2020年4月，為進(jìn)一步推進(jìn)“快遞進(jìn)村”工程，國家郵政局印發(fā)《快遞進(jìn)村三年行動方案(2020-2022年)》，明確建立縣、鄉(xiāng)、村快遞物流體系，2022年底實(shí)現(xiàn)行政村全覆蓋。與此同時，隨著國家“雙碳”戰(zhàn)略的提出，綠色環(huán)保的發(fā)展理念逐步滲透進(jìn)入各行各業(yè)社會經(jīng)濟(jì)活動中。就快遞物流行業(yè)而言，構(gòu)建綠色低碳且高效低成本的物流運(yùn)輸配送體系，是落實(shí)“快遞進(jìn)村”工程，促進(jìn)行業(yè)長效發(fā)展的不懈動力。
隨著小型無人機(jī)和大型無人航空器技術(shù)水平的提升以及航空運(yùn)營能力的增強(qiáng)，一方面，無人航空運(yùn)輸摒棄了傳統(tǒng)陸運(yùn)路由線路迂回冗長、高耗低效的方式，優(yōu)化運(yùn)輸線路，節(jié)能減排，充分滿足了綠色發(fā)展的理念;另一方面，末端無人機(jī)配送則破解了由鄉(xiāng)到村配送不暢的困境，真正實(shí)現(xiàn)“快遞進(jìn)村”。“末端+支線”無人航空物流體系是快遞物流行業(yè)發(fā)展動力源泉中更加強(qiáng)勁的一支。
與傳統(tǒng)陸路、航空貨運(yùn)及物流配送模式相比，支線無人航空貨運(yùn)與末端無人機(jī)物流配送相結(jié)合的模式具備較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性優(yōu)勢。在這種模式下，專用航空物流網(wǎng)絡(luò)中的貨物由干線貨機(jī)中轉(zhuǎn)后經(jīng)支線無人運(yùn)輸機(jī)200-500公里的短途運(yùn)輸?shù)竭_(dá)智能物流中轉(zhuǎn)站點(diǎn)，再無縫銜接末端配送無人機(jī)設(shè)備至最終貨主，貨物自干線貨機(jī)開始由整套無人航空物流系統(tǒng)獨(dú)立地完成支線運(yùn)輸和投遞工作。
一方面這種模式能夠解決有人支線航空貨運(yùn)資源短缺和人工成本高昂的問題，另一方面則可以解決現(xiàn)有物流配送中，貨物投遞的人員因素導(dǎo)致的及時性不足問題，同時大幅降低現(xiàn)有物流模式中企業(yè)的倉儲成本。在該模式下物流企業(yè)只需要定期對無人機(jī)設(shè)備進(jìn)行檢查維護(hù)，確保其能夠正常運(yùn)行即可。在為物流企業(yè)降低人力物力投入的同時，也為其極大地節(jié)約了成本，更有效保障了物流配送工作的時效性。每年“雙十一購物節(jié)”電商促銷期間，物流配送規(guī)模巨大，憑借人工投遞很難滿足客戶需求，而使用無人機(jī)進(jìn)行投遞，對貨物進(jìn)行有效的末級路徑網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和分流配送，則極大地降低物流企業(yè)的配送負(fù)擔(dān)和工時冗余。
末端無人機(jī)配送應(yīng)用分析及運(yùn)營成本測算
當(dāng)前，我國的山區(qū)、農(nóng)村等地區(qū)交通欠發(fā)達(dá)問題仍然存在，特別是行政村到自然村的末端通行，自然災(zāi)害和惡劣天氣導(dǎo)致的交通阻斷情況時有發(fā)生。小型無人機(jī)不受陸地交通的影響，通過低空支線運(yùn)輸，在此類末端物流配送領(lǐng)域能夠及時響應(yīng)，快捷便利，發(fā)揮奇效。此外，由于當(dāng)前尤其是農(nóng)村地區(qū)線上消費(fèi)水平不高，部分地區(qū)快件量有限，前期利用傳統(tǒng)的交通工具(汽車、摩托車等)實(shí)施配送，經(jīng)濟(jì)性不佳。末端配送無人機(jī)帶來的高效低成本運(yùn)力，能夠?yàn)榇祟惖貐^(qū)提供過渡的經(jīng)濟(jì)性較高的配送解決方案。等到此類地區(qū)快件量達(dá)到一定規(guī)模，再切換成其他傳統(tǒng)配送方式。
