傅昭南,邵燕敏,肖 进,2,汪寿阳*

(1.中国科学院数学与系统科学研究院,北京100190;2.四川大学商学院,成都610064)

基于双重导向型DEA模型的中国主要机场运营效率研究

傅昭南1,邵燕敏1,肖 进1,2,汪寿阳*1

(1.中国科学院数学与系统科学研究院,北京100190;2.四川大学商学院,成都610064)

机场运营效率评价及影响因素分析对科学反映中国主要民用机场运营效率现状,实现中国民航业可持续发展,提高中国机场国际竞争力具有重要意义.本研究首先利用双重导向型DEA模型测算2006-2010年中国27个主要民用机场的运营效率,然后从宏观环境、行业与区域竞争及机场特征三个方面探索机场运营效率的影响因素.研究结果表明,2006-2010年中国主要民用机场的运营效率基本维持在较高水平;各机场的运营效率自2008年始均有不同程度的下降,且机场间运营效率的差异呈现逐年增大的趋势;腹地经济、机场规模、机场级别和一市多场等因素促进了机场运营效率的提升;区域竞争和行业竞争则不利于机场运营效率的提升.

航空运输;运营效率评价;双重导向型DEA;民用机场;面板模型

1 引 言

自机场属地化改革以来,中国民用机场无论在数量上还是规模上都有显著提升,中国民航业发展迅速.然而,随着中国国际化程度的加深,中国民用机场在融入国际竞争的同时也面临了诸多挑战,如何提高机场运营效率已成为促进机场业可持续发展的关键与核心,是机场竞争力的集中体现.机场运营效率研究对于正确反映民用机场运营效率现状,实现民航业可持续发展,促进机场国际竞争力具有重要意义.

早在20世纪末,国外民航组织及国内外学者已经开始对民航机场的运营效率进行研究,Lall (1997)[1]最早使用DEA模型研究美国21家机场1989-1993年间的运营效率,并用Tobit回归对影响机场效率的因素进行分析;Parker(1998)[2],Pels (2003)[3]及Yu(2004)[4]等人也分别使用DEA方法研究英国、欧洲及台湾地区机场的运营效率; Chi-Lok&Zhang(2009)[5]用DEA方法和Tobit回归研究25个中国机场1995-2005年间的效率变化情况,结果显示机场属地化改革对于机场运营效率有较大影响.这些方法在进行效率评价时主要从投入角度或者产出角度出发研究决策单元的相对有效性,然而机场效率评价一方面需要在考虑投入最小化的同时考虑产出最大化,另一方面,由于机场资源配置的特殊性,短期内无法任意改变投入量来达到DEA有效.因此,本研究首次采用Robbert (1996)[6]提出的投入产出导向型距离函数测度机场运营效率的相对有效性以解决上述缺陷.此外,本文从宏观环境、行业与区域竞争及机场特征三个方面选取影响因素指标,首次考虑一市多场、区域竞争及行业竞争等因素对于机场运营效率的影响,为中国民航业运营管理体制的改革和发展提供了重要的决策支持.

2 双重导向型DEA模型

数据包络分析(DEA)是以相对有效性概念发展起来的一种非参数效率评价方法.传统的DEA模型主要分为投入导向型和产出导向型两类,其中投入导向型是指在产出给定的情况下将投入最小化,而产出导向型则是投入一定的情况下使得产出最大化.本文引入一种双重导向型DEA模型,同时考虑投入缩减和产出增加,以达到最优配置.

Robbert(1996)[6]提出了一种新的测度生产率增长的技术,该技术基于方向距离函数为

式中 T={(x,y):x能产生y},其中x∈RN+是投入向量,y∈RM+是产出向量,(gx,gy)是一非零方向向量.如图1所示,假定固定规模报酬,这样T可以被表示为所有从原点出发的射线以下的投入产出向量.点(x,y)在(-gx,gy)的方向上被不断扩展,最终达到技术有效前沿,而这最大的扩展量即为D→T(x,y;gx,gy).

图1 方向距离函数Fig.1 Directional distance function

将该技术方向距离函数引入传统的DEA模型中,得到新的DEA双重导向型模型,表示如下:

式(2)评价了t时期,观察单元k′在(-gx,gy)方向上,相对于有效前沿T的效率,其中N表示投入变量,M表示产出变量.

在式(2)中,当gx=0时,即为产出导向型;当gy=0时,即为投入导向型.一般情况下,我们设gx=1,gy=1,即投入产出同时等比变化,式(2)变为

决策单元DMU的效率值计算如下:

3 数据与DEA模型评价结果分析

3.1 数据样本及来源

本文的面板模型选取2006-2010年中国27个主要机场的数据作为样本,其中上海市有两个机场——上海虹桥国际机场和上海浦东国际机场.各个机场的数据来源于《从统计看民航》,CEIC数据库和WIND数据库.

