基于運輸成本最低的廈門航空宏觀機隊規(guī)劃研究

董睿，王洵

摘 要：航空公司機隊規(guī)模迅速增長帶來機隊規(guī)劃的挑戰(zhàn)。本文結(jié)合廈門航空公司現(xiàn)狀，構(gòu)建了一種宏觀機隊規(guī)劃優(yōu)化模型，可降低廈門航空5%以上的運營成本。旨在通過這種宏觀機隊規(guī)劃優(yōu)化模型降低廈門航空運輸成本，為其他航空公司的機隊規(guī)劃工作提供參考。

關(guān)鍵詞：廈門航空；機隊規(guī)劃；運輸成本

中圖分類號：V352 文獻標識碼：A 文章編號：1008-4428（2018）09-0008-02

一、 引言

縱觀國內(nèi)航空公司的機隊規(guī)模，可見我國航空公司面臨機隊規(guī)模迅速增長的挑戰(zhàn)。截至2017年底，國內(nèi)航空公司在冊運輸飛機數(shù)量有3296架。預(yù)計到“十三五”末，運輸飛機數(shù)量有望達到4600架。這一方面反映了國民經(jīng)濟發(fā)展對航空運輸運力的需求在不斷增長，同時也對國內(nèi)各航空公司的機隊規(guī)劃工作提出了更高更細的要求。

好的機隊構(gòu)成可以讓公司以最少的成本得到最大的收益。廈門航空要謀求更長久的經(jīng)濟利益和可持續(xù)性的發(fā)展，必須做好公司的機隊規(guī)劃。本文通過優(yōu)化模型使廈門航空公司降低運輸成本，為公司的機隊規(guī)劃的實施提出了切實可行的解決方案，以保證航空公司的安全運營和可持續(xù)發(fā)展，使其在復(fù)雜激烈的市場競爭環(huán)境中獲得更大的競爭優(yōu)勢。

近幾年，隨著對機隊規(guī)劃的理論研究逐漸深入，新的理論方法和傳統(tǒng)模型的優(yōu)化是研究的主流。Michael Rosskopf和Stephan Lehner（2014）研究了航空公司長期機隊規(guī)劃中經(jīng)濟和環(huán)境目標的平衡。建立了一個多目標的為期10年線性規(guī)劃模型來優(yōu)化機隊的構(gòu)成、發(fā)展以及就業(yè)。模型輸入包括飛行計劃數(shù)據(jù)、操作、技術(shù)和成本參數(shù)，現(xiàn)有的機隊飛機以及新的、更有效率的飛機的可用性。該模型確定經(jīng)濟上和環(huán)境上最佳的機隊計劃之間的權(quán)衡。Slavica Dozic和Milica Kalic（2015）研究認為影響航空公司成功的一個主要因素是供應(yīng)和需求是否緊密地結(jié)合在一起。為了實現(xiàn)這一目標，航空公司需要對機隊規(guī)劃過程采取適當?shù)姆椒āＷ髡邽闄C隊規(guī)劃制定一個強有力的模式，建立了以一家假想的航空公司為例子的模型。此模型涉及在短途和中途航線上運營的航空公司的機隊規(guī)模和機隊組成問題。文中提出選擇一架飛機來運營一個固定的航線網(wǎng)絡(luò)是一個關(guān)鍵因素，直接影響到航空公司利潤的增加和航空公司成本的降低。Joana S. Carreira， Guglielmo Lulli， António P. Antunes（2017）三人研究了葡萄牙傳統(tǒng)航空公司面臨的戰(zhàn)略性機隊規(guī)劃問題。這項研究旨在揭示飛機模型的選擇以及飛機購買（或融資租賃）和飛機的組合，以應(yīng)對巴西在2020年預(yù)測的客運需求。與國外學者不同，國內(nèi)學者針對機隊規(guī)劃的研究主要以微觀機隊規(guī)劃為主。中國民航大學的谷潤平等人（2016）為了減少航空公司的運營成本，以燃油成本最小、時間成本最小、碳排放成本最小以及機型利用率最平均為目標函數(shù)，建立了多目標整數(shù)優(yōu)化模型。文中的優(yōu)化模型一年可以為該航空公司節(jié)省約2869萬元運營成本。汪瑜（2016）將旅客收益網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型合并入基于航班時空網(wǎng)絡(luò)的機隊規(guī)劃隨機優(yōu)化模型之中，在現(xiàn)有基于航線運力分配的機隊規(guī)劃模型中考慮了競爭航空公司航線運力分配方案對于本航空公司的影響，構(gòu)建了多航空公司競爭型機隊規(guī)劃數(shù)學模型，并基于均衡最優(yōu)理論設(shè)計了啟發(fā)式算法進行求解。