末端無人機(jī)的運(yùn)營成本主要由3個方面構(gòu)成，包括無人機(jī)設(shè)備成本、供能設(shè)備成本以及能源使用成本。
無人機(jī)設(shè)備成本是指一架無人機(jī)設(shè)備從生產(chǎn)制造到投入使用再到退役報廢過程中產(chǎn)生的所有投入，它包含設(shè)備的生產(chǎn)制造成本以及定期保養(yǎng)與不定期維修成本。
如下表(以六旋翼無人機(jī)為例)所示，一款物流無人機(jī)主要由機(jī)體、動力分系統(tǒng)、飛控與航電分系統(tǒng)、載荷分系統(tǒng)以及其他輔助模塊構(gòu)成。其中機(jī)體即為構(gòu)成一架無人機(jī)的基本骨架，可以是一體成型的造型，也可以是中心體、機(jī)臂與腳架相對獨(dú)立的結(jié)構(gòu);動力分系統(tǒng)主要包含多套電機(jī)、電調(diào)和螺旋槳總成;飛控與航電分系統(tǒng)是無人機(jī)的大腦，包括飛控模塊、機(jī)載計算模塊以及傳感器模組，還包括地面端的輔助控制模塊;對于物流無人機(jī)而言，其載荷分系統(tǒng)就是裝載貨箱以及貨箱外部的涂裝貼紙等;其他輔助模塊則包括供電線路和信號線路使用的線材、接插件，以及結(jié)構(gòu)連接的螺栓等。無人機(jī)的生產(chǎn)制造成本包括所有零配件的采購成本以及前期研發(fā)的成本分?jǐn)偂?br>表1 一架六旋翼無人機(jī)的零配件組成
分系統(tǒng)零配件數(shù)量單位
機(jī)體機(jī)架1套
動力分系統(tǒng)電機(jī)6顆
電調(diào)6顆
螺旋槳3對
飛控與航電分系統(tǒng)飛控1套
主控系統(tǒng)1套
傳感器套件1套
遙控器1套
載荷分系統(tǒng)貨箱1個
貼紙1張
其他輔助模塊線材、接插件、螺栓等若干---
供能設(shè)備成本是指無人機(jī)存儲及釋放能量的設(shè)備的使用成本。在純電動無人機(jī)設(shè)備中，供能設(shè)備指儲能動力電池;在油動無人機(jī)設(shè)備中，指燃油的儲存設(shè)備;在油電混合無人機(jī)設(shè)備中，指燃油存儲設(shè)備和儲能動力電池。一架無人機(jī)生產(chǎn)周期內(nèi)，供能設(shè)備需要依據(jù)壽命定時更換，出現(xiàn)損壞時為了設(shè)備整體性能與可靠性也需要及時更換。因此供能設(shè)備的使用成本是指：無人機(jī)生命周期內(nèi)，更換的所有供能設(shè)備的總采購成本。
能源使用成本是指一架無人機(jī)生命周期內(nèi)消耗的所有燃油和電能產(chǎn)生的成本總和。對于純電動無人機(jī)，燃油消耗量為0，電能的消耗成本即為能源使用成本;對于油動無人機(jī)，電能的消耗量為0，燃油的消耗成本即為能源使用成本;對于油電混合無人機(jī)，其儲能動力電池內(nèi)的電能絕大部分由燃油轉(zhuǎn)化，約占95%，同時轉(zhuǎn)化率一般低于100% ;另外5%的電能由電能直充而得，充電損耗幾乎為0。
