经济驱动下的航运需求预测

李文杰， 邹文康， 万 宇， 杨胜发， 杨 威

(重庆交通大学，重庆 400074)

从世界经济发展历程来看，哪里有河流海洋，哪里就有密集的城市群和经济带，以及源远流长的经济文明。我国内河航运发展与经济文明有着密切联系，近年来长江航运发展已成为国家战略的重要部署，如“长江经济带”和“一带一路”。航运需求预测也一直是国内外研究的热点，可为航道运行管理[1]、航运开发规划[2-3]等提供支撑。

航运系统运行是为货运需求服务，货运需求是航运研究的基础问题。国外对货运需求的研究更侧重于经济理论基础，先分析可代表货物生产和消费的经济指标，后根据生产和消费的空间分布研究区域间的贸易量[4]。在经济理论研究方面，比较有代表性的是克鲁格曼的新地理经济学理论[5-6]，该理论解释了各类生产活动地理格局背后的聚集力和分散力，为货物需求模型研究奠定了基础。模型研究方面主要包括三类模型，即空间结构模型[7]、投入产出模型[8]和一般均衡模型[9]。国内对货运需求的研究侧重于水路货运量、铁路货运量、港口吞吐量等与各种经济指标之间的函数关系。如基于时间序列外延模型[10-11]、BP神经网络预测模型[12-13]、灰色模型[14-15]、系统工程预测模型[16]、四阶段预测模型[17]。然而，货运需求的经济驱动过程需考虑国家经济发展和自然资源等因素，国外的模型较难适用于国内，而国内尚无相关研究，航运需求预测仍需深入研究。

云南省独特的区位优势以及丰富的水资源使得其航运发展问题一直备受学者关注。本文基于统计数据，从经济驱动的角度出发，以云南省航运为例预测航运需求量，分析国内和国际航运需求发展情况，为航运开发战略提供支撑。

一、数据来源及建模方法

(一)贸易引力模型

数据来源。数据时段为2000—2015年，不同交通方式的货运量、GDP和进出口总额来源于《云南统计年鉴》，与其他省份间的货运交流量来源于《中国交通年鉴》。采用对比分析法，将云南与全国数据对比，分析云南省内河航运的现状发展水平。将云南省航运需求预测分为国内和国外两类，并引入引力模型。

建模方法。贸易引力模型最早起源于万有引力模型，在万有引力模型中，两物体之间的引力与物体的质量成正比，与两者之间的距离成反比。学者研究贸易相关问题时，发现两地区间的贸易量也有类似关系，即贸易量与地区的经济状况成正比，与两地区之间的距离成反比。随着贸易引力模型的不断完善，其准确性得到验证，越来越多的学者对贸易引力模型展开研究[18-19]。

本文将基于上述引力模型来预测云南的对外贸易，模型的基本形式为

式中：Tij表示区域i与区域j之间的总货运量或者总贸易额；GDPi、GDPj分别表示区域i、j的国民经济生产总值；Dij表示区域i、j之间的距离，取云南省会昆明与其他省份省会之间的直线距离；C、β1、β2、β3为模型参数。

(二)投入产出模型

数据来源。本模型采用的经济数据包括全社会范围内各经济部门与各生产部门等相互联系的数据集，如地区生产总值(GDP)、分地区人均收入、分产业GDP、投入产出表等；货运数据则主要包括公铁水运输量、货物运输线路长度、货物周转量、公铁水货物交流量(OD)等。本文采用2012年的投入产出表以及各年份的公铁水货物交流数据。

国家地区间货物交流表中包含各省的发送量与到达量，根据此表可确定云南省货运量与发送量、到达量之间的关系。本文采用中国统计年鉴与中国交通年鉴公布的1997—2015年铁路国家地区间货物交流表，部分年份的公路、水路OD交流数据较欠缺，为完善公路、水路交流数据，通过估算求得。未来年份各省份GDP的预测则结合实际，考虑国家最新发展趋势及政策，具体预测年份为2020、2025、2030年。根据《中国宏观经济分析报告》在“21世纪上半叶中国经济长期预测”中预测我国2010—2030年每10年的平均增长率，余下省份2020、2025、2030年的GDP则根据该报告提供的年平均增长率来预测。

