陶 理 王曉宇 謝 園

（廣州民航職業(yè)技術(shù)學院，廣東 廣州 510403）

0 引言

近年來，我國高度重視生態(tài)環(huán)境問題，生態(tài)文明建設(shè)關(guān)系到中華民族永續(xù)發(fā)展[1]。中國在第75屆聯(lián)合國大會上宣布中國CO2排放在2030年達峰，爭取2060年實現(xiàn)碳中和目標后，節(jié)能減排已確定為中長期的國策，碳減排成為各行業(yè)的一個明確而現(xiàn)實的任務(wù)[2]。民航局在近期發(fā)布的《“十四五”民用航空發(fā)展規(guī)劃》中將碳達峰、碳中和納入民航發(fā)展整體布局，堅持推進民航綠色發(fā)展。隨著我國民航業(yè)的高速發(fā)展，飛機數(shù)量不斷增加，飛機燃油燃燒排放污染加劇。深入研究航空公司節(jié)油，降低燃油成本，實現(xiàn)節(jié)能減排有著重要意義。

1 我國民航節(jié)油背景和意義

在我國航空公司的成本結(jié)構(gòu)中，航油成本所占的比例最高，一般在25%-30%[3]。因此航空公司節(jié)油運行既有利于國家生態(tài)環(huán)境建設(shè)，又可以降低公司運行成本，提高公司運營能力。數(shù)據(jù)顯示，航油消耗每減少1個百分點，中國民航每年可節(jié)約10萬噸航油，約合5億元[4]。另外，節(jié)能減排更可以幫助企業(yè)提升形象，推動企業(yè)構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展體系。無論從經(jīng)濟角度還是環(huán)保角度，航空公司在未來“十四五”中實現(xiàn)碳中和做法都是有效的[5]。

我國民航節(jié)油工作開始于20世紀90年代，當時各個航空公司在民航局的領(lǐng)導(dǎo)下成立了各自的燃油管理部門。在早期的研究中，王小宛教授從民航運行角度出發(fā)，分析了航班每個環(huán)節(jié)的節(jié)油措施，并提出了民航節(jié)油工作是一個系統(tǒng)性工程[6]。張永順教授給出了巡航階段的燃油消耗模型，據(jù)此模型推導(dǎo)出飛機巡航階段的最低油耗[7]。之后更多的學者開始對民航節(jié)油進行深入細致的研究。目前，民航節(jié)油領(lǐng)域的研究主要集中在三個方面：一是飛機燃油消耗研究；二是航空公司節(jié)油運行研究；三是民航系統(tǒng)運行管理研究。

2 飛機燃油消耗影響研究

我國學者從不同角度對飛機燃油消耗進行了大量研究，劉婧在分析航油消耗的基礎(chǔ)上，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對基于能量平衡方程的飛機燃油消耗模型進行改進，通過飛行數(shù)據(jù)對全航段燃油消耗進行預(yù)測[8]。耿宏等在深入分析QAR數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用多元線性回歸方法建立了飛機巡航段的燃油流量模型，有助于提高燃油監(jiān)控效果[9]。劉芳對飛機在下降段的燃油消耗情況進行了深入研究，根據(jù)下降段的不同環(huán)境條件，提出了分段匹配燃油消耗模型，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模，實現(xiàn)對下降段不同條件下的燃油消耗預(yù)測[10]。張延海等對民航客機的平均油耗預(yù)測模型進行了研究，通過灰色關(guān)聯(lián)理論分析飛機航線平均油耗影響因素，提出建立以航距和最大起飛重量的非線性回歸模型[11]。駱昕提出通過航空公司長期獲得的QAR數(shù)據(jù)以及APM系統(tǒng)，建立飛機性能監(jiān)控數(shù)據(jù)庫，幫助計算和預(yù)測飛機燃油，以輔助制訂飛行燃油計劃，降低成本，提高效益[12]。曹力等從簽派放行的角度出發(fā)，基于飛機性能參數(shù)建立燃油消耗模型，通過大量歷史QAR數(shù)據(jù)，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)減小誤差，使模型預(yù)測的燃油消耗達到通用軟件水平[13]。錢宇等基于QAR數(shù)據(jù)，運用線性回歸方法建立了飛機滑行階段的燃油消耗模型，以幫助飛機準確估計滑行時間，從而降低油耗。不過滑行階段受機場運行、天氣環(huán)境、空域管制等因素影響較大，文中并未將此考慮其中[14]。周宣任以空管雷達軌跡為切入點，基于QAR數(shù)據(jù)提取影響燃油流量的性能參數(shù)，通過深度學習理論構(gòu)建燃油流量模型用于空管燃油消耗的測量，為空管效率和節(jié)能減排提供了一定幫助[15]。劉思涵等為準確計算飛機滑行階段燃油消耗，研究分析了不同環(huán)境、不同滑行方式對燃油消耗的影響，修正了滑行階段燃油消耗模型，得出了不同條件下燃油消耗與排放的差異[16]。