中通“海燕”電動六旋翼無人機(jī)是目前正投入末端快遞配送應(yīng)用的一款物流無人機(jī)系統(tǒng)，其最大載重達(dá)15公斤，設(shè)備成本為5.6萬元，每架次航程為20公里，生命周期內(nèi)可運(yùn)行總里程數(shù)為5萬公里，一共可飛行2500架次，達(dá)到總運(yùn)行里程后即強(qiáng)制退役，且退役后便不再使用。這款無人機(jī)使用的動力電池的單價為每組5200元，考慮定期及不定期更換，可用充放電循環(huán)次數(shù)平均為500次，即每組電池平均可供飛行500架次，一架無人機(jī)生命周期內(nèi)共需5組動力電池。一組動力電池充滿電需要1.5度電量，上海地區(qū)電價平均為1元/度左右。使用過程中，無人機(jī)運(yùn)輸?shù)陌鼏渭骄亓繛?.5公斤，一個架次無人機(jī)最多可運(yùn)輸30個包裹。
表2 “海燕”電動六旋翼物流無人機(jī)單架運(yùn)營成本
成本構(gòu)成金額(萬元)
無人機(jī)設(shè)備成本5.60
供能設(shè)備成本2.60
能源使用成本0.375
單架無人機(jī)運(yùn)營總成本8.575
初步測算，一架無人機(jī)生命周期內(nèi)運(yùn)營的總成本為8.575萬元，其中無人機(jī)設(shè)備及供能設(shè)備成本占比超過95%?？偣部蛇\(yùn)輸?shù)陌鼣?shù)量為7.5萬個，則單個包裹的運(yùn)輸成本約為1.15元。
影響無人機(jī)運(yùn)營成本的因素主要有6類，包括載重、無人機(jī)總飛行架次、設(shè)備成本、電池的充放電循環(huán)次數(shù)、動力電池的單價及用電成本。其中，電池的充放電循環(huán)次數(shù)及儲能容量與動力電池行業(yè)整體技術(shù)水平緊密相關(guān);而用電成本則又與電機(jī)、電調(diào)、螺旋槳的動力系統(tǒng)行業(yè)整體技術(shù)水平以及地理區(qū)域緊密相關(guān)。
當(dāng)純電動無人機(jī)的載重提升至25公斤，單架使用成本控制為5萬元，電池單價控制為5000元，單架次用電量為2.5度，其他條件不變時，測算可得單架無人機(jī)運(yùn)營總成本為8.125萬元。
表3 一架載重25kg級物流無人機(jī)單架運(yùn)營成本
成本構(gòu)成金額(萬元)
無人機(jī)設(shè)備成本5.00
供能設(shè)備成本2.50
能源使用成本0.625
單架無人機(jī)運(yùn)營總成本8.125
載重25公斤時，單架次運(yùn)輸包裹最多為50個，共可運(yùn)輸12.5萬個，則不考慮人工成本時，單個包裹的運(yùn)輸成本可下降至0.65元。
顯然，在電池?fù)p耗及無人機(jī)設(shè)備損耗接近的條件下，提升無人機(jī)的載重量，也能夠明顯改善運(yùn)營成本。
通過以上分析可見，現(xiàn)階段通過研發(fā)更大載重的無人機(jī)，并通過大規(guī)模量產(chǎn)控制無人機(jī)及電池設(shè)備的成本，是降低無人機(jī)運(yùn)營成本的一種有效途徑。盡管上面的測算未考慮人員成本，但一方面隨著動力電池技術(shù)的發(fā)展，其儲電容量預(yù)計每年將有10%的提升空間;另一方面，電價的成本下降也可預(yù)見，相較東部、西部地區(qū)的電價仍然有較大的下浮空間。此外，相較純電動無人機(jī)，油電混動無人機(jī)的單架次航程普遍更高。因此隨著大載重油電混動無人機(jī)的成功研發(fā)并投入使用，其航程將成倍提升，配送距離和效率也將大幅改善，隨之而來的則是成本的進(jìn)一步下降。末端無人機(jī)物流配送值得期待。
當(dāng)前支線物流運(yùn)輸狀態(tài)分析
為了更直觀展示，我們選取了中通快遞的2條路由線路進(jìn)行綜合對比。
