”倡議和“海上絲綢之路遠景與行動”，實施的基礎(chǔ)是水運航線的暢通，而航線暢通的關(guān)鍵是重要航點的安全性，因而研究重要航點隨時間變化的動態(tài)過程，分析影響重要航點安全效益的主要因素，對提升重要航點安全效益具有現(xiàn)實意義。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對水運航線重要航點研究主要集中在：一是研究水運航線重要航點安全性影響因素，如King[1]從水運安全角度，分析影響霍爾木茲海峽安全的主要因素；史春林等[2]對馬六甲海峽和霍爾木茲海峽安全影響因素研究；呂靖等[3]法律環(huán)境和海峽或運河基本狀況對重要航點安全性影響研究。二是對安全效率評估模型的研究，如Cui 等[4]運用Malmquist 指數(shù)對運輸業(yè)安全效益的研究和呂靖等[5]運用虛擬包絡(luò)面和DEA 法，對海上航道安全保障效率的研究。這兩方面研究或者重視非期望產(chǎn)出，沒有考慮期望產(chǎn)出對安全效益的影響或者重視期望產(chǎn)出和投入及非期望產(chǎn)出，沒有考慮非期望投入對安全效益的影響；這樣無法科學(xué)全面分析水運航線重要航點安全效益的動態(tài)過程。

為此，本研究基于時間窗口，建立統(tǒng)籌考慮期望產(chǎn)出、投入和非期望產(chǎn)出、投入的水運航線重要航點安全效益評估體系，科學(xué)分析影響重要航點安全效益的主要因素及動態(tài)變化過程，以期為提升重要航點通行安全和安全效益保障提供理論支持。

1 評估標準

在中國水運航線重要航點安全產(chǎn)出和投入標準中，期望和非期望產(chǎn)出及期望和非期望投入同時存在，因此在動態(tài)安全評估時，需綜合考慮產(chǎn)出和投入指標。

目前的研究將非期望產(chǎn)出作投入因素處理[6]，這不能反映過程也不符合非期望值特性；將非期望產(chǎn)出值乘以-1 后加一數(shù)（N），使其裝變?yōu)榇笥? 的普通產(chǎn)出[7]，這種簡單的產(chǎn)出轉(zhuǎn)移法，受單位變量限制，不符合工作實際程序[8]。為客觀反映問題，Tone 提出了SBM 評判模型，以評估非期望產(chǎn)出工作效能[9]。

現(xiàn)有水運航線安全性評估研究，普遍沒有認識到非期望投入的重大影響；現(xiàn)實工作中，非期望投入值越大對安全越不利，忽視該標準對水運航線效能影響將導(dǎo)致水運航線重要航點安全效能評估出現(xiàn)偏差。

在文獻[9]研究的基礎(chǔ)上，考慮時間窗口作用而引進非期望投入標準，建立中國水運航線關(guān)鍵航點安全效能評估非期望因素EAN 模型。

1.1 建立非期望因素模型

假如有m 個決定性單元，每個決定性單元CNUi（i=1,…,m）有e1個期望產(chǎn)出和e2個非期望產(chǎn)出，n1個期望投入和n2個非期望投入。記決定性單元CNUi的第j 個期望投入為xsji(j=1,…,n1),期望投入矩陣Xs∈Vn1×m;第f 個非期望投入為xsfi(f=1,…,n2),期望投入矩陣Xs∈Vn2×m;CNUi的v個期望產(chǎn)出為ysvi(1,…,e1),期望產(chǎn)出矩陣Ys∈Ve1×m;CNUi的第t 個非期望產(chǎn)出為yati(t=1,…,e2),非期望產(chǎn)出矩陣Ya∈Ve2×m;其中，xsji>0,xafi>0,ysvi>0,yafi>0。

