江蘇省區域多機場群的優化運營研究*

張皓瑜 吳薇薇 魏文斌

(南京航空航天大學民航學院1) 南京 210016) (美國圣何塞州立大學航空與技術系2) 圣何塞州 CA 95192-0061)

江蘇省區域多機場群的優化運營研究*

張皓瑜1)吳薇薇1)魏文斌1，2)

(南京航空航天大學民航學院1)南京 210016) (美國圣何塞州立大學航空與技術系2)圣何塞州 CA 95192-0061)

針對江蘇省政府統一區劃下的江蘇省機場群在發展中所面臨的航線同質化程度高、小機場利用率低、政府補貼過高等問題，給出一個優化運營的思路：將目前江蘇省內小機場部分航線上的客流，匯聚到南京祿口機場進行中轉運輸.分別從航空公司、旅客和機場角度，對航空公司運營成本、旅客出行時間評價，以及祿口機場利用率進行評估，分析優化運營前后，各指標的變化情況.結果表明：優化后，航空公司運營成本下降33.23%，祿口機場利用率增加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%.優化后的運營方案，對于幫助江蘇省機場向機場群運營模式發展，是可行且適用的.

航空運輸；多機場系統；運營優化；運營成本；出行評價；機場利用率

0 引 言

中國是亞太地區機場建設規模最為龐大的國家.截至2014年底，我國民用機場總數為202個，其中有24家機場旅客吞吐量已突破千萬人次.機場快速發展的同時，機場之間的聯系愈來愈為人們重視.

目前，我國已初步形成了多個區域機場群，正逐步向集群化發展[1].例如，以北京為主的北方(華北、東北)機場群、以上海為主的華東機場群和以廣州為主的中南機場群；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大區域機場群體雛形也逐漸形成.

針對區域多機場系統已有很多相關研究.文獻[2]利用案例分析的方法，以意大利的普利亞區機場群為例，從經濟效益和設施規劃兩方面，分析其發展區域多機場系統的可行性，以及為區域整體發展帶來的積極影響.文獻[3]通過多準則決策分析，研究多機場系統中各機場的地位及其職能，為政府更好地利用各機場優勢提供參考.文獻[4]分析了全球范圍內59個機場群系統的發展演化過程，發現亞洲的多機場系統大多是以高容量機場為核心，各機場共同協作發展而成.文獻[5]研究美國未來9個多機場系統，利用經濟學模型和3SLS方法，為多機場系統未來的發展決策提供理論支持.文獻[6-9]則通過構建效用函數，對多機場區域內的機場進行選擇.文獻[10-11]分別從航線網絡和時空資源分配的角度，對我國多機場系統進行優化.

以上文獻對于多機場系統的發展規劃問題，都提出了很好的方法和建議，然而針對多機場系統中航線運營優化的研究相對較少.同時，相比于發達國家的機場布局，我國機場分布及航線結構仍不完善，各地區沒有形成具有競爭力的區域樞紐機場，機場群系統內各機場之間協調性不足，航線分配也不盡合理[12].特別是在在長三角地區，中小型機場的協調發展度較低，從而造成空域、時刻等稀缺資源的配置不合理，不利于多機場體系整體競爭力的提高和經濟一體化的進程[13-14].作為華東機場群系統內的江蘇省機場群，也同樣面臨著以上問題，因此，文中結合江蘇省各機場航線特征，給出省內機場群的航線優化運營的新思路，并通過定量計算，證明所提方案的可行性.由于這些機場是由江蘇省政府統一管理，因而各機場之間的協調較為方便，進行運營的優化調整具有可行性.

