牛思佳 劉崇獻

（北京物資學院 經(jīng)濟學院，北京 101149）

隨著我國對外開放的不斷深入、科技和經(jīng)濟不斷發(fā)展，航空運輸因其高效、靈活、安全等特點逐漸成為貨物流通和人們出行的重要方式。北京市作為全國的政治、文化、國際交往和科技創(chuàng)新中心，航空物流需求潛力巨大。2019年北京市航空貨郵吞吐量占全國航空貨郵吞吐量的11.57%。2018年北京首都國際機場旅客吞吐量突破1億人次，成為了全球第二個年旅客量突破一億人次的機場，已經(jīng)超過了8000萬人次的終端設計容量。北京大興國際機場的投運可以快速釋放首都機場超容運行壓力，對促進京津冀交通運輸協(xié)同發(fā)展具有重大意義。

關于航空物流需求預測研究，國內外學者發(fā)明和改進了多種預測方法并得以應用。楊新湦等（2019）將指數(shù)平滑法、灰色預測、線性趨勢外推三種方法進行組合，建立組合預測模型，并對珠三角地區(qū)民航運輸量進行預測。[1]張鵬等（2012）利用ARMA模型對上海機場航空貨運量進行預測，并將VAR方法和GARCH模型引入其中，給出機場貨運量預測最大波動區(qū)間。[2]任新惠等（2009）歸納了 GM（1，1）模型建模過程中可能出現(xiàn)的典型問題和解決方法，并對天津濱海機場貨運量進行了預測。[3]Erma Suryani等（2012）應用系統(tǒng)動力學仿真模型預測了樂觀和悲觀兩種情況下的航空貨運量。[4]沈丹陽等（2012）在TEI@I方法論的基礎上，提出TEI@Ⅱ預測方法，相對全面、準確地預測供給保障能力有限情況下的機場貨郵吞吐量。[5]

上述學者所做的航空物流需求預測都是針對運營多年、有大量歷史數(shù)據(jù)的機場進行的，對于新建機場航空物流需求研究較為匱乏。北京大興機場投入使用后，北京市將形成“一市兩場”的雙樞紐格局。在對北京大興機場航空物流需求進行預測的過程中應將雙樞紐因素考慮其中，并從京津冀協(xié)同發(fā)展的角度對機場航空物流需求進行預測分析。

一、北京大興機場航空物流發(fā)展現(xiàn)狀

北京大興國際機場于2014年12月開工建設，2019年9月25日正式投入運營，是中國內陸第15座4F級機場。機場建設共分兩期，目前一期建成一座航站樓，面積為70萬平方米；建成東一、北一、西一、西二4條跑道；機位268個，年貨郵量設計為200萬噸，年旅客量為7200萬人次。遠期到2040年，將增加2條跑道，共達到6條跑道，年貨郵量為400萬噸，旅客量達到1億人次以上，將成為全球最大樞紐機場。自開航至2019年末，北京大興國際機場完成旅客吞吐量313.5萬人次，貨郵吞吐量7362.3噸。

（一）物流基礎設施

機場貨運方面，北京大興機場規(guī)劃建設3個貨運區(qū)。北貨運區(qū)北側與綜合保稅區(qū)相連，南側靠近北一跑道，東、南兩面為未來發(fā)展預留土地；郵件快件處理區(qū)位于機場東側，東一、東二跑道中間；南貨運區(qū)位于機場西南側，緊鄰南航站區(qū)。目前，北貨運區(qū)已規(guī)劃完成，部分建設工程已竣工。北貨運區(qū)東西長2160米，南北長1120米，配套有24個貨機位。空側依次為機場國內貨站、南航國內貨站、郵政分撥中心、東航國內貨站、東航國際貨站、南航國際貨站和機場國際貨站。貨運站后排還設有京東庫、順豐分撥中心、國內國際快件庫、海關查驗中心、進口二級庫、出口拼裝庫、冷鏈庫、跨境電商庫。貨運站規(guī)劃布局合理，配套設施齊全，將大大提高航空貨物處理效率。

