江蘇省區(qū)域多機(jī)場群的優(yōu)化運營研究*

張皓瑜 吳薇薇 魏文斌

(南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院1) 南京 210016) (美國圣何塞州立大學(xué)航空與技術(shù)系2) 圣何塞州 CA 95192-0061)

江蘇省區(qū)域多機(jī)場群的優(yōu)化運營研究*

張皓瑜1)吳薇薇1)魏文斌1，2)

(南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院1)南京 210016) (美國圣何塞州立大學(xué)航空與技術(shù)系2)圣何塞州 CA 95192-0061)

針對江蘇省政府統(tǒng)一區(qū)劃下的江蘇省機(jī)場群在發(fā)展中所面臨的航線同質(zhì)化程度高、小機(jī)場利用率低、政府補(bǔ)貼過高等問題，給出一個優(yōu)化運營的思路：將目前江蘇省內(nèi)小機(jī)場部分航線上的客流，匯聚到南京祿口機(jī)場進(jìn)行中轉(zhuǎn)運輸.分別從航空公司、旅客和機(jī)場角度，對航空公司運營成本、旅客出行時間評價，以及祿口機(jī)場利用率進(jìn)行評估，分析優(yōu)化運營前后，各指標(biāo)的變化情況.結(jié)果表明：優(yōu)化后，航空公司運營成本下降33.23%，祿口機(jī)場利用率增加9.65%.同時，航線上增加的航班頻率可使旅客的平均計劃延誤時間下降58.3%.優(yōu)化后的運營方案，對于幫助江蘇省機(jī)場向機(jī)場群運營模式發(fā)展，是可行且適用的.

航空運輸；多機(jī)場系統(tǒng)；運營優(yōu)化；運營成本；出行評價；機(jī)場利用率

0 引 言

中國是亞太地區(qū)機(jī)場建設(shè)規(guī)模最為龐大的國家.截至2014年底，我國民用機(jī)場總數(shù)為202個，其中有24家機(jī)場旅客吞吐量已突破千萬人次.機(jī)場快速發(fā)展的同時，機(jī)場之間的聯(lián)系愈來愈為人們重視.

目前，我國已初步形成了多個區(qū)域機(jī)場群，正逐步向集群化發(fā)展[1].例如，以北京為主的北方(華北、東北)機(jī)場群、以上海為主的華東機(jī)場群和以廣州為主的中南機(jī)場群；同時，以成都、重慶和昆明為主的和以西安、烏魯木齊為主的西南、西北2大區(qū)域機(jī)場群體雛形也逐漸形成.

針對區(qū)域多機(jī)場系統(tǒng)已有很多相關(guān)研究.文獻(xiàn)[2]利用案例分析的方法，以意大利的普利亞區(qū)機(jī)場群為例，從經(jīng)濟(jì)效益和設(shè)施規(guī)劃兩方面，分析其發(fā)展區(qū)域多機(jī)場系統(tǒng)的可行性，以及為區(qū)域整體發(fā)展帶來的積極影響.文獻(xiàn)[3]通過多準(zhǔn)則決策分析，研究多機(jī)場系統(tǒng)中各機(jī)場的地位及其職能，為政府更好地利用各機(jī)場優(yōu)勢提供參考.文獻(xiàn)[4]分析了全球范圍內(nèi)59個機(jī)場群系統(tǒng)的發(fā)展演化過程，發(fā)現(xiàn)亞洲的多機(jī)場系統(tǒng)大多是以高容量機(jī)場為核心，各機(jī)場共同協(xié)作發(fā)展而成.文獻(xiàn)[5]研究美國未來9個多機(jī)場系統(tǒng)，利用經(jīng)濟(jì)學(xué)模型和3SLS方法，為多機(jī)場系統(tǒng)未來的發(fā)展決策提供理論支持.文獻(xiàn)[6-9]則通過構(gòu)建效用函數(shù)，對多機(jī)場區(qū)域內(nèi)的機(jī)場進(jìn)行選擇.文獻(xiàn)[10-11]分別從航線網(wǎng)絡(luò)和時空資源分配的角度，對我國多機(jī)場系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化.

