（管理科学与工程专业论文）基于中枢辐射航线网络的航空公司机型分配研究.pdf

摘要 机型分配可以定义为：给定航班计划，已知机队组成结构和飞机数量，以及每类飞 机飞行每条航线的总成本费用前提下，航空公司确定每条航线用什么机型来飞，使得总 利润最大或者总成本费用最小。机型分配直接关系到航班的运营成本和收入，由于飞机 资源的昂贵性和飞机座位产品的不可储存性，使得如何根据市场需求变化来调整运力成 为航空公司面临的一个很具有挑战性的工作。 目前，随着我国民航运输业的快速发展以及市场竞争的逐步加剧，国内各航空公司 纷纷采取优化航线网络、优化资源分配等方式来降低成本，提高收益。国航、南航、东 航、海航等航空公司都在为提高竞争力，改善公司的经济效益而积极调整航线网络结构， 构建运营基地。在构建中枢辐射航线网络时，如何有效运营枢纽网络，合理分配运力成 为航空公司主要关注的问题之一。 经过对当前航空业界网络结构发展趋势的研究，结合中国航空公司正在构筑中枢辐 射航线网络结构的现状，本文选择了“基于中枢辐射航线网络结构的航空公司机型分配 研究”这一课题。通过对国内外机型分配研究现状分析发现，航班旅客需求和成本是该 项工作中的决定性参数。论文首先通过对网络中的城市对需求进行预测，然后根据旅客 需求选择，将城市对需求转换成中枢辐射航线网络下航线需求。进而根据一天中旅客需 求分布规律及航线班次安排，实现了中枢辐射航线网络航班旅客需求。论文在考虑航班 运营成本的基础上，首次引入了航班溢出成本的分析。在以上工作的基础上，论文以成 本最小化建立了数学模型，并运用中国国际航空股份有限公司的部分网络对模型进行了 验证。 本文将对我国航空公司在运营中枢辐射航线网络时，如何优化运力资源分配，降低 成本，提高收益提供一个很好的参考和借鉴。 关键词：中枢辐射航线网络航班计划机型分配混合整数规划航班溢出成本 a b s t r a c t g i v e naf l i g h ts c h e d u l ea n ds e to fa i r c r a f t , t h et o t a lc o s tf o re a c ha i r c r a f tf l y i n ge a c h f l i g h t , t h ef l e e ta s s i g n m e n tp r o b l e mi st od e t e r m i n ew h i c ht y p eo fa i r c r a f ts h o u l df l ye a c h f l i g h ts e g m e n t ，m a k i n g at o t a lo fm a x i m u m p r o f i t so rm i n i m u mt o t a lc o s t s i n c ei th a sad i r e c t i m p a c to no p e r a t i n gc o s t sa n dp a s s e n g e rr e v e n u e ，a n dd u et ot h ee x t o r t i o n a t eo fa i r c r a f t r e s o u r c e ，t h ep e r i s h a b l eo ft h ea i r l i n es e a tw h i c hi sn f v e rb es o l da f t e rt h ea i r c r a f tt a k eo f f , s o l v i n gt h ef l e e ta s s i g n m e n tp r o b l e mh a sa l w a y sb e e nac h a l l e n g i n gt a s kf o ra i r l i n e s n o w a d a y s ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n te fc h i n a sc i v i la v i a t i o ni n d u s t r y , t h ei n t e n s i f i e d c o m p e t i t i o ni n t h em a r k e t ，d o m e s t i ca i r l i n e sh a v et a k e nt oo p t i m i z et h e i rn e t w o r ka n d o p t i m i z et h ea l l o c a t i o no f e s o n r c c st or e d u c ec o s t sa n de n h a n c er e v e n u f a i rc h i n a , c h i n a s o u t h e r n ，跚n ae a s t e r n ，h a i n a na i r l i n e sa d j u s tt h e i rn e t w o r ka n de s t a b l i s ht h e i ro w n o p e m t i n gb a s e sa c t i v e l y , i