防城港钢铁基地20万吨级矿石码头船型综合经济论证

（1.中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北武汉430071；2.武汉理工大学，湖北武汉430063）

摘要：随着经济全球化和船舶大型化趋势的增加，沿海散货码头的设计等级逐步提高。在可行性研究阶段，为了确定防城港钢铁基地矿石码头的靠泊等级，根据货种、流量和流向，结合国外装船港的条件以及世界矿石运输船队的构成和发展趋势进行分析，依次从多航线配船、运输系统的角度，采用必要费率（RFR）指标对船型进行经济论证。从运输系统的角度综合考虑，在给定的运量、航道和航线运量配比条件下，防城港钢铁基地项目2个20万吨级矿石码头的运输系统能取得最佳经济性。建议建设2个20万吨级铁矿石泊位。此方法可供同类大型码头设计参考。关键词：矿石码头；航线配船；非线性规划；运输系统；船型论证

1 工程概述

武钢与柳钢于2005年12月实施重组发起设立广西钢铁（集团）有限公司。武钢与柳钢联合重组后结合柳钢异地改造，相应淘汰现有落后产能，在广西防城港建设现代化钢铁项目。防城港钢铁基地项目的规模为1 000万t钢，设计年产铁850万t、钢（坯）920万t、钢材860万t，项目年总运量为5 721万t（含柳钢运输量650万t），其中水路运量3 488万t，其中铁矿石进港量2 078万t（含柳钢600万t）。为了解决项目原料和成品的集疏运问题，拟在防城港企沙港区建设配套的专用码头[1]。2009年9月完成码头工程可行性研究报告[1]（含矿石码头船型论证专题报告[2]）。2012年5月防城港钢铁基地项目获得国家发改委核准，2015年码头初步设计获交通运输部批复[3]，建设内容包含20万吨级（水工结构按靠泊25万吨级散货船设计）矿石码头2个。2016年先期建成1个20万吨级（水工结构按靠泊25万吨级设计）矿石码头。

在可行性研究阶段，为了确定矿石码头的靠泊等级，根据货种、流量和流向，结合国外装船港的条件以及世界矿石运输船队的构成和发展趋势进行分析，依次从多航线配船、运输系统（船舶、港口、航道）的角度，采用必要费率（RFR）指标对拟建码头的设计船型进行经济论证。此方法可供同类大型码头设计参考。

2 基础数据

由于市场与政策的原因，本码头前期工作的时间跨度很长。数据的基准年为2008年。当时防城港渔澫港区20万吨级矿石码头已建成投产，与之配套的15万吨级航道工程尚在建设中。

选取澳大利亚、巴西、南非和印度为铁矿石输出地，主要考虑下列4条航线：澳大利亚丹皮尔港—防城港、巴西图巴朗港—防城港、南非萨尔达尼亚湾港—防城港、印度维沙卡帕特南港—防城港。

国外铁矿石输出港当时的限制条件见表1。

表1 铁矿石输出港的限制条件
Table 1Restrictive conditions of the iron ore loading ports

序号港口最大船型（万吨级）1澳大利亚丹皮尔港25 2巴西图巴朗港30 3南非萨尔达尼亚湾港25 4印度维沙卡帕特南港10

根据运输方式，选取船型经济论证方案如下：

巴西图巴朗港—防城港航线，船型分别为30万吨级、25万吨级、20万吨级和15万吨级，运距约12 000 n mile；

南非萨尔达尼亚湾港—防城港航线，船型同上，运距约7 100 n mile；

澳大利亚丹皮尔港—防城港航线，船型分别为25万吨级、20万吨级、15万吨级和10万吨级，运距约为3 000 n mile；

印度维沙卡帕特南港—防城港航线，船型分别为10万吨级、7万吨级、5万吨级，运距约2 820 n mile。

主要营运和经济计算参数：

1）营运率：90%（330 d）；

2）装载率：单程满载，单程空载；

3）铁矿石年总运量2 078万t，货源配比取值为澳大利亚40%、巴西30%、南非20%、印度10%，对应的年运量分别为831万t、623万t、416万t、208万t。

3 船队经济性计算与比选

先编程上机计算各方案单一航线的必要费率[4-5]，结果表明：船型最大者为优。

再分析航线配船的经济性。航线配船是在必须完成年货运量的前提下，寻求船型最佳搭配，使得整个船队的必要费率较小。它采用非线性规划方法[6]，在计算过程中对各船型进行取整搭配，使剩余运力最小，即让船队年运输能力最接近必须完成的年货运量。

先分析单一航线货源的配船，即在由某一航线单独承担总运量的情况下，合理安排各船型的搭配。计算表明：巴西航线的船队应以20万吨级、25万吨级散货船运输为主。

再分析定配比下多航线船队的配船。在年总运量2 078万t的条件下，考虑多航线配船，即由澳大利亚、巴西、南非和印度航线分别承担总运量的情况下，合理安排各船型的搭配。

