本文以北京進行的新機場規劃建設工作為背景,基於未來北京雙國際航空樞紐的格局,通過對北京航空乘客細分的不同人群航空時間價值進行調查分析,構建基於市場競爭關係的雙樞紐客流需求預測模型。主要通過對未來兩機場不同市場競爭情景下,陸側交通接駁方式對兩場客流總量及各機場吸引客流 的空間分布的分析,為新機場的陸側接駁交通系統規劃提供量化測試基礎,同時通過不同情景下客流的空 間分布狀態,為新機場與首都機場的兩場分工從北京城市空間反哺的視角出發提出建議。本文採用出行意願調查分析得出航空客流的時間價值,通過約束下的多層羅吉特(NL)模型分析機場選擇及陸側交通系統 方式選擇,通過將航空客流分析與傳統的城市日常出行客流分析模型進行一體化的融合反應日常客流對航 空客流接駁方式選擇的影響。從航空乘客機場選擇行為的市場規律視角出發,構建了基於航空客流選擇行 為規律的航空乘客多機場選擇行為需求預測模型(Multi-airport choice model),為北京新機場陸側接駁 交通系統的規劃設計提供了量化分析基礎。
京津冀地區是我國政治、經濟、科技、文化和教育最發達的地區之一,是我國對外交流 與合作的重要通道,是我國參與全球競爭與率先實現現代化的主要區域,是我國北方發展水 平最高的現代化大都市區,在我國經濟社會發展中具有重要的戰略地位。近年來,京津冀區 域經濟整體增速明顯加快,對航空業的發展提出了新的要求。
2012 年首都機場旅客吞吐量突破 8000 萬人次,僅次於美國亞特蘭大機場,穩居世界第 二位。鑑於亞特蘭大機場旅客中轉率高達 70%以上,而首都機場僅為 11%左右,首都機場 成為全球最大的起訖地機場。此客運量也已接近首都機場客運能力。
面對快速增長的航空出行需求和北京首都機場航空運力幾近飽和的局面,2012 年 12 月, 國務院、中央軍委批覆同意建設北京新機場。在批覆中對北京新機場定性為大型國際樞紐機 場,與首都國際機場共同構成雙樞紐國際機場的局面。使得北京將成為繼上海之後,我國第二個擁有兩個機場的城市。
首都國際機場距離北京市中心約 25 公裡,北京新機場的初定選址位於北京南部與河北省交界處,距離北京市中心約 50 公裡,距離首都國際機場約 67 公裡,具體見圖 1。北京新 機場規劃航空客運吞吐量在本期(2025 年)約 7200 萬人次/年,遠景(2050 年)預計在 1.3 億人次/年以上。兩機場規劃中的雙樞紐國際機場定位,使得兩機場在未來運營的相當長一 段時間內將針對區域航空客流,尤其是北京市航空客流形成共同服務的局面。
圖 1 北京規劃兩機場位置關係示意圖
鑑於北京新機場的區位劣勢,機場的陸側接駁系統配套的完善對於改善機場的不利區位 影響,吸引客流均衡選用兩機場關係重大。為了更好的測試陸側接駁系統對未來首都航空客 流機場選擇行為的影響,從航空乘客的時間價值入手,基於市場競爭的原則,構建北京多機 場航空客流需求預測模型來應對此問題。
根據北京市航空客流特徵及借鑑歐美航空客流預測方法,主要通過航空客流總量預測、 航空客流生成區域預測、航空客流人群構成及出行目的預測、機場選擇預測、陸側接駁方式 選擇預測等五個部分組成,具體航空客流需求預測框架圖,見圖 2。
圖 2 北京多機場航空客流預測框架圖
相交國內外以往航空客流預測模型,本次預測方法有如下特點:
2.1 將航空客流預測模型與城市傳統出行模型一體化考慮由於機場客流的乘機行為是城市諸多交通出行行為中的一部分,因此本次預測將其放入城市交通系統中進行綜合模擬,以體現北京市城市交通系統運營狀況對機場乘客交通方式選 擇的影響。將航空樞紐整合在城市交通模型中進行一體化構建的方法在國際上實現的城市也 為數不多,文獻顯示僅美國和歐洲有三至四個城市實現了無縫的模擬分析。
基於北京新機場和首都國際機場的發展定位和規劃客運規模,兩機場作為北京市將來兩 個超大型國際航空樞紐,必然存在某種程度的客流競爭關係,從而導致航空客流在北京市範 圍內分布的差異性,因此將兩個機場客流進行綜合分析考慮,不僅更好的體現了陸側交通系 統對旅客機場選擇的影響作用,而且也更加真實的反應了機場定位的差異和服務水平的差別 導致客流分布的差異性。此外基於規劃年首都國際機場能力的限制,需要在預測中有所體現, 以反映其對客流分布的影響,此預測方法較好的反應了這一特殊的限定要求。
