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(dòng)方案(2020-2022年)》，明確建立縣、鄉、村快遞物流體系，2022年底實(shí)現行政村全覆蓋。與此同時(shí)，隨著(zhù)國家“雙碳”戰略的提出，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(huì )經(jīng)濟活動(dòng)中。就快遞物流行業(yè)而言，構建綠色低碳且高效低成本的物流運輸配送體系，是落實(shí)“快遞進(jìn)村”工程，促進(jìn)行業(yè)長(cháng)效發(fā)展的不懈動(dòng)力。
隨著(zhù)小型無(wú)人機和大型無(wú)人航空器技術(shù)水平的提升以及航空運營(yíng)能力的增強，一方面，無(wú)人航空運輸摒棄了傳統陸運路由線(xiàn)路迂回冗長(cháng)、高耗低效的方式，優(yōu)化運輸線(xiàn)路，節能減排，充分滿(mǎn)足了綠色發(fā)展的理念;另一方面，末端無(wú)人機配送則破解了由鄉到村配送不暢的困境，真正實(shí)現“快遞進(jìn)村”?！澳┒?支線(xiàn)”無(wú)人航空物流體系是快遞物流行業(yè)發(fā)展動(dòng)力源泉中更加強勁的一支。
與傳統陸路、航空貨運及物流配送模式相比，支線(xiàn)無(wú)人航空貨運與末端無(wú)人機物流配送相結合的模式具備較強的經(jīng)濟性和適應性?xún)?yōu)勢。在這種模式下，專(zhuān)用航空物流網(wǎng)絡(luò )中的貨物由干線(xiàn)貨機中轉后經(jīng)支線(xiàn)無(wú)人運輸機200-500公里的短途運輸到達智能物流中轉站點(diǎn)，再無(wú)縫銜接末端配送無(wú)人機設備至最終貨主，貨物自干線(xiàn)貨機開(kāi)始由整套無(wú)人航空物流系統獨立地完成支線(xiàn)運輸和投遞工作。
一方面這種模式能夠解決有人支線(xiàn)航空貨運資源短缺和人工成本高昂的問(wèn)題，另一方面則可以解決現有物流配送中，貨物投遞的人員因素導致的及時(shí)性不足問(wèn)題，同時(shí)大幅降低現有物流模式中企業(yè)的倉儲成本。在該模式下物流企業(yè)只需要定期對無(wú)人機設備進(jìn)行檢查維護，確保其能夠正常運行即可。在為物流企業(yè)降低人力物力投入的同時(shí)，也為其極大地節約了成本，更有效保障了物流配送工作的時(shí)效性。每年“雙十一購物節”電商促銷(xiāo)期間，物流配送規模巨大，憑借人工投遞很難滿(mǎn)足客戶(hù)需求，而使用無(wú)人機進(jìn)行投遞，對貨物進(jìn)行有效的末級路徑網(wǎng)絡(luò )規劃和分流配送，則極大地降低物流企業(yè)的配送負擔和工時(shí)冗余。
末端無(wú)人機配送應用分析及運營(yíng)成本測算
當前，我國的山區、農村等地區交通欠發(fā)達問(wèn)題仍然存在，特別是行政村到自然村的末端通行，自然災害和惡劣天氣導致的交通阻斷情況時(shí)有發(fā)生。小型無(wú)人機不受陸地交通的影響，通過(guò)低空支線(xiàn)運輸，在此類(lèi)末端物流配送領(lǐng)域能夠及時(shí)響應，快捷便利，發(fā)揮奇效。此外，由于當前尤其是農村地區線(xiàn)上消費水平不高，部分地區快件量有限，前期利用傳統的交通工具(汽車(chē)、摩托車(chē)等)實(shí)施配送，經(jīng)濟性不佳。末端配送無(wú)人機帶來(lái)的高效低成本運力，能夠為此類(lèi)地區提供過(guò)渡的經(jīng)濟性較高的配送解決方案。等到此類(lèi)地區快件量達到一定規模，再切換成其他傳統配送方式。
末端無(wú)人機的運營(yíng)成本主要由3個(gè)方面構成，包括無(wú)人機設備成本、供能設備成本以及能源使用成本。
無(wú)人機設備成本是指一架無(wú)人機設備從生產(chǎn)制造到投入使用再到退役報廢過(guò)程中產(chǎn)生的所有投入，它包含設備的生產(chǎn)制造成本以及定期保養與不定期維修成本。