（二）機場腹地發(fā)展現(xiàn)狀

北京大興國際機場位于北京市大興區(qū)與河北省廊坊市的交界處，距天安門46千米，距首都國際機場67千米。機場輻射范圍較廣，主要的受益范圍包括以下區(qū)域：因機場坐落在北京市大興區(qū)，地處北京市城南區(qū)域的房山區(qū)、良鄉(xiāng)地區(qū)、亦莊地區(qū)、燕山地區(qū)成為機場在北京市的主要服務范圍；向東輻射河北廊坊市和天津武清區(qū)；向南輻射廊坊的永清縣和霸州市；向西輻射雄安新區(qū)和保定市高碑店、涿州等區(qū)域。大興機場的建成將為京津冀交通與經(jīng)濟建設協(xié)同發(fā)展提供支撐。

北京大興機場腹地的產(chǎn)業(yè)發(fā)展將給北京大興機場帶來巨大的貨運需求。亦莊位于北京市城南，地處該區(qū)域的北京經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)是北京市重點發(fā)展的新城，發(fā)展定位為高新技術產(chǎn)業(yè)和先進制造業(yè)基地，電子信息、生物醫(yī)藥、裝備制造和汽車制造是開發(fā)區(qū)四大主導產(chǎn)業(yè)，2019年開發(fā)區(qū)高技術產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代制造業(yè)總產(chǎn)值達4858億元。作為創(chuàng)新驅動發(fā)展新引擎的雄安新區(qū)，其發(fā)展規(guī)劃明確提出發(fā)展信息技術產(chǎn)業(yè)、現(xiàn)代生命科學和生物技術產(chǎn)業(yè)、新材料產(chǎn)業(yè)、高端現(xiàn)代服務業(yè)、綠色生態(tài)農業(yè)等產(chǎn)業(yè)。諸如亦莊經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)、雄安新區(qū)等腹地的高新技術和高端服務業(yè)發(fā)展將產(chǎn)生大量的航空客、貨運輸需求，是大興機場航空物流發(fā)展的重要動力源。

為發(fā)揮機場國際航空樞紐的輻射作用，北京市與河北省共同規(guī)劃建設機場臨空經(jīng)濟區(qū)，總投資將超2000億元，預計未來產(chǎn)出將達1.6萬億元。根據(jù)《北京大興國際機場臨空經(jīng)濟區(qū)總體規(guī)劃（2019—2035年）》，臨空經(jīng)濟區(qū)總面積約150平方公里，其中北京部分約50平方公里，河北省部分約100平方公里，包括服務保障區(qū)、航空物流區(qū)和科技創(chuàng)新區(qū)共3個功能片區(qū)。其中，航空物流區(qū)重點承載航空物流、電子商務、綜合保稅、國際會展、航企服務等功能。臨空經(jīng)濟區(qū)擬建設“1+2+2”臨空產(chǎn)業(yè)發(fā)展體系，即以生命健康為主導產(chǎn)業(yè)，以航空樞紐和航空服務保障為兩大基礎產(chǎn)業(yè)，新一代信息技術和智能裝備為儲備產(chǎn)業(yè)的多層次發(fā)展體系。這種多層次有重點的航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展體系必將會促進北京大興國際機場航空物流業(yè)務的發(fā)展。

二、北京大興機場航空物流需求預測思路

（一）假設條件

筆者對北京大興機場航空物流需求預測基于以下假設條件：

1.全球經(jīng)濟總體穩(wěn)定，新冠肺炎疫情對2020年經(jīng)濟形勢有沖擊，對后續(xù)年份無巨大沖擊，經(jīng)濟活力充分釋放。

2.國內政治穩(wěn)定，不發(fā)生重大經(jīng)濟政策變化，經(jīng)濟從高速增長轉向高質量發(fā)展階段。

3.京津冀機場群各機場定位和職能不發(fā)生重大變化，北京大興機場轉場按照《北京大興國際機場轉場投運及“一市兩場”航班時刻資源配置方案》和《北京“一市兩場”轉場投運期資源協(xié)調方案》執(zhí)行。

