基于魯棒性改進理論的大面積航班延誤治理分析

張文華

【摘 要】以航空運輸生產(chǎn)計劃的魯棒性理論為分析視角，對大面積航班延誤的定義、評價準則、大面積航班延誤的成因與影響以及大面積航班延誤治理方式進行了洞悉。論文從多重角度指出了大面積航班延誤的影響機制，分析了治理大面積航班延誤的三種模式：過站裕度的優(yōu)化設(shè)計、航班波的錯位構(gòu)造、飛機排班的魯邦提升，并明確了未來的研究方向。

【關(guān)鍵詞】魯棒性；航班延誤；過站裕度；航班波；飛機排班

隨著我國民航業(yè)的快速發(fā)展，民航的旅客吞吐量和貨郵吞吐量屢創(chuàng)新高，民航運輸在整個交通運輸體系當中的重要性日益上升。但是，受制于民航交通運輸資源配置的不充分和動態(tài)外在環(huán)境的制約，民航運輸?shù)倪\營水平和服務(wù)質(zhì)量有待提高，尤其是在民航服務(wù)質(zhì)量方面，民航服務(wù)的準點性是民航運輸當中的一個焦點問題。偏低的航班正點率，降低了民航運輸企業(yè)的運營效率和旅客的滿意度，尤其當出現(xiàn)大面積航班延誤時，加劇了旅客的不滿情緒和民航業(yè)務(wù)單元的管理難度。如何提升民航運輸企業(yè)和作業(yè)單元生產(chǎn)計劃的魯棒性，提高航班的正點率，降低大面積航班延誤發(fā)生的風險是民航運輸業(yè)急需解決的關(guān)鍵問題之一。本文以航空運輸生產(chǎn)計劃的魯棒性理論為分析視角，從多重角度指出大面積航班延誤的影響機理，分析治理大面積航班延誤的機制，為我國民航運輸企業(yè)的生產(chǎn)計劃和航班優(yōu)化提供決策支持。

1 大面積航班延誤的定義及評價準則

1.1 大面積航班延誤的定義

航班延誤一般是指航班無法按時起飛，在地面等待的情況，不同的國家或地區(qū)之間對航班延誤的鑒定標準存在一定的差異，在我國通常認為航班出發(fā)時間比計劃出發(fā)時間延遲15分鐘以上就是不正常航班，延遲30分鐘以上或航班取消的情況則是典型的航班延誤。航班延誤直接影響著航空公司的服務(wù)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，一般使用正點率來評價航班運行的準時性，它是正常航班數(shù)與全部航班數(shù)的比值。[1]另外，當在樞紐機場預(yù)計延誤4小時以上的航班超過10架次，或者，離港滯留旅客超過1000人；在支線機場預(yù)計延誤4小時以上的航班超過5架次，或者，離港滯留旅客超過500人時，我們稱之為機場大面積航班延誤。航班延誤，甚至大面積航班延誤的發(fā)生，降低了旅客的滿意度，增加了民航運輸企業(yè)的管理成本和管理難度。

1.2 大面積航班延誤的評價準則

通常，我們根據(jù)一定時間段內(nèi)同一機場航班延誤的數(shù)量、航班延誤的時間、旅客滯留的人數(shù)等因素把大面積航班延誤劃分為不同的類別，并提出相應(yīng)的預(yù)警級別：

（1）紅色（一級響應(yīng)）：預(yù)計延誤4小時以上的航班超過90架次?；蛘?，離港航班延誤1小時以上且不能夠確定起飛的航班超過50架次；

（2）澄色（二級響應(yīng)）：預(yù)計延誤4小時以上的航班有50至90架次?；蛘?，離港航班延誤1小時以上且不能夠確定起飛的航班有30至50架次；

（3）黃色（三級響應(yīng)）：預(yù)計延誤4小時以上的航班有30至50架次。或者，離港航班延誤1小時以上且不能夠確定起飛的航班有20至30架次；

（4）藍色（四級響應(yīng)）：預(yù)計延誤4小時以上的航班有20至30架次。或者，離港航班延誤1小時以上且不能夠確定起飛的航班有15至20架次。[2]

2 大面積航班延誤的成因與影響

2.1 大面積航班延誤的成因

引起大面積航班延誤的原因很多，既有可控的因素，也有不可控的因素，大體來講，引起航班大面積延誤的原因主要有以下幾類：

1）天氣原因：大霧、暴雨、大雪、臺風等天氣都是造成大面積航班延誤最常見的原因，這些極端天氣降低了能見度，影響了飛機起飛和著陸的視閾范圍，給飛行操作帶來了極大的安全隱患。例如每年夏秋時節(jié)，我國南方地區(qū)臺風頻發(fā)，臺風往往帶來疾風驟雨，嚴重的影響了過境機場飛機的運行，特別容易引起大面積航班延誤。

