考虑环境成本的航班滑行等待成本研究

陈 琳，胡 荣，郑丽君，朱佳琳

（南京航空航天大学民航学院，南京 211106）

近年来，中国机场的旅客吞吐能力和货邮吞吐能力不断提升。2016年，中国民航年旅客吞吐量达10.16亿人次，年货邮吞吐量达1 510.4万吨[1]。然而，在航空运输业快速发展的背后，由恶劣天气和空域流量限制等原因导致的大量航班延误正在给航空公司、机场和旅客带来巨大的损失。研究表明，仅国内航班延误导致的经济损失每年高达数百亿元[2]。与此同时，航班延误对环境造成的负面影响也不容忽视。航班延误导致航空器地面滑行等待时间延长，进一步加剧了航空器等待过程中产生的空气污染、噪声污染等环境负外部性，产生了显著的环境外部成本，对机场周边环境造成了不利影响。现在，西方国家已开始利用排放收费、噪音收费等手段治理航空污染与噪音问题，取得了良好效果[3]。

国外学者对延误成本的研究起步较早，其中关于航班延误成本的计算通常包括两部分：一部分是利用航空器运营成本估算其延误成本[4-5]，另一部分是通过计算旅客时间价值来估算延误给旅客带来的经济损失[6-7]。Peter等[8]针对航班延误给航空公司所带来的成本，细分为燃油、飞行人员、维修、飞行设备资金、地面设备等直接成本和间接成本。中国在航班延误成本方面的研究尚处于起步阶段。都业富等[9]对航班延误的成本进行初步估算，但并未给出各类航班延误成本的确定方法。徐肖豪等[10]、李雄等[11]将航班延误成本分为显性成本和隐形成本两部分，并给出了航班延误显性成本和中国民航旅客时间价值的计算方法。李鹤[12]将延误成本分为地面和空中的延误成本、航空公司的延误成本、机场的延误成本、空管的延误成本、旅客的延误成本和环境的延误成本等6类。但是，在计算环境的延误成本时仅考虑了NOx和CO这两种污染物排放带来的成本。赵文智等[13]将ATA成本分析法和国内航空公司成本核算相结合，研究了航空公司单个航班的延误成本模型，该模型可以应用到任意的航空运输机型。

国内外学者对航空运输业环境外部成本的研究集中在2000年以后，主要针对航空运输业负外部性所致环境外部成本的定量测算和治理方法展开研究，并提出了一些航空运输环境外部成本（包括排放和噪音）的测算方法。Cherie等[14]分别计算了5个机场（包括支线机场和枢纽机场）的航空器噪声和发动机排放的外部成本。Peter等[15]将环境外部成本计算的结论和方法应用到机场噪声收费和机场社会成本效益分析中。夏卿等[16]、陈林[17]采用ICAO发动机排放数据库（engine emission data bank），结合中国民航机队资料和飞行数据，构建了航空污染气体排放环境外部成本测算模型，并以实例验证中国机场普遍存在显著的排放环境外部成本。吴卫平等[18]借鉴了国内外特别是欧洲的计算方法，形成了适合中国国情的一套计算方法，并根据中国民航2006年的CO2排放量测算出该年中国民航温室气体排放的环境外部成本。在机场噪声的环境外部成本测算研究方面，国际上普遍使用的方法是特征价格法（HPM，hedonic price method）和条件价值评估法（CVM，contingent valuation method）[14]。王维等[19]研究了机场噪声环境外部成本的测算方法，并在欧盟指令噪声收费模型基础上，提出了中国机场的噪声收费方法。

综上所述，航班延误成本（包括环境外部成本）的理论和测算方法相对成熟，但鲜有研究将环境外部成本纳入延误成本中，在计算环境成本时，也没有考虑CO2成本、碳价等问题，而且计算大多是针对标准起飞着陆（LTO）循环阶段或巡航阶段。针对上述研究的不足，有必要将环境外部成本纳入计算范畴，并将其作为重点研究对象，阐述航班延误地面滑行等待期间的环境外部成本（包括污染气体、温室气体和噪声）的计算方法，并就CO2成本占环境成本比重、环境成本占总成本比重与CO2单位价格展开敏感性分析。

1 航空器滑行等待成本

将航空器滑行等待成本划分为航空公司成本、旅客成本和环境成本3项子成本。

1.1 航空公司成本

长时间的滑行等待为航空公司带来了一部分额外的运营成本，如燃油消耗。这部分成本和航空器的机型直接相关，机型不同，其单位时间的运营成本存在显著差异。Andrew等[20]给出了考虑航线网络——延误对后续航班影响下的延误成本，其中部分机型基于15 min延误的单位成本（2000年），如表1所示。

