基于TOPSIS模型的机场可持续发展水平评价研究

宋 文,胡 荣*,谢吉伟,曾 雯,张军峰

(1. 南京航空航天大学 民航学院,南京 211106;2. 珠海翔翼航空技术有限公司,广东 珠海 519030)

近年来,航空运输业的快速发展对促进人员货物快速流通、带动区域经济转型发展、推进人文对外交流等发挥了重要的积极作用,但也伴随着航空噪声、航空排放、航班延误等负面影响.航空运输业的可持续发展受到了越来越多的关注.作为航空运输系统的重要组成,机场的可持续发展是实现航空运输与环境、资源、社会及经济协调发展的关键环节之一.因此,科学开展机场可持续发展水平评价成为研究航空运输可持续发展的重要内容,也是制定机场可持续发展建设举措、提升可持续发展能力的前提与基础.

当前,机场可持续发展研究集中于内涵定义界定、指标体系构建及发展水平评价三个方面.在机场可持续发展的内涵定义方面,Carter和Rogers(2008)将机场可持续发展定义为机场在环境、社会、经济方面实现协调发展[1];Ryley等(2013)定义为增加机场能力和经济表现,同时将环境影响降至最低[2];Wan等(2020)将机场可持续定义为在确保机场服务质量和运营效率并履行社会责任的同时实现经济增长[3],等等.在指标体系构建方面,Yuan等(2014)建立了运行、社会、环境、资源和能源的机场可持续发展指标体系[4],Li等(2022)聚焦绿色机场的基本特征,探究了机场发展[5],等等.在发展评价方法方面,崔海雷(2021)定性评价了全球机场集团的可持续发展水平[6];李琳丹(2019)建立粒子群-投影寻踪算法评价机场的可持续发展水平[7],李明俊、李向东(2019)运用灰色系统原理评估了机场的可持续发展能力[8].

综上,现有研究对机场可持续发展定义内涵、体系等研究相对成熟、深入,取得了较丰富的成果.但仍有如下内容值得深入:1)指标选取较少考虑指标的正向、负向属性;2)评价视角有待进一步丰富.因此,本文基于“正向效益”及“负向成本”两个角度,从经济、环境、社会三方面改进优化了机场可持续发展指标体系;引入TOPSIS模型,综合考虑经济属性中成本与效益的双向影响,从而综合评价机场可持续发展水平;同时延伸评价结果,基于经济、环境、社会的指标内涵视角及正向效益-负向成本的经济属性视角对机场可持续发展水平进行分析,深入探讨不同视角下机场的可持续发展水平.

1 评价指标与方法

1.1 指标体系

科学、完善的机场可持续发展指标体系是开展后续可持续发展水平评价的基础.现有研究文献涉及的指标既有宏观的机场区域指标(如区域发展),也有微观的机场运行指标(如旅客吞吐量);既有定性指标(如党群建设),也有定量指标(如财务数据)(表1).

表1 机场可持续发展水平评价指标汇总表Table 1 Airport sustainable development level evaluation index summary

本文在现有研究成果基础上,遵循“三位一体论”可持续发展理论[11](图1)并兼顾数据可得性、科学性原则,构建了本文机场可持续发展体系指标体系(表2).

图1 可持续发展理论“三位一体”图Figure 1 “Trinity” of sustainable development theory

表2 机场可持续发展水平评价指标体系Table 2 Evaluation index system of airport sustainable development level

上述指标既可以按照指标内涵划分为经济、环境和社会三大类;也可以根据指标经济属性划分为效益与成本两类.具体地,效益指标包括:旅客吞吐量、货邮吞吐量、起降架次、运营收入、土地资源面积和地区人均GDP、航班恢复率;成本指标包括:延误率、成本费用、二氧化碳排放量、噪声影响面积和旅客投诉率.其中,由于民航业受到外界影响[12],2021年在考虑机场可持续发展水平时引入航班恢复率指标,该指标综合反映各机场对重大社会突发事件的应对能力,体现了可持续发展的潜力.

1.2 评价方法

本文根据评价指标的经济属性,构建以距离正负理想解的接近度即TOPSIS模型为评价基准的机场可持续发展水平评价方法[13].如图2.