no r d e rt oe n h a n c et h e i rc o m p e t i t i v e n e s s , i m p r o v et h ee c o n o m i c s t r u c t u r e w h i l ec o n s t r u c t i n gt h eh u ba n ds p o k es y s t e m h o wt os c n ，et h ef l e e ta s s i g n m e n t p r o b l e mr a t i o n a l l y , a c c o r d i n g l yo p e r a t et h es y s t e me f f e c t i v e l y , h a sb e c a m eo n eo ft h em a i n o o n c e r n sf o ra i r l i n e s a f t e ra n a l y z e dt h ed e v e l o p m e n tt r e n d so ft h ec u r r e n tn e t w o r ks t r u c t u r ei nt h ea v i a t i o n i n d u s t r y , c o n s i d e r e dc h i n am a i na i r l i n e sa r eb u i l d i n gt h e i r h u b a n d s p o k en e t w o r ks y s t e m ， t h ep a p e rc h o o s e “a i r l i n ef l e e ta s s i g n m e n tm o d e lb a s e do nh u ba n ds p o k es y s t e m ”a st h e i s s u e i nf l e e ta s s i g n m e n tm o d e l s ，t h ef l i g h tp a s s e n g e rd e m a n d sa n df l i g h tc o s t sa l ed e c i s i v e p a r a m e t e r s t h r o u g hf o r e c a s t i n gt h ec i t yp a i rp a s s e n g e rd e m a n d s ，a c c o r d i n gt op a s s e n g e r d e m a n dc h o i c e ，w ec a l lg e tt h e p a s s e n g e rd e m a n d su n d e rh u ba n ds p o k es y s t e m t h e nb a s e d o np a s s e n g e rd e m a n d sd i s t r i b u t i o nd u r i n gp e rd a y , f l i g h t st h a ta na i r l i n e 渤p r o v i d eo na r o u t ep e rd a y , w e g e tt h ef l i g h tp a s s e n g e rd e m a n d su n d e rh u ba n ds p o k es y s t e m i na d d i t i o n t ot h ef l i g h to p e r a t i n g c o s t ，t h i sp a p e ra d d i n gf l i g h ts p i l lc o s tt ot h ef l i g h tc o s t o nt h eb a s i so f t h ea b o v ew o r k , t h i sp a p e r e s t a b l i s h i n gam i x e d i n t e g e rp r o g r a m m i n gm o d e lw i t ht h eg o a lo f m i n i m i z i n gt h ec o s t ，t h e nu s e di tw i t hal o c a lh u b - a n d - s p o k en e t w o r ko fa i rc h i n al i m i t e d f o rt h ee m p i r i c a la n a l y s i s t h i sp a p e rw i l lp r o v i d e sag o o dr e f e r e n c eo re m u l a t i o nf o rc h i n aa i r l i n e s ，w h i c h a l e o p e r a t i n gh u b a n d s p o k en e t w o r k , o no p t i m i z et h et r a n s p o r ta l l o c a t i o no fr e s o u