非洲航运枢纽及网络特征分析

顾晓洁，封学军

（河海大学港航物流与绿色发展研究所，江苏 南京 210098）

0 引言

非洲是我国“一带一路”倡议的重要区域，总面积约3 000 万km2，人口超13 亿，由于大部分非洲国家的产业结构无法满足本国需求，海运贸易对非洲经济贸易发展至关重要，但其集装箱港口系统处于全球航运网络的边缘地位[1]。近年来非洲航运业不断发展的同时，行业集中度提升，局部区域内出现大型港口垄断现象，由于竞争不充分，形成卖方市场，导致出现运输费高昂等问题，制约了航运业的可持续发展。

当前对非洲航运网络的研究主要集中于以下几个方面：1）港口的绩效评价与比较[2-3]；2）非洲港口间的竞争与发展[4-5]；3）非洲港口运营管理与投资吸引[6-7]。Notteboom[8]提出南非集装箱港口系统可以从多港口模式转型为大型枢纽港带领小型港口的配置，并通过多标准分析（MCA）给出了枢纽港的备选地点；Fraser 等[1]认为为适应航运网络的不断发展，非洲航运网络的功能地位需从边缘地区转移到一个更为中心的区域；Bouazza 等[9]提出，枢纽港的出现对非洲国家的区域经济一体化及其融入世界贸易体系具有重要意义，在对比了非洲与全球港口的性能后，提出了枢纽港选址具体建议。现有研究虽侧重不同，但多着眼于对非洲航运网络的局部分析，包括区域港口群性能评价及个别港口转型建议等。针对非洲航运网络的整体性分析缺乏深入讨论，研究成果无法满足未来发展需要，特别是中资企业在域内投资和运营的决策需求。

本文基于复杂网络理论，运用TOPSIS 法[10]和多重流分析法[11]从非洲排名前20 位枢纽港口的分布判断航运网络的整体均衡性，通过与各洲的显著流数量对比，提出未来域内航运网络发展的重点，以期为“一带一路”倡议的海上互联互通战略提供技术支撑。

1 基于复杂网络的非洲航运网络构建

利用复杂网络理论确定枢纽港选择指标，对非洲港口进行枢纽性能评价及选择。

1.1 航运复杂网络的构建

复杂网络理论可以用于研究由多个事物组成且有相互连接关系的网络问题，在非洲海运网络构建中，以港口为网络的节点，港口间的航线为边。根据三大航运联盟（2M、Ocean 联盟、THE 联盟）船公司官网提供的有关港口和航线的数据，非洲航运网络包含152 个节点，相关航线143 条。

1.2 网络指标和特征值

从自身特性、局部特性及整体特性对非洲航运网络进行分析。其中：节点自身特性反映港口本身属性，度值（Bi）为节点港口开辟的航线数；局部特性主要描述节点对其周围邻接节点的影响程度，包括聚类系数（Ji）反映节点港口周围航线的聚集程度，特征向量中心性（Ti）反映节点港口邻接节点在网络中被连接的频次；整体特性是对节点在整个网络中的表现进行描述，包括中介中心性（Zi）反映1 个节点港口出现在网络中最短路径上的频率，紧密中心性（Mi）用于度量从1 个给定起始节点港口到所有其他节点港口的平均距离。表1中a 值为非洲港口节点复杂网络特征值（部分）。

表1 非洲部分港口节点复杂网络特征值a 和TOPSIS 法相对贴近度bTable 1 Complex network eigenvalues a and TOPSIS method relative adjacent degree b for partial ports in Africa

2 基于TOPSIS 法的枢纽港选择

2.1 TOPSIS 研究方法

TOPSIS 法是对有限对象进行相对优劣的评价的分析方法，能解决多属性决策问题，通过构造评价问题的正、负理想解，可以根据每个方案到理想方案的相对贴近度（Hi），对所有方案进行评价。

运用TOPSIS 法对非洲海岸152 个港口进行评价，每个评价方案有5 个评价指标，分别是度值（Bi=ai1）、聚类系数（Ji=ai2）、特征向量中心性（Ti=ai3）、中介中心性（Zi=ai4）、紧密中心性（Mi=ai5），i=1，2，…，152，相对贴近度指标（Hi）计算过程为：