航空乘客的航空出行不同於普通城市出行,其出行特徵體現為時間性強,時間價值高, 為了將其與普通城市出行區別開來,專門針對航空乘客進行了出行時間價值的意向調查。將 其用於航空陸側接駁出行的模型標定,較好的反映了航空乘客對陸側接駁交通方式服務水平 的高要求。
由於航空乘客在機場選擇時,機場的陸側接駁方式僅為乘客機場選擇考慮的主要影響因素之一。因此,使用分層的 LOGIT 模型模擬乘客機場選擇和機場接駁交通方式選擇行為,將 更加符合實際的航空乘客選擇行為模式。
基於對首都國際機場乘客展開的約 7000 份問卷統計結果,發現不同區域的航空客流出 行強度存在較大差異。同時不同航空客流類型,航空出行頻次的影響因素也有所不同。因此 在航空客流生成模型標定中,將北京市域分成三個空間層次(城六區、近郊區和遠郊區縣), 結合不同航空客流類別,選取相關性較強的影響因素進行分別標定。航空客流生成模型空間 層次劃分見圖 3。
圖 3 航空客流生成模型空間層次劃分圖
結合上述空間劃分,根據現狀調查數據分析,最終按從家出發的航空客流、從單位出發 的航空客流、從酒店出發的航空客流、從其他地點出發的航空客流四類來分別進行出行生成 模型的標定工作。並經過社會經濟相關因素的篩選,以城六區區域為例,航空客流生成模型 參數標定結果見表 1。
表 1 區域 1 航空客流生成模型參數標定結果(日航空乘客/萬人)
由上述標定結果可見,各類航空客流生成模型 R 方值均在 0.75 以上,置信度較高。同 時,不同類別的航空客流受到不同因素影響差異較大。
根據三個區域標定模型擬合出北京一日總航空客流發生量 9.6 萬人次,與北京一日總航 空客流實際發生量 9.2 萬人次相差 4%,誤差在 5%以內可接受。模型模擬出三個區域的客流 與實際客流比例對比見圖 4。
圖 4 三個區域模型與觀測客流比例對比圖
3.2 航空客流人群劃分及出行時間價值標定為了反映不同航空乘客對出行時間的敏感性,同時為了將航空乘客的時間價值與城市一 般出行的時間價值進行對比區分。專門針對首都機場的航空乘客進行了約 3000 份的航空出 行時間價值的專項 SP 調查(出行意向調查)。
結果對數據的統計處理及標定分析,得出四類主要人群(大陸客非商務出行、大陸客商
務出行、非大陸客(為外國人和港澳臺地區乘客)非商務出行、非大陸客商務出行)的航空客流時間價值,具體見表 2。
表 2 北京航空乘客時間價值匯總表(元/分鐘)
由表可見,無論是大陸客還是非大陸客,其商務出行的時間價值均高於非商務出行。而 無論出行目的如何,大陸客的時間價值均略低於非大陸客。
而通過表 3 對比大陸客的航空出行時間價值與北京一般出行時間價值可見,航空出行時 間價值基本為普通出行時間價值的 1.6-1.8 倍之間。
表 3 北京航空時間價值與普通出行時間價值對比表(元/分鐘)
注:北京 2012 年北京城市普通出行時間價值基於 2005 年出行時間價值調查結合可支配收入增長轉化得出, 航空出行時間價值選用大陸客相應值作為對比主要人群類型
根據不同人群對機場接駁交通費用、舒適度、時間的敏感性差異,在交通方式選擇中, 對不同人群的接駁方式選擇模型進行標定。
接駁模型方式選擇集主要包括:小汽車接送、計程車、機場快軌和機場巴士。
接駁模型標定的自變量選擇,主要考慮出行的廣義費用(即由出行時間和出行費用根據 出行時間價值轉化合成)
標定模型使用多元羅吉特模型(MNL)完成。出行方式選擇公式見公式 1。 (1)
模型標定結果見表 4。
表 4 機場接駁交通方式劃分模型標定結果表
注:MNL 參考交通方式為機場巴士。
從模型預測結果可見,各交通方式中,各類人群使用計程車的傾向均較為明顯,而與公 共交通方式相比,除非大陸客非商務出行外,小汽車的傾向性也較強。可見,目前航空乘客 在廣義費用一致的情況下還是更傾向於選用小汽車或計程車等交通方式,與其舒適性、方便 性較好存在一定關係。而公共運輸中,同樣條件下,軌道交通的競爭優勢不如機場巴士,也 說明目前軌道交通換乘條件、服務水平等有待進一步提高。
根據上述模型模擬出出行方式構成與觀測出行方式構成比例對比見圖 5。
圖 5 模型模擬出行方式構成與觀測出行方式構成對比表