r c e st or e d u c e c o s t sa n de n h a n c er e v e n u e k e yw o r d s ：h u ba n ds p o k es y s t e mf l i g h ts c h e d u l e f l e e ta s s i g n m e n t m i x e d i n t e g e rp r o g r a m m i n gf l i g h ts p i l lc o s t 中国民航大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所 知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得中国民航大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生虢糊日期；业 中国民航大学学位论文使用授权声明 中国民航大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件 和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内 容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阋，可以公布( 包括刊登) 论文的全 部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权中国民航大学研究生部办理。 研究生签名；三越导师签名：歹、侈曰司导师签名：幺! ! ：亟凸期；兰! 丑墨 中国民航大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 航空运输业是一个为客货提供运输服务的巨大而复杂的行业。在航空运输业，由于 其业务地理位置广阔、投资成本高、生产系统运行费用昂贵，结构复杂，仅靠人力很难 完成资源的优化控制，使用科学方法效果十分显著。因此航空运输业历来是资源控制优 化模型理论和应用研究最活跃的领域之一”。 机型分配( f l e e t a s s i g n m e n t ) 又叫机队派遣，是指给定航班计划，已知机队组成结 构和飞机数量，以及每类飞机飞行每条航线的总成本费用静提下，航空公司确定每条航 线用什么机型来飞，使得总利润最大或者总成本费用最d , t 2 1 。 机型分配直接关系到航班的运营成本和收入：指派小的机型到高需求航班上会导致 旅客溢出，指派大的机型到低需求的航班上会使得客座率较低，而且航班运营成本也较 高。由于飞机资源的昂贵性和飞机座位产品的不可储存性，使得如何根据市场需求变化 来调整运力成为航空公司关注的核心问题之一。 1 2 研究背景及意义 近2 0 年，大多数航空发达国家先后进行了中枢辐射航线网络结构建设。世界上成 功的航空公司直飞产品仅占3 0 左右，7 0 提供的是中转服务。当前世界发达国家的航 空公司普遍采用中枢辐射航线网络，中枢辐射航线网络已经成为当前航空运输业一个有 力的竞争手段，上世纪九十年代各大航空公司又通过联盟和代码共享形成优势互补、更 具有竞争实力的航线网络。在空运发达的欧美国家，中枢辐射航线网络已经成为航线网 络布局的主流。2 l 世纪的航空业将是以枢纽机场为基础，中枢辐射航线网络为中心的 行业，枢纽发展战略将成为航空公司参与国际竞争的高价入场券，中枢辐射航线网络越 来越成为航空公司建立长期竞争优势的必要而有效的手段。 改革开放以来，我国民航运输业发展迅速，代表民航发展总体水平的运输总周转量 每年均保持快速增长( 图卜1 ) ，运输总周转量在国际民航各缔约国的位次从1 9 7 8 年的 第3 7 位上升到2 0 0 5 年的第二位。从机队来看，截至2 0 0 5 年末，全行业拥有各型运输 飞机8 6 3 架，国际干线和国内干线基本使用机龄较短的大中型飞机；从航线网络来看， 已经形成纵横交错、比较完善的航空运输网络，共有定期航线1 2 5 7 条，通航里程2 7 2 百万公里。其中国内航线1 0 2 4 条，通航全国1 3 5 个城市( 包含香港、澳门) 的1 3 7 个机 场；国际航线2 3 3 条，通航3 3 个国家的7 5 个城市0 1 。 中国民航大学硕士学位论文 图1 - i 改革开放后我国民航运输总周转量增长图 在看到我国民航业快速发展的同时，我们也应该清醒的意识到存在的问题。从国际 上看，虽然已进入民航大国的行列，但中国民航业的竞争力还很薄弱，与世界民航强国 的差距还很大。随着我国改革开放不断深化以及加入w t o 承诺的逐步落实，外国航空 公司也将逐渐进入我国的航空运输市场。这对还很稚嫩的我国航空公司来讲，无疑是一 个巨大的威胁和挑战。从国内来看，航空运输依然不是我国运输市场的最重要的方式， 还没有成为大众化的运输方式。 如何把握历史机遇，迎接挑战；如何在同国内地面运输方式竞争的同时，应对来自 外航的竞争压力，增强国际竞争力；如何调整经营方式，降低成本，提高效益，已成为 我国民航业必须考虑的战略问题。民航当局、航空公司、机场除了应该加大投资力度， 适时的增加运力，更重要的也要提高管理水平，实现集约化经营，加大市场开发力度， 充分利用资源。 