1）构造决策矩阵，A=[aij]m×n，m=152，n=5；

2）为去掉量纲，将矩阵A 规范化后得规范化矩阵B=[bij]m×n，其中；

3）计算第j 个指标的熵：

4）计算第j 个指标的熵权wj并对矩阵B 加权得加权规范矩阵C=[cij]m×n=[wj×bij]m×n；

5）得到正、负理想解：

6）计算各方案到正、负理想解的相对接近距离：

7）计算各方案的相对贴近度Hi，并按其大小排序，找出满意解。

2.2 相对贴近度分析

在复杂网络中，网络特征值能反映节点在网络中的重要程度。例如，港口的度值（Bi）越大，说明与之相连的节点越多，而连接关系越多，说明节点在网络中的重要性越强。同理，其余特征值也是反映港口节点重要性程度的指标。TOPSIS分析法在综合考虑了节点的多项重要性指标后，从中选取相对贴近度（Hi）前20 的重要节点[12]，代表非洲航运网络的枢纽港，对其进行布局分析，见表1。其中：摩洛哥的丹吉尔港排名第一，TOPSIS 评价值为全非洲唯一超过0.8 的港口，达到0.821，但与理想状态1.0 相比仍有偏差；排名第二的德班港评价值仅为0.569，至排名第四的阿比让港评价值进一步降至0.5 以下；从排名第十的达米埃塔港起评价值都集中在0.3～0.4 之间。表明非洲主要枢纽港口发展水平总体偏低，且相互间呈现出断层式发展格局。

3 基于多重流分析方法的枢纽港口影响力比较

非洲作为“一带一路”的重要节点，深入推进航运业的发展，潜力巨大。多重流分析法[11]是研究网络节点层次结构的一种方法，将节点间流量大于一定阈值的流定义为显著流，认为这些具有显著性联系的流对网络的空间结构影响很大，能够反映节点在网络中的地位。本文运用多重流分析法，依据第2 节TOPSIS 法计算得到的排名前20 的非洲航运网络枢纽港口，分析其在网络中的地位和影响力，即通过计算各港口节点承担显著流的数量来反映该节点在整个航运网络中的地位。

3.1 研究方法

将港口之间联系的紧密度抽象计算为港口间流量联系。根据运力配置合理性原则，港口之间联系越紧密，港口之间连边的权值越大。港口间联系的紧密程度计算过程如下：

将港口间联系的紧密度作为一种抽象的联系对港口间连边加权，单一节点的出流w1，w2，…，wk根据从大（w1）到小（wk）的顺序输入，根据港口节点的出流，计算各港口显著流，过程如图1 所示。

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

3.2 非洲航运网络分析

在海运网络中，虽然大型港口只占网络的一部分，但航线经过大型港口的几率更大，枢纽性质也更明显。一般来说这些港口在网络中往往具有更强的连通性，前述基于TOPSIS 法综合考虑了港口的多属性指标选取出的20 个枢纽港符合这一特性。

运用多重流分析法，非洲枢纽港口的承担显著流数量计算结果标注于图2。其中：丹吉尔港（28）是显著流唯一超过25 的港口，较大幅度领先第2 位、第3 位的达米埃塔港（17）和特马港（16）；从排名第7 位的拉各斯港（9）开始显著流数量都低于10，排名第20 位的路易港的显著流数量只有3。可见枢纽港的显著流数量差异较大且显著流数量较多的港口较少，即全域范围内缺少影响力较大的核心枢纽。

图2 非洲航运网络枢纽港分布Fig.2 Distribution of African maritime network hub ports

进一步分析非洲枢纽港口的空间分布：北非6 个，西非6 个，东非4 个，南非3 个，中非1个。北非和西非枢纽港数量相同，皆为6 个，北非枢纽港集中分布在摩洛哥与埃及，包含丹吉尔港和达米埃塔港这2 个显著流较大的区域枢纽港口，西非枢纽港密集分布在几内亚湾沿岸国家。东非、南非和中非枢纽港数量偏少，且域内缺少影响力较大、显著流数量较多的头部港口。总体看，非洲枢纽港口主要分布于西非和北非，区域间发展不平衡，呈现显著的西密东疏、北强南弱的现象。

