江苏省区域多机场群的优化运营研究*

张皓瑜 吴薇薇 魏文斌

(南京航空航天大学民航学院1) 南京 210016) (美国圣何塞州立大学航空与技术系2) 圣何塞州 CA 95192-0061)

江苏省区域多机场群的优化运营研究*

张皓瑜1)吴薇薇1)魏文斌1，2)

(南京航空航天大学民航学院1)南京 210016) (美国圣何塞州立大学航空与技术系2)圣何塞州 CA 95192-0061)

针对江苏省政府统一区划下的江苏省机场群在发展中所面临的航线同质化程度高、小机场利用率低、政府补贴过高等问题，给出一个优化运营的思路：将目前江苏省内小机场部分航线上的客流，汇聚到南京禄口机场进行中转运输.分别从航空公司、旅客和机场角度，对航空公司运营成本、旅客出行时间评价，以及禄口机场利用率进行评估，分析优化运营前后，各指标的变化情况.结果表明：优化后，航空公司运营成本下降33.23%，禄口机场利用率增加9.65%.同时，航线上增加的航班频率可使旅客的平均计划延误时间下降58.3%.优化后的运营方案，对于帮助江苏省机场向机场群运营模式发展，是可行且适用的.

航空运输；多机场系统；运营优化；运营成本；出行评价；机场利用率

0 引 言

中国是亚太地区机场建设规模最为庞大的国家.截至2014年底，我国民用机场总数为202个，其中有24家机场旅客吞吐量已突破千万人次.机场快速发展的同时，机场之间的联系愈来愈为人们重视.

目前，我国已初步形成了多个区域机场群，正逐步向集群化发展[1].例如，以北京为主的北方(华北、东北)机场群、以上海为主的华东机场群和以广州为主的中南机场群；同时，以成都、重庆和昆明为主的和以西安、乌鲁木齐为主的西南、西北2大区域机场群体雏形也逐渐形成.

针对区域多机场系统已有很多相关研究.文献[2]利用案例分析的方法，以意大利的普利亚区机场群为例，从经济效益和设施规划两方面，分析其发展区域多机场系统的可行性，以及为区域整体发展带来的积极影响.文献[3]通过多准则决策分析，研究多机场系统中各机场的地位及其职能，为政府更好地利用各机场优势提供参考.文献[4]分析了全球范围内59个机场群系统的发展演化过程，发现亚洲的多机场系统大多是以高容量机场为核心，各机场共同协作发展而成.文献[5]研究美国未来9个多机场系统，利用经济学模型和3SLS方法，为多机场系统未来的发展决策提供理论支持.文献[6-9]则通过构建效用函数，对多机场区域内的机场进行选择.文献[10-11]分别从航线网络和时空资源分配的角度，对我国多机场系统进行优化.

以上文献对于多机场系统的发展规划问题，都提出了很好的方法和建议，然而针对多机场系统中航线运营优化的研究相对较少.同时，相比于发达国家的机场布局，我国机场分布及航线结构仍不完善，各地区没有形成具有竞争力的区域枢纽机场，机场群系统内各机场之间协调性不足，航线分配也不尽合理[12].特别是在在长三角地区，中小型机场的协调发展度较低，从而造成空域、时刻等稀缺资源的配置不合理，不利于多机场体系整体竞争力的提高和经济一体化的进程[13-14].作为华东机场群系统内的江苏省机场群，也同样面临着以上问题，因此，文中结合江苏省各机场航线特征，给出省内机场群的航线优化运营的新思路，并通过定量计算，证明所提方案的可行性.由于这些机场是由江苏省政府统一管理，因而各机场之间的协调较为方便，进行运营的优化调整具有可行性.

1 江苏省区域多机场群发展现状

1.1 各机场运营情况分析

机场群系统的概念已被延伸为，在一给定的地理区域内，由占有该区域市场份额的所有机场构成.基于这一定义，江苏省区域多机场群，涵盖省内全部9家机场.分析其中6家机场(不包含禄口机场和硕放机场)2011-2015年旅客吞吐量变化情况，以及2014年各机场占区域内总客流量份额进行分析，见图1～2.

