基于鲁棒性改进理论的大面积航班延误治理分析

【摘 要】以航空运输生产计划的鲁棒性理论为分析视角，对大面积航班延误的定义、评价准则、大面积航班延误的成因与影响以及大面积航班延误治理方式进行了洞悉。论文从多重角度指出了大面积航班延误的影响机制，分析了治理大面积航班延误的三种模式：过站裕度的优化设计、航班波的错位构造、飞机排班的鲁邦提升，并明确了未来的研究方向。

【关键词】鲁棒性；航班延误；过站裕度；航班波；飞机排班

随着我国民航业的快速发展，民航的旅客吞吐量和货邮吞吐量屡创新高，民航运输在整个交通运输体系当中的重要性日益上升。但是，受制于民航交通运输资源配置的不充分和动态外在环境的制约，民航运输的运营水平和服务质量有待提高，尤其是在民航服务质量方面，民航服务的准点性是民航运输当中的一个焦点问题。偏低的航班正点率，降低了民航运输企业的运营效率和旅客的满意度，尤其当出现大面积航班延误时，加剧了旅客的不满情绪和民航业务单元的管理难度。如何提升民航运输企业和作业单元生产计划的鲁棒性，提高航班的正点率，降低大面积航班延误发生的风险是民航运输业急需解决的关键问题之一。本文以航空运输生产计划的鲁棒性理论为分析视角，从多重角度指出大面积航班延误的影响机理，分析治理大面积航班延误的机制，为我国民航运输企业的生产计划和航班优化提供决策支持。

1 大面积航班延误的定义及评价准则

1.1 大面积航班延误的定义

航班延误一般是指航班无法按时起飞，在地面等待的情况，不同的国家或地区之间对航班延误的鉴定标准存在一定的差异，在我国通常认为航班出发时间比计划出发时间延迟15分钟以上就是不正常航班，延迟30分钟以上或航班取消的情况则是典型的航班延误。航班延误直接影响着航空公司的服务质量和生产效率，一般使用正点率来评价航班运行的准时性，它是正常航班数与全部航班数的比值。[1]另外，当在枢纽机场预计延误4小时以上的航班超过10架次，或者，离港滞留旅客超过1000人；在支线机场预计延误4小时以上的航班超过5架次，或者，离港滞留旅客超过500人时，我们称之为机场大面积航班延误。航班延误，甚至大面积航班延误的发生，降低了旅客的满意度，增加了民航运输企业的管理成本和管理难度。

1.2 大面积航班延误的评价准则

通常，我们根据一定时间段内同一机场航班延误的数量、航班延误的时间、旅客滞留的人数等因素把大面积航班延误划分为不同的类别，并提出相应的预警级别：

（1）红色（一级响应）：预计延误4小时以上的航班超过90架次。或者，离港航班延误1小时以上且不能够确定起飞的航班超过50架次；

（2）澄色（二级响应）：预计延误4小时以上的航班有50至90架次。或者，离港航班延误1小时以上且不能够确定起飞的航班有30至50架次；

（3）黄色（三级响应）：预计延误4小时以上的航班有30至50架次。或者，离港航班延误1小时以上且不能够确定起飞的航班有20至30架次；

（4）蓝色（四级响应）：预计延误4小时以上的航班有20至30架次。或者，离港航班延误1小时以上且不能够确定起飞的航班有15至20架次。[2]

2 大面积航班延误的成因与影响

2.1 大面积航班延误的成因

引起大面积航班延误的原因很多，既有可控的因素，也有不可控的因素，大体来讲，引起航班大面积延误的原因主要有以下几类：

1）天气原因：大雾、暴雨、大雪、台风等天气都是造成大面积航班延误最常见的原因，这些极端天气降低了能见度，影响了飞机起飞和着陆的视阈范围，给飞行操作带来了极大的安全隐患。例如每年夏秋时节，我国南方地区台风频发，台风往往带来疾风骤雨，严重的影响了过境机场飞机的运行，特别容易引起大面积航班延误。

2）管制与流量控制原因。在我国，空域主要归属于空军管理，划给民用航空使用的空域很有限，航路资源随着民航的快速发展越来越紧张，尤其在一些经济发达的沿海地区，航线网络布局密集，航班频次多，客流量大，在高峰期通常都需要进行流量控制，特别在这些航线密集的地区，一旦有军事活动，相关区域会进行空中交通管制，很容易造成大面积航班延误。

3）机场运行保障原因。机场是整个航空运输网络当中的一个重要节点，它是旅客与货物的集散地，机场通过各个单元的紧密配合，给航班的正常运行提供保障，例如跑道起降、安全检查、油料供应、食品保障、航务放行等等，如果在一个环节出现问题都会影响到航班的正常运行。例如，在一些大型机场，机场跑道由于各种复杂原因而需要关闭时，通常都会发生大面积航班延误。

