非洲航運樞紐及網絡特征分析

顧曉潔，封學軍

（河海大學港航物流與綠色發展研究所，江蘇 南京 210098）

0 引言

非洲是我國“一帶一路”倡議的重要區域，總面積約3 000 萬km2，人口超13 億，由于大部分非洲國家的產業結構無法滿足本國需求，海運貿易對非洲經濟貿易發展至關重要，但其集裝箱港口系統處于全球航運網絡的邊緣地位[1]。近年來非洲航運業不斷發展的同時，行業集中度提升，局部區域內出現大型港口壟斷現象，由于競爭不充分，形成賣方市場，導致出現運輸費高昂等問題，制約了航運業的可持續發展。

當前對非洲航運網絡的研究主要集中于以下幾個方面：1）港口的績效評價與比較[2-3]；2）非洲港口間的競爭與發展[4-5]；3）非洲港口運營管理與投資吸引[6-7]。Notteboom[8]提出南非集裝箱港口系統可以從多港口模式轉型為大型樞紐港帶領小型港口的配置，并通過多標準分析（MCA）給出了樞紐港的備選地點；Fraser 等[1]認為為適應航運網絡的不斷發展，非洲航運網絡的功能地位需從邊緣地區轉移到一個更為中心的區域；Bouazza 等[9]提出，樞紐港的出現對非洲國家的區域經濟一體化及其融入世界貿易體系具有重要意義，在對比了非洲與全球港口的性能后，提出了樞紐港選址具體建議?，F有研究雖側重不同，但多著眼于對非洲航運網絡的局部分析，包括區域港口群性能評價及個別港口轉型建議等。針對非洲航運網絡的整體性分析缺乏深入討論，研究成果無法滿足未來發展需要，特別是中資企業在域內投資和運營的決策需求。

本文基于復雜網絡理論，運用TOPSIS 法[10]和多重流分析法[11]從非洲排名前20 位樞紐港口的分布判斷航運網絡的整體均衡性，通過與各洲的顯著流數量對比，提出未來域內航運網絡發展的重點，以期為“一帶一路”倡議的海上互聯互通戰略提供技術支撐。

1 基于復雜網絡的非洲航運網絡構建

利用復雜網絡理論確定樞紐港選擇指標，對非洲港口進行樞紐性能評價及選擇。

1.1 航運復雜網絡的構建

復雜網絡理論可以用于研究由多個事物組成且有相互連接關系的網絡問題，在非洲海運網絡構建中，以港口為網絡的節點，港口間的航線為邊。根據三大航運聯盟（2M、Ocean 聯盟、THE 聯盟）船公司官網提供的有關港口和航線的數據，非洲航運網絡包含152 個節點，相關航線143 條。

1.2 網絡指標和特征值

從自身特性、局部特性及整體特性對非洲航運網絡進行分析。其中：節點自身特性反映港口本身屬性，度值（Bi）為節點港口開辟的航線數；局部特性主要描述節點對其周圍鄰接節點的影響程度，包括聚類系數（Ji）反映節點港口周圍航線的聚集程度，特征向量中心性（Ti）反映節點港口鄰接節點在網絡中被連接的頻次；整體特性是對節點在整個網絡中的表現進行描述，包括中介中心性（Zi）反映1 個節點港口出現在網絡中最短路徑上的頻率，緊密中心性（Mi）用于度量從1 個給定起始節點港口到所有其他節點港口的平均距離。表1中a 值為非洲港口節點復雜網絡特征值（部分）。

表1 非洲部分港口節點復雜網絡特征值a 和TOPSIS 法相對貼近度bTable 1 Complex network eigenvalues a and TOPSIS method relative adjacent degree b for partial ports in Africa

2 基于TOPSIS 法的樞紐港選擇

2.1 TOPSIS 研究方法

TOPSIS 法是對有限對象進行相對優劣的評價的分析方法，能解決多屬性決策問題，通過構造評價問題的正、負理想解，可以根據每個方案到理想方案的相對貼近度（Hi），對所有方案進行評價。

運用TOPSIS 法對非洲海岸152 個港口進行評價，每個評價方案有5 個評價指標，分別是度值（Bi=ai1）、聚類系數（Ji=ai2）、特征向量中心性（Ti=ai3）、中介中心性（Zi=ai4）、緊密中心性（Mi=ai5），i=1，2，…，152，相對貼近度指標（Hi）計算過程為：