通過對國內(nèi)學者的文獻梳理可以看出，大多數(shù)學者都是以飛機QAR數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行飛機燃油消耗研究的。目前學者通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機、深度學習、線性回歸等多種方法已經(jīng)建立了包括所有航段的燃油消耗模型。而在近年來，飛機燃油消耗研究不只是局限于節(jié)油方面，有學者對面前簽派、空管的飛機燃油消耗模型進行了研究。而在目前節(jié)能減排、碳中和背景下，越來越多的學者開始將飛機燃油消耗研究用于碳排放等領(lǐng)域。

3 航空公司節(jié)油運行研究

我國航空公司節(jié)油工作起步于20世紀90年代，在2004～2005年期間，民航局開展了民航節(jié)油研討會以總結(jié)各個航空公司節(jié)油經(jīng)驗，最終由王小宛教授編著了《民航節(jié)油實踐與探索》一書，成為我國航空節(jié)油工作的理論基礎(chǔ)。鑒于在我國航空公司中燃油成本為主要成本，業(yè)界不斷創(chuàng)新各項節(jié)油措施。而學術(shù)界也一直保持對飛機節(jié)油工作的探索與研究。

（1）我國各大航空公司高度重視節(jié)油工作，根據(jù)節(jié)油可控點，結(jié)合各自運行情況制定了符合自己公司特點的節(jié)油方案。中國南方航空公司（簡稱“南航”）倡導(dǎo)“綠色飛行”在保證安全的前提下，優(yōu)化飛行高度層、選擇合適備降機場、按實際載重加油、盡可能降低起飛重量，從而避免油耗油。借助空管，合理規(guī)劃航路，縮短空中距離，減少油耗[17]。中國國際航空（簡稱“國航”）采用的節(jié)油技術(shù)主要有：利用計算機合理實施飛行計劃、飛行人員空中節(jié)油操作、減少APU使用頻次、借助空管和簽派實現(xiàn)航路優(yōu)化以及二次放行、進一步挖掘研究成本指數(shù)和對飛機進行減重。具體節(jié)油措施主要是：提高運控水平、控制多加油、協(xié)調(diào)空管縮短地面時間、實施地面節(jié)能[18]。中國東方航空公司（簡稱“東航”）的節(jié)油方法和南航、國航類似，同時還根據(jù)飛機廠家的推薦，使用了重心后置的載重平衡操作方式，來進一步降低油耗[19]。海南航空（簡稱“海航”）結(jié)合公司運行情況，從購買和租用節(jié)油設(shè)備、優(yōu)化工作流程、增加節(jié)油環(huán)節(jié)、建立節(jié)油管理分析系統(tǒng)等方面實現(xiàn)節(jié)能減排節(jié)油飛行[20]。

