碳排放约束下航空公司运营效率研究

刘 丹，王 琦

(福州大学 经济与管理学院，福州 350108)

一、引 言

随着全球经济互联互通、航空市场自由化发展，各国经济往来、文化交流、贸易流通等日益频繁，促使航空运输业飞速发展。然而，航空运输业快速发展的同时也面临诸多环境问题，其中最突出的问题是航空运输业成为碳排放的主要源头[1]。国际清洁运输委员会统计数据表明，2019年全球客运和货运航空业务排放约9.2亿t二氧化碳，比2013年增长了30%。[2]此外，高空每公里碳排放对气候的影响是地表的两倍。[3]可见，控制航空碳排放是当前缓解环境污染的紧迫任务。国际民用航空组织和各国政府机构出台了一系列措施以抑制航空运输业碳排放，如碳达峰、碳中和(以下简称“双碳”)目标等。在此背景下，将碳排放约束纳入航空公司运营效率评价体系不仅可以提高航空公司运营管理效能，更重要的是可以降低碳排放，助力实现“双碳”目标，推动航空公司绿色低碳循环发展。

运营效率是指通过管理手段和经营策略，运用最小投入获得最大收益的能力，是衡量航空公司经营状况的重要标准。有关航空公司运营效率问题的研究已成为国内外学者的一项热点议题。Schefczyk[4]最早将数据包络分析(data envelope analysis，DEA)法引入航空公司的绩效评价中，使用CCR模型评价15家航空公司的运营效率。Gong等[5]运用SBM(Slack Based Measure)模型研究了亚太地区14家主要航空公司2003—2011年的运营效率，揭示了效率低下的主要原因是劳动力过剩。Min等[6]从战略联盟的角度，运用DEA模型评估了全球航空公司的运营效率，并进一步研究联盟管理对航空公司相对效率的影响。Hu等[7]、王雪等[8]、Kuljanin等[9]将DEA方法与其他方法结合，分别评价了东盟、中国和欧洲航空公司的运营效率。学者们对于航空公司运营效率的研究在一定程度上带动了航空公司的发展，也为本文研究航空公司运营效率奠定了基础。

然而，上述文献研究把航空公司的运作过程视为一个“黑箱”，忽略了航空公司的内部网络结构对于效率的影响。针对这一问题，众多学者研究了航空公司效率的多级结构。Lu等[10]将航空公司运营分为生产和营销阶段，并将可用运力作为中间变量，探讨航空公司运营效率与公司治理的关系。Chang等[11]、Chou等[12]将运力生产及运力消耗两个阶段命名为生产阶段和消费阶段。Omrani等[13]、Yu等[14]也将航空公司结构划分为生产和消费两阶段，运用动态网络DEA方法，分别测量了伊朗、中国和印度航空公司动态效率。以往的研究为本文构建航空公司网络结构提供了重要参考，但这些研究未考虑碳排放约束。本文在前人研究的基础上，打开“黑箱”，将航空公司内部运营分为生产和消费两阶段，研究碳排放约束下航空公司的运营效率，以期为管理者提供有价值的参考，推动航空公司绿色高质量发展。

二、研究方法

传统DEA模型在处理非参数问题上具有优势，但航空公司的运营过程复杂，无法打开“黑箱”；而普通网络DEA模型虽然可以打开“黑箱”，但无法有效处理非期望问题。刘德彬等[15]提出的网络SBM模型可深入剖析航空公司内部运营过程，探究航空公司运营过程中各阶段状况，且在处理非期望产出问题上优势突出，故采用该模型测算碳排放约束下航空公司的运营效率。

设有n个可比的决策单元(Decision Making Units, DMU)，记为DMUj(j=1,2,…,n)，表示第j个航空公司。参照上文，将航空公司的运营过程分为生产和消费两个阶段。对于第j个航空公司，Xj=(X1j,X2j,…,Xmj)T表示航空公司运营过程的初始投入，即生产阶段投入；Zj=(Z1j,Z2j,…,Zqj)T表示中间变量，即生产阶段的产出和消费阶段的投入；消费阶段的产出即航空公司运营过程中的最终产出，由期望产出(记为Yj=(Y1j,Y2j,…,Yrj)T)和非期望产出(记为bj=(b1j,b2j,…,bsj)T)两部分构成。航空公司运营过程可用图1表示。