由圖 5 可見,模型出行方式結構與觀測出行方式結構各交通方式誤差均較小,僅巴士誤 差略大,模型可用。
4.1.1 城市發展背景
依據北京市最新規劃匯總圖(2011 年 11 月版),結合《北京市就業人口用地指標研究 總報告》中的給出的北京市人口、崗位與用地和建築量的計算關係,預測北京市人口、崗位 及其他相關指標分布。最終規劃年北京市規劃常住總人口約 2440 萬,總就業崗位約 1300 萬個。
4.1.2 北京市航空出行總量需求預測
依據《北京新機場預可行性研究報告》,新機場在本期工程目標年——2025 年,年旅客 總吞吐量將達到 7200 萬人次、遠景規劃目標年——2040 年,年旅客總吞吐量將達到 1.3 億 人次。首都國際機場遠期最大年客運吞吐量約為 1 億人次。
4.2 預測情景
4.2.1 兩機場定位差異情景分析
由於目前兩機場僅有國際雙樞紐機場的宏觀定位,在兩場分工細則規劃設想上尚未完全 明確。因此本次預測基於兩機場趨同化服務和兩機場差異化服務兩種情景模式下進行測試。
兩場提供趨同化服務:即兩機場在預測年提供的航線方向、航空品質、航空票價等方面 具有較強可比性,導致乘客在進行航線選擇和機場選擇中,對陸側交通接駁系統的服務水平 關注較強,陸側交通接駁系統的質量對航空乘客機場選擇影響較大;
兩場提供差異化服務:即兩場在預測年提供的航線方向、航線品質、航空票價等方面存 在較大差異,使得不同類型或不同出行目的地的航空乘客機場選擇較為固定,陸側交通接駁 系統品質對航空乘客機場選擇中所起作用影響較弱。
具體測試情景見圖 6。
圖 6 測試方案框架圖
基於上述分析,基於篇幅限制,文中僅以新機場本期(2025 年)為例,說明不同機場 定位及市場競爭環境下的航空客流預測結果差異。
4.2.2 兩機場陸側交通接駁設施規劃
本期(2025 年)北京新機場規劃有城市軌道交通專線系統、新機場鐵路專線系統、高 速公路系統、新機場地面巴士系統等。
軌道交通專線:起點為北京北部的牡丹園站,經金融街、草橋、磁各莊至北京新機場, 初步票價方案為分段計價,各站依次收費為牡丹園站至新機場 55 元、金融街至新機場 45 元、草橋至新機場 40 元、磁各莊至新機場 30 元。運營速度 80 公裡/小時,尖峰時段發車間 隔 10 分鐘。
新機場鐵路專線:起點豐臺火車站,直達新機場。全程票價 30 元,運營速度 100 公裡/ 小時,發車間隔 30 分鐘。
高速公路系統:本期服務新機場高速公路有新機場專用高速、京開高速、京臺高速。三 條高速中,除新機場專用高速直接連接北京城區與新機場外。京臺高速與京開高速分別在新 機場東西兩側通過新機場聯絡線輔助服務新機場。
同期,服務首都國際機場的陸側交通系統,同樣有城市軌道交通專線系統、高速公路系 統、新機場地面巴士系統等。
首都機場軌道交通專線:目前已經開通運營,從東直門站發車經三元橋站分別到達首都 國際機場的 2 號和 3 號航站樓。票價方案為單一票制,收費標準為城市至首都國際機場 25 元/次。運營速度 45 公裡/小時,尖峰時段發車間隔 10 分鐘。
高速公路系統:規劃服務首都國際機場高速公路有機場專用高速、機場第二高速、機場 北線高速。
4.3 客流分布預測
4.3.1 北京市航空客流分布預測
根據客流生成模型預測得出規劃年全市航空客流分布,客流主要聚集區域依然位於北京 市規劃中心城地區,但客流強度與現狀年相比較,呈現出多點分散的趨勢。除現狀客流強度 較高的 CBD、金融街、東二環沿線、中關村、上地等地區外,規劃年中,北京市航空客流湧現出南部的麗澤商務區、豐臺總部基地地區、北部的奧體地區、西部的長安街沿線行政辦公 區等多個高強度區域。具體見圖 7、圖 8。
圖 7 規劃年北京中心城航空客流強度分布圖
圖 8 現狀年北京中心城航空客流強度分布圖
4.3.2 北京新機場航空客流分布預測
而規劃研究的重點——北京新機場,在兩機場不同的競爭關係下,其主要吸引的客流分 布亦存在較為明顯的差異,具體見圖 9、圖 10。
圖 9 情景 1 新機場航空客流分布強度 圖 10 情景 2 新機場航空客流分布強度
由上圖對比可見,由於兩種情景下兩機場功能定位不同,導致乘客在機場的選擇中對陸 側接駁交通設施服務水平的敏感度存在差異。在北京市航空客流總量預測和首都機場客流總 量約束前提下,導致兩種情況下新機場旅客總量相差約 15%,情景 2 下新機場客流總量更高。