2）管制與流量控制原因。在我國，空域主要歸屬于空軍管理，劃給民用航空使用的空域很有限，航路資源隨著民航的快速發(fā)展越來越緊張，尤其在一些經(jīng)濟發(fā)達的沿海地區(qū)，航線網(wǎng)絡(luò)布局密集，航班頻次多，客流量大，在高峰期通常都需要進行流量控制，特別在這些航線密集的地區(qū)，一旦有軍事活動，相關(guān)區(qū)域會進行空中交通管制，很容易造成大面積航班延誤。

3）機場運行保障原因。機場是整個航空運輸網(wǎng)絡(luò)當中的一個重要節(jié)點，它是旅客與貨物的集散地，機場通過各個單元的緊密配合，給航班的正常運行提供保障，例如跑道起降、安全檢查、油料供應(yīng)、食品保障、航務(wù)放行等等，如果在一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會影響到航班的正常運行。例如，在一些大型機場，機場跑道由于各種復(fù)雜原因而需要關(guān)閉時，通常都會發(fā)生大面積航班延誤。

4）航空公司生產(chǎn)組織原因。航空公司的生產(chǎn)組織與計劃有一套系統(tǒng)程序，包括飛機排班、機組排班、飛機維修計劃、運營飛行計劃等等，航空公司需要統(tǒng)籌各種計劃之間的銜接，來提高航空公司的綜合運營水平，如果在某個環(huán)節(jié)存在短板都會影響整個生產(chǎn)系統(tǒng)的運作，進而引發(fā)系統(tǒng)性的航班延誤風險。

2.2 大面積航班延誤的影響

1）降低乘客的滿意度：旅客選擇民航運輸很重要的一個原因是民航運輸具有運輸速度快、舒適度高等特點，很多旅客選擇民航出行就是為了縮短旅程時間，而航班延誤的發(fā)生損耗了旅客的時間，打亂了旅客的時間安排，增大了旅客的時間旅行成本，尤其是大面積航班延誤發(fā)生時，旅客損耗的時間更長，降低了顧客的滿意度，甚至引起了旅客極大的不滿。

2）提升航班運行的成本：當航班延誤發(fā)生時，尤其當大面積航班延誤發(fā)生時，會導(dǎo)致民航運輸企業(yè)運營成本的上升，對于航空公司來說，為了應(yīng)對大面積航班延誤，需要安頓好旅客，加大投入人力、物力等保障力量，另外，大面積航班延誤的發(fā)生，延長了航空公司的生產(chǎn)運行時間，降低了飛機和機組等資源的利用效率，導(dǎo)致航班運行成本的增加。

3）降低了航空運輸?shù)母偁幠芰Γ弘S著高鐵運輸?shù)难杆侔l(fā)展，高鐵與民航運輸形成了區(qū)域范圍內(nèi)較顯著的競爭，尤其在中短途高速客運市場上，高鐵對民航的替代效應(yīng)明顯，高鐵與民航運輸?shù)母偁幋蚱屏藗鹘y(tǒng)格局里面民航運輸在高速客運市場上一家獨霸的局面，使得旅客有更加多樣化的選擇余地。大面積航班延誤的出現(xiàn)，降低了民航運輸?shù)姆?wù)品質(zhì)，同時降低了民航運輸與高鐵的競爭能力。

4）影響了機場的運營管理：機場作為現(xiàn)代航空運輸當中旅客與貨物的集散地，它是整個民航運輸網(wǎng)絡(luò)當中的重要節(jié)點，一般情況下機場的資源容量是有限的，如果機場發(fā)生大面積的航班延誤，勢必造成大量旅客滯留，從而引發(fā)資源容量的短板，造成機場的工作壓力，降低機場的運營管理水平。大量旅客的滯留，也容易引起機場秩序的混亂，甚至有可能發(fā)生群體性事件，影響機場的正常運行管理。[3]

3 魯棒性視角下大面積航班延誤的治理勾勒

魯棒性是指系統(tǒng)的抗干擾能力與穩(wěn)定性，當系統(tǒng)遇到偏差情況時，系統(tǒng)的自適應(yīng)能力是系統(tǒng)生存的關(guān)鍵。航空運輸生產(chǎn)計劃的魯棒性越強，航空運輸生產(chǎn)系統(tǒng)就越有彈性，能夠有效的對抗外在風險，實現(xiàn)航空運輸生產(chǎn)的穩(wěn)定性，降低大面積航班延誤發(fā)生的風險，因此在魯棒性視角下提出大面積航班延誤的治理模式具有必要性。