文獻[9]研究，非期望產(chǎn)出是產(chǎn)出率和效率成反比關(guān)系的產(chǎn)品，只有將非產(chǎn)出項目值當做EAN 模型分母值，才能反映出非期望產(chǎn)出關(guān)鍵單元效益。同樣，非期望投入與水運航線重要航點安全成反比關(guān)系，比如重要航點航路越長航時越長，則海上交通事故越多。參考文獻[4]研究理論，對非期望投入項目值以真實反映非期望投入與產(chǎn)出及期望投入與產(chǎn)出的效益?；诜从撤瞧谕蛩氐腅AN 模型為：

非期望值模型是在綜合考慮水運航線關(guān)鍵航點期望投入xsji、期望產(chǎn)出ysvi及非期望投入xafi、非期望產(chǎn)出yati情況下的安全效益ρ，以最小的期望、非期望投入獲取盡可能大的產(chǎn)出安全效益，模型不要求對投入和產(chǎn)出有前提，允許各因素隨時增減，得到方向和非取向的效益。該模型解決了現(xiàn)有水運航線不重視非期望投入和期望產(chǎn)出帶來的弊端，真實反映了水運航線重要航點安全效益。

從式（1）看出，所有產(chǎn)出和投入標準數(shù)據(jù)>0,這與實際不符，例如2020 年新加坡海峽沒有發(fā)生海盜襲擊船舶事件，即非期望值為0。當被評估關(guān)鍵單元的非期望產(chǎn)出為0時，模型（1）的第4 個限制條件變?yōu)閥ao=Yaλ+eo=0，因為Ya λ≥0,ea≥0，得到ea=0,所以在安全效益值函數(shù)中不考慮該關(guān)鍵單元的非期望產(chǎn)出。

1.2 運用時間窗口分析非期望因素

時間窗口分析法是美國學(xué)者Chames 等[10]提出的，優(yōu)點是運用移動平均法對同一關(guān)鍵單元在不同時間段可看做不同的關(guān)鍵單元進行關(guān)鍵單元效益評估。對于水運航線重要航點來說，安全措施對水運航線重要航點安全效益發(fā)揮最佳作用，需要時間過程，不是隨時隨地能收獲最大效能。通過時間窗口分析法，不僅比較同一關(guān)鍵單元不同時間段的效益，還可比較不同關(guān)鍵單元在同一時間段的效益[11]。因此，本研究采用時間窗口分析法，對水運航線重要航點上的8 個海峽在2014-2019 年的安全效益估算，探索這些重要航點安全效益隨時間段變化的動態(tài)過程。

設(shè)m 為關(guān)鍵單元數(shù)，q 為時間窗口窗寬；如果q 個相鄰時間段對應(yīng)一個時間窗口，則時間窗口有m×q 個估算值。目前，為提高估算效率和時效性，大多學(xué)者采用3 年做一個時間窗口[6-7]，即q=3。本研究選取3 年做一個窗口期來研究水運航線關(guān)鍵航點的安全效益，時間窗口分別為2014-2016 年、2015-2017 年、2016-2019 年和2017-2019 年，從而每一水運航線重要航點建立了4 個窗口期，每一窗口期有16 個關(guān)鍵單元[12]。

2 案例驗證

2.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)標準

本研究以水運航線重要航點8 個海峽作為關(guān)鍵單元，建立一個通盤考慮期望投入、產(chǎn)出和非期望投入、產(chǎn)出的中國水運航線重要航點安全效益評估標準體系。由于，重要航點安全效益受其沿岸國政治、外交、軍事、經(jīng)濟和海盜襲擊、自然條件影響，本研究選取投入變化量。投入標準中重要航點安全效益與期望投入成正比關(guān)系，即安全效益高，需要增加投入；重要航點安全效益與非期望投入成反比關(guān)系，即安全效益低，非期望投入就大。

（1）期望投入標準

水深與寬度：水運航線上的狹窄航道，水深越淺航道越復(fù)雜，頻繁轉(zhuǎn)向和淺水效應(yīng)往往致船舶與危險境地，航道越窄通行碰撞事故越多；且水深和寬度限制了大型船舶的通行，例如巴拿馬運河由于水深和航道限制只能通行巴拿馬運河型船舶。