以上文獻(xiàn)對于多機(jī)場系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃問題，都提出了很好的方法和建議，然而針對多機(jī)場系統(tǒng)中航線運營優(yōu)化的研究相對較少.同時，相比于發(fā)達(dá)國家的機(jī)場布局，我國機(jī)場分布及航線結(jié)構(gòu)仍不完善，各地區(qū)沒有形成具有競爭力的區(qū)域樞紐機(jī)場，機(jī)場群系統(tǒng)內(nèi)各機(jī)場之間協(xié)調(diào)性不足，航線分配也不盡合理[12].特別是在在長三角地區(qū)，中小型機(jī)場的協(xié)調(diào)發(fā)展度較低，從而造成空域、時刻等稀缺資源的配置不合理，不利于多機(jī)場體系整體競爭力的提高和經(jīng)濟(jì)一體化的進(jìn)程[13-14].作為華東機(jī)場群系統(tǒng)內(nèi)的江蘇省機(jī)場群，也同樣面臨著以上問題，因此，文中結(jié)合江蘇省各機(jī)場航線特征，給出省內(nèi)機(jī)場群的航線優(yōu)化運營的新思路，并通過定量計算，證明所提方案的可行性.由于這些機(jī)場是由江蘇省政府統(tǒng)一管理，因而各機(jī)場之間的協(xié)調(diào)較為方便，進(jìn)行運營的優(yōu)化調(diào)整具有可行性.

1 江蘇省區(qū)域多機(jī)場群發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 各機(jī)場運營情況分析

機(jī)場群系統(tǒng)的概念已被延伸為，在一給定的地理區(qū)域內(nèi)，由占有該區(qū)域市場份額的所有機(jī)場構(gòu)成.基于這一定義，江蘇省區(qū)域多機(jī)場群，涵蓋省內(nèi)全部9家機(jī)場.分析其中6家機(jī)場(不包含祿口機(jī)場和碩放機(jī)場)2011-2015年旅客吞吐量變化情況，以及2014年各機(jī)場占區(qū)域內(nèi)總客流量份額進(jìn)行分析，見圖1～2.

圖1 2011-2015年江蘇省各機(jī)場吞吐量變化

由圖1～2可知，①近5年內(nèi)各機(jī)場吞吐量呈增長趨勢，說明江蘇省區(qū)域旅客需求不斷增加；②客流分配不平衡，南京祿口機(jī)場占據(jù)區(qū)域內(nèi)大部分客流，而絕大多數(shù)小型機(jī)場占有的客流量和航班頻率均較少，同時，根據(jù)2014年民航小機(jī)場補(bǔ)助可知，國家對江蘇省7家小機(jī)場補(bǔ)助超過5 500萬元，江蘇省當(dāng)?shù)卣畬κ?nèi)機(jī)場的補(bǔ)助超過了該值的2倍多.相比于以昆明機(jī)場為中心進(jìn)行省內(nèi)統(tǒng)一管理的云南省機(jī)場群，江蘇省對每旅客的平均補(bǔ)貼約為云南省的1.14倍.這種依靠補(bǔ)貼而維持運營的狀況，加重了政府的負(fù)擔(dān)，江蘇省機(jī)場群的運營現(xiàn)狀亟待改善.

圖2 2014年江蘇省各機(jī)場客流比例

機(jī)場群內(nèi)各機(jī)場的航線，很多有著相同的終點機(jī)場.文中對這9家機(jī)場運營的所有國內(nèi)航線進(jìn)行分析，選擇其12個共同目的地城市，并將這些OD城市編號,見表1.

表1 所選目的城市編號

分析江蘇省內(nèi)8家小機(jī)場到表1各機(jī)場的航線運營情況(即每家小機(jī)場分析12條航線)，計算所選航線上OD旅客流量和航班頻率，分別占機(jī)場自身客流總量和航班頻率的比例.結(jié)果見表2.

表2 各機(jī)場所選航線上旅客流量及航班頻率占自身份額

注：δ為該機(jī)場在所選12條航線上的客流總量與其自身年客流量之比；γ為該機(jī)場在所選12條航線上的總航班頻率與其自身年航班頻率之比.