目前，随着航空油价的居高不下以及市场竞争的逐步加剧，国内各航空公司纷纷采 取优化航线网络、优化资源分配等方式来降低成本，提高收益。国航、南航、东航、海 航等各航空公司都在为提高竞争力，改善公司的经济效益而积极调整航线网络结构，构 建运营基地。在构建中枢辐射航线网络时，如何有效运营枢纽网络，合理分配运力成为 航空公司主要关注的问题之一。 从欧美等发达国家中枢辐射航线网络运营现状和趋势来看，经营枢纽的关注点应该 从注重收入、市场份额转向更为现实的注重成本和机型利用率的优化，而非盲目的以成 本为代价来换取过于理想的航班波。 因此，经过对当前航空业界网络结构发展趋势的研究，结合中国航空公司正在构筑 中枢辐射航线网络结构的现状，本文选择了“基于中枢辐射航线网络结构的航空公司机 型分配研究”这一课题。 2 中国民航大学硕士学位论文 1 3 国内外现状研究分析 1 3 1 国外研究现状分析 在国外，由于来自航空运输实践的强烈需求，吸引了很多学者关于机型分配做了大 量的研究，并在航空公司运营中取得了很多成果。根据研究内容和时间，可以将这些研 究分为两个阶段： 1 。基本的机型分配研究阶段 该阶段具有代表性的研究有：a b a r a ( 1 9 8 9 ) 以航班之间可行的衔接为考虑对象，建 立了一个可用于普通航空公司网络的模型，该模型在美国航空公司的应用实践表明，模 型成功地为该公司降低了1 4 的边际运营成本1 4 】；s u b r a m a n i a n 等人( 1 9 9 4 ) 成功为d e l t a 航空公司超过2 5 0 0 个的国内航班进行了机型匹配，为该公司每年节省了1 亿美元成本 1 5 1 ；h a n e 等人( 1 9 9 5 ) 通过求解大规模整数规划问题研究了一般形式下的机型分配，并成 功地处理了一个拥有1 1 种机型，每日航班达到2 5 0 0 个的大型航空公司的航班机型分配 1 1 l ；r u s h m e i e r 和k o n t o g i o r g i s ( 1 9 9 7 ) 以时空网络的方式对机型分配进行了描述并建立 了模型，成功运用于u s a i r 的航线网络中，据两位作者声称，他们的模型每年能为u s 砧r 降低至少1 5 0 0 万美元的成本【“。 基本的机型分配模型都满足以下约束条件：( 1 ) 航班覆盖约束，保证每个航班由且 只由一架飞机来执行。( 2 ) 飞机平衡约束，保证网络中飞机流量平衡。( 3 ) 飞机可用性 约束，保证用于指派的飞机架数小于该机队的可用飞机架数。 但是，在传统的研究中，常常把机型分配与其它问题孤立开来研究。对航班旅客需 求的研究也仅仅是考虑单航段上的需求，而忽略了对在中枢机场中转的这部分联程旅客 的需求研究。同时，也没有考虑到溢出旅客的重新获取情况。 2 机型分配研究的扩展阶段 信息搜集技术的发展，市场竞争的加剧，鼓舞了研究者采用新的方法来求解机型分 配。这些新的趋势包括： ( 1 ) 将机型分配和航空公司其他的决策过程，如航班时刻表制定、飞机维修路径、 机组排班路径整合在一起。 代表性的研究有l w c l a r k e 等人( 1 9 9 6 ) 将飞机维修和机组过夜约束加入到了机型分 配模型中川；b a r n h a r t 等人( 1 9 9 8 ) 将机型分配和飞机线路问题结合在了一起1 8 1 ；a h u j a 等人( 2 0 0 1 ) 通过加入机组和地勤人员约束条件对基本模型进行了扩展1 9 】；l o h a t e p a n o n t 等人( 2 0 0 4 ) 研究了将航班时刻表制定和机型分配整合在一起的综合模型l 圳。 ( 2 ) 在传统机型分配模型中，加入了基于线路的旅客需求及溢出旅客重新获取率 的分析。 代表性的研究者有b a r n h a r t ，k n i k c r 和l o h a t e p a n o n t 等人( 1 9 9 8 ，1 9 9 9 ，2 0 0 2 ) ，他 们建立了考虑旅客需求的机型分配模型，于2 0 0 2 年首次建立了基于飞行线路的机型分 配模型，能够获得网络效应，并能更准确地估计旅客溢出量和重新获取纠n i l l 2 l 【1 3 1 。 中国民航大学硕士学位论文 ( 3 ) 研究动态机型分配技巧，即随着航班执行的临近，对旅客需求信息更多更准 确地获取，对初始的机型分配进行修正，以达到运力与需求的更有效的匹配。 b e r g e 和h o p p e r s t a d ( 1 9 9 3 ) 首次提出了“受需求驱动的运力分配”( d e m a n dd r i v e n d i s p a t c h ) 的概念，即考虑需求影响，随着运营时间的临近，对原有的机型分配计划进 行调整【1 4 1 ；t a l l u r i ( 1 9 9 6 ) 探讨了修正的机型分配的启发式算法【1 5 1 ；j a r r a h 等人( 2 0 0 0 ) 研究了将传统的机型分配模型如何有效使用在重新分配问题中【1 6 1 ：r o s e n b e r g e r 等人 ( 2 0 0 4 ) 探讨了在需要取消航班的情况下，如何围绕枢纽机场制定有效的机型分配计划， 以使得对航空公司的整体影响最小【l ”。 