1 江蘇省區域多機場群發展現狀

1.1 各機場運營情況分析

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

圖1 2011-2015年江蘇省各機場吞吐量變化

由圖1～2可知，①近5年內各機場吞吐量呈增長趨勢，說明江蘇省區域旅客需求不斷增加；②客流分配不平衡，南京祿口機場占據區域內大部分客流，而絕大多數小型機場占有的客流量和航班頻率均較少，同時，根據2014年民航小機場補助可知，國家對江蘇省7家小機場補助超過5 500萬元，江蘇省當地政府對省內機場的補助超過了該值的2倍多.相比于以昆明機場為中心進行省內統一管理的云南省機場群，江蘇省對每旅客的平均補貼約為云南省的1.14倍.這種依靠補貼而維持運營的狀況，加重了政府的負擔，江蘇省機場群的運營現狀亟待改善.

圖2 2014年江蘇省各機場客流比例

機場群內各機場的航線，很多有著相同的終點機場.文中對這9家機場運營的所有國內航線進行分析，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8家小機場到表1各機場的航線運營情況(即每家小機場分析12條航線)，計算所選航線上OD旅客流量和航班頻率，分別占機場自身客流總量和航班頻率的比例.結果見表2.

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

圖3 各機場在所選12條航線上的客流及航班頻率占區域份額

由圖3可知，各小機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，說明小機場存在浪費資源，惡性競爭的情況；并且，小機場所占客流份額較小，而南京祿口機場占區域客流份額很大，說明南京占據絕大多數客流，即所選航線上的客流量是不平衡的.

1.2 南京祿口機場發展概況

當區域機場發展到一定程度，必然要出現一個區域中心機場來承擔樞紐機場的功能[15].區域中心機場通常是根據區域內所占客流份額比重選出的.由圖2可知，南京祿口機場約占區域客流份額61%，排名第一.同時，南京祿口國際機場是由江蘇省政府投資和管理的中國重要的干線機場，也是“十三五”規劃中重點建設的區域性門戶樞紐，而南京市又是江蘇省的政治中心.

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

表3 祿口機場起降架次評估

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

表4 祿口機場目前及未來航班容量估計 架次/h

根據容量評估，預計在高峰小時增加一定量的航班起降架次，也不會突破機場高峰小時的容量限制.

以上各指標均表明祿口機場的容量遠未達到飽和的狀態，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，祿口機場在蘇皖地區發展的城市候機樓，已實現旅客吞吐量752萬人次，平均每天往返的旅客班車總頻率可達300班次，反映出其對于周邊中轉旅客具有較強吸引力.

同時，根據遠期規劃，祿口機場將以2040年作為遠期目標年，按年旅客吞吐量7 000萬人次、貨郵吞吐量160萬t、飛行57.5萬架次的規模進一步擴建.屆時，機場將擁有4條跑道(2條4F，2條4E)，T1，T2，T3航站樓和衛星廳，機場的保障能力將得到進一步提升.

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

2 江蘇省多機場群的運營優化

針對江蘇省機場群面臨的問題，提出以南京作為區域中心機場，對一些同質性高，而利用率低的航線，進行運營方案的優化調整.具體做法是：優化上述重復航線上的運營，即，將這些航線由原來的直飛調整為經過祿口機場中轉.基于這個調整，本節從航空公司運營成本，機場利用率及旅客效用評價等方面，分別對直飛和中轉航線的運營進行分析.

2.1 航空公司運營成本

本文用航線上的飛機運行成本來表示航空公司的運營成本.所涉及參數wi為航線i-j上的客流；fij為航線i-j上的航班頻率；s為所用飛機的座位數；α為飛機的座公里成本；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i為江蘇省內所有小機場；k為南京祿口機場；J為全國其他城市機場.

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行中轉運輸時，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)

進而得到，航空公司在所有經過南京中轉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場利用率

2.2.1 航空中轉旅客的出行時間及機場利用率

通常干線上的票價要遠低于支線票價[16].中轉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行研究.對于僅使用飛機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.若假設旅客需求在機場開放時段內是服從均勻分布的，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為機場開放的時間段；Nij為T時段內，航線i-j上的航班頻率.

而機場利用率的估計，是通過對機場起降架次的評估得到的.則機場利用率η為

η=機場當前起降架次/機場實際航班容量(8)

2.2.2 非航空中轉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中心機場后，再辦理值機、行李托運等正常的登機流程；另一部分則是，在其所在地的城市候機樓，即可辦理登機手續，再由機場巴士統一運送至中心機場.