1）構造決策矩陣，A=[aij]m×n，m=152，n=5；

2）為去掉量綱，將矩陣A 規范化后得規范化矩陣B=[bij]m×n，其中；

3）計算第j 個指標的熵：

4）計算第j 個指標的熵權wj并對矩陣B 加權得加權規范矩陣C=[cij]m×n=[wj×bij]m×n；

5）得到正、負理想解：

6）計算各方案到正、負理想解的相對接近距離：

7）計算各方案的相對貼近度Hi，并按其大小排序，找出滿意解。

2.2 相對貼近度分析

在復雜網絡中，網絡特征值能反映節點在網絡中的重要程度。例如，港口的度值（Bi）越大，說明與之相連的節點越多，而連接關系越多，說明節點在網絡中的重要性越強。同理，其余特征值也是反映港口節點重要性程度的指標。TOPSIS分析法在綜合考慮了節點的多項重要性指標后，從中選取相對貼近度（Hi）前20 的重要節點[12]，代表非洲航運網絡的樞紐港，對其進行布局分析，見表1。其中：摩洛哥的丹吉爾港排名第一，TOPSIS 評價值為全非洲唯一超過0.8 的港口，達到0.821，但與理想狀態1.0 相比仍有偏差；排名第二的德班港評價值僅為0.569，至排名第四的阿比讓港評價值進一步降至0.5 以下；從排名第十的達米埃塔港起評價值都集中在0.3～0.4 之間。表明非洲主要樞紐港口發展水平總體偏低，且相互間呈現出斷層式發展格局。

3 基于多重流分析方法的樞紐港口影響力比較

非洲作為“一帶一路”的重要節點，深入推進航運業的發展，潛力巨大。多重流分析法[11]是研究網絡節點層次結構的一種方法，將節點間流量大于一定閾值的流定義為顯著流，認為這些具有顯著性聯系的流對網絡的空間結構影響很大，能夠反映節點在網絡中的地位。本文運用多重流分析法，依據第2 節TOPSIS 法計算得到的排名前20 的非洲航運網絡樞紐港口，分析其在網絡中的地位和影響力，即通過計算各港口節點承擔顯著流的數量來反映該節點在整個航運網絡中的地位。

3.1 研究方法

將港口之間聯系的緊密度抽象計算為港口間流量聯系。根據運力配置合理性原則，港口之間聯系越緊密，港口之間連邊的權值越大。港口間聯系的緊密程度計算過程如下：

將港口間聯系的緊密度作為一種抽象的聯系對港口間連邊加權，單一節點的出流w1，w2，…，wk根據從大（w1）到?。╳k）的順序輸入，根據港口節點的出流，計算各港口顯著流，過程如圖1 所示。

圖1 多重流分析法流程圖Fig.1 Flow chart of multiple flow analysis method

3.2 非洲航運網絡分析

在海運網絡中，雖然大型港口只占網絡的一部分，但航線經過大型港口的幾率更大，樞紐性質也更明顯。一般來說這些港口在網絡中往往具有更強的連通性，前述基于TOPSIS 法綜合考慮了港口的多屬性指標選取出的20 個樞紐港符合這一特性。

運用多重流分析法，非洲樞紐港口的承擔顯著流數量計算結果標注于圖2。其中：丹吉爾港（28）是顯著流唯一超過25 的港口，較大幅度領先第2 位、第3 位的達米埃塔港（17）和特馬港（16）；從排名第7 位的拉各斯港（9）開始顯著流數量都低于10，排名第20 位的路易港的顯著流數量只有3?？梢姌屑~港的顯著流數量差異較大且顯著流數量較多的港口較少，即全域范圍內缺少影響力較大的核心樞紐。

圖2 非洲航運網絡樞紐港分布Fig.2 Distribution of African maritime network hub ports

進一步分析非洲樞紐港口的空間分布：北非6 個，西非6 個，東非4 個，南非3 個，中非1個。北非和西非樞紐港數量相同，皆為6 個，北非樞紐港集中分布在摩洛哥與埃及，包含丹吉爾港和達米埃塔港這2 個顯著流較大的區域樞紐港口，西非樞紐港密集分布在幾內亞灣沿岸國家。東非、南非和中非樞紐港數量偏少，且域內缺少影響力較大、顯著流數量較多的頭部港口?？傮w看，非洲樞紐港口主要分布于西非和北非，區域間發展不平衡，呈現顯著的西密東疏、北強南弱的現象。