1 3 2 国内研究现状分析 从国内来看，由于航空公司规模普遍偏小，前些年对生产计划管理工作缺乏重视， 计划方式简单、粗放，对生产计划管理方面的研究需求非常有限。近年来，随着运营规 模的扩大，市场竞争的加剧，运营成本的提高，国内航空公司越来越重视运力调整工作 以更适应市场的变化。 国内直接针对机型分配研究的不多，相关研究有：都业富( 1 9 9 5 ) 通过以盈亏平衡 客座利用率为依据，把大型线性规划问题最优解整数化，使得航班串优化具有可操作性 【1 8 l ；吴桐水( 1 9 9 9 ) 分析了轮辐式航线网络所具模式的特征，在此基础上提出了一个考 虑中转旅客流量的航班计划优化模型 1 9 1 ；张永莉( 2 0 0 4 ) 提到了机型分配所要满足的 基本条件【1 1 ：黄邦菊( 2 0 0 4 ) 以成本最小为目标函数，建立了机型分配的整数规划模型， 在模型约束条件中考虑了一定时期内的旅客需求，机型座位数和客座利用率【冽；张伯生 ( 2 0 0 6 ) 根据航班效益分析，建立了一个航线贡献最大化的动态规划模型1 2 1 l ；黄文强 ( 2 0 0 6 ) 将机型分配和舱位控制问题结合在一起，建立了一个双层规划模型1 2 2 】。 可以看出，国内关于机型分配的研究还处于基本阶段，研究中没有涉及到旅客溢出 成本和重新获取率分析。结合国内外研究现状，本文将分析中枢辐射航线网络航班需求 预测途径，加入航班溢出成本的分析，以网络成本最小化为目标建立数学模型。这将对 我国航空公司在运营中枢辐射航线网络时。如何优化运力资源分配，降低成本，提高收 益提供一个很好的参考和借鉴。 1 4 论文的结构框架 论文各章结构如下： 第一章为绪论。包括引言，研究背景及意义，国内外研究现状分析，论文的结构框 架四个部分。 第二章为中枢辐射航线网络理论综述。本章未理论支撑部分，首先介绍了航线网络 相关基本概念，论述了航线网络结构决策的重要性及需要考虑的因素，从航线网络结构 组成角度，分析了点对点式结构和中枢辐射航线网络结构的优缺点，并就中枢辐射航线 网络结构的发展趋势进行了探讨，最后简单介绍了目前我国航空公司中枢辐射航线网络 4 中国民航大学硕士学位论文 建设的现状。 第三章为机型分配综述。本章依然为理论支撑部分，首先论述了航空公司主要生产 计划之间的关系，重点介绍了航班计划的基本要素及其制定流程，进而全面介绍了机型 分配的概念、意义及基本的机型分配模型。本文重点设计的基于中枢辐射航线网络的机 型分配模型即是在基本的机型分配模型基础上建立起来的。 第四章为中枢辐射航线网络航班旅客需求预测。在本章中，首先对网络中的城市对 需求进行预测，然后根据旅客需求选择，将城市对需求转换成中枢辐射航线网络下航线 需求。进而根据一天中旅客需求分布规律及航线航班安排。得到中枢辐射航线网络航班 旅客需求。 第五章为航班成本的确定。本章中在考虑航班运营成本的基础上，首次引入了航班 溢出成本的分析。目前，国内仅能在都业富文献中看到关于航班旅客溢出的计算，在航 班计划安排中，还没有文献考虑航班溢出成本的分析。发生旅客溢出情况时，不仅直接 给航空公司的收入带来损失，更为主要的是，流向其他航空公司的旅客可能会是永久性 的流失。因此，航班溢出对航空公司的影响不容忽略，应引起航空公司的关注。所以， 本文中加入了航班溢出成本的计算。 第六章为数学模型的建立及实证分析。在前面各章的基础上，本章以成本最小化建 立了数学模型，并运用中国国际航空股份有限公司的部分网络对模型进行了验证。 最后是本文的结论和展望。 5 中国民航大学硕士学位论文 第二章中枢辐射航线网络理论综述 2 1 航线与航线网络结构 2 1 1 航线 航线指飞机飞行的路线，不仅确定了飞机飞行的具体方向、起止和经停地点，还根 据空中交通管制的需要，规定了航线的宽度和飞行高度。以维护空中交通管制秩序，保 证飞行安全。对航线定义的把握时要注意与航段区分。航段是指飞机从起飞到下次着陆 之问的飞行，航线可以包括一个或多个航段。从经营角度看，航线应具备以下三个条件： 1 有运输机定期飞行。 2 有足以保证运输飞行和起降所需要的机场及地面设备。 3 经过批准，现民航航线除由民航局计划司审查批准外，还需要报请空军和总参 批准，这主要涉及空域管制权。 可以从不同角度对航线进行分类： 1 根据起止点归属来分：可分为国内航线、地区航线和国际航线。 2 根据航线经停点及来回程形式来分：可分为没有经停点的直达航线、含有经停 点的自j 接对流航线和环形航线。 3 根据经营特色来分：可分为旅游热线、精品航线、代码共享航线和乡音航线等。 2 1 2 航线网络结构 航线网络结构可分为点对点式结构( p o i n tt op o i n ts y s t e m ) 和中枢辐射航线网络结构 ( h u ba n ds p o k es y s t e m ) 。 点对点式结构( p o i n tt op o i n ts y s t e m ) 又叫城市对结构( c i t yp a i rs y s t e m ) ，是指直接 将具有需求的两个地点连接，形成航线，从而服务这一特定市场，它是最简单的航线结 构。城市对航线如图2 - i 所示： 基 图2 1 城市对航线 直达航线有两种改进形式，既甩辫子航线和环形航线。 