結合現實情況可知，前一種旅客通常會選擇高鐵到達中心機場.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，再由南京南站轉乘地鐵至祿口機場約需40min.即使不考慮旅客到達無錫站的時間，和旅途中的耽擱，旅客也需要至少1h40min才能從無錫到達祿口機場.并且，旅客在到達目的城市過程中，至少使用3種交通工具，進行了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.

對于使用城市候機樓的旅客，這里仍以無錫旅客為例，對其出行時間進行評估.無錫城市候機樓與祿口機場相距165km，每天發出機場大巴6班，最早一班為早上06:50從無錫出發，全程約2.5h.若使用城市候機樓，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，飛機的飛行時間則要遠低于2.5h.此外，就本文所研究的機場群來看，目前祿口機場僅在揚州、無錫和常州發展建設了城市候機樓，機場群內的城市候機樓建設不夠完善，各地與祿口機場的通達性較弱，不能利用城市候機樓系統實現區域內旅客的集散.

因此，無論旅客以哪種出行方式到達祿口機場，從便利程度和時間成本角度來看，通過飛機進行中轉仍最具優勢.

3 實例分析

考慮目前江蘇省機場群的直飛航線 為統一標準,可根據實際OD客流情況假設，航空公司在這些航線上都用120座的小型飛機進行運輸，該機型飛機的輪檔速度為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，結果見表5.

表5 運營優化前后航班頻率及航空公司運營成本

將南京作為中轉機場進行運輸的情況 考慮到干線的規模經濟性，假設干線改用240座的大飛機進行運輸，該飛機的輪檔速度同樣為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，結果見表5.

由表5可知，通過南京進行中轉后，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.假設旅客需求的出行時刻在1 d內均勻分布，則可計算旅客的平均計劃延誤時間和旅客的飛行時間，結果見表6.當考慮通過南京進行中轉，根據實際情況假設中轉航線上旅客中轉時間平均為1.5 h.由式(3)可知，現在淮安出發旅客可選航班增至6架，假設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 運營優化前后旅客出行時間評價 h

由表6可知，通過南京進行集散運輸后，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.

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

表7 運營優化前后祿口機場利用率

綜上所述，調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，并可使祿口機場的利用率得以提高.

4 結 束 語

近年來，江蘇省航空運輸需求的持續增長，以及區域機場設備設施的不斷完善，使得江蘇市場越來越為航空公司關注，更多的公司選擇在此設立基地，開辟航線.

然而，區域機場群發展的同時，也帶來很多不可避免的問題，比如，各小機場可選擇的目的城市不夠豐富，開通的航線重復率很高，從而導致區域內的惡性競爭，資源浪費，機場運營虧損嚴重，給國家造成負擔；另一方面，作為區域中心機場的南京祿口國際機場，其運營現狀與未來規劃之間，仍有很大的發展空間，祿口機場還未完全發揮其區域樞紐機場的優勢.

本文針對江蘇省機場群發展中存在的：航線同質化水平明顯、小機場利用率低、政府補貼過高等問題，在現有的航線基礎上，優化一部分重復航線上的運營方案，通過航空公司運營成本、旅客出行時間，以及機場利用率三個方面，對調整前后的運營進行了分析.結果發現，優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，以及提高祿口機場的機場利用率.可以預見，未來，南京祿口機場將繼續保持其在區域內的主導地位，更進一步發揮區域樞紐機場的作用：將省內小機場客流集散至全國各城市；而其他小機場最主要的作用則是：從省內各處為南京祿口機場不斷地輸送客流.這樣的機場群運營方式，既滿足了祿口機場的需求，又可以改善目前虧損的運營狀態.

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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

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

U8

10.3963/j.issn.2095-3844.2017.03.021

張皓瑜 (1993—)：女，碩士生，主要研究領域為交通運輸規劃與管理