（2）我國學者對于航空公司節(jié)油運行也進行了針對性的研究。王偉等基于能量狀態(tài)方程建立飛行運動模型，采用最優(yōu)控制理論，通過遺傳算法，實現(xiàn)最節(jié)油飛行軌跡，以減少爬升時間，降低燃油消耗，為飛機航路制定提供了依據(jù)[21]。熊國斌等從航空公司運行控制角度出發(fā)，提出航空公司節(jié)油工作要以機組為主體，機務(wù)作為補充，運行控制部門從中監(jiān)控并具體實施[22]。付令為航空公司提出了節(jié)油工作的入手思路，在對航空公司節(jié)油狀況進行深入調(diào)查的基礎(chǔ)上，從技術(shù)和管理兩方面入手，幫助航空公司制定了系統(tǒng)性的節(jié)油策略；從戰(zhàn)略層面為航空公司制定節(jié)油措施提供了指導(dǎo)[23]。李宜設(shè)計和開發(fā)了基于灰色關(guān)聯(lián)理論的航空節(jié)油飛行策略分析軟件，為航空公司制定節(jié)油策略提供技術(shù)支持，有效降低航空公司的燃油成本，提高航空公司的效益[24]。陳亞青等發(fā)揮空管技術(shù)作用，分析飛機油耗，采用新導(dǎo)航技術(shù)，幫助航空公司節(jié)油[25]。

由此可以看到，各大航空公司在節(jié)油運行上的策略大體相同，力求做到節(jié)油可控點的全覆蓋，同時不斷創(chuàng)新節(jié)油措施，如南航大力開展新技術(shù)的應(yīng)用，開發(fā)新的航油系統(tǒng)，改進地面流程，借助信息化技術(shù)開展無紙化運行。而在學術(shù)界，學者們更多關(guān)注系統(tǒng)性節(jié)油運行，針對空管、運控等深入研究飛機油耗。

4 民航運行管理研究

為實現(xiàn)節(jié)油運行，降低航空公司成本，我國學者還做了大量運行管理研究。劉潔重點研究了東航的航油運行管理問題，提出了航油管理改進措施，為航空公司航油管理降低成本提供了新思路。江廷等提出了一種不受天氣影響下的航空公司酌情油設(shè)定辦法，為航空公司降低燃油成本提供了新途徑[26]。張義朋等結(jié)合新航行系統(tǒng)在民航各個系統(tǒng)的優(yōu)勢，提出了節(jié)油飛行的幾點策略和建議，以幫助航空公司制定新形勢下的節(jié)油措施[27]。李呂琪基于協(xié)同理論，應(yīng)用多主體優(yōu)化目標，以幫助合理規(guī)劃下降階段飛機軌跡，從而實現(xiàn)節(jié)油飛行[28]。谷潤平等通過數(shù)學規(guī)劃方法優(yōu)化節(jié)油模型，幫助航空公司運營航線和制訂計劃，節(jié)省燃油成本[29]。

5 結(jié)語

民航飛機飛行節(jié)油工作涉及民航方方面面，單靠航空公司一家努力效果有限，而在局方、空管、機場、政府共同協(xié)作，多管齊下，才能提高節(jié)油效果，降本增效。未來航空公司節(jié)油工作可以從新技術(shù)研發(fā)應(yīng)用、組織體系改革、數(shù)據(jù)管理開發(fā)三個方面入手[30]。生物燃料的研發(fā)得到了國內(nèi)外航空公司的高度重視，在生物燃料試飛中，表現(xiàn)出了明顯優(yōu)勢，不過受限于使用成本等因素，還無法大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。各大航空公司均設(shè)立有節(jié)油工作部門，而想要始終適應(yīng)實際變化，需要繼續(xù)深化改革，創(chuàng)新航油管理模式。節(jié)油工作始終都是系統(tǒng)工程，單靠航空公司遠遠不夠，在當前“碳中和”背景下，結(jié)合民航“十四五”規(guī)劃，需要打通各單位壁壘，局方、航空公司、機場和各大院校通力合作，共同為民航綠色發(fā)展群策群力。