安全法律法規(guī)保障數(shù)量和保障部門數(shù)量：水運航線重要航點需要制定和完善法律、法規(guī)、公約，完善的制度是提高重要航點安全效益的前提條件。但是建立相關(guān)保障部門越多，安全保障效益越大[13]。

（2）非期望投入標準

航點長度：水運航線重要航點是狹窄的航道，航道越長船舶航時就越長，受到政治、外交、軍事和海盜襲擊影響的可能性越大，屬于典型的非期望投入[14]。

（3）期望產(chǎn)出標準

船舶通行密度：水運航線重要航點船舶通行密度越大，顯示此處的重要性越高經(jīng)濟收益越高，應(yīng)作為期望產(chǎn)出。如承載著全球近50%石油運輸?shù)鸟R六甲海峽歷來是兵家必爭之地突顯出其戰(zhàn)略地位。同理，巴拿馬運河收取船舶通行費，每天通行的船舶越大，經(jīng)濟收入越大。

（4）非期望產(chǎn)出標準

船舶事故率和海盜襲擊率：這兩個標準是衡量水運航線重要航點安全性的最顯著標準。在水運航線重要航點航行的船舶水上交通事故頻發(fā)，說明該航道安全保障性差；同理，水運航線中某一重要航點時常發(fā)生海盜襲擊事件，也表明此航道安全無保障。因此，本研究選取這兩個標準作為非期望產(chǎn)出。

本研究水運航線重要航點包括馬六甲海峽、巽他海峽、望加錫海峽、蘇伊士運河、霍爾木茲海峽、曼德海峽、巴士海峽和臺灣海峽，其水深、寬度、航點長度、船舶通行密度、安全法律法規(guī)保障數(shù)量和保障部門數(shù)量資料，通過查詢各海峽和運河的官方資料及現(xiàn)有文獻獲取，船舶通行密度馬六甲海峽和巴拿馬運河當局網(wǎng)站查取，船舶事故率和海盜襲擊率國際海事組織（IMO）網(wǎng)站查詢。

表1 水運航線重要航點安全產(chǎn)出與投入標準

2.2 重要航點安全效益

對模型（1）通過Matlab 編程求解，可得到水運航線重要航點各自四個時間窗口的安全效益值，分別計算各時間段平均值，即為該重要航點在該時間段效益值。以巴拿馬運河為例，四個時間窗口效益值如表2 所示。計算四個時間段效益平均值，可獲取2014-2019 年巴拿馬運河的安全效益值。同理，計算其他重要航點的安全效益，如表3 所示。表3 反映重要航點隨時間變化實時動態(tài)，并分別計算四個重要航點的年均值反映各重要航點安全效益平均狀況。本研究沒有考慮非期望投入標準時，為了科學(xué)分析非期望投入標準影響特將8 個重要航點2014-2019 年安全效益年均值結(jié)果在表3 列明。

表2 2014-2019 年巴拿馬運河安全效益

表3 水運航線重要航點安全效益值

分析表3 時間窗口可知：

隨時間變化水運航線重要航點安全效益發(fā)生動態(tài)變化。臺灣海峽6 年一直有效，安全效益為1；巴士海峽除2016年安全效益為0.9723 以外和馬六甲海峽除2015 年安全效益為0.8660 以外，其他年安全效益都有效；霍爾木茲海峽除2019 年外安全效益都無效；巽他海峽2014 年、2015 年和2019 年有安全效益；巴拿馬運河2015 年和2017 年安全效益無效；望加錫海峽2015 年、2017 年和202018 年安全效益無效；曼德海峽6 年內(nèi)安全效益都無效。

我國2015 年發(fā)布和實施了“一帶一路”建設(shè)“海上絲綢之路”發(fā)展目標及愿景行動，促進了水運航線重要航點安全效益的提高。表3 顯示，水運航線重要航點安全效益較2014 年明顯大幅提高。

表3 年平均值顯示，臺灣海峽、巴士海峽和馬六甲海峽的安全效益最高，年均值為1.0000,0.9954 和0.9777；其次為巴拿馬運河，其安全效益值為0.9377；最差的曼德海峽，安全效益值僅為0.2720。