（二）預測思路

筆者將針對大興機場缺乏運營歷史數(shù)據(jù)這一實際情況出發(fā)，首先應用熵權法對機場航空物流吞吐量進行類比預測，并使用三次移動平均法得出北京大興機場貨郵吞吐量的預測區(qū)間。而后，運用灰色系統(tǒng)預測法對北京市整體航空貨郵吞吐量進行預測，并根據(jù)轉場規(guī)劃進行劃分，經(jīng)調整后得出北京大興機場貨郵吞吐量預測值。最后，將兩種預測方法結果進行對比分析，得出預測結論。

三、基于熵權法的北京大興機場航空物流需求類比預測

（一）熵權法的基本原理

熵最早是作為一個熱力學概念提出，用來描述熱力學系統(tǒng)的混亂程度，一個系統(tǒng)越混亂，熵值就越大；越是有序，熵值就越小。后來，將熵的概念引入信息論中，用來描述信息源中信號的不確定性，稱為信息熵。[6]

如果某一系統(tǒng)可能處于多種不同的狀態(tài)，每種狀態(tài)出現(xiàn)的概率為Pi(i=1,2,…,m)時，則系統(tǒng)的熵為：

若有m個參考機場，n個綜合評價指標，形成綜合評價指標矩陣R=(rij)m×n，對于指標rj，則其熵值為：

用熵來確定權重時，若某一指標的信息熵越小，則該指標能夠提供的有效信息量越大，相應的權重越高；反之，若熵值越大，則指標能提供的有效信息越少，相應的權重越低。[7]

（二）基于熵權法的航空物流需求類比預測算法

該算法是考慮新建機場所在區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展速度、經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結構、交通運輸、固定資產(chǎn)投資等情況，綜合各種航空物流需求的影響因素，選取相關系數(shù)較高的指標作為影響航空物流需求的主要因素，選擇與新建機場所在城市各項指標最接近的城市作為候選參考城市。運用熵權法計算各個城市的綜合評價指數(shù)，將參考城市的綜合評價指數(shù)與新建機場所在城市的綜合評價指數(shù)進行比較，選擇數(shù)值最接近的h(h＜m)個城市作為類比城市，并計算出各類比城市的權重。[8]依據(jù)權重將各類比城市機場的開航吞吐量進行加權平均，預測出新建機場開航年的吞吐量。再取各類比機場從開航年開始1～4年的移動平均增長率，結合權重進行加權平均，計算出新建機場貨郵吞吐量年增長率，從而預測出新建機場的貨郵吞吐量。具體的算法如下：

（1）選取m個候選城市，n個綜合評價指標，收集各城市相應指標數(shù)據(jù)。

（2）綜合評價指標數(shù)值歸一化：

其中，dij為第i個城市的第j個指標歸一化結果，rij為第i個城市的第j個指標的數(shù)值，rmin為第j個指標值當中的最小值，rmax為第j個指標值當中的最大值。

（3）城市指標比重計算：

其中，Pij為第j個指標中第i個城市所占比重。

（4）各指標熵值的計算：

其中，ej為第j個指標的熵值，。若pij=0，則定義。

（5）各指標權重的計算：

其中，wj為第 j個指標的權重，且 0≤wj≤1。

（6）候選城市綜合評價指數(shù)計算：

其中，Di為第i個候選城市的綜合評價指數(shù)。

（7）將候選城市的綜合評價指數(shù)與新機場所在城市的綜合評價指數(shù)對比，選出與新機場最接近的h(h＜m)個機場作為類比機場，并計算類比機場的權重 Wk(k=1,2,…,h)：