3.2 投入产出指标的选取

基于指标数据的长期性、稳定性及可获得性,本文选取了4个投入指标和4个产出指标,如表1所示.

本研究的投入产出指标体系没有考虑劳动力投入指标,其主要原因包括:(1)机场从业人员数据未细分到具体的机场;(2)机场劳动力经常是相对航空公司而言的,属于机场的劳动力缺乏统计.

3.3 DEA模型结果及分析

使用MATLAB编程建立双重导向型DEA模型,测算2006-2010年27个中国民用机场的各年运营效率,各机场五年平均值和排名如表2所示,各年效率值变化如图2所示.

表1 机场运营效率DEA评价指标体系Table 1 DEA evaluation index system of airport operational efficiency

表2 2006-2010年27个机场的DEA效率平均值排名Table 2 DEA efficiency rankings of 27 airports(five-year average)

图2 2006-2010年27个机场的DEA效率值Fig.2 DEA efficiency values of 27 airports during 2006 and 2010

从各机场效率值来看,2006-2010年以来中国主要民用机场的运营效率基本维持在0.75以上. 2008年之后,各机场的运营效率都有不同程度的下降,并且机场间运营效率的差异呈现逐年增大的趋势.分析可能的原因,主要有以下三方面:其一,近年来由于航空公司航班延误、流量管制、机场扩建和极端天气频发等因素影响,多数机场航班正常放行率逐年下降;其二,自2008年中国第一条高铁——京津高铁正式开通运行,高铁网络贯穿中部和沿海主要省市,给航空业带来巨大冲击;其三, 2008年北京奥运会、2010年上海世博会和广州亚运会等全球大型活动的举办也对机场运输保障能力提出了挑战,各机场间运营能力的差距逐渐扩大.

从具体的各个机场来看,27个机场中仅上海虹桥机场达到DEA有效,而同在上海的浦东机场运营效率为0.977,这两个机场都属于大型国际枢纽型上市机场,产生运营效率差异的原因主要是一个城市内多个机场的分流作用及转衔接优势的影响.北京首都机场未达到DEA有效,主要受机场正点率逐年下降的影响,且其交通换乘的便利程度和服务能力还需要进一步拓展[7].但其拥有三条跑道和三座航站楼,航站楼面积居全国第一,无论是航班调控能力还是旅客吞吐能力方面都处于较高水平.深圳、厦门和广州机场都是上市机场,管理机制相对完善,而长沙、重庆、大连等机场属于中西部地区重要的干线机场和区域性枢纽,运营效率也相对较高.乌鲁木齐地窝堡机场和福州长乐机场是27个机场中相对运营效率最低的机场.地窝堡机场位处欧亚航空运输的门户,但国内东西部经济发展不对称使得机场无法发挥地理优越性以拉动航空发展,在后期改扩建过程中又缺乏高效的配套服务保障体系,造成其整体运营能力处于较低水平.同时,乌鲁木齐极易受雨雪天气影响停止机场运营,也给运营效率的提高带来阻力.福州长乐机场由于兴建初期决策失误导致机场建设规模过度超前,与区域经济发展不和谐,造成机场运营能力与旅客吞吐量不匹配,加之交通不便及周边泉州晋江机场的分流影响,从而影响了机场竞争力.

通过上述分析可以发现,除了评价机场运营效率的投入产出指标之外,还有一些非投入产出的因素会影响机场运营效率,需要进一步分析这些因素对于机场运营效率的影响程度.

4 影响机场运营效率的因素分析

4.1 影响因素分析

影响机场运营效率的因素很多,本文主要从宏观环境、行业与区域竞争及机场特征三个方面来考察机场运营效率的影响因素.考虑到指标代表性及数据可获得性,最后选取6个指标,如表3所示.

表3 机场运营效率影响因素指标体系Table 3 Factor system of airport operational efficiency

4.2 固定影响变截距面板模型

对原始数据序列进行平稳性检验,并根据F检验和Hausman检验结果(见表4)确立最后模型为固定影响变截距模型,即

式中 XLit表示第i个机场单元在第t年度的运营效率值;αi为各机场运营效率不随时间变化的部分差异;βj,j=1,2,…,6为各机场运营效率影响因素的系数;uit为随机扰动项,服从独立同分布.

表4 模型设定检验结果Table 4 Model test results

表5为模型结果,其中,模型1包含腹地经济、从业人员和机场级别三个变量,模型2、3、4即在模型1的基础上逐个加入“区域竞争”、“一市多场”及“行业竞争”因素,模型结果通过稳定性检验.