图1 2011-2015年江苏省各机场吞吐量变化

由图1～2可知，①近5年内各机场吞吐量呈增长趋势，说明江苏省区域旅客需求不断增加；②客流分配不平衡，南京禄口机场占据区域内大部分客流，而绝大多数小型机场占有的客流量和航班频率均较少，同时，根据2014年民航小机场补助可知，国家对江苏省7家小机场补助超过5 500万元，江苏省当地政府对省内机场的补助超过了该值的2倍多.相比于以昆明机场为中心进行省内统一管理的云南省机场群，江苏省对每旅客的平均补贴约为云南省的1.14倍.这种依靠补贴而维持运营的状况，加重了政府的负担，江苏省机场群的运营现状亟待改善.

图2 2014年江苏省各机场客流比例

机场群内各机场的航线，很多有着相同的终点机场.文中对这9家机场运营的所有国内航线进行分析，选择其12个共同目的地城市，并将这些OD城市编号,见表1.

表1 所选目的城市编号

分析江苏省内8家小机场到表1各机场的航线运营情况(即每家小机场分析12条航线)，计算所选航线上OD旅客流量和航班频率，分别占机场自身客流总量和航班频率的比例.结果见表2.

表2 各机场所选航线上旅客流量及航班频率占自身份额

注：δ为该机场在所选12条航线上的客流总量与其自身年客流量之比；γ为该机场在所选12条航线上的总航班频率与其自身年航班频率之比.

由表2可知，小机场的δ和γ值较大，说明其开通的国内航线大都选择上述城市作为目的城市，造成区域内航线重叠度高.再考虑各机场在所选12条航线上，旅客流量和航班频率占区域内所有机场总客流量和航班频率的比例，见图3.

图3 各机场在所选12条航线上的客流及航班频率占区域份额

由图3可知，各小机场所占航班频率份额较小，表示这些航线的航班频率比较少，说明小机场存在浪费资源，恶性竞争的情况；并且，小机场所占客流份额较小，而南京禄口机场占区域客流份额很大，说明南京占据绝大多数客流，即所选航线上的客流量是不平衡的.

1.2 南京禄口机场发展概况

当区域机场发展到一定程度，必然要出现一个区域中心机场来承担枢纽机场的功能[15].区域中心机场通常是根据区域内所占客流份额比重选出的.由图2可知，南京禄口机场约占区域客流份额61%，排名第一.同时，南京禄口国际机场是由江苏省政府投资和管理的中国重要的干线机场，也是“十三五”规划中重点建设的区域性门户枢纽，而南京市又是江苏省的政治中心.

2014年7月12日南京禄口国际机场二期工程正式建成通航，飞行区运行级别为4F.对禄口机场及其他同等级机场的现有资源进行评估，见表3.

表3 禄口机场起降架次评估

禄口国际机场基地航空公司的数量和规模与其他同级别的机场相比还不足，其机位资源在未来的一段内将十分富裕.表4为禄口机场第二跑道投入运行后，根据最新航班容量评估得到的结论.

表4 禄口机场目前及未来航班容量估计 架次/h

根据容量评估，预计在高峰小时增加一定量的航班起降架次，也不会突破机场高峰小时的容量限制.

以上各指标均表明禄口机场的容量远未达到饱和的状态，各种运行资源的保障能力比较充裕.另一方面，自2006年起至今，禄口机场在苏皖地区发展的城市候机楼，已实现旅客吞吐量752万人次，平均每天往返的旅客班车总频率可达300班次，反映出其对于周边中转旅客具有较强吸引力.

同时，根据远期规划，禄口机场将以2040年作为远期目标年，按年旅客吞吐量7 000万人次、货邮吞吐量160万t、飞行57.5万架次的规模进一步扩建.届时，机场将拥有4条跑道(2条4F，2条4E)，T1，T2，T3航站楼和卫星厅，机场的保障能力将得到进一步提升.

综上分析，无论是近期，还是远期，南京禄口机场的运行级别、保障能力、时刻及空域资源等都彰示其在区域内毋庸置疑的重要地位，以及可充分满足区域中心机场发展需求的实力.