3.3 全球影响力分析

通过多重流分析法，进一步计算全球港口的承担显著流数量，可以研究非洲航运网络在全球范围内的影响力。根据全球航运网络，选取各大洲承担显著流数量前20 的港口形成的集合代表全球海运网络，结果如图3 所示。

图3 各洲枢纽港位次及其显著流数量Fig.3 Hub port location and significant flow quantity of each continents

总体看，非洲枢纽港的承担显著流数量远低于北美洲、欧洲和亚洲，与南美洲数量相近，略高于大洋洲。非洲前5 位的港口承担显著流数总数为89，与亚洲（229）、欧洲（164）及北美洲（159）前5 位的承担显著流总数差距明显，说明非洲头部枢纽港口的发展水平落后。与非洲相邻的欧洲面积仅为其三分之一，人口仅约为非洲的一半，但由图中趋势线可发现其枢纽港整体水平相差巨大，足见非洲枢纽港整体落后的发展现状。这主要是由于非洲的经济发展现状导致的基础设施建设滞后，使其逐渐疲于应对新形势下非洲海上贸易的可持续发展。而与非洲类似的南美洲也多为发展中国家，经济发展水平落后，大洋洲国家数量少，澳大利亚和新西兰占大陆面积的90%，且澳大利亚70%的国土处于干旱或半干旱地带，航运发展有限，导致只有少量影响力较大的港口。欧洲，特别是西欧及北欧经济发达，北美洲的加拿大和美国占域内较大范围，且都是发达国家，洲际贸易需求量大，因而枢纽港数量较多。随着“一带一路”倡议的提出，中国已成为世界航线汇聚的中心，进一步促进亚洲枢纽港从规模和数量上都超过其他洲。世界航运整体呈现北美、欧洲、亚洲的大三角格局以及南美洲、大洋洲、非洲的次三角格局[13]。

从局部趋势上看，非洲显著流数量较多的枢纽港口是少数。排名第一的非洲港口的显著流数量为29，相比于欧洲排名第一的港口的42、亚洲排名第一的50 与北美第一的36 也有一定差距，略高于南美洲的24 与大洋洲的19。观察图3 各折线趋势，南美洲、大洋洲及非洲都呈现为少数大型枢纽港口带领中小型港口发展的趋势，3 条曲线均表现为首先快速下降，10 位后数值较为平缓，最后在到达20 位后数值都小于5。北美和欧洲的折线趋势相近，洲内都存在一定数量的头部枢纽港口，且皆先在6 位时快速下降，后平缓下降，20 位以后承担显著流数量都为15 以下。亚洲港口显著流数量较其余各洲相比都较高，呈高位、平稳的下降趋势。

从非洲未来发展的角度看，其应逐渐趋向当前北美与欧洲的海运网络布局，在北非和西非增加头部枢纽港口的数量和规模，在东非及南非扩大现有港口规模，发展更多大型枢纽港以缩小各区域差异，使枢纽港分布在地理范围上整体更加均衡。既不破坏非洲现有枢纽港口格局，又能控制改扩建成本，使其在未来的发展中更好地辐射全球，以适应“一带一路”倡议以来日益增长的海运需求。

4 结语

论文基于复杂网络理论构建了非洲海运网络，并运用TOPSIS 法综合考虑非洲港口的网络指标，从域内152 个港口中选取了相对贴近度前20 的枢纽港口，在此基础上依据多重流分析法计算各枢纽港口的承担显著流数量以分析非洲海运网络的现状。通过比较各洲枢纽港的承担显著流趋势线，明晰了非洲枢纽港在全球范围内的影响力，并提出未来域内航运网络发展的趋势。主要结论包括：

1）从全球看，非洲港口整体发展水平落后，略高于南美洲和大洋洲的水平，但与欧亚和北美的差距明显。

2）从域内看，非洲枢纽港口的影响力差异较大且大型枢纽港口的数量较少，海运网络呈现西密东疏，北强南弱的空间格局。

3）从未来发展角度看，非洲应增加头部枢纽港口的数量和规模并优化布局结构，其布局结构应逐渐趋向于欧洲及北美洲的整体布局。在不破坏现有港口布局结构的基础上，在北非和西非发展更多大型枢纽港，在东非和南非发展更多枢纽港以缩小各区域差异，在满足经济性及合理性的前提下，使枢纽港口在整体地理范围内分布更加均衡，辐射范围更广。