表5 固定影响变截距模型结果Table 5 Fixed effect model results

4.3 实证结果与分析

从模型结果来看,对机场运营效率有显著正向影响的因素有四个,分别是:腹地经济、机场规模、机场级别和一市多场.

民航运输的发展水平与国民经济发展增速表现出较强的相关性,根据民航总局研究表明,民航运输发展速度是国民经济发展速度的1.5～2倍.腹地经济发展形成一定的规模和增长水平会对航空运输产生需求,促进机场的扩建与发展.同时,机场属于资金密集型行业,各地政府利用区域经济发展所带来的税收及盈利投资于机场建设,是机场存在和发展的基础.因此,腹地经济越发达,机场效率也越高.模型结果显示,机场所在城市GDP增速每提高1个百分点,对于机场运营效率的贡献增加0.062.

机场从业人员是机场地面服务及航空运营服务的主体,其数量是保障机场运营的重要保证,是体现机场规模的重要指标.从模型结果来看,机场规模对运营效率具有正向影响,规模越大越有利于机场利用其规模优势提高运营效率.

等级较高的机场在处理气象条件不佳或错过最佳接地点等特殊情况方面具有较高的能力,在保证飞行安全和航班正常率的导航设施方面也较为完善,机场运营效率也相对较高.根据模型结果,I级机场的平均运营效率比II级机场的平均运营效率高0.046,比III级机场的平均运营效率高0.092.

当城市发展到一定规模,一方面,增加的客货运需求需要机场扩大运输容量与之匹配,另一方面,核心枢纽港的构建及机场运输辐射网络的形成都需要建立新的机场.中国存在一市多场的城市主要是北京、上海、重庆和大连.北京除了首都机场外,2007年开放了原为军用机场的南苑机场,分担了一部分首都机场的客运压力,但其航线较少,客货运容量及服务设施都无法满足较大需求,主要起辅助作用.同样,重庆和大连的多机场系统也以互补发展模式为主.而上海拥有浦东国际机场和上海虹桥机场,这两个机场在机场设施、机场服务及客货运容量方面都具备相同的竞争优势,属于平衡发展模式.从模型结果来看,存在“一市多场”多机场体系的四个机场的平均运营效率,相比其他机场的平均运营效率高0.057,说明一市多场模式有利于实现统一管理和经营,以保证航空运输高效灵活调控,有利于扩大机场运营辐射范围,保有原有客流量的同时吸引新增客流量,也有利于资源的优化配置和成本降低,从而带来更高的运营效率.

此外,区域竞争和行业竞争两个因素对机场运营效率的影响显著为负,这一情况与现实情况也基本符合.

区域机场对于运营效率有正负两方面影响.一方面,区域机场可以进一步促进区域内各机场间的均衡发展,有利于缓解大型机场的运输压力和基础设施压力,提高大型机场的安全运营能力,同时有利于提高中小型机场的经济效益;另一方面,区域内多机场容易使机场产生过度竞争,过于重视业务量增长等经济效益而忽视资源的合理配置,导致运营效率降低.之前的研究结果表明,区域机场的旅客吞吐量市场集中度呈逐年下降趋势,主要机场的枢纽地位被市场竞争所削弱,区域内机场间缺乏协同效应,没有最大可能地挖掘区域综合利用能力[8].而郑士源等人[9]也指出,就社会福利来说,航空企业不联盟时最佳.这与本文模型结果相类似,即区域内机场的平均运营效率相对非区域联盟机场的平均运营效率低0.048,说明我国区域机场联盟机制并不成熟,对于区域内机场运营效率的提高影响有限,区域内机场间亟需寻求竞争与合作的平衡点.

随着中国运输体系的逐步完善及其他替代运输方式的出现,尤其是2008年之后高铁建设的快速发展,中国运输业竞争愈加激烈,航空业面临更大的挑战.高铁相对航空来说,具有载客量高、运输能力大、班次多、正点率高、价格稳定、手续方便及转换乘衔接便捷等优点,吸引了很大一部分客流量,给航空业带来较大冲击.有研究结果显示,铁路旅行时间小于5小时的时候,铁路对航空运输市场的分流作用明显[10].根据模型结果,所在城市开通高铁的机场的平均运营效率相对所在城市尚未开通高铁的机场的平均运营效率低0.014,说明高铁对机场的运营效率有显著影响,机场应采取合理的措施应对高铁带来的替代冲击,并寻求新型合作模式,以共同提高运营效率.