2.3 分析水運航線重要航點安全效益結(jié)果

參照上述重要航點安全效益結(jié)果，對影響水運航線各重要航點安全效益的產(chǎn)出和投入標準進行分析。在計算原來安全效益對新出現(xiàn)安全效益變化效果時，先不考慮某一標準，以科學(xué)反映關(guān)鍵單元對該標準的影響情況。

從表4 分析結(jié)果可以看出:

表4 影響水運航線重要航點安全效益因素狀況

我們在2015 年發(fā)布和實施了“一帶一路”建設(shè)海上絲綢之路發(fā)展目標及愿景行動后，水運航線重要航點安全效益大幅提高的的原因是非期望產(chǎn)出銳減和船舶通行密度增大運量提高。從表4 看出船舶密度、海盜襲擊和船舶事故率對水運航線重要航點安全效益最重要的因素，所以，我國實施的“一帶一路”建設(shè)“海上絲綢之路”發(fā)展目標及愿景行動提升了船舶通行密度，減少了海盜襲擊和船舶事故率，提高了重要航點安全效益。中國加大改革開放力度和實施海上絲綢之路戰(zhàn)略，貿(mào)易增加的同時海上運輸量增加，從而重要航點通行率提升。上海航交所統(tǒng)計結(jié)果顯示，2019年我國對“一帶一路”海上絲綢之路相關(guān)51 個國家投資增長19.3%。海上安全是沿海國的共識，包括中國在內(nèi)的多國海軍派出了護航編隊，提高了船舶通行安全，降低了安全風(fēng)險，2015 年以后趨勢重要航點安全效益逐步提高，非期望產(chǎn)出逐步減少。另外，曼德海峽自2015 年后僅僅發(fā)生了一起未遂海盜襲擊事件，安全效益大幅提升，但由于該海峽船舶通行密度大通行量高相比較安全性高，使得曼德海峽安全效益很低。

臺灣海峽和巴士海峽的安全效益最高，原因是相對期望產(chǎn)出最高。臺灣海峽是中國南北航線的大動脈，巴士海峽是西太平洋進入中國南海和印度洋的咽喉，臺灣海峽的船舶通行量大于巴士海峽。從表4 看出，船舶通行密度和船舶事故率是影響臺灣海峽安全效益的主要因素。與2014 年比較，2019 年巴士海峽和臺灣海峽船舶通行量分別增加2000 艘次和8000 艘次，船舶事故分別增加4 艘次和6 艘次。

由于馬六甲海峽的期望產(chǎn)出值最多，所以安全效益僅次于臺灣海峽和巴士海峽。馬六甲海峽是連接大西洋和印度洋的海上要道，承載著全世界近50%的石油和近30%鐵礦石海上運輸量，是中國海上絲綢之路的重要航點。從表4 看出，船舶通行密度、海盜襲擊和船舶事故率是影響馬六甲海峽安全效益低的主要因素。因此，馬六甲海峽2016 年安全效益值低的原因是，非期望產(chǎn)出多期望產(chǎn)出少。馬六甲海峽船舶事故頻發(fā)，主要是航道狹窄且航道內(nèi)暗礁、淺點星羅棋布，船舶操縱困難極易觸礁和擱淺；二是狂風(fēng)暴雨惡劣天氣易引發(fā)船舶事故；三是馬六甲海峽通航密度大，航道擁擠易引發(fā)船舶碰撞事故。據(jù)GISIS 資料庫，2014-2019 年年均近8 萬艘船舶進出馬六甲海峽，年平均6 起海上船舶事故，從而該海峽船舶事故率很低。馬六甲海峽是海盜襲擊船舶的高發(fā)區(qū)，由于海峽窄的特殊地理位置，海盜常常對低速船舶發(fā)起突然襲擊，這種襲擊往往得手。近年來沿岸國加大了打擊海盜的力度，海盜有所收斂，但年均有9 艘船舶被襲擾；因為船舶通行量大，所以海盜襲擊概率低。綜上，馬六甲海峽安全效益較高，但是海盜襲擊和船舶事故率較高，需要制定安全保障法規(guī)和措施，確保海峽通行安全。