兩種情景下,新機場乘客分布及出行距離也不盡相同,新機場客流在情景 1 下,由於對 陸側接駁設施更加敏感,因此更集中的分布在中心城的西南側。新機場客流在情景 2 下,由 於對陸側接駁設施敏感性較差,因此在中心城的分布更加均勻,與規劃重點發展區域相吻合。
4.4 客流接駁方式構成預測
在情景 1 與情景 2 下,新機場航空旅客陸側接駁方式構成見表 5。
表 5 本期新機場高峰小時高峰方向陸側接駁方式構成結構對比
從新機場乘客陸側接駁方式構成對比可見,由於新機場乘客在情景 2 下分布更分散,公 共交通與私人交通廣義費用差異更大,更傾向於公共運輸,而情景 1 下相較而言更傾向於私 人交通和計程車。
總體而言,由於新機場距離較遠,專線軌道交通及專線鐵路的時間、費用優勢明顯,機 場巴士的費用優勢突出。本期新機場航空旅客中,軌道+鐵路+機場巴士的公共運輸接駁客流 佔到 50%以上。兩種情景下各行政區新機場陸側接駁方式構成見圖 11、圖 12。
圖 11 情景 1 新機場航空客流分布強度 圖 12 情景 2 新機場航空客流分布強度
4.5 設施服務水平分析
4.5.1 軌道交通設施服務水平分析 根據上述航空旅客出行結構,結合本期新機場通勤客流規模得出新機場專線早高峰高峰小時高峰方向最大斷面客流構成見表 6。
表 6 本期機場快軌高峰小時高峰方向最大斷面流量構成分析
可見,本期機場專線高峰小時高峰方向最大客流斷面客流約 0.58 萬人次。新機場專線 本期規劃運力可滿足需求。
4.5.2 鐵路專線服務水平分析
本期鐵路專線高峰小時高峰方向旅客客流 0.11 萬人次,接送客流 0.014 萬人次,通勤 客流約 0.1 萬人次。總計高峰小時高峰方向總客流量約 0.23 萬人次。建議高峰小時選用 8 節編組列車(容量 1000 人/車次),建議縮短發車間隔至 20 分鐘。
4.5.3 高速公路服務水平分析
在上述兩方案最不利道路條件下,結合新航城、新機場通勤出行需求和新機場貨運需求, 分配得到各高速公路主要路段流量及負荷見表 7。
表 7 本期新機場相關高速公路流量及負荷匯總表
注:2、3、4、5、6 代表北京各環路, 6-D:為 6 環路至東南部過境通道段, D-A:為各條高速匯入後的場前聯絡線段
由上表可見,本期各條主要高速公路高峰小時總流量約 1.03 萬輛標準車。各條高速公 路機場前段負荷度基本維持在 0.5-0.7 之間。建議在隨著本期車流的變化,適時啟動京開高 速公路南段的擴寬和京臺高速南段的擴寬工程。
本文以北京新機場為例,試圖探索一套合理的量化分析方法,輔助模擬多機場城市的航 空客流分布規律變化,平衡、引導多機場城市航空客流的合理布局,測試機場陸側交通系統 規劃配置的合理規模。
通過測試分析,筆者認為:
1、航空客流需求預測研究中,應關注航空乘客的出行行為,從其對時間、價格、舒適 性、便捷性等多方面的關注程度出發,努力構建可以合理反映其選擇行為規律的模型,對其 行為進行模擬。從市場選擇個體角度出發,更好挖掘規劃的陸側交通系統對航空乘客主體選 擇的影響。
2、北京新機場由於空間距離的自然劣勢,在機場建成之初,可以基於航空聯盟劃分的形式首先形成初始規模,同時藉以陸側接駁交通系統的優勢區域——北京西南部地區,吸引 相應客流,帶動新機場初始發展。隨著新機場成長,建議和首都國際機場分工定位向差異化 互補型轉變。新機場由於距離北京中心城較遠,區域輻射優勢較強,建議以國際航線為主, 而首都機場由於距離北京中心城區較近,建議以國內航線為主,國際主要設置中短途的亞洲 航線。結合分工的轉變做好兩場的接駁系統升級工作。
3、北京新機場的陸側接駁設施應結合其區位條件,更加注重公共運輸設施的規劃建設, 打造快捷、高效、舒適、無縫的公共運輸接駁設施,扭轉其空間距離較遠的劣勢,吸引新機 場航空客流。同時,增加公共運輸接駁方式在陸側接駁系統中的分擔比例。
4、新機場所處的京津冀質心位置,有利於其區域輻射力的提升。建議通過空鐵聯運的形式增強新機場的區域輻射能力,吸引區域客流的乘用。
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