经编程上机计算，定配比下多航线配船的结果如下：

1）巴西图巴朗港—防城港航线的矿石运输船队，年运量623万t，从运输成本最低的角度出发，应考虑选择6艘20万吨级和1艘15万吨级散货船运输。

2）澳大利亚丹皮尔港—防城港航线的矿石运输船队，年运量831万t，考虑选择2艘20万吨级、1艘15万吨级散货船运输。

3）南非萨尔达尼亚湾港—防城港航线的矿石运输船队，年运量416万t，考虑选择2艘25万吨级和1艘20万吨级散货船运输。

4）印度维沙卡帕特南港—防城港航线的矿石运输船队，年运量208万t，考虑选择10万吨级和5万吨级散货船各1艘运输。

具体船队构成方案及费率见表2。

表2 多航线船队构成方案及必要费率
Table 2The schemes of multi-routing fleet composition and their RFRs

航线方案船队必要费率/（元·t-1）30万吨级25万吨级20万吨级1 5 0 0船队构成/艘15万吨级10万吨级7万吨级5万吨级巴西图巴朗港—防城港（年运量623万t）澳大利亚丹皮尔港—防城港（年运量831万t）97.18 2 0 5 0 95.09 3 0 0 6 93.84 4 0 0 0 102.50 5 0 4 1 93.58 6 0 3 1 96.33 1 0 2 29.51 2 1 1 30.21 3 2 0 31.51 4 0 0 32.95 5 0 1 33.19 6 0 0 37.14南非萨尔达尼亚湾港—防城港（年运量416万t）1 1 0 1 62.39 2 0 2 0 62.86 3 0 0 3 59.39 4 0 0 0 65.59 1 45.57 2 49.31 3 48.61 4 65.06 0 1 1 9 1 3 1 0 0 3 1 0 1 1 0 4 0 1 1 1 2 5印度维沙卡帕特南港—防城港（年运量208万t）1 0 1 0 2 0 2 0 0 0 0 3

4 运输系统经济性计算与比选

按运输系统（船舶、码头、航道、货物）的综合必要费率指标进行比选，综合必要费率最小的方案即为最优方案。考虑到铁矿石的货值不大，为简化计算，货值利息必要费率忽略不计。

根据运量、航线和发送港的装运条件，结合比选结果，巴西航线的可选船型最大。在多条航线的船靠泊同一个泊位的前提下，矿石码头的等级取决于巴西航线的最大船型，与其他航线的最大船型无关。在单一货源航线和定配比情况下分别对巴西航线进行运输系统论证，结果见表3、表4。可见，单独考虑巴西航线运输系统，2个20万吨级铁矿石码头及相匹配的船队能达到运输系统的最佳经济性。

表3 单一货源巴西航线各方案综合必要费率
Table 3Overall RFRs of the schemes for Brazilian route from a single source of goods

航线船型组合码头必要费率/（元·t-1）航道必要费率/（元·t-1）29.22 12.80 143.32 31.30 12.80 145.40 25万吨级15艘、20万吨级4艘28.43 6.96 136.79 29.73 7.02 138.15 20万吨级21艘、15万吨级2艘27.99 2.64 132.43 20万吨级11艘、15万吨级15艘26.50 2.53 134.63 15万吨级30艘25.59 0.74 138.00注：矿石码头有2个泊位，30/10表示30万吨级和10万吨级泊位各1个。30万吨级14艘、20万吨级及15万吨级各1艘101.30 101.30 101.40 101.40码头等级30/10 30/15 25/10 25/15 20/20 20/15 15/15船舶必要费率/（元·t-1）101.80 105.60 111.67巴西图巴朗港—防城港（年运量2 078万t）综合必要费率/（元·t-1）

表4 定配比巴西航线各方案综合必要费率
Table 4Overall RFRs of the schemes for Brazilian route with a given route shipping ratio

航线船型组合码头必要费率/（元·t-1）航道必要费率/（元·t-1）综合必要费率/（元·t-1）30万吨级4艘、15万吨级1艘29.22 12.80 143.88 31.30 12.80 145.96 25万吨级4艘、20万吨级2艘28.43 6.96 138.38 29.73 7.02 139.75 20万吨级6艘、15万吨级1艘27.99 2.64 132.93 20万吨级4艘、15万吨级4艘26.5 2.53 135.43 15万吨级9艘25.59 0.74 137.99注：矿石码头有2个泊位，30/10表示30万吨级和10万吨级泊位各1个。巴西图巴朗港—防城港（年运量623万t）码头等级30/10 30/15 25/10 25/15 20/20 20/15 15/15船舶必要费率/（元·t-1）101.86 101.86 103.00 103.00 102.30 106.40 111.67

多航线定配比条件下运输系统各方案的综合必要费率见表5。由此可见，综合考虑多航线铁矿石运输系统，2个20万吨级铁矿石码头及相匹配的船队仍能达到运输系统的最佳经济性。