如下表(以六旋翼無(wú)人機為例)所示，一款物流無(wú)人機主要由機體、動(dòng)力分系統、飛控與航電分系統、載荷分系統以及其他輔助模塊構成。其中機體即為構成一架無(wú)人機的基本骨架，可以是一體成型的造型，也可以是中心體、機臂與腳架相對獨立的結構;動(dòng)力分系統主要包含多套電機、電調和螺旋槳總成;飛控與航電分系統是無(wú)人機的大腦，包括飛控模塊、機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(wú)人機而言，其載荷分系統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(xiàn)路和信號線(xiàn)路使用的線(xiàn)材、接插件，以及結構連接的螺栓等。無(wú)人機的生產(chǎn)制造成本包括所有零配件的采購成本以及前期研發(fā)的成本分攤。
表1 一架六旋翼無(wú)人機的零配件組成
分系統零配件數量單位
機體機架1套
動(dòng)力分系統電機6顆
電調6顆
螺旋槳3對
飛控與航電分系統飛控1套
主控系統1套
傳感器套件1套
遙控器1套
載荷分系統貨箱1個(gè)
貼紙1張
其他輔助模塊線(xiàn)材、接插件、螺栓等若干---
供能設備成本是指無(wú)人機存儲及釋放能量的設備的使用成本。在純電動(dòng)無(wú)人機設備中，供能設備指儲能動(dòng)力電池;在油動(dòng)無(wú)人機設備中，指燃油的儲存設備;在油電混合無(wú)人機設備中，指燃油存儲設備和儲能動(dòng)力電池。一架無(wú)人機生產(chǎn)周期內，供能設備需要依據壽命定時(shí)更換，出現損壞時(shí)為了設備整體性能與可靠性也需要及時(shí)更換。因此供能設備的使用成本是指：無(wú)人機生命周期內，更換的所有供能設備的總采購成本。
能源使用成本是指一架無(wú)人機生命周期內消耗的所有燃油和電能產(chǎn)生的成本總和。對于純電動(dòng)無(wú)人機，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(dòng)無(wú)人機，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(wú)人機，其儲能動(dòng)力電池內的電能絕大部分由燃油轉化，約占95%，同時(shí)轉化率一般低于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(dòng)六旋翼無(wú)人機是目前正投入末端快遞配送應用的一款物流無(wú)人機系統，其最大載重達15公斤，設備成本為5.6萬(wàn)元，每架次航程為20公里，生命周期內可運行總里程數為5萬(wàn)公里，一共可飛行2500架次，達到總運行里程后即強制退役，且退役后便不再使用。這款無(wú)人機使用的動(dòng)力電池的單價(jià)為每組5200元，考慮定期及不定期更換，可用充放電循環(huán)次數平均為500次，即每組電池平均可供飛行500架次，一架無(wú)人機生命周期內共需5組動(dòng)力電池。一組動(dòng)力電池充滿(mǎn)電需要1.5度電量，上海地區電價(jià)平均為1元/度左右。使用過(guò)程中，無(wú)人機運輸的包裹單件平均重量為0.5公斤，一個(gè)架次無(wú)人機最多可運輸30個(gè)包裹。
表2 “海燕”電動(dòng)六旋翼物流無(wú)人機單架運營(yíng)成本
成本構成金額(萬(wàn)元)
無(wú)人機設備成本5.60
供能設備成本2.60
能源使用成本0.375
單架無(wú)人機運營(yíng)總成本8.575
初步測算，一架無(wú)人機生命周期內運營(yíng)的總成本為8.575萬(wàn)元，其中無(wú)人機設備及供能設備成本占比超過(guò)95%?？偣部蛇\輸的包裹數量為7.5萬(wàn)個(gè)，則單個(gè)包裹的運輸成本約為1.15元。
影響無(wú)人機運營(yíng)成本的因素主要有6類(lèi)，包括載重、無(wú)人機總飛行架次、設備成本、電池的充放電循環(huán)次數、動(dòng)力電池的單價(jià)及用電成本。其中，電池的充放電循環(huán)次數及儲能容量與動(dòng)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、電調、螺旋槳的動(dòng)力系統行業(yè)整體技術(shù)水平以及地理區域緊密相關(guān)。