4）航空公司生产组织原因。航空公司的生产组织与计划有一套系统程序，包括飞机排班、机组排班、飞机维修计划、运营飞行计划等等，航空公司需要统筹各种计划之间的衔接，来提高航空公司的综合运营水平，如果在某个环节存在短板都会影响整个生产系统的运作，进而引发系统性的航班延误风险。

2.2 大面积航班延误的影响

1）降低乘客的满意度：旅客选择民航运输很重要的一个原因是民航运输具有运输速度快、舒适度高等特点，很多旅客选择民航出行就是为了缩短旅程时间，而航班延误的发生损耗了旅客的时间，打乱了旅客的时间安排，增大了旅客的时间旅行成本，尤其是大面积航班延误发生时，旅客损耗的时间更长，降低了顾客的满意度，甚至引起了旅客极大的不满。

2）提升航班运行的成本：当航班延误发生时，尤其当大面积航班延误发生时，会导致民航运输企业运营成本的上升，对于航空公司来说，为了应对大面积航班延误，需要安顿好旅客，加大投入人力、物力等保障力量，另外，大面积航班延误的发生，延长了航空公司的生产运行时间，降低了飞机和机组等资源的利用效率，导致航班运行成本的增加。

3）降低了航空运输的竞争能力：随着高铁运输的迅速发展，高铁与民航运输形成了区域范围内较显著的竞争，尤其在中短途高速客运市场上，高铁对民航的替代效应明显，高铁与民航运输的竞争打破了传统格局里面民航运输在高速客运市场上一家独霸的局面，使得旅客有更加多样化的选择余地。大面积航班延误的出现，降低了民航运输的服务品质，同时降低了民航运输与高铁的竞争能力。

4）影响了机场的运营管理：机场作为现代航空运输当中旅客与货物的集散地，它是整个民航运输网络当中的重要节点，一般情况下机场的资源容量是有限的，如果机场发生大面积的航班延误，势必造成大量旅客滞留，从而引发资源容量的短板，造成机场的工作压力，降低机场的运营管理水平。大量旅客的滞留，也容易引起机场秩序的混乱，甚至有可能发生群体性事件，影响机场的正常运行管理。[3]

3 鲁棒性视角下大面积航班延误的治理勾勒

鲁棒性是指系统的抗干扰能力与稳定性，当系统遇到偏差情况时，系统的自适应能力是系统生存的关键。航空运输生产计划的鲁棒性越强，航空运输生产系统就越有弹性，能够有效的对抗外在风险，实现航空运输生产的稳定性，降低大面积航班延误发生的风险，因此在鲁棒性视角下提出大面积航班延误的治理模式具有必要性。

3.1 过站裕度的优化设计

大面积航班延误出现的一种重要原因是航班延误具有扩散性，通常情况下航班延误分为两种情况：第一种是独立延误，它是由于天气、流量控制等客观原因导致的延误，这种航班延误与执行这个航班的飞机、机组所执行的前面航班没有直接的因果关系，它表现为空中飞行时间的延误或离港延误。另一种是波及延误，它是指上一个航班的延误造成了下一个航班的延误。为了充分利用资源，提高飞机和机组的利用率，航空公司通常会在同一个时间段内进行飞机和机组的连续排班，在航班计划的制定过程当中往往会安排一架飞机连续执飞多个航班。然而，不同的航班之间存在紧密的衔接关系，如果发生了前一个航班的飞机晚到或机组晚到就会对下一个航班的运行产生影响，下一个航班的延误又会对之后的航班产生影响，进而扩散了一个航班延误的负面效应。[4]为了降低波及延误的扩散效应，有效的减少航班延误的传播，一种有效的方式就是对过站裕度进行优化。所谓过站裕度是指航班的计划过站时间减去航班的最小过站时间。每一个航班都会有一个计划过站时间，以便完成乘客上下飞机、货物的装卸、飞机保障工作的操作，它是衡量地面服务质量好坏的一个重要指标。最小过站时间是指飞机清洁、加油、上下客等正常情况下所需的最小时间，不同的机型最小过站时间有较大的差别，飞机越大最小过站时间越长。如果没有合理的过站裕度，前一个航班的到场延误将很可能影响下一个航班的延误，过站裕度时间的优化设计可以吸收航班网络中的延误。建立基于延误扩散的过站时间优化模型，保障过站衔接时间的阀值具有充分的弹性，可以提高航班的正点率，减轻大面积航班延误的连锁效应。

