中美欧空域管理效率比较研究
2020-03-09 10:50:54
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按照国际民航组织定义，空中交通管理包括三个职能：空域管理、飞行流量管理和空中交通服务。空中交通服务又包括飞行情报服务、告警服务和空中交通管制服务。在这个架构之上，将通信导航监视、航空气象、航空情报服务和搜寻救援与空中交通管理并列，统称为空中航行服务（参见图1）。空域管理是空中航行服务的骨架，它建立了空中航行服务的需求、类型与服务内容的差异化框架，确保空中航行服务在保障资源有限前提下的优先次序，确保空中航行达到期望的安全水平。
图1 空中航行服务结构
资料来源：安德鲁·库克：《欧洲空中交通管理的理论与实践》,P.2
2019年美国联邦航空局（FAA）和欧控（Eurocontrol）共同发布了《2017美国/欧洲空中交通管理相关的运行绩效比较》，这项研究每两年开展一次，全面地对比美欧空管运行绩效，其框架和数据可用于空域管理效率的中美欧对比。2017年美国空管（ATO）每天平均保障仪表飞行41874架次，其中通用航空仪表飞行占19%[1]。而欧控（Eurocontrol）每天平均保障仪表飞行28475架次，其中通用航空（仪表飞行）占3.5%。欧美飞行量的差异主要是美国通用航空仪表飞行的量更大。欧美空管只对管制空域内的仪表飞行提供空中交通管制服务，因此空管部门的主要工作负荷集中在按照仪表飞行规则飞行的航班与通用航空上。根据《民航统计公报》，2018年中国民航运输航空公司完成飞行469.5万架次，非生产起飞架次7.3万架次，我国航空公司飞行476.8万架次，这一数据不包括境外航空公司在我国境内执行的航班。运输机场保障架次是包括境内外航空公司在我国机场起降总量的，更为全面。2018年，我国运输机场起降架次达到1108.8万架次，但这是一起一降的数据，假设运输飞行全部为境内航班，则航班数量为554.4万班，其中2018年我国航空公司国际地区航班起飞架次为51.7万，如果按照境外航空公司与我国航空公司起飞架次对等计算，2018年我国机场起飞或落地国际地区航班数量为103.4万架次，这样推算我国空管保障运输航班应为607万个。根据民航局通用航空系统统计，我国通用航空企业包机飞行（2.2万小时、1.50万架次）加上代管飞行（2.17万小时、0.87万架次），我国需要使用民航航路航线的通用航空飞行仅为2.4万架次，通用航空航线飞行在我国空管运行保障总量中的占比极低（约0.39%）。汇总得出我国空管2018年保障约610万架次仪表飞行，我国民航空管每天保障航班飞行约1.67万架次。此外，我国空域军事飞行量与美国有较大差距，根据美国《国家利益》杂志统计的中美军事航空力量对比数据，2014年美国空军5600余架各类军机，美国海军约3700余架各类机型，我国空军约2100架各类军机。根据美国国防部公布数据，2017年美国空军飞行量约200万小时/年[2]，美国空军主要在境内飞行，海军则更多使用国际空域。如果按照中美军机的利用率相同推算，我国空军飞行总量约为75万小时。当然，近5年我国空军技术水平发展较快，军机数量和训练量增长应当有较快增长，因此本文按照80万小时估算我国航空部队每年空域使用量。欧洲空军实力较强，且各国单独建立军队，也有美国驻军，因此本文按照100万飞行小时估算欧洲每年空域使用量。
| 美国 | 欧洲[3] | 中国 |
地理面积（万平方公里） | 1004 | 1150 | 960 |
管制员数量 | 12170 | 17794 | 8851 |
总雇员数量 | 31647 | 55130 | 17757[4] |
年度管制飞行数量（万架次） | 1530 | 1040 | 610 |
通用航空比例 | 19% | 3.5% | 0.4% |
有管制塔台运输机场数量 | 517 | 406 | 235[5] |
时刻协调机场 | 3 | >100 | 21 |
管制飞行小时（万） | 2380（仪表飞行，含通航） | 1600（仪表飞行，含通航） | 1158[6]（仅我国运输航空公司） |
