基于BP神经网络的我国铁矿资源需求情景分析*

2013-08-25郑明贵

金属矿山 2013年3期

郑明贵谢为

(江西理工大学经济管理学院)

在社会经济生活中，铁是最有用、最丰富、最廉价、最重要的金属。铁是碳钢、铸铁的主要元素，工农业生产中，装备制造、铁路车辆、道路、桥梁、轮船、码头、房屋、土建均离不开钢铁构件。铁矿石是国际大宗商品，是钢铁生产企业的重要原材料，属于国际公认的战略物资，影响着国家经济安全。因此，分析我国铁矿资源未来的需求情景对于合理开发与利用国内外铁矿资源具有十分重要的战略意义。

1 世界铁矿资源概况

1.1 世界铁矿资源分布特点

世界铁矿资源总量很丰富，但分布极不均匀，70%以上的铁矿资源分布在澳大利亚、巴西、俄罗斯、中国、印度和美国6国。铁矿资源分布品质差异较大，南半球国家富矿多，如巴西、澳大利亚和南非等;北半球国家贫矿多，如独联体、美国、加拿大和中国等［1］。根据美国地质调查局报告，截至2011年底，全球铁矿石储量为1 700亿t，基础储量为3 700亿t;铁金属储量为800亿t，储量基础为1 800亿t。见表1。

表1 2011年世界铁矿石储量和基础储量亿t

1.2 世界铁矿资源供需状况

1.2.1 世界铁矿石生产状况

自21世纪以来，受世界各国尤其是中国钢铁工业的发展拉动，世界铁矿石生产保持着持续增长的趋势，2003年世界铁矿石产量突破10亿t，2011年达到28亿t，是2001年世界铁矿石产量的3倍，较2010年增长8.1%。见图1。

图1 2001—2011年世界铁矿石产量

2011年，除少数国家铁矿石产量略有下降外，大部分国家的铁矿石产量较2010年都有所增长。其中5个国家铁矿石产量突破1亿t，包括中国、澳大利亚、巴西、印度和俄罗斯，其产量分别为12亿t、4.8亿t、3.9亿t、2.4亿t和1亿t，分别占世界总产量的42.77%、17.11%、13.90%、8.55%和3.56%。其他铁矿石产量相对丰富的国家有乌克兰、南非、美国、加拿大和伊朗等。见表2。

表2 2006—2011年世界铁矿石产量亿t

由于世界铁矿石市场需求增长迅速，主要铁矿石开采供应商纷纷做出积极应对，不断加强开采力度，增加市场供应量。如巴西淡水河谷公司(CVRD)2012年铁矿石产量超过3.1亿t，目前仍然计划提升铁矿石产量，预计2017年产量将超过4亿t。澳大利亚力拓公司(Rio Tinto)也在计划加大投资，将其1.15亿t的产能扩大到3亿t。必和必拓公司(BHP Billiton)计划向位于西澳大利亚皮尔巴拉的矿区投资150亿元，使该矿区在2015年前铁矿石产量从1.5亿t提升到3亿t。预计在世界各国钢铁工业强劲发展以及对铁矿石需求不断增长的刺激下，世界铁矿石产量将持续增长［2］。

1.2.2 世界铁矿石需求状况

世界铁矿石需求主要以铁矿石消费状况表示，但世界铁矿石消费状况并没有直接的统计数据，而是通过一些间接的指标显示，如生铁产量、粗钢产量和铁矿石进口量等，其中生铁产量最能反映铁矿石的消费情况［3］。2000年以来，受世界特别是中国钢铁工业强劲发展的拉动，生铁产量和粗钢产量均保持了平稳增长，只有在2008年、2009年受全球金融危机影响，生铁和粗钢产量略有下降。见图2。

图2 2001—2011年世界生铁、粗钢产量

2 我国铁矿资源概况及供需情景分析

2.1 我国铁矿资源概况及供需现状分析

2.1.1 我国铁矿资源概况

我国铁矿资源丰富，资源总量占世界第3位，探明资源储量仅次于巴西、澳大利亚、乌克兰以及俄罗斯，列世界第5位。我国铁矿资源分布广泛但不均匀，储量比较集中，主要分布在东北和华北地区，西南、中南地区铁矿资源也相对比较丰富。从省份来看，铁矿资源比较丰富的有辽宁、河北和四川，3省合计探明储量达334.4亿t，超过全国总探明储量的60%。截至2010年年底，我国已查明铁矿资源储量726.99亿t，其中基础储量222.32亿t，未探明储量超过2 000亿t，按年产12.5亿t原矿计算，考虑资源利用等因素，资源保证年限在50 a以上［4］。这表明我国铁矿资源勘查潜力大，前景较好。但我国铁矿资源具有贫矿多、富矿少的特点，且炼钢用矿石已探明储量目前已基本开采殆尽，可直接入炉的富矿石比例小，而且绝大部分赋存于贫矿中的某些地段或混杂在一起，难以单独开采［5］。

2.1.2 我国铁矿资源供需现状分析

(1)我国铁矿石产量。近10 a我国铁矿石产量一直呈上升的趋势，在2003年以前平稳低速增长，2004年开始产量急剧上升，2011年铁矿石产量超过13亿t，是2001年的5.45倍。见图3。