图1 航空公司运营过程

用λj，μj分别表示生产阶段与消费阶段的决策变量；sXa，sZe，sWc，sYd，sbf分别表示各投入、中间变量、期望产出和非期望产出的松弛变量值。在规模报酬不变假设下，构建含非期望产出网络SBM模型：

式中：ρ表示总效率，当ρ*=1且sXa,sZe,sWc,sYd,sbf=0时，DMU0有效。则生产阶段效率(ρ1)、消费阶段效率(ρ2)定义为

三、指标选取与数据来源

(一)指标选取

本文总结现有航空公司效率相关文献，为构建合理的碳排放约束下航空公司运营效率评价指标体系奠定理论基础。部分文献的投入、产出指标及中间变量见表1。

本文基于表1文献，结合航空业的实际情况，选取劳动力(员工人数)、资本(机队)、能源(燃油)作为碳排放约束下航空运营效率的投入指标，可用座公里、可用货邮吨公里作为中间变量，客运周转量(收入客公里)、货邮周转量(收入货邮公里)、营业收入作为期望产出，CO2排放量作为非期望产出。其中，由于不同航空公司机型不同，依据惯例对机型采取统一化处理，确保决策单元同质性。

表1 所选文献的投入、产出指标与中间变量

(二)数据来源

本文以亚太地区航空公司为研究对象，基于数据可得性，选取中国国航、中国东方航空、中国南方航空、海南航空、国泰航空、长荣航空、全日空航空、大韩航空、韩亚航空、新加坡航空、泰国国际航空和澳洲航空12家航空公司作为研究样本，并收集其2015—2019年相关指标数据。

指标数据来自各航空公司年度报告、社会责任报告、可持续发展报告。由于不同国家货币单位有所区别，为满足数据可比性，运用购买力平价方法将含有价值量指标，即营业收入统一换算成国际元。样本航空公司各指标数据描述性统计见表2。

表2 样本航空公司各指标描述性统计

四、实证分析

运用网络SBM模型测算2015—2019年亚太地区12家主要航空公司的运营总效率以及生产阶段效率和消费阶段效率历年均值，并按照均值大小排序，结果见表3。

(一)运营总效率分析

表3显示，2015—2019年间，样本航空公司的运营总效率行业均值为0.8996，总体表现较好。生产阶段效率和消费阶段效率行业均值分别为0.8989、0.9125，仍存在一定的改进空间。

表3 2015—2019年运营总效率及两阶段效率样本均值结果

并列第一的海南航空和国泰航空生产阶段效率和消费阶段效率为1，故运营总效率均值为1，实现有效。排名第三的泰国国际航空运营总效率均值为0.9452，其生产阶段效率排名第七，而消费阶段效率排名第一，使其运营总效率表现较好。泰国国际航空十分重视航空客货运销售及环境管理，为此特设环境治理和公司管理委员会，严格管控公司环境污染情况，积极推进公司客货运产出销售。这在很大程度上提高了消费阶段效率，但也带来了投入资源的迅速增加，导致运营总效率无法实现有效。新加坡航空生产阶段效率为1，但运营总效率表现欠佳，究其原因在于消费阶段效率(0.8461)较低。新加坡航空在生产阶段表现出高效率与其经营战略有关，观察期内，新加坡航空一直处于规模扩张阶段。这一战略直接促进了人员和燃油及飞机这些投入资源的转化，从而使其生产阶段效率有效。中国国航和中国东方航空运营总效率排名最后。这两家航空公司的生产阶段和消费阶段效率排名都不高，导致运营总效率较差。

可见，航空公司的运营总效率同时受生产阶段效率和消费阶段效率影响，因此进一步分析两阶段效率对运营总效率的贡献具有十分重要的意义。

(二)生产和消费阶段效率比较分析

以样本航空公司生产和消费阶段效率的行业均值为原点，以2015—2019年各航空公司的生产阶段效率均值为横轴、消费阶段效率均值为纵轴，将亚太地区12家航空公司的运营效率分为四类：高生产高消费效率、低生产高消费效率、高生产低消费效率及低生产低消费效率，详见图2。