由表2可知，小機(jī)場的δ和γ值較大，說明其開通的國內(nèi)航線大都選擇上述城市作為目的城市，造成區(qū)域內(nèi)航線重疊度高.再考慮各機(jī)場在所選12條航線上，旅客流量和航班頻率占區(qū)域內(nèi)所有機(jī)場總客流量和航班頻率的比例，見圖3.

圖3 各機(jī)場在所選12條航線上的客流及航班頻率占區(qū)域份額

由圖3可知，各小機(jī)場所占航班頻率份額較小，表示這些航線的航班頻率比較少，說明小機(jī)場存在浪費資源，惡性競爭的情況；并且，小機(jī)場所占客流份額較小，而南京祿口機(jī)場占區(qū)域客流份額很大，說明南京占據(jù)絕大多數(shù)客流，即所選航線上的客流量是不平衡的.

1.2 南京祿口機(jī)場發(fā)展概況

當(dāng)區(qū)域機(jī)場發(fā)展到一定程度，必然要出現(xiàn)一個區(qū)域中心機(jī)場來承擔(dān)樞紐機(jī)場的功能[15].區(qū)域中心機(jī)場通常是根據(jù)區(qū)域內(nèi)所占客流份額比重選出的.由圖2可知，南京祿口機(jī)場約占區(qū)域客流份額61%，排名第一.同時，南京祿口國際機(jī)場是由江蘇省政府投資和管理的中國重要的干線機(jī)場，也是“十三五”規(guī)劃中重點建設(shè)的區(qū)域性門戶樞紐，而南京市又是江蘇省的政治中心.

2014年7月12日南京祿口國際機(jī)場二期工程正式建成通航，飛行區(qū)運行級別為4F.對祿口機(jī)場及其他同等級機(jī)場的現(xiàn)有資源進(jìn)行評估，見表3.

表3 祿口機(jī)場起降架次評估

祿口國際機(jī)場基地航空公司的數(shù)量和規(guī)模與其他同級別的機(jī)場相比還不足，其機(jī)位資源在未來的一段內(nèi)將十分富裕.表4為祿口機(jī)場第二跑道投入運行后，根據(jù)最新航班容量評估得到的結(jié)論.

表4 祿口機(jī)場目前及未來航班容量估計 架次/h

根據(jù)容量評估，預(yù)計在高峰小時增加一定量的航班起降架次，也不會突破機(jī)場高峰小時的容量限制.

以上各指標(biāo)均表明祿口機(jī)場的容量遠(yuǎn)未達(dá)到飽和的狀態(tài)，各種運行資源的保障能力比較充裕.另一方面，自2006年起至今，祿口機(jī)場在蘇皖地區(qū)發(fā)展的城市候機(jī)樓，已實現(xiàn)旅客吞吐量752萬人次，平均每天往返的旅客班車總頻率可達(dá)300班次，反映出其對于周邊中轉(zhuǎn)旅客具有較強(qiáng)吸引力.

同時，根據(jù)遠(yuǎn)期規(guī)劃，祿口機(jī)場將以2040年作為遠(yuǎn)期目標(biāo)年，按年旅客吞吐量7 000萬人次、貨郵吞吐量160萬t、飛行57.5萬架次的規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)建.屆時，機(jī)場將擁有4條跑道(2條4F，2條4E)，T1，T2，T3航站樓和衛(wèi)星廳，機(jī)場的保障能力將得到進(jìn)一步提升.

綜上分析，無論是近期，還是遠(yuǎn)期，南京祿口機(jī)場的運行級別、保障能力、時刻及空域資源等都彰示其在區(qū)域內(nèi)毋庸置疑的重要地位，以及可充分滿足區(qū)域中心機(jī)場發(fā)展需求的實力.