5 研究结论

本文首次采用投入产出导向型DEA模型测度2006-2010年中国27个主要民用机场的运营效率.研究结果显示,近年来中国国际机场的运营效率整体较为平稳,自2008年呈现小幅下降的趋势.从具体的各机场效率值来看,上海虹桥机场连续五年均达到DEA有效,北京、广州、深圳、厦门、长沙、重庆、大连、西安、武汉等机场的运营效率也相对较高,而乌鲁木齐地窝堡机场和福州长乐机场的运营效率最低.研究进一步系统地从宏观环境、行业和区域竞争及机场特征等三个方面来考察对机场运营效率产生影响的因素,模型结果显示,行业竞争和区域竞争对机场运营效率有显著负向影响,而腹地经济、机场规模、机场级别和一市多场对机场运营效率有显著正向影响.

本研究还可从以下几方面进行深入研究.首先,可建立基于可变规模报酬的双重导向型DEA模型,具体分析我国主要机场的规模效率和纯技术效率.其次,可利用反映动态效率变化的Malmquist指数研究机场全要素生产率及其影响因素.最后,本研究的模型也可用于其他领域效率的评价分析.

[1] Gillen D,Lall A.Developing measures of airport productivity and performance:an application of data envelopment analysis[J].Transportation Research Part E:Logistics and Transportation Review,1997, 33(4):261-273.

[2] David P.The performance of BAA before and after privatisation:a DEA study[J].Journal of Transport Economics and Policy,1999,33(2):133-146.

[3] Pels E,Nijkamp P,Rietveld P.Relative efficiency of European airports[J].Transport Policy,2001,8 (3):183-192.

[4] Yu M M.Measuring physical efficiency of domestic airports inTaiwanwithundesirableoutputsand environmental factors[J].Journal of Air Transport Management,2004,10(5):295-303.

[5] Chi-Lok A Y,Zhang A.Effects of competition and policy changes on Chinese airport productivity:an empirical investigation[J].Journal of Air Transport Management,2009,15(4):166-174.

[6] Robert G C,Rolf F,Shawna G.Productivity growth in APEC countries[J].Pacific Economic Review, 1996,1(3):181-190.

[7] 张国伍.枢纽机场与区域经济发展——机场对区域经济发展影响[J].交通运输系统工程与信息, 2012,12(2):1-8.[ZHANG G W.Hub airport and regional economic development impacts of airport on regional economicdevelopment[J].Journalof Transportation Systems Engineering and Information Technology,2012,12(2):1-8.]

[8] 吴桐水,刘晏滔.对长三角区域多机场竞争现状的思考[J].中国民用航空,2009,1(97):48-51.[ WU T S,LIU Y T.Thoughts on airport competitions in Yangtze River Delta[J].China Civil Aviation, 2009,1(97):48-51.]

[9] 郑士源,王浣尘.基于动态合作博弈理论的航空联盟稳定性[J].系统工程理论与实践,2009,29(4): 184-192.[ZHENG S Y,WANG H C.Airline alliance stability based on dynamic cooperative game theory[J].SystemsEngineering—Theory& Practice,2009,29(4):184-192.]

[10] 宫辉.高铁对长三角区域航空运输的影响和应变之道[J].中国民用航空,2009,9(105):49-50. [GONG H.The impact of high-speed railway on air transport in the Yangtze River Delta region and countermeasures[J].China Civil Aviation,2009,9 (105):49-50.]

Operational Efficiency of Major Airports in China Based on Dual-Oriented DEA Model

FU Zhao-nan1,SHAO Yan-min1,XIAO Jin1,2,WANG Shou-yang1
(1.Academy of Mathematics and Systems Science,Beijing 100190,China; 2.Institute of Sichuan University,Chengdu 610064,China)

The evaluation of airport operational efficiency and analysis of its influencing factors are important to scientifically reflect the status quo of China's major civil airports,which contribute to further achieving sustainable development of China's civil aviation industry and to improve the international competitiveness of Chinese airports.This paper measures the operational efficiency of 27 major Chinese civil airports from 2006 to 2010 based on the dual-oriented DEA model,and then analyzes the influencing factors of airport operational efficiency from the viewpoints of macro environment,regional and industry competition as well as airport characteristics.The results show that the operational efficiency of major Chinese civil airports maintains a high level.The operational efficiency of all airports decline with different degrees from 2008 and the differences of operational efficiency between airports increase year by year.The hinterland economy,the scale of the airport,the airport level and multi-airport system promote airport operationalefficiency,but regional and industry competition inhibit efficiency enhancement.

air transportation;operational efficiency evaluation;dual-oriented DEA;civil airports; panel model

U8Document code:A

U8

A

1009-6744(2013)04-0193-07

2013-01-16

2013-04-29录用日期:2013-05-07

傅昭南(1987-),女,浙江舟山人,硕士生.

*通讯作者:sywang@amss.ac.cn