我國鋼制品消費結構對其平均使用壽命的影響效應分析

許慶江，高成康，那洪明，田 凡，邢玉紅

(1．東北大學 冶金學院，沈陽 110819；2．東北大學 國家環境保護生態工業重點實驗室，沈陽 110819)

“十二五”期間，隨著我國經濟結構轉型升級的持續深入，鋼鐵行業供給側發生較大調整，鋼制品消費結構亦隨之發生較大變化[1-4].2013～2015年，鐵路、公路行業鋼材消費比重提高了0.80%，增長率達11.27%；而除交通、能源和房屋建設外，其他土木工程降低了1.10%，降低率高達16.18%[5].消費結構的改變導致金屬制品的平均使用壽命產生較大變化[6].國內外眾多學者對金屬制品使用壽命的影響因素做了深入研究：張江徽[6]等采用加權平均法分析了我國1990至2004年鋅制品的消費結構和平均使用壽命，結果表明隨著鋅制品消費結構的變化，其平均使用壽命逐年增加；岳強[7]等采用因素分解法將單位GDP鋁產量分解為年度鋁產量與鋁制品社會庫存量的比率和單位GDP鋁制品社會存儲量，并分析了1974～2014年期間的歷史走勢，結果表明鋁社會庫存的使用效率持續下降是中國單位GDP鋁產量較高的重要因素；吳啟常[8]等分析了高爐爐缸損壞的機制,認為現代高爐造成爐缸燒穿的關鍵因素是液態渣鐵流動的機械沖刷，延長爐缸壽命的關鍵在于耐火材料質量的突破；陸鐘武[9]提出了鋼鐵產品生命周期基準鐵流圖，認為有時間概念的鋼鐵產品生命周期鐵流圖是研究相關資源與環境問題的基礎.綜上所述，針對消費結構對金屬制品使用壽命影響效應的研究較少，且主要集中在鋁制品行業；多數研究針對某一特定鋼制品使用壽命的影響因素展開，并提出延長其使用壽命的措施，偏向于微觀研究，難以從宏觀層面把握鋼制品的使用壽命情況.我國鋼制品種類多樣[10]，其使用壽命長短不一[11-13]，不同的消費結構對鋼制品平均使用壽命產生較大影響.因此，本文以鋼制品消費結構為研究對象，分析2013～2015年期間我國鋼制品各年的平均使用壽命，并應用對數平均迪氏分解法(LMDI)定量分析鋼制品消費結構對平均使用壽命的影響效應及機理，為延長我國鋼制品的使用壽命、降低產能提供參考.

1 理論方法

1.1 定義

我國鋼制品平均使用壽命(A)是指投入到社會的各類鋼產品的加權平均壽命，以質量比例為權重，采用加權平均法與鋼制品的使用壽命相乘加合得到，如式(1)所示[14].

A=wiai

(1)

1.2 研究邊界

我國鋼鐵工業下游行業種類繁多，本文按行業性質分為建筑業和工業行業兩類，每類下根據實際情況分為若干子行業，如圖1所示.

圖1 我國主要用鋼行業劃分Fig.1 China's major steel consumption industry division

1.3 研究方法

對數平均迪氏分解法(Logarithmic Mean Divisia Index method，LMDI),是對影響因素進行定量分析的一種方法，因其分解過程不存在殘差項而得到廣泛應用[15].本文以鋼材平均使用壽命為研究對象，基于LMDI模型進行分解，如式(2)所示[16].

(2)

式中：A表示我國鋼材平均使用壽命；下角標i代表鋼材消費行業；Pi表示i行業的年鋼材消費量；P表示我國的年鋼材消費量；pi和ai分別表示i行業的鋼材消費比重和鋼材使用壽命.