傳統(tǒng)路由線路中，從牡丹江市到延邊市，快遞包裹需要先由牡丹江陸路轉(zhuǎn)運(yùn)至哈爾濱，再運(yùn)輸至長春中轉(zhuǎn)站，最后運(yùn)送至延邊，全程陸運(yùn)距離可達(dá)986公里左右。而經(jīng)由陸運(yùn)直達(dá)，運(yùn)輸距離縮短至271公里左右。但如果采用支線航空直飛，一方面總航程可進(jìn)一步縮短至183公里左右，另一方面由于飛行速度比陸運(yùn)更快，時間也將極大縮短。
另一條線路中，若需要將快遞從衢州運(yùn)送至景德鎮(zhèn)，現(xiàn)有路由中轉(zhuǎn)線路是：從衢州出發(fā)，先向反方向運(yùn)輸至金華，后再沿原路線返程直到南昌中轉(zhuǎn)站，最后再沿返程方向運(yùn)輸至景德鎮(zhèn)，全程757公里。這中間路程多處往返重合，造成了極大的時間與成本浪費(fèi)。若除去中轉(zhuǎn)線路，陸路直運(yùn)總路程只有204公里。而選擇支線空運(yùn)直飛，全程僅有165公里，只有路由中轉(zhuǎn)路程的四分之一不到。
支線無人航空貨運(yùn)運(yùn)營成本測算
支線航空貨運(yùn)的運(yùn)輸效率優(yōu)勢明顯，如果其運(yùn)營成本合理，必將能夠展現(xiàn)出傳統(tǒng)運(yùn)輸模式無法企及的優(yōu)越性。
一般而言，飛機(jī)總運(yùn)營成本可劃分為兩部分：直接運(yùn)營成本和間接運(yùn)營成本。直接運(yùn)營成本指航空公司的飛機(jī)在航班/航線上生產(chǎn)過程中發(fā)生的各種費(fèi)用，包括固定成本和變動成本，其中固定成本主要是所有權(quán)成本(既購機(jī)成本)、機(jī)組成本等，變動成本主要是燃油成本，維護(hù)成本，空勤成本，機(jī)場/總局收費(fèi)等。
變動成本中燃油成本是航路耗油量花費(fèi)的費(fèi)用。機(jī)場總局收費(fèi)包括：民航基礎(chǔ)設(shè)計建設(shè)基金、航路費(fèi)、進(jìn)近指揮費(fèi)、簽派費(fèi)等。維修成本包括：計劃性維修活動的人工和材料成本、修理活動的人工和材料成本、gse設(shè)備的維修成本、時壽件成本、人員定時復(fù)訓(xùn)成本、訓(xùn)練設(shè)施/維修設(shè)施/支援保障設(shè)施的使用/維護(hù)成本、技術(shù)出版物更新/修訂/發(fā)布成本、工程服務(wù)成本、工程支援保障成本、技術(shù)支持服務(wù)成本等。無人機(jī)的燃油成本和機(jī)場總局收費(fèi)較有人機(jī)計算方法一致?？紤]到國家對通用航空和無人機(jī)發(fā)展的大力支持，相繼出臺政策提倡發(fā)展，機(jī)場總局收費(fèi)這塊有可能會做相應(yīng)的減免。
固定成本中的機(jī)組成本包括飛機(jī)駕駛員、運(yùn)維人員和運(yùn)控人員的工資，與有人機(jī)相比，有人機(jī)的機(jī)組成本除了固定成本中的機(jī)組工資外，還有一部分變動成本是機(jī)組人員的執(zhí)飛小時補(bǔ)貼，同時有人機(jī)比一般情況下一架飛機(jī)會配3-5組機(jī)組，故無人機(jī)的機(jī)組成本較有人機(jī)成本優(yōu)勢明顯。購機(jī)成本為飛機(jī)采購成本。為了充分開發(fā)、發(fā)揮通用航空的潛力，國務(wù)院和地方政府在政策上做出了大力支持，例如減免增值稅和關(guān)稅等，故本次測算的購機(jī)成本以飛機(jī)采購價測算，未包含增值稅等其他費(fèi)用。其他運(yùn)營成本包括機(jī)庫租賃費(fèi)和通訊費(fèi)。