2 江蘇省多機(jī)場群的運營優(yōu)化

針對江蘇省機(jī)場群面臨的問題，提出以南京作為區(qū)域中心機(jī)場，對一些同質(zhì)性高，而利用率低的航線，進(jìn)行運營方案的優(yōu)化調(diào)整.具體做法是：優(yōu)化上述重復(fù)航線上的運營，即，將這些航線由原來的直飛調(diào)整為經(jīng)過祿口機(jī)場中轉(zhuǎn).基于這個調(diào)整，本節(jié)從航空公司運營成本，機(jī)場利用率及旅客效用評價等方面，分別對直飛和中轉(zhuǎn)航線的運營進(jìn)行分析.

2.1 航空公司運營成本

本文用航線上的飛機(jī)運行成本來表示航空公司的運營成本.所涉及參數(shù)wi為航線i-j上的客流；fij為航線i-j上的航班頻率；s為所用飛機(jī)的座位數(shù)；α為飛機(jī)的座公里成本；β為航線上平均客座率；dij為航線i-j距離；cij為航線i-j上的座公里成本.下標(biāo)i為江蘇省內(nèi)所有小機(jī)場；k為南京祿口機(jī)場；J為全國其他城市機(jī)場.

航線i-j上的運營成本可表示為

Cij=α·s·dij·fij

(1)

考慮OD的直飛航線，航空公司的總運營成本，即是所有航線上飛行成本的總和

AirlineCost(FC)=∑(i,j)Cij

(2)

考慮將這些客流集中到南京進(jìn)行中轉(zhuǎn)運輸時，航線上的飛行成本，此時一條OD路徑由兩部分航線組成：從小機(jī)場匯運到南京的支線；由南京分運至其他城市的干線.因而，航空公司在一條OD路徑上的運營成本是兩部分航線上座公里成本之和.由于南京起到了一定的客流集散作用，需要重新估計各航線的航班頻率.

航線i-k上的航班頻率為

fik=∑jwij/(s·β)

(3)

航線k-j上的航班頻率為

fkj=∑iwij/(s·β)

(4)

航線i-k-j的飛行成本為

Cikj=Cik+Ckj

(5)

進(jìn)而得到，航空公司在所有經(jīng)過南京中轉(zhuǎn)的航線上的總運營成本為

AirlineCost(HS)=∑(i,j)(Cij+Ckj)

(6)

2.2 旅客出行時間評價及機(jī)場利用率

2.2.1 航空中轉(zhuǎn)旅客的出行時間及機(jī)場利用率

通常干線上的票價要遠(yuǎn)低于支線票價[16].中轉(zhuǎn)運輸幾乎不會使旅客的出行費用增加，甚至還會降低其出行成本，因此，本文僅考慮將旅客的出行時間作為效用進(jìn)行研究.對于僅使用飛機(jī)作為其唯一交通工具的旅客，其旅行時間可以分為兩部分：旅客的飛行時間；旅客的計劃延誤時間.本文中，將旅客的飛行時間簡單地等價為飛機(jī)的飛行時間；而計劃延誤時間是指，旅客想要的出行時刻與航班計劃時刻之差.若假設(shè)旅客需求在機(jī)場開放時段內(nèi)是服從均勻分布的，則旅客計劃延誤時間等于前后兩航班之間時間間隔的1/4[17]：

sdij=T/(4Nij)

(7)

式中：T為機(jī)場開放的時間段；Nij為T時段內(nèi)，航線i-j上的航班頻率.

而機(jī)場利用率的估計，是通過對機(jī)場起降架次的評估得到的.則機(jī)場利用率η為

η=機(jī)場當(dāng)前起降架次/機(jī)場實際航班容量(8)

2.2.2 非航空中轉(zhuǎn)旅客的出行時間評價

還有一些旅客在一條旅行線路上，會使用多種交通工具.這些旅客中，有一部分是從其所在地，自行選擇交通工具到達(dá)中心機(jī)場后，再辦理值機(jī)、行李托運等正常的登機(jī)流程；另一部分則是，在其所在地的城市候機(jī)樓，即可辦理登機(jī)手續(xù)，再由機(jī)場巴士統(tǒng)一運送至中心機(jī)場.