高空飞行密度（小时/平方公里） | 2.37 | 1.39 | 1.21 |
通用航空飞行小时（万） | 2561.3 | 1598.5[7] | 93.71 |
全空域飞行小时（万小时） | 4418.5[8] | 3198.5[9] | 1251.7 |
低空空域通用航空飞行密度 | 2.55 | 1.39 | 0.098 |
空域民航飞行密度 | 4.40 | 2.78 | 1.30 |
全空域飞行密度（估算军航飞行） | 4.60 | 2.87 | 1.39 |
数据来源：部分欧美数据来自FAA, 2017 Comparison ofAir Traffic Management-Related Operational Performance: U.S/Europe，March 2019. 境内数据、全空域飞行小时由作者收集、统计与推算。
根据本文的粗略计算，我国全空域飞行密度约为1.39飞行小时/平方公里，约为美国30.2%，欧洲的48.4%。我国军民航飞行总量不到美国的1/3和欧洲的1/2，我国空域整体利用率较低。在我国全口径空域飞行密度不足航空领先国家1/3的情况下，各种关于我国空域紧张不能满足各类航空事业发展需求的观点都是假命题，无论是航空哪个分支，在充分提高空域效率方面，都还处于可以直接模仿借鉴的追赶状态。我国总体空域利用率还有三倍以上的增长空间，而且作为全球人口大国和未来规模领先的航空大国，我国东部地区还将面对空域需求和空域飞行密度远超全球平均水平甚至实现全球领先的局面。从运输机场空域及航路航线空域的利用率来看，我国高空空域运输航班飞行密度约为美国的51.1%，约为欧洲的87.1%，但我国运输机场数量仅为美国的45.5%和欧洲的57.9%，中外民航使用空域都主要由运输机场空域及其之间的航路空域组成，按照我国民航空域总量与运输机场总量成正比推算，中美欧在运输机场空域和航路航线空域的飞行密度、空域利用率基本在一个水平层次上。从空管劳动生产率来看，2018年我国管制员人均指挥运输航班飞行小时（689小时/人）超过欧洲（584小时/人），但显著少于美国管制员（1956小时/人）。但我国民航管理空域也存在不足，那就是空中交通服务品质、效率与欧美存在差距。2017年美国34个主要大机场出发准点率达到82.1%，欧洲34个主要机场的出发准点率为77.1%，美国2017年840万架次IFR飞行中，延误超过15分钟的比例为3.4%，欧洲为5.8%，但美国平均到每架次飞行的延误为2.06分钟，欧洲为1.73分钟。虽然2018年我国全部客运航班正常率为80.13%，基本与欧洲和美国最大的34个运输机场持平，但这不是统一对比口径，我国是全国平均值，一般而言，中小机场的航班延误相对少，大型机场更容易受到飞行容量的限制。此外，我国延误标准也与欧美略有差异，我国首都机场等繁忙机场的延误标准更宽松，按照国际标准计算，我国主要机场航班正常率会更低。2017年我国航班平均延误时间为24分钟，为历史高点，2018年客运航班平均延误时间降低到15分钟，这是所有机场的平均值，也远远超出欧美最大35个机场的平均值。这说明，在我国运输机场和航路空域密度与欧美相近的条件下，我国空管保障质量还有较大差距，仍很大的提高空间。考察我国民航空域管理水平，还要客观地从历史角度来分析。从2000年至2017年，欧洲（欧控）年度飞行保障量累计增加23.1%，而同期美国飞行量还减少了14.7%（参见图2）。这与我国是完全不同的发展环境和发展阶段。2018年我国运输机场起降架次是2001年的5.72倍(参见图3)。因此我国民航空管有更大的压力去提高运行效率以适应每年持续快速增长的飞行量，而欧美已经处于民航业稳步发展阶段，其空域管理部门有足够时间消化飞行量增长压力，有更多条件改善空域管理与飞行流量管理，控制延误、提升保障质量。
图2 美欧仪表飞行数量年度增长率（2000-2017）
图3 我国运输机场起降架次增长情况（2001-2018）