我國鋼材平均使用壽命的變化量如式(3)所示：

ΔA=At+1-At=ΔAp+ΔAa

(3)

式中：ΔAp和ΔAa分別代表由鋼材消費結構和使用壽命引起的我國鋼制品平均壽命變化量，其表達式如下：

(4)

(5)

式中，L(Ai,t+1,Ai,t)為對數平均加權系數：

由于難以獲得行業用鋼的真實使用壽命及其隨時間的變化規律，因此，本文假定行業用鋼的使用壽命不隨時間改變，通過LMDI分析法得到的鋼材使用壽命對我國鋼制品平均使用壽命的影響效應為0.鋼制品消費結構對平均使用壽命的影響效應可簡化為：

(6)

2 我國鋼制品平均使用壽命

2.1 我國下游用鋼行業鋼材消費結構分析

2013～2015年期間我國每年分行業鋼材消費量如圖2所示.

圖2 2013～2015年我國分行業鋼材消費量Fig.2 Amount of steel consumption in industries between 2013 to 2015 in China

其他工業行業及能源建設、交通和輕工家電行業的其他行業鋼材消費比重不大，且行業復雜，為便于分析研究，忽略其影響，并對我國鋼材消費結構進行重新核算，如表1所示.

表1 我國主要用鋼行業分年份鋼材消費比重(%)Table 1 Proportion by year of steel consumption in the major steel consumption industries of China %

從圖2和表1可以看出，房屋建設、機械行業鋼材消費量居于前兩位，分別占鋼材消費總量的40%和20%左右，房屋占比大的原因與我國不斷推進城市化進程、城鄉一體化等因素有關，而機械行業自2012年進入中速增長期，主要經濟指標增速下降，但仍保持一定增長.電力、石油石化、家電等行業鋼材消費量墊底，這主要與產品質量、體積等自身特性和市場需求等因素有關.整體來看，2013～2015年鋼材消費量呈現先上升后下降的態勢，打破了過去鋼材年消費量持續上升的走勢；這與我國“十二五”期間產業結構轉型升級、淘汰落后產能密切相關.同時，2013～2015年我國各行業鋼材消費結構產生較大變化.2013～2014年期間，鐵路鋼材消費比重變化率最大，為35.83%，究其原因是鐵路建設投資逐年加大，路網規模迅速擴大，2014年固定資產投資達8000億元，較2013年增長20.52%[5]；其次是船舶行業，為-17.35%，主要與以石油為代表的大宗商品價格不斷下跌，船舶行業整體形勢低迷有關[17]；其他行業最小，僅為0.05%.2014～2015年公路的鋼材消費比重變化率最大，為27.85%，這主要歸因于中西部基礎設施投資開發力度加大[18-20]，2015年公路建設投資比上年增加6.80%；其次是電力行業，為21.67%，2015年全國全口徑發電裝機容量15.1億kW，同比增長10.50%，風電、核電和火電裝機容量均大幅增加；汽車行業變化最小，僅為0.20%，主要受國內外經濟發展大環境影響，汽車工業的產銷增速出現減緩趨勢[21].2013～2015年電力行業鋼材消費比重變化率最大，為33.32%，其次為鐵路和公路行業，分別為27.52%和23.01%，機械和其他行業墊底，僅為1.30%左右，這主要與機械行業投資意愿減弱，整體形勢低迷有關[5].

2.2 我國鋼制品平均使用壽命

根據表1和各行業鋼制品使用壽命[22]，可得2013～2015年鋼制品的各年平均使用壽命，如圖3所示.

圖3 2013～2015年鋼制品年均使用壽命Fig.3 Annual average life of steel product during 2013～2015

由圖3可知，2013～2015年，我國鋼制品平均使用壽命分別為22.27、22.24和22.11年，累積降低了0.16年，下降率達0.68%，尤其以2014～2015年較為明顯，貢獻率達85.63%；表明我國的消費結構走勢對鋼制品平均壽命不利.這與以房屋建設為代表的長壽命鋼制品消費結構下降有關；但盲目增加長壽命鋼制品的消費比重不利于經濟的長遠發展；因此，應從提高鋼制品平均使用壽命、促進經濟轉型升級兩方面來綜合考慮優化我國鋼制品消費結構.

3 我國鋼制品消費結構的LMDI分析

基于LMDI分析法探究鋼制品消費結構對其平均使用壽命的影響效應；分析結果中，正值表示消費結構變化對鋼制品平均使用壽命的變化趨勢為積極影響，負值表示消極影響；數值大小代表影響效應的大小，數值越大則其影響越大，反之，影響則越小.分別以2013年為基期0、2014年為現期T1和2014年為基期0’、2015年為現期T2，分析鋼材消費結構和壽命對我國鋼制品使平均用壽命的影響效應，分析結果如圖4所示.