其中甩辫子航线是指在直达航线上增加经停点，或者在城市对航线上延伸的航线， 如图2 - 2 所示： abc 呐_ 自， 卜h ) 图2 - 2 甩辫子航线 6 中国民航大学硕士学位论文 而环形航线则是由客货需求的单向性所决定的，环形航线如图2 - 3 所示： 4 = = = = ：= = = 螂 c 。 图2 - 3 环形航线 中枢辐射航线网络结构( h u ba n ds p o k es y s t e m ) 是由两类机场即枢纽机场和支线 机场及两类航线即干线和支线组成的。由枢纽机场辐射出去的支线把周围的城市连接而 形成一个有机整体的航线网络，即为中枢辐射航线网络。枢纽机场间由于客货流量大， 由大中型飞机执行航班任务；枢纽机场与非枢纽机场间由于客货流量小，由支线飞机执 行航班。非枢纽机场之间由于客货流量太小，不直接通航。 从旅客流向的集中和分散特征的角度，枢纽可分为沙漏型枢纽与腹地型枢纽。 沙漏型枢纽是一种定向式的中枢辐射航线网络，通过枢纽站的航班方向大致相同， 于相近时间在枢纽站经停，“漏”下转机旅客，很快衔接到经停的其他航班上。沿海枢 纽站( 特别是门户港) 适合构建此枢纽。 腹地型枢纽是在适当的地点建立枢纽机场，周围客流量较小的城市之间不直接通 航，通过在枢纽机场中转航班的方式实现周边城市之间的连接及与其他枢纽的连接，该 类型枢纽适合做3 6 0 度的辐射。 图2 - 4 “沙漏”型枢纽和“腹地”型枢纽 根据运作的难易程度，枢纽可分为简单枢纽和复杂枢纽。 简单枢纽：航班通过不同辐条各自独立运营，不很强调互相的紧密、高效的衔接关 系。航班到达和离港的过程通常是连续的，没有“到达波( w a v e o r b a n k o f a r r i v a l s ) ”和 “离港波( w a v e o r b a n k o f d e p a r t u r e s ) ”的概念，没有明显的高峰期。 7 中国民航大学硕士学位论文 图2 5 简单枢纽航班运营示意图 复杂枢纽：来自( 飞往) 不同方向的航班集中在一个较短的时间段到达( 离开) 机场， 形成转机组合。在一个转机组合中，所有航班在2 5 分钟之内到达，形成一个“到达波”； 地面停留时间大约3 m 4 5 分钟；所有航班在2 0 分钟内离港，形成一个“离港波”。复杂 枢纽为旅客提供的中转服务明显好于简单枢纽，但其运营成本比简单枢纽要高得多。 图2 _ 6 复杂枢纽航班运营示意图 2 2 航线网络结构决策 2 2 1 航线网络结构决策的重要性 1 航线网络结构决策是影响航空公司生存和发展的战略性决策 一般来说，航空公司的战略规划部门在对外部环境、内部环境作了缜密的分析之后， 会极其慎重地对本公司未来的航线网络结构做出决策。因为航线网络结构决策要明确本 公司的市场定位、目标顾客、产品组合和联盟策略，所以它对公司的生存和发展有战略 意义。只有在航线网络结构明确的基础上，航空公司才能进一步制定机队、市场营销、 人力资源、财务管理等方面的战略规划。因此可以看到，航空公司航线网络结构决策的 重大失误，对航空公司来说可能是致命的；即使是小范围的、短时期的航线网络决策失 误，也会令航空公司蒙受重大的经济损失。 2 航线网络结构决策影响到航空公司的经营目标的实现 一般来说，航空公司在成立之初或某个战略转折关头，都要向社会宣布其宗旨或经 营目标。能不能实现其宗旨或经营目标，在很大程度上取决于航空公司的航线网络结构 8 固 困 囤圈 中国民航大学硕士学位论文 决策及其实施。 3 航线网络结构决策对航空公司、航空公司联盟的综合竞争力有决定性影响 航空公司之间的竞争归根结底是综合竞争力的较量，而航线质量或航线结构的质量 恰恰就是航空公司综合竞争力的主要指标之一。航空公司联盟之间的竞争更加充分地说 明了这一点。 2 2 2 航线网络结构决策应考虑的因素 1 外部环境因素 ( 1 ) 国家政治与经济形势； ( 2 ) 全球性、地区性国际贸易、国际金融的走向 ( 3 ) 政府对空运业的管制制度； ( 4 ) 社会对空运服务需求的变化； ( 5 ) 航空公司结盟伙伴对加入联盟的具体要求： ( 6 ) 空域资源的可利用状况； ( 7 ) 机场等地面保障单位的条件； ( 8 ) 空运业竞争的程度( 行业供给情况) ； ( 9 ) 替代品的挑战。 2 内部环境因素 ( 1 ) 航空公司的战略宗旨； ( 2 ) 航空公司现有航线网络的情况； ( 3 ) 航空公司现有机队的情况； ( 4 ) 航空公司的市场开发能力； ( 5 ) i t 技术在航空公司内部应用的情况。 2 3 航线网络结构组成特性分析 2 3 1 点对点式结构 作为航线资源的一种组织形式，点对点式航线网络纯粹是依据两城市间运输市场需 求而开辟的，其最大的优点是两点间直达。在不考虑运输成本的情况下，对旅客而言， 不需要浪费时间在中转上，这是最理想的航空运输方式；对航空公司而言，这是最省事、 最简单的航线安排形式，航线间互不影响，市场需求预测及航线决策简单。但是，由于 这种航线结构只考虑两点问运输量而不考虑或无法顾及城市间衔接问题，因而也就无法 形成区域资源的有效配置。 1 城市对航线仅仅依两地市场需求或政治因素开辟航线，因而，只能算是一种简单 的运送系统。由于两城市市场需求有限，从根本上限制了航班的客座率和载运率，成航 线资源的大量浪费。 