巴拿馬運河、巽他海峽和望加錫海峽安全效益較高，原因是非期望產(chǎn)出少，船舶通行率高。巴拿馬運河是連接大西洋和太平洋的重要航點，巽他海峽和望加錫海峽是超大型和大型船舶航行于印度洋和太平洋的海上重要航道。影響巴拿馬運河安全效益的主要因素是船舶通行量和船舶事故，其安全效益高得益于實行科學(xué)調(diào)度、強制引航，二是運河風(fēng)浪和海流小，船舶通行速度快，年通行船舶超過14000艘次；另外，巴拿馬運河管理局專職負責(zé)運河的安全和營運。從表3 安全動態(tài)看出，2015 年和2017 年都發(fā)生過船舶事故，2017 年的船舶通行艘次比2015 年少近900 艘次，所以，2015 年和2017 年的安全效益值為0.8750 和0.7510。巽他海峽的主要作用是可作為馬六甲海峽的替代海峽，船舶通行率、海盜襲擊和法規(guī)是影響其安全效益的主要因素。因為此海峽具有良好水深和寬闊無礙航物的水道，特別適合大型和超大型船舶通行，從而船舶事故少安全性高；但是相對馬六甲海峽巽他海峽饒航增加了運營成本，所以年船舶通過率很低，安全效益極低。峽長、船舶通過率和海盜襲擊是影響望加錫海峽安全效益的主要因素。望加錫海峽有良好水深和130 000 m 寬度，極少發(fā)生船舶事故，但是其峽長較長，使非期望產(chǎn)出較高期望產(chǎn)出也較高。望加錫海峽是公認的海盜襲擊高發(fā)區(qū)。據(jù)國際海事組織統(tǒng)計，望加錫海峽在2014 年-2019 年間發(fā)生海盜襲擊47 艘次，導(dǎo)致望加錫海峽安全效益較低。

海盜襲擾導(dǎo)致曼德海峽和霍爾木茲海峽安全效益較低。海盜襲擾、船舶事故和船舶通行率是影響曼德海峽安全效益的主要因素。受基地組織和索馬里海盜襲擾發(fā)生海盜和船舶事故。據(jù)統(tǒng)計，2014-2019 年該海峽年均被海盜襲擾船舶達到25 艘次之多，因此船舶通行率很低，年安全效益均值為0.2729?；魻柲酒澓{是波斯灣通往印度洋的“生命線”，海盜襲擾、船舶通行率、船舶事故和峽深是影響該海峽安全效益的主要因素?；魻柲酒澓{是中東出口石油的必經(jīng)之地，且大型油輪價值很大，成為海盜襲擊的夢寐之地；2014 年-2019 年該海峽年均襲船數(shù)達5 艘次；此海峽狹窄、水淺和暗礁、淺灘多，船舶極易發(fā)生海上事故，從而該海峽安全效益較其他重要航點最低。

3 結(jié)束語

通過對水運航線重要航點安全性動態(tài)變化情況分析，突顯了重要航點的動態(tài)變化規(guī)律和安全效益狀況，并總結(jié)安全效益的最重要影響因素。隨著中國“一帶一路”“海上絲綢之路”的實施和國際合作機制的加強，水運航線重要航點通行率提升及安全意識的提高，各重要航點的安全效益普遍得以提升；水運航線重要航點安全效益不僅與海盜襲擾和船舶海上事故等非期望產(chǎn)出有關(guān)，且與船舶通行率關(guān)鍵期望產(chǎn)出因素緊密相關(guān)；臺灣海峽、巴士海峽和馬六甲海峽的安全效益達到和接近1.0000；其次是巴拿馬運河，曼德海峽安全效益最差；影響水運航線各重要航點安全效益的最重要因素是船舶海上事故及海盜襲擊。