3.3 全球影響力分析

通過多重流分析法，進一步計算全球港口的承擔顯著流數量，可以研究非洲航運網絡在全球范圍內的影響力。根據全球航運網絡，選取各大洲承擔顯著流數量前20 的港口形成的集合代表全球海運網絡，結果如圖3 所示。

圖3 各洲樞紐港位次及其顯著流數量Fig.3 Hub port location and significant flow quantity of each continents

總體看，非洲樞紐港的承擔顯著流數量遠低于北美洲、歐洲和亞洲，與南美洲數量相近，略高于大洋洲。非洲前5 位的港口承擔顯著流數總數為89，與亞洲（229）、歐洲（164）及北美洲（159）前5 位的承擔顯著流總數差距明顯，說明非洲頭部樞紐港口的發展水平落后。與非洲相鄰的歐洲面積僅為其三分之一，人口僅約為非洲的一半，但由圖中趨勢線可發現其樞紐港整體水平相差巨大，足見非洲樞紐港整體落后的發展現狀。這主要是由于非洲的經濟發展現狀導致的基礎設施建設滯后，使其逐漸疲于應對新形勢下非洲海上貿易的可持續發展。而與非洲類似的南美洲也多為發展中國家，經濟發展水平落后，大洋洲國家數量少，澳大利亞和新西蘭占大陸面積的90%，且澳大利亞70%的國土處于干旱或半干旱地帶，航運發展有限，導致只有少量影響力較大的港口。歐洲，特別是西歐及北歐經濟發達，北美洲的加拿大和美國占域內較大范圍，且都是發達國家，洲際貿易需求量大，因而樞紐港數量較多。隨著“一帶一路”倡議的提出，中國已成為世界航線匯聚的中心，進一步促進亞洲樞紐港從規模和數量上都超過其他洲。世界航運整體呈現北美、歐洲、亞洲的大三角格局以及南美洲、大洋洲、非洲的次三角格局[13]。

從局部趨勢上看，非洲顯著流數量較多的樞紐港口是少數。排名第一的非洲港口的顯著流數量為29，相比于歐洲排名第一的港口的42、亞洲排名第一的50 與北美第一的36 也有一定差距，略高于南美洲的24 與大洋洲的19。觀察圖3 各折線趨勢，南美洲、大洋洲及非洲都呈現為少數大型樞紐港口帶領中小型港口發展的趨勢，3 條曲線均表現為首先快速下降，10 位后數值較為平緩，最后在到達20 位后數值都小于5。北美和歐洲的折線趨勢相近，洲內都存在一定數量的頭部樞紐港口，且皆先在6 位時快速下降，后平緩下降，20 位以后承擔顯著流數量都為15 以下。亞洲港口顯著流數量較其余各洲相比都較高，呈高位、平穩的下降趨勢。

從非洲未來發展的角度看，其應逐漸趨向當前北美與歐洲的海運網絡布局，在北非和西非增加頭部樞紐港口的數量和規模，在東非及南非擴大現有港口規模，發展更多大型樞紐港以縮小各區域差異，使樞紐港分布在地理范圍上整體更加均衡。既不破壞非洲現有樞紐港口格局，又能控制改擴建成本，使其在未來的發展中更好地輻射全球，以適應“一帶一路”倡議以來日益增長的海運需求。

4 結語

論文基于復雜網絡理論構建了非洲海運網絡，并運用TOPSIS 法綜合考慮非洲港口的網絡指標，從域內152 個港口中選取了相對貼近度前20 的樞紐港口，在此基礎上依據多重流分析法計算各樞紐港口的承擔顯著流數量以分析非洲海運網絡的現狀。通過比較各洲樞紐港的承擔顯著流趨勢線，明晰了非洲樞紐港在全球范圍內的影響力，并提出未來域內航運網絡發展的趨勢。主要結論包括：

1）從全球看，非洲港口整體發展水平落后，略高于南美洲和大洋洲的水平，但與歐亞和北美的差距明顯。

2）從域內看，非洲樞紐港口的影響力差異較大且大型樞紐港口的數量較少，海運網絡呈現西密東疏，北強南弱的空間格局。

3）從未來發展角度看，非洲應增加頭部樞紐港口的數量和規模并優化布局結構，其布局結構應逐漸趨向于歐洲及北美洲的整體布局。在不破壞現有港口布局結構的基礎上，在北非和西非發展更多大型樞紐港，在東非和南非發展更多樞紐港以縮小各區域差異，在滿足經濟性及合理性的前提下，使樞紐港口在整體地理范圍內分布更加均衡，輻射范圍更廣。