綜上所述，國外學者針對宏觀機隊規(guī)劃從研究飛機可用性、選擇固定的航線網(wǎng)絡(luò)以及飛機租賃的角度分析預(yù)測了可行的方案，都對航空公司的機隊規(guī)劃問題進行了一些優(yōu)化，而我國學者針對機隊規(guī)劃主要以微觀機隊規(guī)劃為主。基于此，本文在綜合考慮廈門航空公司現(xiàn)有機隊規(guī)模、小時成本、航線發(fā)展需求等情況下，以宏觀機隊規(guī)劃方法為基礎(chǔ)，建立了以年運輸成本最低為優(yōu)化目標的機隊優(yōu)化配置模型，利用LINGO軟件對模型進行了計算，并對計算結(jié)果進行分析，最后對廈航未來三年做出較為合理的機隊規(guī)劃。

二、 模型的建立

宏觀機隊規(guī)劃線性模型定義表示在現(xiàn)有機隊規(guī)模的情況下，高、低限載運率與市場需求平衡，滿足廈航機隊規(guī)模的發(fā)展，從而使得廈航運輸成本最低。本文選擇以降低廈航運輸成本中的燃油和維修成本為目標，設(shè)定高、低限載運率與市場需求等條件建立宏觀機隊規(guī)劃優(yōu)化配置模型，從而求出各類飛機所需數(shù)量。

（一）從運輸成本角度優(yōu)化目標

航空運輸成本由飛機折舊費、飛機維護費、航空燃油費、機場管理費、裝卸費以及工資等構(gòu)成。這些成本通常可分為固定成本、變動成本、混合成本三部分。

固定成本是指在短期內(nèi)不發(fā)生變化，但又必須得到補償?shù)哪切┵M用。其主要包括機場費、保險費、導航費和地面操作費等，與飛行時間或飛行速度沒有關(guān)系，因此對這部分成本不做優(yōu)化。而變動成本中的飛機維護費和燃油費等成本會根據(jù)飛行小時數(shù)或飛行速度的變化而發(fā)生改變。因此本文是以飛機一年消耗的小時成本（飛機一小時消耗的燃油成本和維護成本等）為目標函數(shù)來建立模型。

假設(shè)平均每架飛機一年工作365天。實際情況下，由于需要停場檢修，飛機也許不能出現(xiàn)滿勤，做規(guī)劃時應(yīng)使用飛機平均出勤天數(shù)替換“365”，因此將365Ti用飛機年利用率替換。

廈航所有飛機一年所耗小時成本優(yōu)化目標函數(shù)為minc=365∑ki=1TiCixi

其中：

xi取正整數(shù)，是決策變量，表示第i類飛機的架數(shù)；

Ti為第i類飛機的日利用率，單位為“小時”；

Ci為第i類飛機的小時成本，單位為“元/小時”。

（二）約束條件

本文通過建立最低運輸成本模型對廈航機隊規(guī)劃結(jié)果進行優(yōu)化，受到現(xiàn)有機隊規(guī)模飛機的架次、各機型的市場需求、飛機的高低限載運率等條件限制，約束條件如下：

1. 航線市場需求限制：

365Tizivilixi≤Di，i=1，2，…，k

表示第i類機隊對應(yīng)低限載運率的載運量應(yīng)該不大于該類機型的市場需求。式中：zi為第i類飛機的最大業(yè)載；vi為第i類飛機的平均航速；li為第i類飛機的低限載運率；Di為第i類飛機需滿足的市場需求。

2. 航線市場需求限制：

365TiziLixi≥Di，i=1，2，…，k

表示第i類機隊對應(yīng)高限載運率的載運量應(yīng)該不小于該類機型的市場需求。式中：Li為第i類飛機的高限載運率。

3. 飛機數(shù)量限制：

xi≥Ni，i=1，2，…，k

表示規(guī)劃的該類飛機的數(shù)量應(yīng)該不小于該類飛機的現(xiàn)有數(shù)量。式中：Ni為第i類飛機現(xiàn)有架數(shù)；k為機型總數(shù)。