我国通用航空航空飞行密度为0.098小时/平方公里，美国和欧盟分别为2.55小时/平方公里和1.39小时/平方公里（参见表1），这样计算，我国低空空域利用率约为美国3.8%（1/26），约为欧洲的7.1%（1/14）。尽管我国航空运输与军事航空也需要使用低空空域，但除了陆航直升机等特定军事飞行外，我国军航与航空运输仅在起降期间的较短时间使用低空空域。由于非空气密闭舱设计，多数通用航空器一般使用3000米以下空域，主要在1000米以下高度飞行，形成通用航空与军民航飞行在空域使用上的自然分流。无论从哪个角度来评价，我国低空空域利用率处于非常低的状态。我国国土面积占全球陆地的6.4%，而2018年我国通用航空飞行（93.71万小时）仅占全球2.3%[10]，我国低空空域利用率仅为全球各国陆地领空平均飞行密度的33%，即我国低空空域利用率是全球平均水平的三分之一。即使排除通用航空异常发达的美国，我国低空空域利用率也仅为其余国家平均水平的一半。而在同样面积空域上，2018年我国运输航空公司承担了全球14.3%的航班，运送了全球14.2%的旅客[11]，已经接近于2018年我国在全球16.0%的GDP份额[12]。这说明，空域资源完全可以支持我国运输航空发展。如果我国通用航空可以达到运输航空在全球的相对发展水平，我国通用航空飞行量在全球占比接近我国GDP的全球占比，我国通用航空应为目前飞行量的7倍，低空空域利用率还可以提高600%。空域资源不是当前我国通用航空业发展的瓶颈，瓶颈是空域管理。欧洲因为国家众多，虽然空域面积总量与美国相近，但空域结构远比美国复杂（参见图4）。欧洲特殊使用空域（Special Use Airspace, SUA，图中红色区域，主要是固定军用空域）占比远远超出美国，尤其是繁忙的空域（蓝色更深区域）也有大量SUA，更容易影响繁忙航线和机场，而在美国较为繁忙空域基本未划设SUA，SUA主要划设在边境和洋区。SUA更密集、占比更大并不证明军事实力更强，美国军事实力尤其是空中军事力量远远超过欧洲诸国，欧洲SUA比重大的主要原因是各国独立的军队，在空域划设上提出更多的要求，而不能像美国那样统一布局其军事力量。根据国家空域技术重点实验室2015年发布的研究报告，我国民航航路航线和运输机场空域占全国空域总量的25%，军航主用空域占24%，军民航重叠使用空域占5%，还有46%的空域军民航都不使用。但我国军民航都不使用的全国46%空域也未开放给通用航空自由使用，仍需要接受军方空域审批与飞行计划审批，如果能把这些空域放开给通用航空发展，我国西部、北部的通用航空业也可以错位发展起来。欧美SUA对比，给我国一个启示：作为一个统一的国家，我国完全可以集约化设置军用空域，将防空与空中国防力量集中布局在边境、海岸区域，逐步减少内陆省份的训练空域布局，真正实现“在哪里打仗、在哪里训练”的目标，做实我国的防空识别区，甚至把军事实力投送到境外。随着航空国防实力的提升，我国将更加集约地使用陆地空域，扩展海上空域。我国空域结构上一个重大差异在于我国未按照国际民航组织标准进行空域分类，缺失空域管理的层次，一方面没有F、G类非管制空域，更重要的是所有低空空域不允许（不联系空管的）目视飞行进入，后者才是我国与国际标准真正重大的差异，因为全球各国比例最大的低空管制空域（E类空域）都允许不申请飞行计划、不联系空管的目视飞行进入，目前我国军民航都比较难于接受这种空域。近年来，我国民航空管已经明确不再对航路航线之外的通用航空提供空中交通服务，更不允许插手审批飞行计划。而军方由于空管人力资源和投资预算约束，难以对通用航空提供符合规范的空中交通管制服务，军用基础设施也不能为通用航空提供通信导航监视服务。为保证通用航空飞行之间的间隔，军方通常要求一个低空空域只允许一批次通用航空飞行，这形成我国通用航空飞行量增长的硬约束。民航无权利服务、军方无人力服务，我国通用航空发展关键空域管理问题是，我国低空空域事实上有审批无服务。
图4 欧美空域密度及特殊使用空域的对比
数据来源：European Commission and U.S.Federal Aviation Administration, 2017Comparison of Air Traffic Management-Related Operational Performance:U.S./Europe, 2019.