表1 典型机型滑行期间的平均延误成本（考虑航线网络）Tab.1 Ground delay costs for typical aircrafts：at-gate and taxiing considering network effect

因此，地面滑行等待期间的航空公司成本为

其中：αA为某航班的单位时间航空公司成本；t为滑行等待时间。

1.2 旅客成本

航班延误带来旅客成本的测算，需要以旅客的时间价值为基础。旅客的时间价值与其出行目的相关，不同出行目的的旅客其时间价值差异较大。现将民航旅客分为两类——商务旅客与休闲旅客，分别计算其时间价值。关于旅客时间价值的测算方法有很多，如生产法、收入法以及支付意愿法等，在此采用收入法计算旅客的时间价值为

其中：vi为类型i旅客的时间价值；i为旅客类型；B为商务旅客；L为休闲旅客；I为人均年收入；T为全年有效工作时间。η为比例系数，不同类型的旅客取不同的数值，可参见文献[11]。

对于某一航班，滑行等待期间航空器上的全体旅客成本为

其中：n为该航班可利用座位数；w为客座率；t为滑行等待时间；ri为商务/休闲旅客的比例；vi为类型i旅客的时间价值。

1.3 环境成本

航空器滑行期间所产生的环境污染包括航空器发动机排放的废气与产生的噪音。部分发达国家对这些污染征税或收费，如法国和荷兰征收航空噪音税。根据ICAO规定的标准起飞着陆循环（LTO）模型，慢车滑行状态下的发动机推力设置为最大推力的7%，远低于起飞时的100%和爬升时的85%，因此滑行等待期间的噪音暂不纳入环境成本计算。陈林[21]在前人研究成果基础上，采用专家意见打分法对HC、SO2、NOx、CO2、CO等5种气体的单位环境外部成本数值进行调整，进而得到符合中国国情的各种废气的单位环境外部成本，如表2所示。

表2 中国航空运输各种排放的单位环境外部成本Tab.2 Social costs of each exhaust pollutant in China

因此，对于某一航班，其滑行等待期间所带来的环境成本为

其中：k为该航班所用的航空器发动机数量；F为滑行阶段的燃油消耗率；Ej为滑行阶段污染物j的排放因子；Pj为污染物j的单位外部成本；t为滑行等待时间。

2 实例分析

2.1 典型机型分析

针对国内、国际两类航线，各选取2种典型机型：国内选用A320-200和B737-800（以下简称：A320、B738），国际选用B767-300ER和B747-400（以下简称：B763、B744）。

1）航空公司成本

由表1可知，计算航空公司成本的关键在于选择合适的成本参数。根据《2015年民航行业发展统计公报》，2015年全国正班客座率平均为82.1%，客运航班平均延误时间为21 min，参照Andrew等[20]分类建议，可按照基于15 min延误中的高成本情景进行计算。同时考虑通货膨胀，根据国家统计局公布的各年价格指数将成本全部折合到2015年。

因此，由式（1）可得 A320、B738、B763、B744 的航空公司成本分别为258、272、438和770元/min。

2）旅客成本

考虑到民航运输的特点，人均年收入用年城镇居民人均可支配收入表示，由《2015年国民经济和社会发展统计公报》可知，2015年中国大陆城镇居民人均可支配收入为31 195元。扣除周末及法定节假日，全年平均工作天数为249天，按一天工作8 h计算，全年工作1 992 h。结合1.2节中比例系数的取值，可知国内休闲旅客、商务旅客的时间价值分别为0.783、2.192元/min，国际休闲旅客、商务旅客的时间价值分别为1.305、3.654 元/min。

根据2002—2006年民航客运市场结构调查与分析报告中商务旅客与休闲旅客的比例，进行了对数回归预测，得到2015年商务旅客与休闲旅客之比约为4∶6。由上文可知，2015年全国正班客座率平均为82.1%，为简化计算，客座率取80%。

因此由式（3）可得 A320、B738、B763、B744 的旅客成本分别为167、187、431和729元/min。

3）环境成本

为计算环境成本，在ICAO的Aircraft Engine Data Bank中查找所需参数，如表3所示。

表3 典型机型的发动机及排放参数统计表Tab.3 Engine and emission parameter statistics of typical aircrafts

因此由式（4）可得 A320、B738、B763、B744 的环境成本分别为21、20、38和 79元/min。

综上，4种机型滑行等待期间的成本及各项子成本的占比如表4所示。

表4 典型机型滑行等待成本及其比重汇总表Tab.4 Ground delay costs and proportion for typical aircrafts：at-gate and taxiing

由表4可知，4种机型的滑行等待成本依次增加，这与机型增大（直观体现为座位数变多）有直接关系。各项滑行等待成本的子成本中，航空公司成本占比最高，接近甚至超过了50%，而环境成本占比最低，仅占5%左右。