椭圆内为待评价机场,正理想解z+是指其各指标值取所有待评价机场中效益指标值最大、成本指标值最小的虚拟机场;相反,负理想解z-是指其各指标值取所有待评价机场中效益指标值最小而成本指标值最大的虚拟机场.通过各待评价机场变量到正负理想解的相对距离即可评价各机场可持续发展水平高低.虽然待评价机场z1、z2距离z+相同(即表示产出效益相等),但与负理想解的距离z2z-大于z1z-(表示z2成本高于z1),因而机场z1相对更接近于z+,其可持续发展水平更佳.

具体评价过程如下:

首先,收集待评价机场i(i=1,2,…,m)各评价指标j(j=1,2,3,…,n)的原始数据.为消除量纲与物理单位对评价结果的影响,采用min-max标准化方法对各指标数据xij无量纲处理:

(1)

考虑到各指标的不同权重,进行加权处理,构造新的指标变量zij.

(2)

其中:wj代表j指标的权重,取值范围为[0,1],且所有指标的权重之和为1,本文采用等值权重.

(3)

(4)

(5)

(6)

进而,可获得待评价机场i与正理想解的相对接近度Ci:

(7)

Ci取值范围为[0,1],取值越小表示与正理想解越接近,即可持续发展水平越高.

2 数据来源

本文以北京首都、上海浦东、深圳宝安、厦门高崎和广州白云这5座上市机场为研究对象,以2021年数据为基础评价各机场可持续发展水平,其中评价指标的数据来源如表3所示.

表3 数据来源汇总表Table 3 Summary of data sources

考虑到机场噪声监测系统尚未在我国普遍应用,本文基于起降架次、运行机型及人口分布等因素,采用专家打分法获得噪声影响指标值[16].

3 结果与讨论

3.1 综合评价结果

根据前文构建的评价指标体系与评价方法,2021年北京首都、上海浦东、广州白云、深圳宝安和厦门高崎机场的可持续发展水平综合评价结果如表4所示.

表4 基于综合视角的机场可持续发展水平评价结果Table 4 Evaluation results of airport sustainable development level based on comprehensive perspective

总体而言,北京首都机场的可持续发展水平居首位,广州白云、深圳宝安机场紧随其后且差距很小,上海浦东机场承载了上海市大部分的国际航班,其排序较低,可持续发展水平有待提升,厦门高崎机场可持续发展水平较低.

同时,机场可持续发展指标可以根据不同属性进行划分:1)基于可持续发展内涵可以分为经济、环境、社会三大类型;2)基于经济属性可以划分为效益、成本两大类型.下面本文将在上述综合评价结果基础上,进一步基于不同指标属性开展可持续发展水平分析.

3.2 基于指标内涵视角的分析

基于评价指标的内涵,分别从经济、环境和社会三个视角对上述机场的可持续发展水平进行分析(表5).

表5 基于指标内涵视角的机场可持续发展水平评价结果Table 5 Evaluation results of airport sustainable development level based on index connotation perspective

经济指标反映机场的运营水平,结果表明:广州白云、深圳宝安、北京首都机场的经济可持续水平较高.进一步分析,广州白云机场生产及收入指标值较高,同时保障能力强,延误率在五个机场中排名最低,仅为20%,因此经济的可持续能力较高;深圳宝安机场,运营航班稳定,2021年该机场保障航班31万架次,保障旅客3 635万人次,两指标均高于北京首都机场,推动了经济的可持续发展;北京首都机场在2021年的起降架次、旅客吞吐量、货邮吞吐量、收入均处于第三的水平;浦东机场的收入水平较高,但2021年,该机场的旅客吞吐量、货邮吞吐量排名较弱,且成本比广州白云机场高出16%;高崎机场由于单跑道,保障能力较小,旅客吞吐量仅为白云机场的30%左右,虽然生产指标值较低但其延误率达到22%,因此其经济可持续能力有待提升.

环境指标反映机场的土地等资源占用与对环境的影响,结果表明:厦门高崎、北京首都、广州白云机场的环境可持续发展水平较高,其中厦门高崎机场的碳排放量最低,相比次低指标,少了40%左右.浦东机场碳排放量是高崎机场碳排放量的1.8倍;宝安机场的碳排放量是高崎机场的2.2倍,两者应推进绿色机场建设.

