航空基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)航空燃料消耗降低的影響

◎石 川

航空基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)航空燃料消耗降低的影響

◎石 川

本文的目的是研究各種航空基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)航空燃料消耗降低（AFCR）的影響。本文基于廣泛的文獻(xiàn)綜述，獲得各種航空基礎(chǔ)設(shè)施與航空燃料消耗降低的相關(guān)性假設(shè)，通過(guò)設(shè)計(jì)問(wèn)卷對(duì)航空業(yè)專家和學(xué)術(shù)專家進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，并通過(guò)探索性因子分析（EFA）和驗(yàn)證性因素分析（CFA）對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行測(cè)試，分析的結(jié)果顯示了良好的機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)、空域管理和靈活的空域航線對(duì)航空燃料消耗降低發(fā)揮著積極的作用。本項(xiàng)研究的結(jié)果對(duì)于增加航空公司對(duì)航空基礎(chǔ)設(shè)施的洞察力，促進(jìn)機(jī)場(chǎng)的發(fā)展具有重要的意義。

過(guò)去，飛機(jī)燃料的可用性和提取成本幾乎不影響航空業(yè)的增長(zhǎng)。1973阿拉伯石油禁運(yùn)后，燃料市場(chǎng)價(jià)格飆升，導(dǎo)致燃油價(jià)格上漲促使400%，豐富和廉價(jià)的化石燃料時(shí)代宣告結(jié)束，此后航空公司的航空燃油成本成為總運(yùn)營(yíng)成本的主要支出項(xiàng)目，甚至越過(guò)了過(guò)去最高的勞動(dòng)力成本，占到總運(yùn)營(yíng)成本的34%，航空部門的經(jīng)濟(jì)效益開(kāi)始由燃料價(jià)格主導(dǎo)，這給航空公司的航空燃料的保護(hù)提出了必然要求。此外，燃料儲(chǔ)備的枯竭加上中東國(guó)和中國(guó)之間的緊張關(guān)系，為航空業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提出了更高的要求，亟需在燃料消耗和飛機(jī)燃料成本之間尋求平衡。此外，乘客大多喜歡選擇具有更大的環(huán)境意識(shí)的航空公司，所有這些情況催促著航空客機(jī)尋找更有效的燃料消耗減少途徑。

文獻(xiàn)綜述與假設(shè)

燃料消耗減少技術(shù)的探尋需要經(jīng)過(guò)一個(gè)完整的技術(shù)生命周期約束（TLC），包括卓越的工程設(shè)計(jì)及嚴(yán)格的安全測(cè)試，這個(gè)過(guò)程中需要投入大量的開(kāi)發(fā)成本，同時(shí)也難以立即享受技術(shù)革新帶來(lái)的好處。而通過(guò)對(duì)航空基礎(chǔ)設(shè)施的改建可以取得可預(yù)測(cè)的燃料消耗減少成果，其前提是該項(xiàng)航空基礎(chǔ)設(shè)施確實(shí)對(duì)燃料消耗減少產(chǎn)生影響。下文基于廣泛的文獻(xiàn)綜述，獲得各種航空基礎(chǔ)設(shè)施與航空燃料消耗降低的相關(guān)性假設(shè)。

滑行道（TWY）。航空工業(yè)的發(fā)展增加了機(jī)場(chǎng)地面操作的復(fù)雜性，并帶來(lái)了整個(gè)機(jī)場(chǎng)資源分布的問(wèn)題。田虎森（2014）指出機(jī)場(chǎng)滑行道的規(guī)劃便于飛機(jī)更快的周轉(zhuǎn)，飛機(jī)燃料燃燒量可達(dá)到明顯降低。Jiang（2013）研究了滑行道安全分離優(yōu)化路徑可以減少?zèng)_突，允許滑行一點(diǎn)一次只允許一架飛機(jī)通過(guò)。在高峰情況下，飛機(jī)在離開(kāi)隊(duì)列后還需繼續(xù)等待多達(dá)30分鐘才能起飛，這將造成不必要的燃油消耗和排放。Zhou H, Jiang（2015）指出為了提高運(yùn)作效率，一般會(huì)預(yù)先計(jì)劃滑行路徑，有計(jì)劃的滑行路徑可以最大限度地減少?zèng)_突，沖突將導(dǎo)致飛機(jī)的延遲和燃料燃燒。在上述論點(diǎn)的基礎(chǔ)上，筆者提出了如下假設(shè)：Hl：滑行道對(duì)燃料消耗減少有顯著的正向影響。