3.2 航班波的错位构造

随着航线网络结构的发展，现代大型的全服务航空公司一般采用中枢轮辐式的航线网络结构为主，中枢轮辐式的航线网络把周边客流集中运输到枢纽点，进而进行转运，提高航班的客座率和运行效益，这种航线网络结构的一个显著特征就是会出现航班波。[5]航班波是在航班计划当中把进港航班和离港航班进行统一管理，在一个时间段内几十甚至上百个航班集中抵达机场，形成到港航班波，然后经过短暂的过站准备后，几十个甚至上百个航班相继离港，形成离港航班波。这种中枢轮辐式的航线结构设计有它的优势，但同时也对机场容量和综合服务保障能力提出了更高的要求，而机场的运力资源是有限的，同一时间段内处理的航班数存在峰值容量，一旦超出了机场的保障能力，或者出现极端天气、设备故障、流量控制导致机场的运行能力降低时，就会引发大面积的航班延误。这种航线网络结构的缺点在于航班延误很容易通过网络结构迅速蔓延出去。因此，对航班波的优化改进可以提升各个时段航班之间的动态衔接，减少大面积航班延误发生的可能性，降低旅客的中转时间，提高旅客的中转效率，同时提高航空公司的收益。对航班波进行优化的一种模式就是航班波的错位构造，其设计的核心思想是根据枢纽机场的资源状况与运行能力，计算出航班波的峰值容量、航班波的频度、航班波的进出港时间间距等品质和技术参数，然后根据航班波的分布特征属性，调整航班时刻，优化航班波的分布时段，削减航班波峰的航班总数，填充到其他时段以减少拥堵，降低大面积航班延误发生的风险。

3.3 飞机排班的鲁邦提升

飞机排班是航空公司生产组织与计划里面核心的环节之一，飞机排班的质量高低直接关系到民航运输生产的安全性和准点性，关系到飞机的利用效率和航空公司的收益，所以飞机排班要遵循基本的原则，例如符合航班计划的要求、唯一性原则、使用均衡性的要求、最少使用飞机数的要求等。传统意义上的飞机排班往往忽视了航班延误的飞机排班工作的制约，生成的飞机排班方案抗干扰能力不强，自适应能力较弱，一旦受到航班延误因素的影响，很容易出现航班不能正点运行，甚至出现大面积航班延误。[6]因此进行飞机排班的鲁邦提升，有利于提高飞机排班的弹性，提升航班运行的正点率，实现飞机利用率的最大化。实现飞机排班的鲁邦提升，首先可以进行飞机排班作业流程的优化，在飞机排班的过程中，要根据航班延误的历史数据和飞机排班的工作要求，综合权衡航班计划、调度指令、飞机性能、飞机维护计划等因素对飞机排班的影响，进行飞机排班的战术与战略调整，形成飞机排班的动态模式，减低排班流程对飞机运行的限制；其次，在综合考虑飞机排班的决策要素基础上，以飞行线路优化和机型指派的动态匹配为核心，构建基于航班延误的飞机排班鲁邦优化模型，求解特定约束条件的最优解，增强飞机排班计划的抗干扰能力，降低大面积航班延误的发生，提高航班的正点率、民航运输的服务质量以及旅客的满意度。

4 总结及研究展望

本文基于航空运输生产计划的鲁棒性理论对大面积航班延误进行了定义与分级，在大面积航班延误分级的基础上，对大面积航班延误的成因进行了梳理，进而提出了大面积航班延误的影响。论文从多重角度指出了大面积航班延误的影响机制，分析了治理大面积航班延误的三种模式：过站裕度的优化设计、航班波的错位构造、飞机排班的鲁邦提升，这三种治理模式能够有效提升民航运输企业生产计划的弹性，提高航班的正点率，降低大面积航班延误发生的风险。而未来的研究将会围绕以下几方面展开：

（1）本文所进行的大面积航班延误的治理分析主要揭示了民航运输企业和作业单元如何去改进生产计划的鲁棒性，提高航班的正点率，降低大面积航班延误发生的风险，但没有选取具体的民航运输企业进行分析，对大面积航班延误多发的区域进行实证分析是下一步研究的内容；

（2）民航运输企业的运行管理模式、生产计划与组织的优化对提高航班的正点率具有重要意义，另外大面积航班延误的治理也要充分考虑旅客的衔接状况，把旅客、航空公司、机场、空管等多因素融合在一个系统中建立综合分析模型也是一个研究方向；

（3）本文对飞机排班的鲁邦优化只考虑了飞机调度的维度，没有综合考虑飞机排班、机组排班、维修计划的一体化优化，而机组排班、飞机维修计划在较大程度上会影响到飞机排班的鲁邦优化。因此，综合考虑飞机排班、机组排班和维修计划的一体化调度也是一个研究方向。

【参考文献】

[1]陈海燕.动态数据驱动的航班延误预测关键技术研究[D].南京航空航天大学，2012.

[2]戚彦龙.航班延误分级和过站时间研究[D].南京航空航天大学，2014.

[3]张小莉.郑州机场大面积航班延误应急处置策略研究[D].昆明理工大学，2014.

[4]徐青青，缪立新.民用机场大面积航班延误问题预防及处置研究[D].云南大学，2015.

[5]张晓全.民用机场大面积航班延误的风险管理研究[J].中国安全科学学报，2008.18（9）125-130.

[6]孙宏，文军.航空公司生产组织与计划[M].西南交通大学出版社，2011.

[责任编辑：王伟平]

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