[1]比较2015版和2017年版的《Comparisonof Air Traffic Management-Related Operational Performance: U.S/Europe》，可以发现美国2015到2017两年间通用航空在仪表飞行中的比重下降了2%。[2]数据来源：陈宣友，美国国防部发布近年来军机事故统计，《国际航空》，2018年第6期。[3]本表格的欧洲主要指EASA代表的32个欧洲国家，在一些数据上使用Eurocontrol负责提供空中交通服务的成员国。[4]根据《民航统计公报2018》，此数据指空管系统的空中交通管制员、航空电信、航空气象和航空情报四类专业技术人员，此数据应当没有包括地方支线机场塔台管制员和空管系统四类专业技术人员之外的工作人员。[5]我国2018年运营的运输机场235座，2018年颁证通用机场202座，除不对外开放的作业机场外，我国通用机场一般配备塔台，因为欧美有管制塔台的机场基本是运输机场（有少数例外），因此本文按照235座运输机场核算我国配备塔台的机场数量。[6]仅统计2018年中国民航运输航空公司飞行小时数，其中非生产飞行4.46万小时。境外航空公司在中国境内飞行小时数不详。[7]根据GAMA报告，美国拥有21.1万架航空器，欧洲13.6万架，美国2480万飞行小时，按照航空器利用率相同推算，欧洲通用航空飞行约1598.5万小时，实际数据应当少于此值。《中国通用航空蓝皮书2019》（P.35）曾估算过2017年欧洲通用航空固定翼飞行643.3万架次，按照欧洲开关发动机为一架次计算的每架次飞行1.2小时核算（EASA的估测值），欧洲固定翼通用航空飞行约772万小时。根据EASA的《Annual Safety Review 2019》的数据估算，其非致命事故为4.01次/10万飞行，2018年发生非致命事故88起，因此欧洲滑翔机一年起降达约230万架次，而美国GAMA报告的2017年美国气球、飞艇和滑翔机的总飞行小时为16.8万小时，因此欧洲在航空运动方面比美国做得更普及，规模更大。[8]数据来源：NTSB，Aviation AccidentStatistics 1998-2017, 2019.此数据是将美国121部运输航空、135部和通用航空三类飞行小时汇总而得。[9]EASA统计的事故率中有事故数和事故率（每百万次飞行的事故数），可以得出2018年EASA成员国的的航空运输及空中出租车（Air-Taxi）的飞行架次为736.8万架次，EASA没有统计各类飞行小时数据。[10]2018年我国通用航空飞行93.71万小时，全球通用航空飞行小时约4000万小时。数据来源：GAMA[11]根据IATA《AnnualReview 2019》和《2018中国民航统计公报》，2018年全球航空运输业共运输旅客43亿人次，其中我国航空公司运输旅客6.1亿人次。根据IATA《AnnualReview 2019》，2018年全球4610万个航班，本文根据《中国民航统计公报》测算，2018中国境内起飞航班约657万个。[12]数据来源：国际货币基金组织数据库，中国GDP13.6万亿美元，全球GDP为84.74万亿美元，中国占全球16.0%。
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