3.1 過站裕度的優(yōu)化設(shè)計

大面積航班延誤出現(xiàn)的一種重要原因是航班延誤具有擴散性，通常情況下航班延誤分為兩種情況：第一種是獨立延誤，它是由于天氣、流量控制等客觀原因?qū)е碌难诱`，這種航班延誤與執(zhí)行這個航班的飛機、機組所執(zhí)行的前面航班沒有直接的因果關(guān)系，它表現(xiàn)為空中飛行時間的延誤或離港延誤。另一種是波及延誤，它是指上一個航班的延誤造成了下一個航班的延誤。為了充分利用資源，提高飛機和機組的利用率，航空公司通常會在同一個時間段內(nèi)進行飛機和機組的連續(xù)排班，在航班計劃的制定過程當中往往會安排一架飛機連續(xù)執(zhí)飛多個航班。然而，不同的航班之間存在緊密的銜接關(guān)系，如果發(fā)生了前一個航班的飛機晚到或機組晚到就會對下一個航班的運行產(chǎn)生影響，下一個航班的延誤又會對之后的航班產(chǎn)生影響，進而擴散了一個航班延誤的負面效應(yīng)。[4]為了降低波及延誤的擴散效應(yīng)，有效的減少航班延誤的傳播，一種有效的方式就是對過站裕度進行優(yōu)化。所謂過站裕度是指航班的計劃過站時間減去航班的最小過站時間。每一個航班都會有一個計劃過站時間，以便完成乘客上下飛機、貨物的裝卸、飛機保障工作的操作，它是衡量地面服務(wù)質(zhì)量好壞的一個重要指標。最小過站時間是指飛機清潔、加油、上下客等正常情況下所需的最小時間，不同的機型最小過站時間有較大的差別，飛機越大最小過站時間越長。如果沒有合理的過站裕度，前一個航班的到場延誤將很可能影響下一個航班的延誤，過站裕度時間的優(yōu)化設(shè)計可以吸收航班網(wǎng)絡(luò)中的延誤。建立基于延誤擴散的過站時間優(yōu)化模型，保障過站銜接時間的閥值具有充分的彈性，可以提高航班的正點率，減輕大面積航班延誤的連鎖效應(yīng)。

3.2 航班波的錯位構(gòu)造

隨著航線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，現(xiàn)代大型的全服務(wù)航空公司一般采用中樞輪輻式的航線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為主，中樞輪輻式的航線網(wǎng)絡(luò)把周邊客流集中運輸?shù)綐屑~點，進而進行轉(zhuǎn)運，提高航班的客座率和運行效益，這種航線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一個顯著特征就是會出現(xiàn)航班波。[5]航班波是在航班計劃當中把進港航班和離港航班進行統(tǒng)一管理，在一個時間段內(nèi)幾十甚至上百個航班集中抵達機場，形成到港航班波，然后經(jīng)過短暫的過站準備后，幾十個甚至上百個航班相繼離港，形成離港航班波。這種中樞輪輻式的航線結(jié)構(gòu)設(shè)計有它的優(yōu)勢，但同時也對機場容量和綜合服務(wù)保障能力提出了更高的要求，而機場的運力資源是有限的，同一時間段內(nèi)處理的航班數(shù)存在峰值容量，一旦超出了機場的保障能力，或者出現(xiàn)極端天氣、設(shè)備故障、流量控制導(dǎo)致機場的運行能力降低時，就會引發(fā)大面積的航班延誤。這種航線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的缺點在于航班延誤很容易通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)迅速蔓延出去。因此，對航班波的優(yōu)化改進可以提升各個時段航班之間的動態(tài)銜接，減少大面積航班延誤發(fā)生的可能性，降低旅客的中轉(zhuǎn)時間，提高旅客的中轉(zhuǎn)效率，同時提高航空公司的收益。對航班波進行優(yōu)化的一種模式就是航班波的錯位構(gòu)造，其設(shè)計的核心思想是根據(jù)樞紐機場的資源狀況與運行能力，計算出航班波的峰值容量、航班波的頻度、航班波的進出港時間間距等品質(zhì)和技術(shù)參數(shù)，然后根據(jù)航班波的分布特征屬性，調(diào)整航班時刻，優(yōu)化航班波的分布時段，削減航班波峰的航班總數(shù)，填充到其他時段以減少擁堵，降低大面積航班延誤發(fā)生的風險。