社会指标反映机场的服务质量、区域影响及应对突发事件的能力,结果表明:五个机场的社会可持续发展水平差距较大.北京首都机场社会可持续发展水平居首位,比第二名高出6%,较高的区域经济可以带来航空运输需求,推动航空港经济的发展以实现区域与机场的发展互动;且其航班恢复率为正值2.29%,仅次于浦东机场(7.32%),因此社会的可持续能力较强;厦门高崎机场社会可持续发展水平与前四名机场差距较大,该机场旅客投诉率为其他机场的2倍,未来需重点关注服务质量.

3.3 基于指标经济属性视角的分析

进一步地,从指标经济属性,即效益-成本视角对机场可持续发展水平进行分析,结果如表6.

表6 基于经济属性视角的机场可持续发展水平评价结果Table 6 Evaluation results of airport sustainable development level from the perspective of economic attributes

效益指标下北京首都机场可持续发展水平最优,其次为广州白云机场和上海浦东.厦门高崎机场到负理想解距离为0,即效益视角下的负理想解,其客货吞吐量、收入水平仅为首都机场的35%左右.

成本指标下厦门高崎机场、深圳宝安机场可持续发展水平较优,两者接近.北京首都和广州白云次之,且两者接近.上海浦东机场的成本比高崎机场高出5倍,碳排放量高出2.2倍,进而其成本指标下可持续发展水平最低.

以上分析证明不同视角下机场的可持续发展水平有所差异,按照指标分类进一步分析其可持续发展能力对于机场建设发展极为重要.

3.4 机场可持续发展建议

为促进机场可持续发展建设,基于上述研究结果提出如下建议.

北京首都机场的经济、环境、社会可持续发展水平在2021年均处于较高水平,但成本指标的可持续发展水平较低.因此,首都机场应保持现有水平,进一步优化能源结构,实现减排、降噪,降低成本;同时可以充分利用“京津冀一体化”机遇,发挥机场群优势实现机场发展与地区经济的互动循环.

上海浦东机场的环境、成本指标的可持续发展水平较低,且变动较大.因此,建议提高应对突发事件的能力,强化运营管理;在后续改扩建工程中完善机场设施,落实绿色机场建设规划,实现机场建设运行的节能减排.

广州白云机场经济可持续发展处于较高水平,但环境与社会可持续发展水平较低,同时成本指标的可持续发展水平较低.由于白云机场的成本在各机场成本中排名第一,因此白云机场需要通过优化组织结构、合理配置资源等方式降低成本;同时可以充分利用粤港澳大湾区发展机遇,发挥机场群优势实现机场与地区的协同发展.

深圳宝安机场的可持续发展水平较稳定,主要面临环境可持续发展水平较低的问题,同时其效益指标的可持续发展水平较低.因此建议加强减排力度,优化能源结构;同时依托深圳“特区、湾区、自贸区”三区叠加的独特优势,优化航线,提高枢纽能力及生产规模;由于其运营收入只有白云机场的60%,因此宝安机场需要通过扩展非航业务等方式提高收入水平.

厦门高崎机场各个体系下可持续发展水平基本稳定,环境可持续发展水平较高,但经济与社会的可持续发展水平低,同时效益指标可持续发展水平略低.近年来高崎机场运行及收入稳定增长,该机场可以按照经营策略稳步发展;由于其投诉率较高,因此需重视“人文机场”建设,提高其旅客服务水平.

4 结 语

本文研究了机场可持续发展评价问题,引入了考虑经济属性的相对接近度模型,在综合评价机场可持续发展水平的基础上延伸,基于指标的内涵(经济、环境和社会)、指标的经济属性(效益与成本)分别探究不同视角下机场的可持续发展水平,并针对评价结果提出可持续发展建议.研究结果表明:

1)在对机场发展的评价中应引入可持续理念,综合考虑成本、效益指标对机场发展的影响,以期更全面、科学开展发展水平评价;

2)在综合评价中,北京首都机场可持续发展水平居首位,深圳宝安、广州白云机场紧随其后,受外界变动影响,上海浦东机场可持续发展水平较低;

3)从发展内涵视角来看,北京首都机场可侧重环境方面;上海浦东机场应侧重环境方面;广州白云机场可以适当侧重环境与社会方面;深圳宝安机场应侧重环境方面,适当注意经济方面;厦门高崎机场应提高经济与社会方面;

4)基于经济属性视角下,深圳宝安和厦门高崎机场应侧重效益指标建设,而北京首都和上海浦东机场应重视成本指标改进.