以某飛機(jī)設(shè)計公司研發(fā)的一款大型航空貨運(yùn)無人飛機(jī)為例，其最大起飛重量達(dá)1400公斤，最大商載500公斤，最大航程1500公里，巡航速度可達(dá)240公里每小時，使用升限3500米。
該型飛機(jī)設(shè)計使用壽命為12年，12年后殘值假設(shè)為0。假設(shè)航運(yùn)過程中典型航段距離為200km，航班頻次為每天航飛6班，一周飛行6天。油價考慮到目前價格較低，受疫情影響所致，為非正常情況價格，故以以往的正常情況下航空煤油價格作為假設(shè)條件，假設(shè)為4000元人民幣/噸?？紤]到現(xiàn)階段無人機(jī)運(yùn)輸還屬于初級運(yùn)營模式探索階段，在機(jī)組設(shè)置方面較為保守，一個機(jī)組由一名駕駛員、一名運(yùn)維人員和一名運(yùn)控人員組成，且可同時負(fù)責(zé)三架無人飛機(jī)的運(yùn)行。機(jī)組成本依據(jù)某無人機(jī)企業(yè)的機(jī)組薪酬水平做的測算。維修成本是依據(jù)通航企業(yè)的維修經(jīng)驗(yàn)值做的綜合測算。
某大型航空貨運(yùn)無人機(jī)飛機(jī)運(yùn)行成本
費(fèi)用結(jié)構(gòu)金額(元)
變動成本602
固定成本559
單航段運(yùn)行成本合計1161
通過初步模擬測算，在200km的典型航段中，預(yù)計該型飛機(jī)的單航段運(yùn)行成本合計人民幣1161元，其中變動成本占直接運(yùn)營成本的51.8%，固定成本占直接運(yùn)營成本的48.2%。變動成本中機(jī)場/總局收費(fèi)后期將有相應(yīng)的減免政策，且量產(chǎn)后該飛機(jī)的售價保守估計將下降30%，運(yùn)營成本將下降5%到10%。
2016年國務(wù)院發(fā)布38號文件，將通用航空定位為“戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)體系”，將發(fā)展通用航空上升為國家政策。民航局2018年發(fā)布《關(guān)于同意航空分類管理的指導(dǎo)意見》，加大放管服力度，致使省級政府成為通航發(fā)展的引導(dǎo)力量。無人航空產(chǎn)業(yè)已成為各地經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的重要抓手。作為一種綜合學(xué)科產(chǎn)業(yè)，當(dāng)?shù)責(zé)o人航空運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，一方面能夠完善當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，有效帶動當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)，另一方面可以緩解地方就業(yè)壓力，培養(yǎng)一批新興行業(yè)人才。地方政府極大可能為此配套相應(yīng)的的補(bǔ)貼政策，能夠進(jìn)一步攤薄運(yùn)營成本，實(shí)現(xiàn)更大的盈利空間。
經(jīng)過綜合測算，采用“末端+支線”無人航空物流的模式，可為物流企業(yè)降低經(jīng)營成本達(dá)30%以上，提升運(yùn)送效率達(dá)50%以上，其效率與成本優(yōu)越性顯而易見，真正實(shí)現(xiàn)降本增效的目標(biāo)。
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