图2 样本航空公司生产和消费阶段效率二维分布

1.高生产高消费效率

如图2所示，第一象限代表高生产高消费效率模式，海南航空和国泰航空位于该区域，且均实现了生产阶段和消费阶段效率有效。查阅资料发现，在生产阶段，海南航空和国泰航空年平均单位投入资源转化率位列样本航空公司前两名，投入资源的高度利用促使这两家航空公司生产阶段效率为1。在消费阶段，海南航空和国泰航空的高效率来源于较高的年均客座率、单位可用运力营业收入以及较低的单位可用运力CO2排放量，说明消费阶段的高效率来自可用运力转化为较高的期望产出和较低的非期望产出。这两家航空公司的高效与其实际运营战略密不可分，如海南航空拥有良好的品牌影响力、较广泛的国际航线、高效互动的国际国内网络、年轻舒适的客机机队、持续推进的“绿色航空”品牌计划以及全方位无缝隙的航空服务。

2.低生产高消费效率

图2中低生产高消费效率模式(第二象限)的航空公司有4家，其中长荣航空和泰国国际航空的消费阶段效率为1。进一步研究发现这两家航空公司的货邮载运率、单位可用运力营业收入较高，单位可用运力CO2排放量较低。这可能与航空公司积极响应节能减排有关，如长荣航空在2018年引进国内首架环保梦幻客机并不断更新机队，在客货运服务提升以及减排工作成效显著的同时也造成了生产阶段投入过多，从而导致生产阶段效率的下降。该类航空公司的共性是生产阶段效率均低于样本均值，说明这些航空公司应将注意力集中在提高生产阶段效率。

3.高生产低消费效率

第四象限代表高生产低消费效率，有4家航空公司位于此模式，其中新加坡航空生产阶段效率均值为1，实现有效，其余3家航空公司虽未实现生产阶段有效，但生产阶段效率高于样本均值。以新加坡航空为例，观察期内，该公司致力于战略转型，不断扩张国内外市场业务，使得投入资源全部转化为可用运力，但由于激烈的市场竞争，可用运力未完全消费，造成了一定程度上的运力浪费，从而导致消费阶段效率较低。这说明该航空公司应将重点放在客货运销售方面，以提高消费阶段效率，进而提升运营总效率。该类的4家航空公司可参考长荣航空、国泰航空等消费阶段效率有效的航空公司的战略举措，如引进环保飞机以降低碳排放、提供优质服务以促进客货运销售等，实现消费阶段效率的提升。

4.低生产低消费效率

中国国航和中国东方航空处于第三象限，该类航空公司的生产和消费阶段效率均处于样本较低水平。亚太航空市场竞争日趋激烈，在中短程航线方面，两大国有老牌航空公司并不具有优势。一方面，迅速发展的低成本航空公司积极抢占市场；另一方面，我国高铁的建设使得中短程航空运输需求下降。因此，中短程航线业务的减少致使这两家航空公司的生产和消费阶段效率都不高。中国国航和中国东方航空可以借鉴海南航空和国泰航空的先进经验，通过良好的品牌和优质的服务提高中短程航线的客货运业务，促进生产和消费阶段效率的提升。

(三)投影分析

SBM模型是非径向模型，可以计算出投入产出指标的冗余(不足)量，将无效的DMU投影到有效包络面上，明确各指标改进方向。在此基础上，将各指标冗余(不足)量除以各指标实际值得到冗余(不足)率，并依据各指标冗余(不足)率大小排序(详见表4)，在明确各指标改进方向的基础上，侧重各指标对不同航空公司运营效率的影响程度，明确航空公司各指标改进方向和优先度。

1.冗余率分析

在投入方面，相比飞机和燃油，员工的冗余对航空公司运营效率的影响最明显。中国国航、长荣航空、泰国国际航空这三家航空公司都受到员工冗余的显著影响，说明这几家航空公司人员投入过多，可适当采取员工重组方式提高运营效率。受飞机投入冗余影响最大的是大韩航空，说明其运营效率改进的关键在于精简机队，可参考国泰航空对闲置飞机分租的措施提高飞机使用效率。韩亚航空的运营效率主要受到燃油投入过多的影响，可借鉴海南航空改造飞机来实现节油目的，例如在飞机上加装双鳍小翼减少阻力，提高燃油效率。