結(jié)合現(xiàn)實情況可知，前一種旅客通常會選擇高鐵到達(dá)中心機(jī)場.以無錫旅客為例，從無錫站至南京南站的高鐵運行時間約1h，再由南京南站轉(zhuǎn)乘地鐵至祿口機(jī)場約需40min.即使不考慮旅客到達(dá)無錫站的時間，和旅途中的耽擱，旅客也需要至少1h40min才能從無錫到達(dá)祿口機(jī)場.并且，旅客在到達(dá)目的城市過程中，至少使用3種交通工具，進(jìn)行了2次換乘.這對于通常攜帶大件行李的航空旅客來說，降低了旅客出行的舒適性和便利性.

對于使用城市候機(jī)樓的旅客，這里仍以無錫旅客為例，對其出行時間進(jìn)行評估.無錫城市候機(jī)樓與祿口機(jī)場相距165km，每天發(fā)出機(jī)場大巴6班，最早一班為早上06:50從無錫出發(fā)，全程約2.5h.若使用城市候機(jī)樓，旅客將無法選擇10:00之前的航班，這極大限制了旅客對于航班時刻的自由選擇，從而增加了旅客出行延誤.同時，若以165km的飛行距離來看，飛機(jī)的飛行時間則要遠(yuǎn)低于2.5h.此外，就本文所研究的機(jī)場群來看，目前祿口機(jī)場僅在揚州、無錫和常州發(fā)展建設(shè)了城市候機(jī)樓，機(jī)場群內(nèi)的城市候機(jī)樓建設(shè)不夠完善，各地與祿口機(jī)場的通達(dá)性較弱，不能利用城市候機(jī)樓系統(tǒng)實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)旅客的集散.

因此，無論旅客以哪種出行方式到達(dá)祿口機(jī)場，從便利程度和時間成本角度來看，通過飛機(jī)進(jìn)行中轉(zhuǎn)仍最具優(yōu)勢.

3 實例分析

考慮目前江蘇省機(jī)場群的直飛航線 為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),可根據(jù)實際OD客流情況假設(shè)，航空公司在這些航線上都用120座的小型飛機(jī)進(jìn)行運輸，該機(jī)型飛機(jī)的輪檔速度為600km/h，成本為0.15元/(座·km)，即α=0.15，s=120.以目前航線上85%的平均客座率計算，可得此時航空公司的運營成本，結(jié)果見表5.

表5 運營優(yōu)化前后航班頻率及航空公司運營成本

將南京作為中轉(zhuǎn)機(jī)場進(jìn)行運輸?shù)那闆r 考慮到干線的規(guī)模經(jīng)濟(jì)性，假設(shè)干線改用240座的大飛機(jī)進(jìn)行運輸，該飛機(jī)的輪檔速度同樣為600 km/h，而成本為0.1元/(座·km).分別估計航線k-j上的年航班頻率，和此時航空公司運營成本，結(jié)果見表5.

由表5可知，通過南京進(jìn)行中轉(zhuǎn)后，航空公司運營總成本下降33.23%.

分析旅客出行時間的變化情況 以“淮安—廣州”為例，2014年，“淮安—廣州”航線上年客流量為44 749人次，航線距離1 417 km，而該航線目前每天只有1班航班，離港時刻為14：00.假設(shè)旅客需求的出行時刻在1 d內(nèi)均勻分布，則可計算旅客的平均計劃延誤時間和旅客的飛行時間，結(jié)果見表6.當(dāng)考慮通過南京進(jìn)行中轉(zhuǎn)，根據(jù)實際情況假設(shè)中轉(zhuǎn)航線上旅客中轉(zhuǎn)時間平均為1.5 h.由式(3)可知，現(xiàn)在淮安出發(fā)旅客可選航班增至6架，假設(shè)這些航班的時刻也是均勻分布的，則旅客的平均計劃延誤時間和飛行時間，見表6.

表6 運營優(yōu)化前后旅客出行時間評價 h

由表6可知，通過南京進(jìn)行集散運輸后，旅客在航線上的飛行時間雖然稍有增加，但是卻可以大大降低旅客的計劃延誤時間，從而降低旅客的出行時間.