其中，yk為第k個類比機場開航年的貨郵吞吐量。

（9）根據(jù)各類比機場開航后的年增長率，取各機場移動平均增長率，計算新機場年貨郵吞吐量增長率，從而預測出新機場各年份貨郵吞吐量。

（三）實證分析

1.指標的選取與數(shù)據(jù)收集

北京大興國際機場航空貨郵吞吐量預測采用上述方法進行。北京大興機場所在的北京市屬于中國的一線城市，根據(jù)國際研究慣例，筆者選擇人均GDP在10萬元以上的城市所在機場作為候選機場，即除大興機場外的8個機場。選取了30個可查得的宏觀經(jīng)濟指標，與航空貨郵吞吐量進行相關性分析，剔除共線性后，挑選出相關系數(shù)在0.9以上的10個指標作為綜合評價指標。選取出的8個候選機場為：上海浦東國際機場、廣州白云國際機場、深圳寶安國際機場、杭州蕭山國際機場、南京祿口國際機場、鄭州新鄭國際機場、廈門高崎國際機場、天津濱海國際機場。所對應的城市分別為：上海市、廣州市、深圳市、杭州市、南京市、鄭州市、廈門市、天津市。選取的10個綜合評價指標分別是：GDP、人均GDP、第三產(chǎn)業(yè)占比、工業(yè)增加值、貨物進出口總額、全社會固定資產(chǎn)投資總額、社會消費品零售總額、交通運輸、倉儲和郵政業(yè)增加值、貨運量（除水運）、貨運周轉量（除水運）?？紤]到候選城市多為臨海港口城市，海運貨運量和貨運周轉量會影響綜合評價指數(shù)的計算。因此，收集到各候選城市的貨運量和貨運周轉量兩個指標數(shù)據(jù)后，剔除掉了水路運輸相關數(shù)值，提高類比的科學性。因北京大興國際機場2019年開航，筆者收集了2018年北京市和各候選城市綜合評價指標的數(shù)據(jù)作為類比預測數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 2018年各城市綜合評價指標數(shù)值

2.各城市綜合評價指數(shù)的計算

根據(jù)上述算法步驟計算出各城市綜合評價指數(shù)如表2所示。

表2 各城市綜合評價指數(shù)

通過對比各城市的綜合評價指數(shù)，發(fā)現(xiàn)上海、廣州、深圳3個城市的綜合評價指數(shù)與北京市最接近，說明這3個城市與北京市的經(jīng)濟發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結構和物流發(fā)展規(guī)模相似。因此，選擇這3個城市的機場：上海浦東國際機場、廣州白云國際機場、深圳寶安國際機場作為類比機場。

3.類比機場權重的計算

根據(jù)公式9計算出3個類比機場的權重，如表3所示。

表3 類比機場權重

4.北京大興機場貨郵吞吐量預測

北京大興國際機場于2019年9月25日通航，截至2019年底通航時間只有三個多月。為方便后續(xù)年份貨郵吞吐量預測，設定2020年為北京大興國際機場的開航年。3個類比機場開航年份的貨郵吞吐量及各機場權重如表4所示。根據(jù)公式10，北京大興機場2020年的貨郵吞吐量預測值為442137.6噸。

表4 類比機場開航年貨郵吞吐量

根據(jù)類比機場貨郵吞吐量增長率，使用四次移動平均法，得出北京大興機場2021—2025年貨郵吞吐量預測區(qū)間值，如表5～表9所示。使用四次移動平均的目的在于弱化類比機場個別年份增長率的極值，提高預測的科學性。

表5 取各類比機場開航年增長率預測結果

表6 取各類比機場兩年移動平均增長率預測結果

表7 取各類比機場三年移動平均增長率預測結果

表8 取各類比機場四年移動平均增長率預測結果

綜合以上結果，得出2021—2025年北京大興機場航空貨郵吞吐量預測區(qū)間。從預測結果中可以看出，經(jīng)過5年的發(fā)展，北京大興機場2025年航空貨郵吞吐量為114.27～130.02萬噸左右。開航前三年增長速度較快，2022年為服務北京冬、殘奧會的客貨運輸，增長率將達到一個峰值，后續(xù)兩年增長速度趨于平緩。

表9 2021—2025年北京大興機場航空貨郵吞吐量預測區(qū)間

四、基于灰色預測法的北京大興機場航空物流需求預測

（一）灰色系統(tǒng)預測原理及模型建立

灰色系統(tǒng)理論是由華中科技大學的鄧聚龍教授于1982年提出的，適用于研究樣本數(shù)量少、數(shù)據(jù)貧瘠的不確定問題。[9]灰色預測模型（GM）是灰色系統(tǒng)理論的核心內容，模型建模實質上是將原始數(shù)據(jù)進行累加處理，使原有數(shù)據(jù)序列變成有規(guī)律的數(shù)據(jù)序列，以逼近的曲線作為模型，對研究對象進行預測?；疑A測建模所需數(shù)據(jù)較少，預測精度較高，能較好的反應系統(tǒng)的實際情況?；疑A測應用最廣泛的是GM（1,1）模型，該模型的使用前要滿足兩個前提條件：第一，原始數(shù)據(jù)序列須通過光滑性檢驗；第二，數(shù)據(jù)序列要滿足指數(shù)規(guī)律，且變化速度不能太快。