建模方法。投入产出模型是一种基于投入产出表的模型，该模型主要描述了各个部门在经济活动过程中消耗和产出之间的关系，并用数学模型的方式具体表达出来，简化了经济体系中各部门之间复杂的关系，根据这种关系即可用于分析预测某一部门的产出量与需求量，是目前应用较为广泛的经济数学模型。

模型中用到的投入产出表是一种分析研究并反映社会再生产过程中各领域之间、国民经济各部门之间及其与国际间的技术经济联系的重要工具，它以矩阵形式描述国民经济各部门在一定时期(一般为一年)生产经营活动的投入来源和产品使用去向，揭示社会经济系统各部门之间投入与产出的相互依存关系。

本模型利用投入产出表区域间的货物交流表预测出云南省目标年份的货运价值量，利用价值转化关系，将货运价值量转化为货运实物量，再利用水路货运量的分配模型确定水运量占比，用云南省货运实物量乘以未来年份的水运量占比即可求得目标年份的航运需求。

二、云南省航运经济现状分析

(一)航道现状分析

云南省是国内水系最多的省份，地跨长江、红河、怒江、澜沧江、珠江、伊洛瓦底江六大水系，河流总长14 200公里，可开发利用的航道里程近9500公里，另有天然湖泊40多个和各型水库5500多座。但云南省工业基础较差，开发难度较大，目前仅有内河通航里程4200公里，为河流全长的29.57%，航道等级较低，基础设施落后。

(二)港口现状分析

截至2016年底，云南省共有12个港口，港区28个，192个港口泊位，港口较多，但港口分布较为分散，且规模相比其他水运发达省份较小，省内货物吞吐量较高的港口主要包括昭通港、思茅港、景洪港、大理港、临沧港等，其余港口码头多是为解决库湖区老百姓的生产、生活、出行问题，规模较小，设施简易，吞吐量较少，且又布局分散。

(三)经济环境分析

2015年，云南省的国民生产总值在全国31个省市中排在23位，相较于全国平均水平而言较低，同比增长8.7%，高于全国1.7个百分点。

云南作为“一带一路”的重要节点，造就了其独特的战略地位。在世界地域分布中，云南是亚洲地区的地理中心，省会城市昆明是亚洲五小时航空圈的中心，也是南北泛亚铁路等国际大通道与东西方向联系亚非欧三大洲、贯通三大洋的新亚欧大陆桥的重要交通枢纽。面对“一带一路”带来的挑战与机遇[20]，其他省份都在着重发展水运方面的建设[21]，云南拥有独特的地理优势，水运发展潜力巨大。

从对外贸易看，进出口贸易总额相对较高的省市区域主要集中在我国东部沿海地区。云南对外经济发展水平较国内其他省份并不突出，94个国家与云南有贸易交流，但主要都集中在亚洲地区，云南与亚洲国家的贸易额每年占其对外贸易总额的一半以上，且主要集中在与云南接壤的周边国家与几个发达国家。

(四)货运现状分析

云南省货运总量总体上保持增长态势。我国历年的主要货运方式是公路运输，公路运输的货运量所占比例十分大。水路货运量占比和铁路货运量占比相差不大，并且从2010年开始水路货运量占比略大于铁路货运量占比。但是云南的水路货运量占比历年来都远远小于全国水路货运量占比，2000—2015年，全国水路运输货运量的年平均比例约为11.58%，而云南的水路运输货运量占比仅为0.49%。由此可知，多年来云南省航运水平一直远远低于全国平均水平。