2 由于直达航线忽略了航线间互补作用，因而使得航线结构中载运率、客座率低， 经济性极差的航线大量存在。由于客流量小，航空公司难以盈利或出现经营性亏损。出 9 中国民航丈学硕士学位论文 于自我保护，航空公司又会降低航班密度，甚至关停某些航线。航班密度的降低，航班 间隔时间拉长，则旅客的地面等待时间和食宿费用就增加，这样就体现不出航空运输经 济、舒适、快捷的特点，降低了航空运输对旅客的吸引力，使部分客货源分流到其它运 输方式中去。 2 3 2 中枢辐射式航线网络结构 中枢辐射航线网络结构是以城市对航线为基础并在此基础上发展起来的一种结构 合理、组织严密、运转高效的，更为先进的航线网络组织形式，它兼具时间和航线资源 双重概念。由于中枢辐射航线网络通过枢纽站的中转把少数孤立的航段相连接，从而提 高航空公司航线覆盖面，使航空公司在无须增加运力的情况下便可大量增加航线数量和 航班密度，有利于航空公司创造规模效应。由此带来的航空公司和机场效率的提高，运 营成本和票价的降低，反过来又刺激消费需求形成良性循环，枢纽机场也因通过流量和 飞机起降架次的大幅增加而获得更大收益。 1 中枢辐射航线网络结构对航空公司的影响 ( 1 ) 有利于航空公司进行市场开发和市场扩张。 一方面，中枢辐射式航线网络结构将周边客源稀少的小城市客源集中到中心城市再 衔接至各地，不仅增加干线航班的客座率和载运率，而且有效避免了在城市对航线结构 形势下，新航线开辟时存在的较长时间的航线培养、成熟过程。虽然中转需浪费旅客一 部分时间，但高频率、高密度的航班衔接又给予补偿，为旅客提供更多的航班时刻选择 余地，提供一票到底的联程服务，最终还是方便了旅客，增强了航空运输对旅客的吸引 力。 另一方面，中枢辐射航线网络结构为航空公司打开中小城市航空运输市场创造条 件，使得在城市对航线结构中由于需求量不足而不能开辟航线的中小城市也有航班运 营，从而使更多的中小城市进入全国航线网。航班密度与市场占有率之间关系如图2 - 7 所示。 市场占肖攀： 勰运力占有率l ：) 隅 图2 - 7 航班密度与市场占有率s 曲线 ( 2 ) 有利于航空公司形成规模经济，降低成本，增强市场竞争力，提高经济效益。 l o 中国民航大学硕士学位论文 航空运输产业是技术密集型、资本密集型和信息密集型产业，整体关联性特别强， 固定资产流动不易，行业壁垒高，市场进入或退出都不容易。同时，机场和航线的利用 空间也是有限度的，客观上限制了航空企业的数量。因此，航空运输企业适合发展规模 经营，换言之，航空运输企业只有扩大到一定规模和水平，提高综合运营效率，获得规 模经济，才能生存和发展。 航空公司只有拥有较大的规模，才能获得主动，才能在竞争中获得强大市场力量， 支撑航空公司在激烈竞争中处于不败之地。航空公司市场力量的获得来源于规模经济性 和范围经济性。 规模经济理论告诉我们，在技术条件不变的条件下，产品的单位生产成本会随企业 规模的扩大而下降。航空公司的规模经济性主要体现在费用节约、成本降低方面。如大 航空公司可以低价成批订购飞机。航空公司的航材储备也随着机队规模的扩大而降低。 有研究表明，一种型号飞机，当只有一架时，需储备的航材价值是飞机价值的5 0 ，而 当机队规模增加到1 0 架时，航材储备下降为2 5 ，当机队规模增加到1 0 0 架，航材储 备只相当于飞机价值的1 0 ：另外，在机务维修、信息使用方面规模经济也发生着作用。 范围经济性指当两种或两种以上产品一起生产( 联合生产) 比单独生产便宜从而产 生的经济性，也即同时生产两种或者更多种产品是有效率的。当一个航空公司建立起中 枢辐射航线网络，可以通过航班衔接安排，在航班间对旅客和货物进行重新组织，从而 提高航班客座率和载运率，获得收益的提高和费用的减少。由上图2 7 及实践表明，拥 有高频率航班的航空公司，往往更容易攫取较大的市场份额，高航班频率意味着高市场 占有率。 中枢辐射航线网络结构由于通过干、支线的分工协作，使中小城市客源汇集于枢纽 中心，使航空公司充分利用运力，发挥规模运输成为可能。由于航空公司可以尽可能多 地使用大飞机运营干线，在提高飞机利用率的同时，使客座率始终能保持较高水平，有 利于降低成本，为旅客提供更加优惠和有吸引力的票价。另外，这种航线网络结构使航 空公司的机组调配、机务维修等管理工作集中在枢纽机场，不仅能增加调配能力，大大 减少备份资源，而且能降管理成本，创造效益。 ( 3 ) 中枢辐射航线网络结构极大地促进了航空公司间的市场分工，使各种规模和 类型的航空公司在中枢辐射式航线网络中找到了自己的合理定位，在庞大的航线网络中 获得各自的比较利益。 ( 4 ) 中枢辐射航线网络是航空公司加入全球联盟的必要条件。 随着中枢辐射航线网络在世界各国的推进和完善，航空公司的规模也迅速扩大，航 空运输业寡头垄断趋势越来越明显。航空运输业发达国家种种迹象表明，为了强化竞争 能力，扩大市场占有率，一方面，通过兼并收购使企业规模越来越大，另一方面，为适 应经济全球化和航空运输业竞争的需要，世界各大航空公司组建了各种形式的跨国航空 联盟。而且，全球性航空联盟队伍继续扩大，成员不断增加，业务不断增长。通过联盟， 各航空公司以代码共享为主要内容，将各自的航线网络、营销网络等连成一体，采用统 中国民航大学硕士学位论文 一服务标准，向乘坐联盟航空公司航班的每一位旅客提供最快捷、最周到、最方便的无 缝隙服务。