2 江苏省多机场群的运营优化

针对江苏省机场群面临的问题，提出以南京作为区域中心机场，对一些同质性高，而利用率低的航线，进行运营方案的优化调整.具体做法是：优化上述重复航线上的运营，即，将这些航线由原来的直飞调整为经过禄口机场中转.基于这个调整，本节从航空公司运营成本，机场利用率及旅客效用评价等方面，分别对直飞和中转航线的运营进行分析.

2.1 航空公司运营成本

本文用航线上的飞机运行成本来表示航空公司的运营成本.所涉及参数wi为航线i-j上的客流；fij为航线i-j上的航班频率；s为所用飞机的座位数；α为飞机的座公里成本；β为航线上平均客座率；dij为航线i-j距离；cij为航线i-j上的座公里成本.下标i为江苏省内所有小机场；k为南京禄口机场；J为全国其他城市机场.

航线i-j上的运营成本可表示为

Cij=α·s·dij·fij

(1)

考虑OD的直飞航线，航空公司的总运营成本，即是所有航线上飞行成本的总和

AirlineCost(FC)=∑(i,j)Cij

(2)

考虑将这些客流集中到南京进行中转运输时，航线上的飞行成本，此时一条OD路径由两部分航线组成：从小机场汇运到南京的支线；由南京分运至其他城市的干线.因而，航空公司在一条OD路径上的运营成本是两部分航线上座公里成本之和.由于南京起到了一定的客流集散作用，需要重新估计各航线的航班频率.

航线i-k上的航班频率为

fik=∑jwij/(s·β)

(3)

航线k-j上的航班频率为

fkj=∑iwij/(s·β)

(4)

航线i-k-j的飞行成本为

Cikj=Cik+Ckj

(5)

进而得到，航空公司在所有经过南京中转的航线上的总运营成本为

AirlineCost(HS)=∑(i,j)(Cij+Ckj)

(6)

2.2 旅客出行时间评价及机场利用率

2.2.1 航空中转旅客的出行时间及机场利用率

通常干线上的票价要远低于支线票价[16].中转运输几乎不会使旅客的出行费用增加，甚至还会降低其出行成本，因此，本文仅考虑将旅客的出行时间作为效用进行研究.对于仅使用飞机作为其唯一交通工具的旅客，其旅行时间可以分为两部分：旅客的飞行时间；旅客的计划延误时间.本文中，将旅客的飞行时间简单地等价为飞机的飞行时间；而计划延误时间是指，旅客想要的出行时刻与航班计划时刻之差.若假设旅客需求在机场开放时段内是服从均匀分布的，则旅客计划延误时间等于前后两航班之间时间间隔的1/4[17]：

sdij=T/(4Nij)

(7)

式中：T为机场开放的时间段；Nij为T时段内，航线i-j上的航班频率.

而机场利用率的估计，是通过对机场起降架次的评估得到的.则机场利用率η为

η=机场当前起降架次/机场实际航班容量(8)

2.2.2 非航空中转旅客的出行时间评价

还有一些旅客在一条旅行线路上，会使用多种交通工具.这些旅客中，有一部分是从其所在地，自行选择交通工具到达中心机场后，再办理值机、行李托运等正常的登机流程；另一部分则是，在其所在地的城市候机楼，即可办理登机手续，再由机场巴士统一运送至中心机场.

结合现实情况可知，前一种旅客通常会选择高铁到达中心机场.以无锡旅客为例，从无锡站至南京南站的高铁运行时间约1h，再由南京南站转乘地铁至禄口机场约需40min.即使不考虑旅客到达无锡站的时间，和旅途中的耽搁，旅客也需要至少1h40min才能从无锡到达禄口机场.并且，旅客在到达目的城市过程中，至少使用3种交通工具，进行了2次换乘.这对于通常携带大件行李的航空旅客来说，降低了旅客出行的舒适性和便利性.

对于使用城市候机楼的旅客，这里仍以无锡旅客为例，对其出行时间进行评估.无锡城市候机楼与禄口机场相距165km，每天发出机场大巴6班，最早一班为早上06:50从无锡出发，全程约2.5h.若使用城市候机楼，旅客将无法选择10:00之前的航班，这极大限制了旅客对于航班时刻的自由选择，从而增加了旅客出行延误.同时，若以165km的飞行距离来看，飞机的飞行时间则要远低于2.5h.此外，就本文所研究的机场群来看，目前禄口机场仅在扬州、无锡和常州发展建设了城市候机楼，机场群内的城市候机楼建设不够完善，各地与禄口机场的通达性较弱，不能利用城市候机楼系统实现区域内旅客的集散.