三、贸易引力模型率定及预测

(一)国内航运需求

目前云南省与我国其他省份之间的水运量数据较为缺乏，不能直接预测水路货运量，而铁路货运量数据收集比较全，且从航运现状可以分析出来，云南不同运输方式货运量比重基本保持不变。因此，本文假设云南省每年与国内其他省份的水路货物交流总量同云南省与其他省份铁路货物交流总量成固定比例，通过预测云南省与其他省份之间的铁路货运量，得出云南省与其他省份之间的水运货运量预测值。根据2000—2015年云南省与其他省份的铁路货运量，建立引力模型，预测未来云南省与其他省份的铁路货运量。根据与云南铁路货运量交流数量，将各省份分为三个梯队分析。第一梯队为广西、四川、广东、贵州；第二梯队为新疆、江苏、河北、重庆、湖南、陕西、山东、湖北、河南；第三梯队为海南、北京、宁夏、天津、内蒙古、辽宁、青海、山西、安徽、福建、吉林、上海、浙江、黑龙江、江西、甘肃。

模型参数率定。将2000—2015年同一梯队的GDP数据、云南省与这些省份的距离以及铁路货运量作为模型的样本数据进行回归分析，得出参数C、β1、β2、β3的值，结果见表1。

模型率定效果。将各个梯队以及总量的计算货运量与实际货运量拟合对比，拟合效果较好，此模型可用于预测这些地区未来的货运量。

预测分析。通过引力模型可预测出2020、2025、2030年云南省与其他省份的铁路货运总量。根据比例关系得出云南省与其他省份之间的水运货运量预测值，预测结果见表2。

(二)国际航运需求

同样，由于目前云南省与境外港口间的水运量数据较为缺乏，根据云南省每年的水路货物量与境外国家的贸易额之间的固定比例，通过预测云南与境外国家的贸易额，预测云南省同境外的水路货运量。

根据云南省统计年鉴中2000—2015年云南省的进出口额，选取与云南省贸易金额最多的20个国家或地区，并根据贸易额的数值分为三个梯队，第一梯队为缅甸和中国香港；第二梯队有老挝、越南、泰国、马来西亚、印度尼西亚、美国；第三梯队是柬埔寨、印度、新加坡、巴西、菲律宾、俄罗斯、日本、澳大利亚、韩国、巴基斯坦、沙特阿拉伯、德国。

模型参数率定。将2000—2015年同一梯队区域的GDP数据、云南省与这些区域的距离以及贸易额作为样本数据进行回归分析，得出模型参数C、β1、β2、β3的值，结果见表3。

模型率定效果。将各个梯队以及总量的计算贸易额与实际贸易额拟合对比，拟合效果较好。

预测分析。通过贸易引力模型预测2020、2025、2030年云南省与这些国家或地区的计算贸易总额，其中国家或地区未来年份的GDP通过近年来稳定的增长率得到。通过云南与境外国家或地区的贸易额，预测云南省同境外的水路货运交流量，每一年的贸易额对应一年的水路货运量，按照这个比例关系，可以得到云南省未来年份与境外的水运货物交流量，预测结果见表4。

四、投入产出模型率定及预测

(一)区域间货物价值量的计算

为实现云南省未来年份的货运总价值量的计算，需要先预测未来各省份地区的产业结构变化情况，再将当前已知年份的区域间投入产出表扩展为预测年份的投入产出表，具体步骤如下。

第一步，通过各省2012年总产出X求得2012年分地区42个产业部门的增加值。根据区域间投入产出原理，给出列平衡关系，表示为

X=XA+N，

式中，A表示分地区产品直接消耗系数，X为各区域、部门的总产出值，N是各区域、部门的增加值。该式建立了总产出与国民经济42个部门增加值之间的联系，体现了初始投入增加引发的总产值增加，再基于2012年分地区投入产出表，即可求得2012年各省各部门增加值。

第二步，确定2012年各省各部门增加值占相应省份GDP的比例。由于分地区GDP与分地区42个部门增加值之间存在如下关系：某省的GDP等于该省42个部门相应增加值的合计。每个省单独来看，用2012年各省各行业的增加值除以各省2012年的GDP即可确定该比例。