图3 2001—2011年我国铁矿石产量

尽管国内铁矿石产量增长较快，但随着我国经济的迅猛发展、工业化程度的不断提高以及钢铁工业的快速发展，国内铁矿石产量仍然不能满足钢铁工业发展的需求。据国家统计局数据显示，2011年我国粗钢产量约6.83 27亿 t，比2010年增加了0.558 4亿t，增长了8.9%;钢材和生铁产量分别为8.813 1亿t和6.296 9亿t，比2010年分别增长了12.3%和8.4%。

(2)我国铁矿石消费量。改革开放以来，我国经济发展以制造业为核心、基础设施建设为重点，各种原材料包括铁矿石大量消耗。到21世纪，国家继续加强对基础设施的建设力度，房地产开发以及汽车、船舶、钢铁、石化、有色金属、装备制造等行业得到了迅速发展，加速了对钢铁、铁矿石产品的消费需求，铁矿石进口也不断增加［6-7］。近10 a来我国铁矿石消费量不断增长，到2011年我国铁矿石消费量约20亿t，同比增长18.34%。见图4。

图4 2001—2011年我国铁矿石消费量

由图3和图4可以得出，目前我国铁矿石供需矛盾依然尖锐，进口依存度较高，是世界上每年进口铁矿石最多的国家。

2.2 我国铁矿资源供需情景分析

2.2.1 影响我国铁矿需求的主要因素分析

2.2.1.1 我国经济增长趋势

根据矿产资源消费生命周期理论［8］，一国矿产资源消费强度及其消费特征取决于该国的工业化阶段和社会经济发展水平，如图5所示。2003年我国人均GDP超过1 000美元，进入工业化全面发展阶段，经济的强劲增长直接驱动了矿产资源消费需求的不断增长。

图5 矿产资源消费生命周期走势

2.2.1.2 我国钢铁工业的发展趋势

我国是钢铁大国，1996年粗钢产量突破1亿t，位居世界第1，之后逐年增长，到2011年达6.8亿t，连续16 a居世界第1。生铁产量也不断增长，2011年达到6.3亿t。铁矿石进口量逐年增加，如表3所示。钢铁工业的持续快速发展直接拉动了对铁矿石的需求。

表3 2001—2011年我国粗钢和生铁产量、铁矿石进口量亿t

2.2.1.3 其他因素

除了上述因素外，影响我国铁矿资源需求的因素还有很多，如全球经济增长趋势及废钢的利用［9］。2005—2008年世界经济保持着较高的增长速度，2009年受全球金融危机的影响世界经济增长放缓，但一些新兴发展中国家仍然保持着较高的经济增长率，如中国和印度等。2010年世界经济开始复苏，如表4所示。根据世界银行预测，今后几年世界经济将持续放缓，但经济增长趋势基本不会改变。

表4 2005—2011年世界及主要国家和地区GDP增长率%

废钢是钢铁工业的另一重要原料，对其回收利用可以降低对铁矿石的消耗。我国每年消费废钢0.35亿 t～0.5亿 t，占世界消费总量的10% ～12%。近几年我国废钢利用技术不断提高，促进了废钢利用率和消费量的不断提高，但总体上来看，我国废钢利用与发达国家相比差距还较大，当前废钢利用水平还难以减缓我国铁矿石的需求量和进口量［10］。

2.2.2 我国铁矿需求情景分析模型

2.2.2.1 我国铁矿需求情景定义

以我国经济发展趋势和钢铁工业发展趋势作为铁矿资源需求情景定义的2个主要驱动变量，设置以下3个情景。

(1)情景A(低情景):未来十几年我国经济持续低迷，对钢铁需求降低，资源使用效率基本没有提高，单位GDP铁矿石消耗量也没有明显的下降。

(2)情景B(基准情景):未来十几年我国经济保持现有的增长速度，对钢铁的需求持续增长，资源使用效率更趋合理，单位GDP铁矿石消耗量有所下降。

(3)情景C(高情景):未来十几年我国经济高速增长，对钢铁的需求也持续快速增长，资源使用效率大幅度提高，单位GDP铁矿石消耗量下降较多。

2.2.2.2 我国铁矿需求宏观情景设定

近几年，我国钢铁工业重组、结构调整、转型升级取得了显著效果，钢铁工业为我国经济发展做出了巨大的贡献［11］。根据以往我国粗钢、生铁产量增长率、GDP增长率以及未来钢铁工业发展趋势和GDP增长趋势，对未来我国粗钢、生铁产量以及GDP增长率进行设定。

(1)未来我国粗钢产量宏观情景设定。见表5。

表5 未来我国粗钢产量宏观情景设定

(2)未来我国生铁产量宏观情景设定，见表6。

表6 未来我国生铁产量宏观情景设定

(3)未来我国经济增长宏观情景设定。见表7。

表7 未来我国经济增长宏观情景设定

2.2.2.3 铁矿资源需求情景分析模型与测算

(1)神经网络结构。用BP人工神经网络对未来我国铁矿资源需求情景进行测算［12-14］，可以构造一个3层的多输出神经网络:输入神经元为粗钢产量(I1)、生铁产量(I2)、GDP增长率(I3);输出神经元为铁矿石进口量(Q1)、铁矿石需求量(Q2);隐蔽层神经元数目n=3，其确定原则是大于输入与输出神经元数目之和的一半，小于输入与输出神经元数目之和。

(2)原始数据及其初始化。利用神经网络测算时应将原始数据(见表8)进行初始化，使得输入输出数据值位于［0，1］范围内，初始化以后的数据见表9。