因此，无论旅客以哪种出行方式到达禄口机场，从便利程度和时间成本角度来看，通过飞机进行中转仍最具优势.

3 实例分析

考虑目前江苏省机场群的直飞航线 为统一标准,可根据实际OD客流情况假设，航空公司在这些航线上都用120座的小型飞机进行运输，该机型飞机的轮档速度为600km/h，成本为0.15元/(座·km)，即α=0.15，s=120.以目前航线上85%的平均客座率计算，可得此时航空公司的运营成本，结果见表5.

表5 运营优化前后航班频率及航空公司运营成本

将南京作为中转机场进行运输的情况 考虑到干线的规模经济性，假设干线改用240座的大飞机进行运输，该飞机的轮档速度同样为600 km/h，而成本为0.1元/(座·km).分别估计航线k-j上的年航班频率，和此时航空公司运营成本，结果见表5.

由表5可知，通过南京进行中转后，航空公司运营总成本下降33.23%.

分析旅客出行时间的变化情况 以“淮安—广州”为例，2014年，“淮安—广州”航线上年客流量为44 749人次，航线距离1 417 km，而该航线目前每天只有1班航班，离港时刻为14：00.假设旅客需求的出行时刻在1 d内均匀分布，则可计算旅客的平均计划延误时间和旅客的飞行时间，结果见表6.当考虑通过南京进行中转，根据实际情况假设中转航线上旅客中转时间平均为1.5 h.由式(3)可知，现在淮安出发旅客可选航班增至6架，假设这些航班的时刻也是均匀分布的，则旅客的平均计划延误时间和飞行时间，见表6.

表6 运营优化前后旅客出行时间评价 h

由表6可知，通过南京进行集散运输后，旅客在航线上的飞行时间虽然稍有增加，但是却可以大大降低旅客的计划延误时间，从而降低旅客的出行时间.

分析优化运营前后的南京禄口机场的利用率.若按照机场每天运营18 h，以及目前小时容量计算，根据表5给出的航班频率估计值，则起降架次和机场利用率变化情况见表7.

表7 运营优化前后禄口机场利用率

综上所述，调整的运营方案可以降低航空公司运营成本，和旅客的出行时间，并可使禄口机场的利用率得以提高.

4 结 束 语

近年来，江苏省航空运输需求的持续增长，以及区域机场设备设施的不断完善，使得江苏市场越来越为航空公司关注，更多的公司选择在此设立基地，开辟航线.

然而，区域机场群发展的同时，也带来很多不可避免的问题，比如，各小机场可选择的目的城市不够丰富，开通的航线重复率很高，从而导致区域内的恶性竞争，资源浪费，机场运营亏损严重，给国家造成负担；另一方面，作为区域中心机场的南京禄口国际机场，其运营现状与未来规划之间，仍有很大的发展空间，禄口机场还未完全发挥其区域枢纽机场的优势.

本文针对江苏省机场群发展中存在的：航线同质化水平明显、小机场利用率低、政府补贴过高等问题，在现有的航线基础上，优化一部分重复航线上的运营方案，通过航空公司运营成本、旅客出行时间，以及机场利用率三个方面，对调整前后的运营进行了分析.结果发现，优化的运营方案可以大大降低航空公司的运营成本和旅客的出行时间，以及提高禄口机场的机场利用率.可以预见，未来，南京禄口机场将继续保持其在区域内的主导地位，更进一步发挥区域枢纽机场的作用：将省内小机场客流集散至全国各城市；而其他小机场最主要的作用则是：从省内各处为南京禄口机场不断地输送客流.这样的机场群运营方式，既满足了禄口机场的需求，又可以改善目前亏损的运营状态.

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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

*国家自然科学基金项目(71201081)、南京航空航天大学重点科研专项项目(NZ2016109)资助

U8

10.3963/j.issn.2095-3844.2017.03.021

张皓瑜 (1993—)：女，硕士生，主要研究领域为交通运输规划与管理