由分析結果可知，0～T1階段，鋼材消費結構變化對鋼制品平均使用壽命的影響為-0.0217年.其中，鐵路的影響效應最大，為0.3062，這與鐵路消費結構變化最大有關；其次為房屋建設、除交通和能源外土木工程，分別為-0.1759和-0.1667；其他行業影響最小，僅為0.0002.而鋼材消費比重最大的房屋建筑行業，對鋼制品平均壽命的影響效應僅為鐵路的1/2，這是因為0～T1階段房屋建設的消費比重變化量約為同期鐵路的1/2，而鐵路與房屋建設行業的使用壽命相近；在LMDI算法中僅考慮消費比重變化和鋼制品壽命對結果的影響，因此會產生鋼材消費比重大的行業對鋼制品平均壽命影響小的現象.我國鋼制品平均使用壽命降低，說明鋼材消費比重減少的行業對平均壽命的作用力大于鋼材消費比重增加的行業；因此，為提高鋼制品的平均使用壽命，調整產品結構的同時應延長各種鋼制品的使用年限.

相比于0～T1，0’～T2階段鋼材消費結構變化對平均使用壽命的影響為-0.1297年，約為前者的6倍，說明我國鋼制品消費結構的變化對于使用壽命的影響趨于不利.其中，公路的影響效應最大，為0.1972年，其次為房屋建設和除交通和能源外土木工程，分別為-0.1613年和-0.0797年，汽車行業最小，為-0.0015年.原因是2015年是“十二五”的收工之年，隨著“一帶一路”政策的逐步落實，產業結構調整發生重大變化，國內工業下行壓力明顯增大，淘汰了諸多落后產能[4].

圖4 鋼制品消費結構對其平均使用壽命的影響Fig.4 Effect of the consumption structure of steel products on its average service life

總體來看，2013～2015年消費結構對鋼制品平均使用壽命的影響效應為-0.1514年，其中房屋建設和其他土木工程影響效應居于前兩位，分別為222.71%和162.72%，家電最小，僅為-3.24%，這歸因于家電行業鋼材消費比重變化不大，且使用壽命最小.

本文研究的13個行業在2013～2015年各年的鋼材消費量分別為6.564億t、6.822億t和6.496億t，以2013年為基準，分析得到2014年、2015年因消費結構變化導致的鋼制品損耗分別為1480(萬t·年)和9835(萬t·年)，按2013年22.27年的鋼制品平均使用壽命核算損耗量合計為508萬t，約占當年主要鋼材消費量的0.74%.

4 結論與建議

(1)2013～2015年期間，隨著“一帶一路”政策的實施，我國鋼制品消費結構發生較大變化，公路、鐵路和電力等基礎設施行業鋼材消費比重穩中有增，而房屋建筑、機械和船舶等傳統行業用鋼相對穩定，國家政策的帶動作用已初步顯現.

(2)我國鋼制品消費結構變化導致鋼制品平均壽命下降0.68%，這與建筑業等長壽命鋼制品的消費比重下降相關，因此，調整經濟結構過程中在發展高端鋼制品的同時應兼顧長壽命鋼制品的消費比重.

(3)由LMDI分析結果可知，鋼制品消費結構是影響我國鋼制品平均壽命的主要因素之一.2014～2015年消費結構變化對鋼制品平均使用壽命的影響效應約為2013～2014年的6倍，我國的消費結構變化對鋼制品壽命影響趨于不利.

(4)在消費結構變化量相同的條件下，長壽命鋼制品對鋼制品平均使用壽命的影響效應大于短壽命的鋼制品，因此，在經濟結構調整中應注意長壽命鋼制品消費比重降低帶來的負面影響.

(5)2013～2015年因消費結構變化間接導致508萬t的鋼材損失，約占2013年鋼材消費量的0.74%，造成大量的資源浪費；因此，在提高鋼制品品質的同時，優化我國的鋼材消費結構，對節約鋼材具有重要作用.

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