應用GM（1,1）模型預測航空物流需求量的步驟如下：

（1）原始數(shù)據(jù)的檢驗和處理

模型在使用之前通常對原始數(shù)據(jù)進行準光滑性檢驗、準指數(shù)規(guī)律檢驗和級比檢驗，目的是防止外部重大事件造成原始數(shù)據(jù)波動較大對模型造成干擾。

設原始數(shù)據(jù)為：x(0)=(x(0)(1),x(0)(2),x(0)(3),…,x(0)(n-1),x(0)(n))

對x(0)進行一次累加生成，可以得到的1-AGO序列為：

（2）建立模型

灰微分方程為：

相應的白化微分方程為：

其中，a稱為發(fā)展系數(shù)，b稱為內生控制系數(shù)。

（3）求解微分方程

遞推模型為：

通過累減計算，求得模型還原值：

（4）對預測模型進行檢驗

模型建立后，需要根據(jù)預測數(shù)據(jù)對模型的精度進行檢驗。一般有殘差檢驗、關聯(lián)度檢驗、后驗差比值檢驗和小誤差概率檢驗。[3]

1）殘差檢驗：

設 ε(k)為殘差

2）關聯(lián)度檢驗：

設關聯(lián)系數(shù)為η(k)

其中，ρ為分辨系數(shù)，(0,1)在內取值，一般取ρ=0.5。

當ρ=0.5時，關聯(lián)度大于0.5則可通過關聯(lián)度檢驗。

3）后驗差比值檢驗

計算原始序列標準差S1和絕對誤差序列標準差S2：

若求得的比值C＜0.5，則模型精度檢驗合格。

4）小誤差概率檢驗

若小誤差概率P＞0.8，則模型精度檢驗合格。

如果模型通過以上精度檢驗，則可使用該模型進行預測。

（二）實證分析

1.北京市機場貨郵吞吐量預測

北京市2013—2019年航空貨郵吞吐量數(shù)據(jù)如表10所示。

表10 北京市2013—2019年航空貨郵吞吐量

（1）對原始數(shù)列進行檢驗：

準光滑性檢驗：當 k＞3，d(k)＜0.5，說明原始數(shù)列是光滑的。

準指數(shù)規(guī)律檢驗：W(k)∈[1,1.5]。

級比檢驗：當 n=7 時，e(k)∈(0.77880,1.28403)，級比序列落在覆蓋區(qū)域內。

經(jīng)驗證，原始數(shù)列通過前期檢驗。

（2）建立 GM（1,1）模型：

GM（1,1）的微分方程為：

緊鄰生成序列為：

利用最小二乘法求得：

a=-0.015092872

b=1868324.872

因此，可得微分方程為：

求解微分方程得到遞推模型：

（3）對模型進行檢驗

關聯(lián)度檢驗：取 ρ=0.5，求得關聯(lián)度 r=0.6＞ρ，即模型通過關聯(lián)度檢驗。

小誤差概率檢驗：小誤差概率P=1，即通過小誤差概率檢驗。

經(jīng)檢驗，全部符合精度要求，模型可以進行預測。得出2021—2025年北京市航空貨郵吞吐量預測值如表11所示：

表11 2021—2025年北京市航空貨郵吞吐量預測結果

2.北京大興機場貨郵吞吐量預測

《北京大興國際機場轉場投運及“一市兩場”航班時刻資源配置方案》指出：2021年夏秋航季始，東航、南航應分別在北京大興國際機場完成占本公司航季在京運行總量100%的轉場投運航班量；上航一次性完成全部轉場投運；郵政航將本公司航季在京運行總量30%的航班轉場投運至北京大興國際機場。港澳臺地區(qū)及國外航空公司可自行制定轉場投運計劃轉場北京大興國際機場，或保留在北京首都國際機場運行，也可選擇在兩場運行。