三、 實證分析

（一）數(shù)據(jù)選取

根據(jù)廈航當前的實際情況，本次機隊規(guī)劃只考慮B737-800、B737 Max（本文統(tǒng)稱為B737系列）以及B787-8和B787-9。各機型的性能數(shù)據(jù)和時間成本如表1所示：

（二）模型求解

本文采用交互式的線性和通用優(yōu)化求解器——LINGO軟件對規(guī)劃模型進行一次優(yōu)化求解。使用LINGO求解機隊優(yōu)化配置模型可分為兩個步驟：

1. 根據(jù)前文目標函數(shù)和約束條件，建立目標機隊優(yōu)化配置數(shù)學模型。

2. 根據(jù)優(yōu)化模型，利用LINGO軟件將數(shù)學模型轉(zhuǎn)譯成計算機語言，轉(zhuǎn)化過程在此不再贅述。

（三）結(jié)果分析

優(yōu)化前，宏觀機隊規(guī)劃通常運用機隊規(guī)劃基本方程來求解飛機架數(shù)和運輸成本。機隊規(guī)劃基本方程求解出來的結(jié)果是需要引進B737-800和B737 Max一共55架；引進B787-8飛機7架；引進B787-9飛機7架。求解出來的年運輸成本為43006596萬元。

與此同時根據(jù)已建立的模型，運用LINGO軟件優(yōu)化過后，由最后得出的結(jié)果圖可知，年運輸成本為4089587萬元，x1=187，x2=12，x3=10。即運用模型優(yōu)化之后廈航在“十三五”規(guī)劃期間，在考慮降低年運輸成本和擴大機隊規(guī)模的情況下，需要引進B737-800和B737 Max一共55架；引進B787-8飛機6架；引進B787-9飛機6架。

對比優(yōu)化前后的結(jié)果表明：經(jīng)過優(yōu)化過后，廈航需要引進的飛機總數(shù)在滿足市場需求的同時由原來的69架降低到67架；機隊每天執(zhí)行航班任務(wù)時所產(chǎn)生運營成本由原來的43006596萬元，降低到現(xiàn)在的4089587萬元，降低成本5%以上，從而達到了降低整個機隊運輸成本的目的，故驗證了該模型的可行性，可供廈航在制定機隊規(guī)劃時進行參考。

四、 廈航宏觀機隊規(guī)劃建議

（一）堅持引進相對單一的機型

1. 整合集團機隊，統(tǒng)一調(diào)配使用不同機型

廈航集團（廈門航空、河北航空、江西航空）現(xiàn)有B787-8/9、B757-200、B737-800/700等多種機型，不同機型適宜執(zhí)飛的航線各異、所在基地的運力不同。與此同時，由于江西航和河北航均處于起步階段，機隊規(guī)模小、人員隊伍尚不充足，往往造成心有余而力不足的尷尬局面；而廈航經(jīng)過30多年的發(fā)展，機隊規(guī)模和人力資源已形成規(guī)模效應(yīng)，但是由于基地容量限制與邊際效應(yīng)的逐步遞減，經(jīng)常造成空運力的浪費和飛機停場“曬太陽”的情況，因此在集團內(nèi)部形成一種飛機統(tǒng)一調(diào)配的相關(guān)機制，可以充分發(fā)揮機型多樣化和規(guī)模效應(yīng)的優(yōu)勢。建議公司利用集團優(yōu)勢，搭建資源共享平臺，建立集團內(nèi)飛機調(diào)配常態(tài)機制，靈活使用不同機型以及不同座艙布局飛機，提高航線經(jīng)營效益、合理使用資源。

2. 繼續(xù)堅持相對單一的機型，避免機型結(jié)構(gòu)復(fù)雜

從廈航目前運行的幾種機型來看，不同的機型在航班調(diào)整，維護保障和長遠旅客銷售來看均需要考慮多種問題，尤其是在處理頭等、超售旅客以及人員運行資質(zhì)的培訓和航材的儲存引進等方面均存在諸多不便。因此，持有相對單一的機型，從成本的角度來考慮，能夠形成機型的規(guī)模效應(yīng)從而節(jié)約成本。從運行角度來講，單一的機型對于航班的調(diào)整，機組的替換將更加簡單。

并且由上文得出的結(jié)論可知，廈航未來三年的主力機型依然為B737-800和馬上就要到公司服役的新機型B737Max，B737系列不僅在廈航現(xiàn)存數(shù)量龐大，而且后期也會持續(xù)引進55架。與此同時，B787-8/9這類有著“夢想客機”之稱的寬體客機，因其座椅間距更寬敞、飛行距離更長遠，后期也會成為廈航洲際航線的主打機型，每種機型各需增加6架。在此情況下，廈航既能保障市場需求與飛機數(shù)量的平衡，又能節(jié)約成本。