表5 运输系统各方案综合必要费率
Table 5Overall RFRs of the schemes for transportation system

序号码头等级航线各航线船舶必要费率/（元·t-1）船舶综合必要费率/（元·t-1）码头必要费率/（元·t-1）70.48 25.59 0.74 96.81南非71.71澳大利亚44.45印度48.48 1 15/15巴西102.29 60.97 27.99 2.64 91.59南非62.89澳大利亚32.13印度48.48巴西111.69巴西104.03 3 25/10 62.33 28.43 6.96 97.71 2 20/20南非65.54澳大利亚32.92印度48.48 62.33 29.73 7.02 99.09巴西104.03 4 25/15南非65.54澳大利亚32.92印度48.48巴西106.4 64.82 26.5 2.53 93.85 5 20/15南非65.7澳大利亚37.27印度48.48巴西101.08 7 30/10 60.47 29.22 12.79 102.49南非60.67澳大利亚32.92印度48.48巴西101.08 60.47 31.30 12.79 104.57南非60.67澳大利亚32.92印度48.48注：矿石码头有2个泊位，15/15表示15万吨级和15万吨级泊位各1个。航道必要费率/（元·t-1）综合必要费率/（元·t-1）6 30/15

5 结语

在项目可行性研究阶段，为了确定矿石码头的靠泊等级，根据货种、流量和流向，结合国外装船港的条件以及世界矿石运输船队的构成和发展趋势进行分析，依次从多航线配船、运输系统的角度，采用必要费率（RFR）指标对拟建码头的设计船型进行经济论证。

主要结论如下：

1）根据国外装船港条件、散货船船队构成和发展趋势以及定配比下的年运量，防城港钢铁基地项目铁矿石运输船队的经济船型如下：巴西航线、澳大利亚、南非航线以20万吨级散货船运输为主，印度航线以10万吨级散货船运输为主。

2）从运输系统的角度综合考虑，在给定的运量、航道和航线运量配比条件下，防城港钢铁基地项目2个20万吨级矿石码头的运输系统能取得最佳经济性。

因此，建议建设2个20万吨级矿石泊位。

由于国内外钢铁市场持续不景气，业主决定先期只建1个20万吨级矿石泊位，暂时不考虑柳钢600万t/a的运量。

参考文献：

[1]防城港钢铁基地项目专用码头工程工程可行性研究报告[R].武汉：中交第二航务工程勘察设计院有限公司，2009.

The feasibility study report of the special terminals for the iron and steel base in Fangcheng Port[R].Wuhan:CCCC Second Harbor Consultants Co.,Ltd.,2009.

[2]防城港钢铁基地项目专用码头工程工程可行性研究专题报告专题一：船型论证[R].武汉：中交第二航务工程勘察设计院有限公司，2009：12-42.

Special report 1 for the feasibility study report of the special terminals for the iron and steel base in Fangcheng Port:ship type demonstration[R].Wuhan:CCCC Second Harbor Consultants Co.,Ltd., 2009:12-42.

[3]交通运输部.关于防城港钢铁基地项目专用码头初步设计的批复[Z].北京，2015.

Ministry of Transport.Reply of the preliminary design of the special terminals for the iron and steel base in Fangcheng Port[Z].Beijing,2015.

[4]张德洪，顾家骏.运输船舶船型技术经济论证方法[M].2版.北京：人民交通出版社，1989：97-104，207-209.

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[5]王彩当.内河船型技术经济论证[M].北京：人民交通出版社，1996：369-378.

WANG Cai-dang.Technical and economic demonstration of inland river ship type[M].Beijing:China Communications Press,1996: 369-378.

[6]XIE Xin-lian,JI Zhuo-shang,YANG Yu.Nonlinear programming for fleet planning[J].International Shipbuilding Progress,1993,40 (1):93-103.

Comprehensive economic demonstration of 200 000-dwt-class ore terminals for the iron and steel base in Fangcheng Port

LU Bi-xiang1,CAI Wei2
（1.CCCC Second Harbor Consultants Co.,Ltd.,Wuhan,Hubei 430071,China; 2.Wuhan University of Technology,Wuhan,Hubei 430063,China）

Abstract：With the growing trends of the economic globalization and the upsizing of ship,the design classes of coastal bulk cargo terminals are gradually increasing.At the stage of the feasibility study,in order to determine the berthing grade of the ore terminals for the iron and steel base in Fangcheng Port,according to the kinds of goods,quantity and directions,combined with an analysis about the conditions of foreign loading ports,the world ore fleet's structure and development trend,successively from the perspectives of ship routing and transportation system,the article makes economic demonstrations on the ship types, with an indicator of the required freight rate(RFR).With a comprehensive consideration from the perspective of the transportation system,the transportation system of the two 200 000-dwt-class ore terminals for the iron and steel base in Fangcheng Port can get the best economic performance under the given conditions of the freight volume,the channel and the route shipping ratio.The construction of the two 200 000-dwt-class ore terminals was proposed.This method can be used as reference for the design of similar large terminals.

Key words：ore terminal;ship routing;nonlinear programming;transportation system;ship type demonstration