當純電動(dòng)無(wú)人機的載重提升至25公斤，單架使用成本控制為5萬(wàn)元，電池單價(jià)控制為5000元，單架次用電量為2.5度，其他條件不變時(shí)，測算可得單架無(wú)人機運營(yíng)總成本為8.125萬(wàn)元。
表3 一架載重25kg級物流無(wú)人機單架運營(yíng)成本
成本構成金額(萬(wàn)元)
無(wú)人機設備成本5.00
供能設備成本2.50
能源使用成本0.625
單架無(wú)人機運營(yíng)總成本8.125
載重25公斤時(shí)，單架次運輸包裹最多為50個(gè)，共可運輸12.5萬(wàn)個(gè)，則不考慮人工成本時(shí)，單個(gè)包裹的運輸成本可下降至0.65元。
顯然，在電池損耗及無(wú)人機設備損耗接近的條件下，提升無(wú)人機的載重量，也能夠明顯改善運營(yíng)成本。
通過(guò)以上分析可見(jiàn)，現階段通過(guò)研發(fā)更大載重的無(wú)人機，并通過(guò)大規模量產(chǎn)控制無(wú)人機及電池設備的成本，是降低無(wú)人機運營(yíng)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(zhù)動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展，其儲電容量預計每年將有10%的提升空間;另一方面，電價(jià)的成本下降也可預見(jiàn)，相較東部、西部地區的電價(jià)仍然有較大的下浮空間。此外，相較純電動(dòng)無(wú)人機，油電混動(dòng)無(wú)人機的單架次航程普遍更高。因此隨著(zhù)大載重油電混動(dòng)無(wú)人機的成功研發(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(lái)的則是成本的進(jìn)一步下降。末端無(wú)人機物流配送值得期待。
當前支線(xiàn)物流運輸狀態(tài)分析
為了更直觀(guān)展示，我們選取了中通快遞的2條路由線(xiàn)路進(jìn)行綜合對比。
傳統路由線(xiàn)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運至哈爾濱，再運輸至長(cháng)春中轉站，最后運送至延邊，全程陸運距離可達986公里左右。而經(jīng)由陸運直達，運輸距離縮短至271公里左右。但如果采用支線(xiàn)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更快，時(shí)間也將極大縮短。
另一條線(xiàn)路中，若需要將快遞從衢州運送至景德鎮，現有路由中轉線(xiàn)路是：從衢州出發(fā)，先向反方向運輸至金華，后再沿原路線(xiàn)返程直到南昌中轉站，最后再沿返程方向運輸至景德鎮，全程757公里。這中間路程多處往返重合，造成了極大的時(shí)間與成本浪費。若除去中轉線(xiàn)路，陸路直運總路程只有204公里。而選擇支線(xiàn)空運直飛，全程僅有165公里，只有路由中轉路程的四分之一不到。
支線(xiàn)無(wú)人航空貨運運營(yíng)成本測算
支線(xiàn)航空貨運的運輸效率優(yōu)勢明顯，如果其運營(yíng)成本合理，必將能夠展現出傳統運輸模式無(wú)法企及的優(yōu)越性。
一般而言，飛機總運營(yíng)成本可劃分為兩部分：直接運營(yíng)成本和間接運營(yíng)成本。直接運營(yíng)成本指航空公司的飛機在航班/航線(xiàn)上生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的各種費用，包括固定成本和變動(dòng)成本，其中固定成本主要是所有權成本(既購機成本)、機組成本等，變動(dòng)成本主要是燃油成本，維護成本，空勤成本，機場(chǎng)/總局收費等。