特别地，2015年中国起飞平均延误时长21 min，假设全部为滑行等待延误，则A320、B738、B763、B744每一航班滑行等待总成本分别为9 366、10 059、19 047、33 138元，成本数额相当可观。

2.2 敏感性分析

从上文可知，虽然在所有废气中CO2的单位价格最低，但CO2排放量远远超过其他气体，对于各机型而言，CO2造成的成本（以下简称CO2成本）占环境成本比例全部超过50%。实际计算表明，当CO2的单位价格达到0.22元/kg时，CO2成本占环境成本比例就开始超过50%。在此，以A320为代表机型，保持其他参数不变，开展CO2的单位价格对“CO2成本占环境成本比例”与“环境成本占总成本比例”的敏感性分析。

如图1所示，CO2成本占环境成本比例随着CO2单位价格的增长首先快速增长然后逐渐放缓，而环境成本占总成本比例几乎呈现等比例增长的态势。

图1 A320的CO2成本占环境成本比例与环境成本占总成本比例Fig.1 Proportion of environmental cost committed by carbon dioxide cost and total cost committed by environmental cost for A320

当CO2单位价格处于较低水平时（低于1元/kg），CO2成本占环境成本比例攀升速度极快。当CO2单位价格为0.89元/kg时，CO2成本占环境成本的比例达到80%；当CO2单位价格为2.0元/kg时，其占比已达90%。CO2单位价格在更大区间内变化对环境成本占总成本比例的影响，如图2所示。

图2 4种机型的环境成本占总成本比例及一阶导数Fig.2 Proportion of total cost and first derivative for four types of aircrafts

图2描绘了CO2单位价格由0元/kg逐渐增长到30元/kg过程中，4种机型的环境成本占总成本比例及其一阶导数的变化过程。曲线重合度较高，但仍有区别：B744的占比数值始终最高，而B738始终最低，A320与B763居中。同时，4种机型的环境成本占总成本比例相当接近，且变化趋势也高度一致：在CO2单位价格处于较低水平时，成本占比较低但增长速率较快；随着CO2单位价格的升高，成本占比随之升高但增长速率逐渐放缓，成本占比的一阶导数曲线图也说明了这一点。值得注意的是，A320与B763的曲线出现一个交点，如图3所示。CO2单位价格约为1.25元/kg时，A320与B763的环境成本占总成本比例相等，之后，B763的占比始终高于A320。

图3 A320与B763的环境成本占总成本比例曲线交点Fig.3 Curve intersection of environmental cost proportion for A320 and B763

环境成本占总成本比例的一阶导数随着CO2单位价格的升高而逐渐降低以至于趋近于0，但现实中的CO2单位价格不可能无限增大。基于不同的碳税机制，不同国家的碳税价格差异较大，如瑞典的碳价高达137美元/t，瑞士88美元/t，芬兰66美元/t，挪威53美元/t，法国25美元/t，而欧洲碳交易市场、中国7个碳交易城市的碳价都在10美元/t以下[22]。

然而，当CO2单位价格较低时，环境成本占总成本比例的一阶导数却处于最高水平，即环境成本占总成本比例对CO2单位价格的敏感性较高，这意味着当其他成本保持不变时，CO2单位价格的变化将对总成本产生明显影响。可以设想这样一个场景：当中国开始考虑民航碳排放的收费问题或将民航碳排放加入到国内或国际的碳交易市场中，碳价的变化将对航空公司的总成本造成显著影响，碳价的小幅上调都会导致运输成本的明显上涨。因此，从长远来看，积极响应绿色民航建设，调整机队构成，淘汰老旧机型，利用先进节油技术，降低各环节能源消耗将是增强中国航空公司竞争力、实现绿色航空的必由之路。

3 结语

研究了中国航班在地面滑行等待期间延误引发的成本损失，包括航空公司成本、旅客成本与环境成本，分别给出了相应的计算方法，选取4种典型机型进行分析，并就CO2成本占环境成本比例、环境成本占总成本比例与CO2单位价格之间的关系展开敏感性分析。结果表明：航班滑行等待成本不容忽视，不同机型每分钟成本数百元至上千元不等。目前环境成本占总成本比例较低，如果增加CO2的单位价格，环境成本势必上涨，特别是考虑到CO2成本处于较低水平时，环境成本占总成本比例对CO2单位价格的敏感性较高，总成本的上涨也会较为明显。因此，有效缓解航班延误，并积极发展绿色、低碳航空不仅有利于节能减排，对于航空公司控制成本、增强竞争力也具有重要意义。由于航空公司成本和环境成本的部分研究借鉴了国外学者研究数据，研究结果可能与中国现实情况存在一定差异，未来将结合国内民航发展实际情况对研究结论加以改进与修正，以期更加契合中国国情。

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