通过联盟，各参与航空公司可以从联盟整体利益中获得各自效益。 从新世纪航空运输业发展的趋势来看，中枢辐射航线网络为航空公司适应新的网络 经济特征和航空公司全球联盟大趋势打下了良好的基础。 2 中枢辐射航线网络对机场的影响 ( 1 ) 增加枢纽机场和辐射机场的经营效益。 在中枢辐射航线结构中，枢纽机场能够发挥规模经济效应，大幅度增加飞机起降架 次和客货吞吐量，使航空业务收入和非航空性收入都随之增加，单位运营成本降低；同 时，中小机场也能通过起降架次和客货吞吐量的增加而改善财政状况，增强自我生存和 发展的能力。世界上很多国家已经意识到枢纽对机场自身的发展、对民航业发展和整个 国民经济发展的推动作用，在8 0 年代、9 0 年代不惜巨资，建设自己的枢纽机场。世界 上管理比较先进的机场的非航空性收入随着吞吐量的上升而增加。客运吞吐量在1 0 0 0 万以上的机场，非航空性收入一般占到机场总收入的7 0 ：吞吐量在1 0 0 万以内的机场， 这一比例约为5 0 。 ( 2 ) 使枢纽机场的资源利用具有明显不均衡性。 由于在高峰期间需要大量快速的服务，枢纽港必须投入很多的特种车辆、登机口、 地面服务人员，同时对跑道、停机坪和候机楼的承载也产生了不利影响；而在两个高峰 期之间，枢纽港的大部分资源却处于闲置状态或利用率不足状态。 ( 3 ) 容易发生枢纽机场容量短缺。 随着中枢航线网络的发展，枢纽机场拥挤的问题目益严重。世界上已经有大约1 3 0 个机场受制于这样或那样的规划限制，并且这个数字在未来几年内还会迅速上升。 3 中枢辐射航线网络对旅客的影响 中枢辐射航线可以扩展航线网络，增加航班频率。为旅客乘机提供了更大范围的可 供选择的路线和时刻，保证了旅客到达目的地的稳定性，为旅客的出行带来便利。并且 票价方面旅客也会有得到不少的益处。尤其是中小城市和偏远地区的旅客。但旅客因为 要在枢纽中转，所以必须损失一定的时间，尤其对时间敏感的商务旅客来说是不利的。 中枢辐射航线网络结构是航空运输业发展到一定程度出现的一种运营模式。尽管它 存在有如上所论述的诸多优点，但是也存在缺陷。主要表现为航班时刻的安排、运力调 配和人力安排等方面非常复杂。特别是遇到恶劣天气、航班延误以及高峰航班的情况下， 运营管理难度加大，需要人力、物力、财力的投入较大。 2 4 中枢辐射式航线网络结构发展趋势 今天，中枢辐射航线网络结构也受到严重的挑战和竞争。 当前，随着市场需求的拉动，城市对直飞航线的数量不断增长：2 0 0 5 年，随着航 油价格的i 寓i 踞不下，美国和欧洲市场都出现了引入注目的破产案。2 0 0 5 年9 月1 4 日， 随着d e l t a 和n o r t h w e s t 提出破产申请保护，美国多于一半的航空公司已处于破产法的 中国民航大学硕士学位论文 保护之下：同时低成本航空公司的成功运营对中枢辐射航线网络结构也构成了严重威 胁。因此，中枢辐射航线网络结构遭到了如下质疑：单纯中枢辐射式系统的运营成本对 于行业来说是一个不再负担得起的奢侈品吗? 基于中枢辐射式构建的网络在当今的环 境中能否继续维持下去? 关于航线网络结构的演变趋势，比较有代表性的相关理论研究为g h o b r i a l 和 k a n a f a n i 在 f u t u r e o f a i r l i n e h u b b e d n e t w o r k s 一文。文中提出了未来航线网络的设 计方法及模型，通过实证分析，得出结论：中枢辐射式网络结构未来仍是航空运输的一 大特点，只是这种结构从单一的辐射式网络演变成了复合式中枢航线网络，即大型枢纽 主要作为产生运量( o d 需求) 的机场，而中转及衔结的功能逐渐由大枢纽周边的中小 型枢纽所接替，从而使网络集中度降低。 欧美航空公司在运营上也进行了调整。如美三角( d e l t a ) 放弃达拉斯枢纽，集中 力量加强亚特兰大、辛辛那提、盐湖城这三个枢纽的建设，该行为被称为“d e h u b b i n g ”。 以美利孥航空公司为代表的几家骨干航空公司j 下在重新安排他们在主要枢纽的航班时 刻表，以提商飞机、地面设施的利用率和员工的劳动生产率。其采取的做法称为“削峰 填谷”( d e - - p e a k i n g ) ，即改变过去航班过于集中的惯例，使航班在一段时间内较为均 匀的分布。这种做法虽然给一些对时间敏感的旅客造成不便，但对空管和机场来说却是 某种解脱。 2 0 0 5 年l o 月2 4 日至2 6 日，在美国拉斯维加斯召开的首届全球航空论坛上，来自 世界各地航空公司、机场、买卖商，以及政府机构的高层领导人就此问题进行了深入讨 论。参加讨论的成员有的来自传统航空公司，有的来自低成本航空公司，他们无一例外 都否认枢纽辐射将要消失的论点。 而对于中枢航线网络结构的前景，又形成了以美国和欧洲为代表的不同的看法。 美国认为应该进入中枢整合阶段，需要重新思考中枢机场的效率。一些仅仅具备中 转功能的中枢将面临淘汰，只有那些既拥有丰富的本地市场运量，同时又拥有强大的中 转功能的中枢才可能获得更长久的生命力。同时对中枢的经营将从最初的注重收入、市 场份额转向更为现实的注重成本和机型利用率的优化，而非盲目的以成本为代价来换取 过于理想的航班波。他们认为航空公司中枢营运成功的关键是