變動(dòng)成本中燃油成本是航路耗油量花費的費用。機場(chǎng)總局收費包括：民航基礎設計建設基金、航路費、進(jìn)近指揮費、簽派費等。維修成本包括：計劃性維修活動(dòng)的人工和材料成本、修理活動(dòng)的人工和材料成本、gse設備的維修成本、時(shí)壽件成本、人員定時(shí)復訓成本、訓練設施/維修設施/支援保障設施的使用/維護成本、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(wú)人機的燃油成本和機場(chǎng)總局收費較有人機計算方法一致?？紤]到國家對通用航空和無(wú)人機發(fā)展的大力支持，相繼出臺政策提倡發(fā)展，機場(chǎng)總局收費這塊有可能會(huì )做相應的減免。
固定成本中的機組成本包括飛機駕駛員、運維人員和運控人員的工資，與有人機相比，有人機的機組成本除了固定成本中的機組工資外，還有一部分變動(dòng)成本是機組人員的執飛小時(shí)補貼，同時(shí)有人機比一般情況下一架飛機會(huì )配3-5組機組，故無(wú)人機的機組成本較有人機成本優(yōu)勢明顯。購機成本為飛機采購成本。為了充分開(kāi)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，故本次測算的購機成本以飛機采購價(jià)測算，未包含增值稅等其他費用。其他運營(yíng)成本包括機庫租賃費和通訊費。
以某飛機設計公司研發(fā)的一款大型航空貨運無(wú)人飛機為例，其最大起飛重量達1400公斤，最大商載500公斤，最大航程1500公里，巡航速度可達240公里每小時(shí)，使用升限3500米。
該型飛機設計使用壽命為12年，12年后殘值假設為0。假設航運過(guò)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(jià)考慮到目前價(jià)格較低，受疫情影響所致，為非正常情況價(jià)格，故以以往的正常情況下航空煤油價(jià)格作為假設條件，假設為4000元人民幣/噸?？紤]到現階段無(wú)人機運輸還屬于初級運營(yíng)模式探索階段，在機組設置方面較為保守，一個(gè)機組由一名駕駛員、一名運維人員和一名運控人員組成，且可同時(shí)負責三架無(wú)人飛機的運行。機組成本依據某無(wú)人機企業(yè)的機組薪酬水平做的測算。維修成本是依據通航企業(yè)的維修經(jīng)驗值做的綜合測算。
某大型航空貨運無(wú)人機飛機運行成本
費用結構金額(元)
變動(dòng)成本602
固定成本559
單航段運行成本合計1161
通過(guò)初步模擬測算，在200km的典型航段中，預計該型飛機的單航段運行成本合計人民幣1161元，其中變動(dòng)成本占直接運營(yíng)成本的51.8%，固定成本占直接運營(yíng)成本的48.2%。變動(dòng)成本中機場(chǎng)/總局收費后期將有相應的減免政策，且量產(chǎn)后該飛機的售價(jià)保守估計將下降30%，運營(yíng)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(lèi)管理的指導意見(jiàn)》，加大放管服力度，致使省級政府成為通航發(fā)展的引導力量。無(wú)人航空產(chǎn)業(yè)已成為各地經(jīng)濟轉型的重要抓手。作為一種綜合學(xué)科產(chǎn)業(yè)，當地無(wú)人航空運輸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，一方面能夠完善當地產(chǎn)業(yè)結構，有效帶動(dòng)當地經(jīng)濟，另一方面可以緩解地方就業(yè)壓力，培養一批新興行業(yè)人才。地方政府極大可能為此配套相應的的補貼政策，能夠進(jìn)一步攤薄運營(yíng)成本，實(shí)現更大的盈利空間。
經(jīng)過(guò)綜合測算，采用“末端+支線(xiàn)”無(wú)人航空物流的模式，可為物流企業(yè)降低經(jīng)營(yíng)成本達30%以上，提升運送效率達50%以上，其效率與成本優(yōu)越性顯而易見(jiàn)，真正實(shí)現降本增效的目標。
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