終端區(qū)（TMA）。Upham（2003）指出機(jī)場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)能力會(huì)受到機(jī)場(chǎng)內(nèi)的終端數(shù)目及終端大小的影響，滑行距離和終端與跑道距離的增加將導(dǎo)致更多的燃料消耗。Schhnnberger（2012）發(fā)現(xiàn)，終端的位置對(duì)溫室氣體的排放和燃料消耗同樣有影響。美國(guó)聯(lián)邦航空局（2013）指出終端區(qū)域基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)于機(jī)場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)效率起到?jīng)Q定性的作用，而運(yùn)營(yíng)效率可以大大降低燃料的使用，也即機(jī)場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)能力將決定一個(gè)機(jī)場(chǎng)的節(jié)省燃料的能力。基于以上文獻(xiàn)資料，筆者做如下假設(shè)：H2：終端區(qū)對(duì)燃料消耗減少有顯著的正向影響。

停機(jī)坪（APRN）。Hamzah（2015）研究發(fā)現(xiàn)停機(jī)坪與機(jī)場(chǎng)其他設(shè)施元素的位置是影響機(jī)場(chǎng)擁堵的決定性因素。在跑道和領(lǐng)空使用回推控制將減少出發(fā)隊(duì)列的大小，可節(jié)省12250至14500公斤的燃料，8800至10400美元。Simaiakis（2014）指出地面電源裝置使用輔助動(dòng)力可以節(jié)省11940到14190公斤的燃料。基于上述論點(diǎn)，筆者提出了如下假設(shè)：H3：停機(jī)坪對(duì)燃料消耗減少有顯著的正向影響。

跑道（RWY）。起飛和降落時(shí)，飛機(jī)在跑道上飛行會(huì)消耗大量燃料，Ball et al.（2007）發(fā)現(xiàn)跑道狀態(tài)是影響飛機(jī)性能的一個(gè)重要參數(shù)。光滑和堅(jiān)硬的表面會(huì)減少輥距的燃料消耗，減少阻力，從而增加了飛機(jī)的動(dòng)量；平行跑道可以明顯降低燃油消耗，但比較適合面積大的機(jī)場(chǎng)。Adisasmita（2015）研究指出較大的飛機(jī)每名乘客或單位貨物的燃料消耗將較小。Balicki（2014）認(rèn)為跑道海拔變化將引起空氣密度的變化，從影響升力、阻力的變化，以至于影響到燃料的消耗。在上述論點(diǎn)的基礎(chǔ)上，筆者提出了如下假設(shè)：H4：跑道對(duì)燃料消耗減少有顯著的正向影響。

空域航線和靈活性（ARF）。空域航線和靈活性可以允許飛機(jī)選擇最有效的路線，從而導(dǎo)致燃料消費(fèi)的下降（Sarkar，2012）。Vaaben（2015）指出飛行軌跡的靈活性可有效避免空域擁擠從而節(jié)省幾百萬(wàn)

美元。Lewis（2013）指出，混合沖突空域風(fēng)險(xiǎn)高的空域航線將迫使飛機(jī)選擇非有效的路線，導(dǎo)致額外的燃料燃燒。而一個(gè)額外的空域訪問(wèn)可以提供一個(gè)額外的并行路線從而避免沖突。在上述論點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了如下假設(shè)：H5：空域航線和靈活性對(duì)燃料消耗減少有顯著的正向影響。