第三步，预测未来年份各省的GDP值。

第四步，确定未来年份各省各部门的增加值。将未来年份各省的GDP预测值乘以增加值占GDP的比例，即可求得未来年份各省各部门的增加值。

第五步，基于未来年份各省各部门增加值N，根据直接消耗系数稳定性，假设一定时期内直接消耗系数固定不变，可得未来年份各省各部门的总产出X。

基于投入产出行系数模型，确定未来年份的区域间投入产出表，得到

CAX+CF+E-M=X，

其中，CAX代表未来年份区域间投入产出表的中间使用部分，CF为最终使用部分，E代表出口，M表示进口，X表示总产出。未来年份区域间投入产出表的中间使用部分代表全国各省各部门间的货运价值流量。沿着未来年份区域间投入产出表中间使用部分的行方向看，表示某省某部门发送至其他省份的货运价值量；沿着表格列方向看，表示某省某部门接收来自其他省份的出发量。云南省的货运量即等于该发送量加上到达量减去自身量，据此可完成对云南省未来年份货运总价值量的预测。

(二)货物价值量向实物量的转化

图1 2012年云南发送量计算值与实测值对比

各个部门的货物运输所消耗价值量的计算是根据运输的实际货运量乘上各个部门的运输价格得出，本文假设：在各个部门内部，将主要的货物运输价格作为该部门整体的货运价格，同一部门仅有这一个价格。投入产出表将国民经济划分为42个部门，每个部门对应的产品价格间存在着差异性，由于区域间经济发展不平衡，不同省份相同部门同一产品的价格同样存在不均匀性，这种不均匀性用各省价格不均匀系数、人均GDP与人均收入表示。利用价值量(万元)=价格(元/吨)*实物量(万吨)的平衡关系，将计算所得的各省各部门价值流量按照固定的价格关系转化为实物流量，利用实物流量对模型进行率定与验证，结果如图1、图2所示。

图2 2012年云南到达量计算值与实测值对比

(三)水路货运量的分配模型

利用投入产出模型得到的货运量为全社会的总货运量，水运货运量只占其中一部分。为得到水运量占总货运量的比重，需分析公、铁、水三种运输方式的运量，发掘影响水运占比的因素。

从公铁水路运输比重来看：水运量比重增速平稳，近五年增速放缓，从9%增加至15%，总体增加了三分之二；公路货运量比重较大，且基本稳定在77%左右；铁路货运量比重前期相对平稳，近几年明显下降，从2005年以前的15%降至2016年的8%，总体减少了近二分之一。总体来看，区域贸易产生的空间距离不断增加，大宗货物长距离运输多选择运费更便宜的水路，而区域内的短距离货运主要选择时间更短的公路，铁路在货物运输中的竞争力不断下降，导致水运和公路的货运量增长、铁路的货运量降低。

对比长江经济带11个省市2012—2016年公路、铁路、水路运量现状，可以发现水运比重较大的地区，其航道水深往往也较大。本文建立一个水运竞争力的经验模型，即水路竞争的货运比例与航道水深相关，讨论航道水深与水运量比重的关系，能更直观反映并量化航道等级提升引起的水运竞争力的增加。

以2013—2015年各省水运占比和航道水深数据进行率定，率定所得的经验模型为W=0.04H-0.03，其中W表示水运比重，H表示航道水深。通过未来年份云南省航道水深的变化趋势模拟出未来年份云南省的水运比重。最终用投入产出模型得到云南省水运量预测结果，如表5所示。

五、结语

经济条件与航运需求之间有着密不可分的联系，本文建立了两个基于经济驱动的航运需求预测模型，以云南省为例，模拟结果表明模型可靠，为航运需求提供了有效的预测方法。其中，国内航运需求可采用引力模型和投入产出模型计算，一般不存在国际间投入产出表，故国际航运需求可采用引力模型计算。基于两种模型的预测，云南省2030年的国内航运需求，贸易引力模型结果为1132.56万吨，投入产出模型结果为950.50万吨，两者之间的差距并不大。由于预测的不确定性，可采用二者平均值代表最终预测结果。

通过对云南省航运需求的预测分析可知，云南省航运需求在经济驱动下潜力较大，为应对未来航运能力能满足航运需求，云南省乃至长江上游地区应优化航运基础设施，提升航道等级。此外，云南省毗邻的周边国家或地区的航运，如伊洛瓦底江航运亦应同步开发，以满足日益增长的国际航运需求。