非期望产出即坏产出，希望越少越好。在非期望产出方面，中国国航、中国东方航空、中国南方航空、大韩航空、韩亚航空、新加坡航空和澳洲航空均存在CO2排放过量的问题。其中新加坡航空、澳洲航空CO2排放冗余对于效率影响显著，应积极学习碳排放控制较好航空公司的减排经验。可借鉴海南航空采用生物燃料以减少碳排放，或借鉴国泰航空引进全新客机以提高燃油使用率，从而降低碳排放等。

2.不足率分析

根据表4计算结果，大多数航空公司收入客公里产出不足率都为0，且不足率行业均值(0.94)最低，说明客运产出不是当前影响样本航空公司运营效率的主要因素。

表4 样本航空公司2015—2019年投入产出指标投影分析

在期望产出方面，收入货邮吨公里和营业收入产出不足是影响当前航空公司运营效率的关键因素。其中，中国东方航空、全日空航空、澳洲航空这三家航空公司的运营效率受货运产出不足影响最明显，表明这三家航空公司应当注重货运业务方面的发展，积极拓展航空货运业务。可借鉴长荣航空建立健全的货运体系，吸引货主促进货运消费，从而提高运营效率。营业收入产出不足是导致中国南方航空、新加坡航空的运营效率无效的主要因素，建议这两家航空公司提升服务以提高运营效率。

五、结论及建议

本文选取2015—2019年亚太地区12家主要航空公司作为研究对象，考虑碳排放约束下航空公司运营效率，打开航空公司运营过程的“黑箱”，运用含非期望产出网络SBM模型完成效率测算和评价，进一步计算并分析投入产出指标冗余率和不足率，得出如下结论：

(1)航空公司运营总效率受生产和消费阶段效率共同影响，单个阶段的高效率并不代表总体的高效率，如新加坡航空、长荣航空。只有生产和消费阶段效率都较高，如海南航空、国泰航空，才能全面提升航空公司整体运营水平。多数航空公司运营总效率无效是由不同阶段造成的，说明航空公司在提升运营效率时需根据实际情况侧重提高不同阶段效率。

(2)碳排放对航空公司消费阶段效率具有不同程度的负面影响。实证分析结果显示，中国国航、中国东方航空等7家航空公司消费阶段效率偏低与其CO2排放过量有关。在环境问题日益严峻的情况下，将CO2排放量作为航空公司消费阶段非期望产出变量，同时考虑生产运营和碳排放约束衡量航空公司运行状况，有助于航空公司绿色低碳可持续发展。

基于以上研究结论，为提高碳排放约束下航空公司运营效率，本文从提高生产和消费阶段效率视角提出以下几点建议。

(1)生产阶段效率提升措施。一是合理规划人力资源。生产阶段有效的几家航空公司与人力资源的高效利用密不可分，如国泰航空在2019年获得人力资源架构转型卓越大奖金奖。因此，建议人员投入冗余的航空公司重视培养员工团队精神，重组人力资源，提升专业化水平，提高工作效率，节约人员投入，提升生产阶段效率，从而加快航空公司运营效率增长。二是促进燃油节约配置。飞机是航空公司的重资产，相比之下，燃油节约型的资源配置更容易提高生产阶段效率。虽然飞机和燃油并不具备直接替代性，但引进更具燃油效率的新飞机可有效实现燃油的节约。此外，合理规划航线、加大研发投入等措施可提高燃油利用率，从而提高生产效率。

(2)消费阶段效率提升措施。一是提升运输服务质量。航空货运和营业收入产出不足是当前多数样本航空公司亟待解决的难题。航空公司可通过推动数智建设、完善地面服务、发展直销渠道等措施提升货运服务的专业度和完整性，以吸引更多的货运市场需求，从而增强企业盈利能力，增加营业收入，提高消费阶段效率，进而提升运营总效率。二是加大航空减排力度。实证分析结果表明，CO2排放量过多对航空公司消费阶段效率有不同程度的负面影响，这些航空公司可以借鉴海南航空、国泰航空等在碳排放控制方面表现良好的航空公司的管理经验。此外，还可通过采取升级发动机、创新技术[18]等手段减少碳排放，以提高消费阶段效率，进而提升航空公司运营总效率，推动航空业绿色低碳发展。