按照境內航空公司轉場計劃，并結合各航空公司航班歷史時刻數(shù)量，可計算得出境內轉場公司航班數(shù)量：境內駐場公司航班數(shù)量=0.385:0.615。假設國際（含港、澳、臺）航空公司當中，天合聯(lián)盟航空公司2021年轉場至北京大興國際機場，其余航空公司根據(jù)計劃相繼轉場或在兩場運行，則按照各航空公司航班歷史時刻數(shù)量，可計算得出境外駐場公司航班數(shù)量：境外轉場公司航班數(shù)量=0.86:0.14。

查閱統(tǒng)計資料可知，北京市國內航空貨運量與國際航空貨運量占比分別為46.2%和58.3%，因此綜合計算可得2021年北京大興機場航空貨郵吞吐量約占北京市航空貨郵吞吐總量的25.3%。計算過程如表12所示。

北京大興機場處于投運初期，貨運基礎設施正處在逐步建設和完善階段，擁有較多全貨機的郵政航、順豐航以及國際貨運航空公司在轉場初期大部分繼續(xù)在北京首都國際機場運行，并根據(jù)各航空公司計劃逐步轉場。由于北京首都國際機場與北京大興國際機場一期航空貨運基礎設施建設規(guī)模相當，根據(jù)轉場方案中提出的“安全、平穩(wěn)、有序”原則和“以優(yōu)促轉、以增促轉”原則，設定大興機場航空貨郵吞吐量占比增長速度以接近2025年占比50%目標逐漸減速的漸近線的增長方式增長，如圖1所示。由此預測北京大興國際機場2021—2025年航空貨郵吞吐量見表13。

表12 北京大興機場航空貨郵吞吐量占比

圖1 2021—2025年北京大興機場貨郵吞吐量占比

表13 2021—2025年北京大興機場航空貨郵吞吐量預測結果

五、預測結果分析

筆者利用兩種方法分別預測了未來5年北京大興機場航空貨郵吞吐量。將兩種方法得到的預測結果對比可以看出，使用灰色預測法的預測結果在熵權法預測區(qū)間范圍內。兩種預測方法所得結果相互印證，由此可知2025年北京大興機場航空貨郵吞吐量在124萬噸左右，離大興機場一期建設的設計吞吐量200萬噸還存在一定差距。

該預測結果是基于提出的假設條件得出的，實際上當今國內和國際形勢也深深地影響著北京大興機場航空物流需求，航空物流業(yè)發(fā)展正處于機遇與挑戰(zhàn)并存的局面。2019年，受中美貿易摩擦和美國單邊主義影響，全球航空貨運市場受到?jīng)_擊，國內主要樞紐機場貨郵吞吐量增速放緩，甚至出現(xiàn)負增長。2019年底，中美雙方達成了第一輪的貿易協(xié)定，世界兩大經(jīng)濟體經(jīng)貿摩擦的緩和將利好2020年航空貨運的發(fā)展。但受2020年新冠肺炎疫情的影響，全球貿易需求大幅下降，制造業(yè)延期開工，全球供應鏈體系受到嚴重影響，北京大興機場航空物流發(fā)展速度將會受到?jīng)_擊，航空物流發(fā)展目標將會延期達成。諸如新冠肺炎疫情期間黑天鵝事件的發(fā)生，將對大興機場航空物流發(fā)展產(chǎn)生難以預測的重大影響。除了上述挑戰(zhàn)，北京大興機場航空物流發(fā)展同時面臨著巨大的發(fā)展機遇。北京大興機場將為2022年冬、殘奧會的召開提供航空物流保障，腹地雄安新區(qū)蓬勃建設和京津冀協(xié)同發(fā)展的不斷推進將給大興機場提供貨源支撐。

與此同時，還應考慮到近年來隨著我國產(chǎn)業(yè)結構不斷升級，技術密集型產(chǎn)業(yè)逐步替代勞動密集型和資本密集型產(chǎn)業(yè)，而技術密集型產(chǎn)品更多的是“短小精悍”的高附加值產(chǎn)品。未來北京大興機場航空貨郵吞吐量增速或許保持平穩(wěn)狀態(tài)，但是機場周邊高新技術產(chǎn)業(yè)的興起使得單位重量的貨值不斷提升，意味著大興機場的航空物流效率得到了提高。