3.3 飛機排班的魯邦提升

飛機排班是航空公司生產(chǎn)組織與計劃里面核心的環(huán)節(jié)之一，飛機排班的質(zhì)量高低直接關(guān)系到民航運輸生產(chǎn)的安全性和準點性，關(guān)系到飛機的利用效率和航空公司的收益，所以飛機排班要遵循基本的原則，例如符合航班計劃的要求、唯一性原則、使用均衡性的要求、最少使用飛機數(shù)的要求等。傳統(tǒng)意義上的飛機排班往往忽視了航班延誤的飛機排班工作的制約，生成的飛機排班方案抗干擾能力不強，自適應(yīng)能力較弱，一旦受到航班延誤因素的影響，很容易出現(xiàn)航班不能正點運行，甚至出現(xiàn)大面積航班延誤。[6]因此進行飛機排班的魯邦提升，有利于提高飛機排班的彈性，提升航班運行的正點率，實現(xiàn)飛機利用率的最大化。實現(xiàn)飛機排班的魯邦提升，首先可以進行飛機排班作業(yè)流程的優(yōu)化，在飛機排班的過程中，要根據(jù)航班延誤的歷史數(shù)據(jù)和飛機排班的工作要求，綜合權(quán)衡航班計劃、調(diào)度指令、飛機性能、飛機維護計劃等因素對飛機排班的影響，進行飛機排班的戰(zhàn)術(shù)與戰(zhàn)略調(diào)整，形成飛機排班的動態(tài)模式，減低排班流程對飛機運行的限制；其次，在綜合考慮飛機排班的決策要素基礎(chǔ)上，以飛行線路優(yōu)化和機型指派的動態(tài)匹配為核心，構(gòu)建基于航班延誤的飛機排班魯邦優(yōu)化模型，求解特定約束條件的最優(yōu)解，增強飛機排班計劃的抗干擾能力，降低大面積航班延誤的發(fā)生，提高航班的正點率、民航運輸?shù)姆?wù)質(zhì)量以及旅客的滿意度。

4 總結(jié)及研究展望

本文基于航空運輸生產(chǎn)計劃的魯棒性理論對大面積航班延誤進行了定義與分級，在大面積航班延誤分級的基礎(chǔ)上，對大面積航班延誤的成因進行了梳理，進而提出了大面積航班延誤的影響。論文從多重角度指出了大面積航班延誤的影響機制，分析了治理大面積航班延誤的三種模式：過站裕度的優(yōu)化設(shè)計、航班波的錯位構(gòu)造、飛機排班的魯邦提升，這三種治理模式能夠有效提升民航運輸企業(yè)生產(chǎn)計劃的彈性，提高航班的正點率，降低大面積航班延誤發(fā)生的風險。而未來的研究將會圍繞以下幾方面展開：

（1）本文所進行的大面積航班延誤的治理分析主要揭示了民航運輸企業(yè)和作業(yè)單元如何去改進生產(chǎn)計劃的魯棒性，提高航班的正點率，降低大面積航班延誤發(fā)生的風險，但沒有選取具體的民航運輸企業(yè)進行分析，對大面積航班延誤多發(fā)的區(qū)域進行實證分析是下一步研究的內(nèi)容；

（2）民航運輸企業(yè)的運行管理模式、生產(chǎn)計劃與組織的優(yōu)化對提高航班的正點率具有重要意義，另外大面積航班延誤的治理也要充分考慮旅客的銜接狀況，把旅客、航空公司、機場、空管等多因素融合在一個系統(tǒng)中建立綜合分析模型也是一個研究方向；

（3）本文對飛機排班的魯邦優(yōu)化只考慮了飛機調(diào)度的維度，沒有綜合考慮飛機排班、機組排班、維修計劃的一體化優(yōu)化，而機組排班、飛機維修計劃在較大程度上會影響到飛機排班的魯邦優(yōu)化。因此，綜合考慮飛機排班、機組排班和維修計劃的一體化調(diào)度也是一個研究方向。

【參考文獻】

[1]陳海燕.動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動的航班延誤預(yù)測關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京航空航天大學，2012.

[2]戚彥龍.航班延誤分級和過站時間研究[D].南京航空航天大學，2014.

[3]張小莉.鄭州機場大面積航班延誤應(yīng)急處置策略研究[D].昆明理工大學，2014.

[4]徐青青，繆立新.民用機場大面積航班延誤問題預(yù)防及處置研究[D].云南大學，2015.

[5]張曉全.民用機場大面積航班延誤的風險管理研究[J].中國安全科學學報，2008.18（9）125-130.

[6]孫宏，文軍.航空公司生產(chǎn)組織與計劃[M].西南交通大學出版社，2011.

[責任編輯：王偉平]