分析優(yōu)化運營前后的南京祿口機(jī)場的利用率.若按照機(jī)場每天運營18 h，以及目前小時容量計算，根據(jù)表5給出的航班頻率估計值，則起降架次和機(jī)場利用率變化情況見表7.

表7 運營優(yōu)化前后祿口機(jī)場利用率

綜上所述，調(diào)整的運營方案可以降低航空公司運營成本，和旅客的出行時間，并可使祿口機(jī)場的利用率得以提高.

4 結(jié) 束 語

近年來，江蘇省航空運輸需求的持續(xù)增長，以及區(qū)域機(jī)場設(shè)備設(shè)施的不斷完善，使得江蘇市場越來越為航空公司關(guān)注，更多的公司選擇在此設(shè)立基地，開辟航線.

然而，區(qū)域機(jī)場群發(fā)展的同時，也帶來很多不可避免的問題，比如，各小機(jī)場可選擇的目的城市不夠豐富，開通的航線重復(fù)率很高，從而導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)的惡性競爭，資源浪費，機(jī)場運營虧損嚴(yán)重，給國家造成負(fù)擔(dān)；另一方面，作為區(qū)域中心機(jī)場的南京祿口國際機(jī)場，其運營現(xiàn)狀與未來規(guī)劃之間，仍有很大的發(fā)展空間，祿口機(jī)場還未完全發(fā)揮其區(qū)域樞紐機(jī)場的優(yōu)勢.

本文針對江蘇省機(jī)場群發(fā)展中存在的：航線同質(zhì)化水平明顯、小機(jī)場利用率低、政府補(bǔ)貼過高等問題，在現(xiàn)有的航線基礎(chǔ)上，優(yōu)化一部分重復(fù)航線上的運營方案，通過航空公司運營成本、旅客出行時間，以及機(jī)場利用率三個方面，對調(diào)整前后的運營進(jìn)行了分析.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化的運營方案可以大大降低航空公司的運營成本和旅客的出行時間，以及提高祿口機(jī)場的機(jī)場利用率.可以預(yù)見，未來，南京祿口機(jī)場將繼續(xù)保持其在區(qū)域內(nèi)的主導(dǎo)地位，更進(jìn)一步發(fā)揮區(qū)域樞紐機(jī)場的作用：將省內(nèi)小機(jī)場客流集散至全國各城市；而其他小機(jī)場最主要的作用則是：從省內(nèi)各處為南京祿口機(jī)場不斷地輸送客流.這樣的機(jī)場群運營方式，既滿足了祿口機(jī)場的需求，又可以改善目前虧損的運營狀態(tài).

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Research on Route Optimization of Multi-airport System in Jiangsu Province

ZHANG Haoyu1)WU Weiwei1)WEI Wenbin1,2)

(School of Civil Aviation, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China)1)(Department of Aviation and Technology, San Jose State University, San Jose CA 95192-0061, United States)2)

Focusing on the problems of high homogeneous airlines, under-utilization of small airports, and high subsidies from local government, faced by Jiangsu Province in developing of multi-airport system, a hypothesis for optimized airline operation is presented. Based on this hypothesis, the traffic flow from small airports is firstly collected and then transited to airports around the country via NKG airport. From the perspectives of airlines, passengers, and airports, the airline operating cost, passenger travel time evaluation, and the utilization of NKG airport are estimated. The optimization results show that: the operating cost of the airline decreases by 33.23% and the utilization of NKG airport increases by 9.65%. Meanwhile, the increased flight frequency leads to a decline of 58.3% of passenger schedule delay. It indicates that the hypothesis presented is feasible and suitable to the development of multi-airport system in Jiangsu Province.

air transportation; multi-airport system; operating cost; travel evaluation; airport utilization

2017-03-24

*國家自然科學(xué)基金項目(71201081)、南京航空航天大學(xué)重點科研專項項目(NZ2016109)資助

U8

10.3963/j.issn.2095-3844.2017.03.021

張皓瑜 (1993—)：女，碩士生，主要研究領(lǐng)域為交通運輸規(guī)劃與管理