研究方法

測(cè)量?jī)x器。為研究燃料消耗減少與滑行道、終端區(qū)、停機(jī)坪、跑道、空域航線和靈活性五個(gè)航空基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)系，本文采用李克特量表設(shè)計(jì)了的調(diào)查問(wèn)卷，問(wèn)卷中提出的所有假設(shè)都是對(duì)前人研究的40余篇文獻(xiàn)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上提出的，各假設(shè)中調(diào)查因素如表3-1所示。研究中通過(guò)探索性因子分析（EFA）和驗(yàn)證性因素分析（CFA）對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行測(cè)試。

通過(guò)前測(cè)和試驗(yàn)研究保證問(wèn)卷信度和效度。本研究所有數(shù)據(jù)均采用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理，各因素重要性通過(guò)層次分析法計(jì)算。

采樣技術(shù)。本研究的受試群體為至少有5年的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的航空業(yè)專家和學(xué)術(shù)專家。筆者將設(shè)計(jì)好的問(wèn)卷于2016年10月開(kāi)始以郵件的方式發(fā)放。問(wèn)卷發(fā)放了89份，回收73份，其中有效問(wèn)卷73份，回收率是82%，有效率是82%。

結(jié)論與討論

因子分析結(jié)果

探索性因子分析結(jié)果

信度分析。實(shí)證研究過(guò)程中，筆者將問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果輸入SPSS軟件，進(jìn)行問(wèn)卷的信度分析，得到的結(jié)果如表4-1：

通常，在探索性分析中，要求cronbachα值至少達(dá)到0.6；本題達(dá)到0.875，認(rèn)為一致性信度較好，測(cè)試的可靠性比價(jià)高。

效度分析。對(duì)燃料消耗減少的各假設(shè)中的21個(gè)關(guān)鍵變量進(jìn)行因素分析，具體結(jié)果如表4-3：

KMO統(tǒng)計(jì)量是0.753，且Bartlett’s球面檢驗(yàn)值為42.916，卡方統(tǒng)計(jì)量的顯著性水平為，都說(shuō)明問(wèn)卷調(diào)查中的各指標(biāo)間具有較高的相關(guān)性。

驗(yàn)證性因子分析結(jié)果

通過(guò)對(duì)回收問(wèn)卷的統(tǒng)計(jì)分析，在21個(gè)初始指標(biāo)中，有3個(gè)指標(biāo)的平均得分沒(méi)有達(dá)到3.5分，包括“終端區(qū)的大小”（2.6563），“終端區(qū)的數(shù)量”（2.7983），“終端區(qū)的位置”（2.2024）。這表明，大部分的航空業(yè)專家和學(xué)術(shù)專家不認(rèn)為這3個(gè)指標(biāo)對(duì)燃料消耗減少有影響。與此同時(shí)，作者還計(jì)算了指標(biāo)得分的標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果顯示，所有21個(gè)指標(biāo)的得分標(biāo)準(zhǔn)差均小于1，可以看出，專家的意見(jiàn)基本趨于一致和穩(wěn)定。因此，作者在這一輪指標(biāo)篩選過(guò)程中，刪除了上述3個(gè)指標(biāo)，而保留了其余18個(gè)指標(biāo)。

測(cè)量模型的系數(shù)估計(jì)

通過(guò)層次分析法，筆者對(duì)航空業(yè)專家和學(xué)術(shù)專家的調(diào)查結(jié)果進(jìn)行處理。筆者利用幾何平均數(shù)的方法集結(jié)所有燃料消耗減少影響因素調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果矩陣[4]，獲得4個(gè)集結(jié)后的判斷矩陣，在這些矩陣通過(guò)一致性檢驗(yàn)之后，便可利用特征向量法求取各評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重值。通過(guò)yaahp（version 6.0）軟件的運(yùn)算，我們直接獲得了4個(gè)維度的權(quán)重，18個(gè)評(píng)估指標(biāo)的維度內(nèi)權(quán)重和全體權(quán)重（見(jiàn)表4-4）。需要說(shuō)明的是，由于權(quán)重值是經(jīng)四舍五入法而獲得的，因此所有指標(biāo)的權(quán)重分值總和等于1.0003，也就是稍微大于1。針對(duì)這一問(wèn)題，作者建議在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以依據(jù)指標(biāo)的權(quán)重排序?qū)?quán)重分值進(jìn)行微調(diào)，使其總和等于1。