（二）適度增加飛機租賃比例

從以前的B737-300到如今的B787-9，廈航在機隊更新方面可謂是與時俱進。然而持續(xù)的購買新飛機也不是長久之計。建議廈航持續(xù)優(yōu)化飛機引進結(jié)構(gòu)，適度調(diào)整飛機租賃比例，提前謀劃飛機的更新?lián)Q代計劃，規(guī)避老舊飛機殘值下降等潛在經(jīng)營風險，以及國際金融和戰(zhàn)略環(huán)境的變動，緊跟新興技術(shù)和理念的步伐，提前布局提早謀劃。例如，在后續(xù)B737系列的引進方式中可以采用租賃的形式，減少巨額的一次性采購；評估新機型的引進效益及對現(xiàn)有機型的影響，尤其是在人員資質(zhì)的培訓和初期運行的經(jīng)驗上予以注意；以及貨運市場景氣程度對“客改貨”飛機的需求，在B737系列停止生產(chǎn)前適時退出部分自有老舊飛機等將大大優(yōu)化運力結(jié)構(gòu)和維修成本，提高公司服務(wù)質(zhì)量和旅客體驗。

（三）增強機隊規(guī)劃匹配性

而就目前來看，其擁有的主力布局仍是擁有商務(wù)艙的兩艙布局，建議其相關(guān)部門應(yīng)密切開展市場需求研究，謀劃航線網(wǎng)絡(luò)，提高后續(xù)機型引進與市場匹配性。同時，繼續(xù)研究全經(jīng)濟艙飛機市場規(guī)模，評估是否有進一步擴大全經(jīng)濟艙機隊的市場需求；持續(xù)跟進大流量市場發(fā)展與B737Max新飛機性能評估，考慮有無繼續(xù)引進200座級B787-8/9的必要性。

五、 結(jié)語

針對廈門航空機隊的現(xiàn)狀及特點，以年運輸成本最小為目標，建立目標的機隊優(yōu)化配置模型。經(jīng)過模型的建立以及實例分析，對比原始數(shù)據(jù)和優(yōu)化數(shù)據(jù)，結(jié)果表明經(jīng)過優(yōu)化模型運行過后，年運輸成本降低5%以上。

本文中制定的機隊規(guī)劃周期為三年期規(guī)劃。本文只考慮了如何在保證成本最低的情況下引進新機型，并沒有考慮舊飛機的退租等因素。另外，機場時刻的獲取也可能會隨著時間的推移而發(fā)生變動。機隊規(guī)劃的周期越長，不確定因素也就越多，因此，要保證中長期機隊規(guī)劃方案符合未來發(fā)展趨勢，需要做大量的市場調(diào)查和數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

本文建立的機隊優(yōu)化配置模型一定程度上彌補了國內(nèi)在宏觀機隊規(guī)劃研究上的不足。通過實證研究驗證了模型具有較好的實用性，為國內(nèi)其他航空公司開展宏觀機隊規(guī)劃提供了一定的參考。在未來的研究中，將充分考慮我國航空公司的整體特點，提升機隊優(yōu)化配置模型的通用性和包容性。

參考文獻：

[1]Michael Rosskopf， Stephan Lehner. Economicenvironmental tradeoffs in longterm airline fleet planning[J]. Journal of Air Transport Management，2014，34（2）：109-115.

[2]Slavica Dozic， Milica Kalic. Threestage airline fleet planning model[J]. Journal of Air Transport Management，2015，46（3）：30-39.

[3]Joana S. Carreira， Guglielmo Lulli， António P. Antunes. The airline longhaul fleet planning problem： The case of TAP service to/from Brazil[J]. European Journal of Operational Research，2017，263（2）：639-651.

[4]谷潤平，李佳妮，魏志強等.多成本和綠色飛行的機隊規(guī)劃[J].自然科學報，2016，37（6）：36-41.

[5]汪瑜.航空公司微觀機隊規(guī)劃方法研究[D].南京：南京航空航天大學，2016.

作者簡介：

董睿，男，陜西寶雞人，西安航空學院經(jīng)濟管理學院教師，研究方向：航空運輸管理；

王洵，女，四川成都人，西安航空學院經(jīng)濟管理學院學生，研究方向：航空運輸管理。