從上述計(jì)算結(jié)果可知，在航空基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)航空燃料消耗降低的影響因素權(quán)重評(píng)估中，跑道的因素占權(quán)重最高，占比達(dá)0.439；其次是滑行道，占比達(dá)0.276；再次是空域航線和靈活性，占比達(dá)0.153。此外，每個(gè)假設(shè)因素下的變量對(duì)航空燃料消耗降低的影響也不盡相同。如跑道（RWY）項(xiàng)目下的縱坡占比最高，占比達(dá)0.233，由此可見(jiàn)，跑道（RWY）項(xiàng)目下的縱坡對(duì)于對(duì)航空燃料消耗降低影響最大。其余要素對(duì)航空燃料消耗降低的影響可根據(jù)表4-4類推。

假設(shè)檢驗(yàn)的應(yīng)用上文的研究較為明了的給出了滑行道（TWY）、終端區(qū)（TMA）、停機(jī)坪（APRN）、跑道（RWY）、空域航線和靈活性（ARF）與航空燃料消耗降低影響關(guān)系及影響程度。歸結(jié)來(lái)說(shuō)，五個(gè)假設(shè)因素的成立情況如表4-5所示：

結(jié)論與建議

結(jié)論。通過(guò)本文的研究，可得出結(jié)論如下：強(qiáng)調(diào)了航空基礎(chǔ)設(shè)施元素在燃料消耗中的重要性；基于廣泛的文獻(xiàn)綜述，建立了滑行道（TWY）、終端區(qū)（TMA）、停機(jī)坪（APRN）、跑道（RWY）、空域航線和靈活性（ARF）與航空燃料消耗降低影響關(guān)系的基本假設(shè)；實(shí)證結(jié)果表明，除了終端區(qū)假設(shè)因素外，其余滑行道（TWY）、停機(jī)坪（APRN）、跑道（RWY）、空域航線和靈活性（ARF）四個(gè)假設(shè)均成立，且跑道的因素占權(quán)重最高，占比達(dá)0.439；其次是滑行道，占比達(dá)0.276；再次是空域航線和靈活性，占比達(dá)0.153。

建議。通過(guò)本文的研究，航空公司可以加強(qiáng)航空基礎(chǔ)設(shè)施的投入來(lái)降低航空燃料消耗，尤其應(yīng)關(guān)注滑行道（TWY）、停機(jī)坪（APRN）、跑道（RWY）、空域航線和靈活性（ARF）因素的優(yōu)化。表4-4航空基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)航空燃料消耗降低的影響因素權(quán)重也為每個(gè)項(xiàng)目的具體優(yōu)化指明了方向，例如在跑道（RWY）的優(yōu)化上，可重點(diǎn)關(guān)注縱坡的優(yōu)化。

本文的研究結(jié)論為機(jī)場(chǎng)的實(shí)際管理提供了一些建議。然而，上述結(jié)果也不應(yīng)視為航空基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化的最終的名單。機(jī)場(chǎng)各航空基礎(chǔ)設(shè)施元素也是通過(guò)相互配合來(lái)降低航空燃料消耗，跑道、滑行道、停機(jī)坪等機(jī)場(chǎng)的設(shè)計(jì)元素應(yīng)取決于彼此之間的運(yùn)行效率。研究結(jié)果來(lái)看，終端區(qū)可能不是降低航空燃料消耗的一個(gè)值得投資領(lǐng)域，然而考慮到機(jī)場(chǎng)整體運(yùn)營(yíng)效率，投資終端區(qū)卻可以通過(guò)影響空域航線和靈活性來(lái)達(dá)到降低航空燃料消耗的目的。

（作者單位：上海吉祥航空）