2020年4月，為進一步推進“快遞進村”工程，國家郵政局印發(fā)《快遞進村三年行動方案(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)展理念逐步滲透進入各行各業(yè)社會經(jīng)濟活動中。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“快遞進村”工程，促進行業(yè)長效發(fā)展的不懈動力。
隨著小型無人機和大型無人航空器技術水平的提升以及航空運營能力的增強，一方面，無人航空運輸摒棄了傳統(tǒng)陸運路由線路迂回冗長、高耗低效的方式，優(yōu)化運輸線路，節(jié)能減排，充分滿足了綠色發(fā)展的理念;另一方面，末端無人機配送則破解了由鄉(xiāng)到村配送不暢的困境，真正實現(xiàn)“快遞進村”。“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勁的一支。
與傳統(tǒng)陸路、航空貨運及物流配送模式相比，支線無人航空貨運與末端無人機物流配送相結合的模式具備較強的經(jīng)濟性和適應性優(yōu)勢。在這種模式下，專用航空物流網(wǎng)絡中的貨物由干線貨機中轉后經(jīng)支線無人運輸機200-500公里的短途運輸?shù)竭_智能物流中轉站點，再無縫銜接末端配送無人機設備至最終貨主，貨物自干線貨機開始由整套無人航空物流系統(tǒng)獨立地完成支線運輸和投遞工作。
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設備進行檢查維護，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，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，而使用無人機進行投遞，對貨物進行有效的末級路徑網(wǎng)絡規(guī)劃和分流配送，則極大地降低物流企業(yè)的配送負擔和工時冗余。
末端無人機配送應用分析及運營成本測算
當前，我國的山區(qū)、農(nóng)村等地區(qū)交通欠發(fā)達問題仍然存在，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有發(fā)生。小型無人機不受陸地交通的影響，通過低空支線運輸，在此類末端物流配送領域能夠及時響應，快捷便利，發(fā)揮奇效。此外，由于當前尤其是農(nóng)村地區(qū)線上消費水平不高，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)實施配送，經(jīng)濟性不佳。末端配送無人機帶來的高效低成本運力，能夠為此類地區(qū)提供過渡的經(jīng)濟性較高的配送解決方案。等到此類地區(qū)快件量達到一定規(guī)模，再切換成其他傳統(tǒng)配送方式。
末端無人機的運營成本主要由3個方面構成，包括無人機設備成本、供能設備成本以及能源使用成本。
無人機設備成本是指一架無人機設備從生產(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(以六旋翼無人機為例)所示，一款物流無人機主要由機體、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成。其中機體即為構成一架無人機的基本骨架，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;動力分系統(tǒng)主要包含多套電機、電調(diào)和螺旋槳總成;飛控與航電分系統(tǒng)是無人機的大腦，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;對于物流無人機而言，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，以及結構連接的螺栓等。無人機的生產(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 一架六旋翼無人機的零配件組成
分系統(tǒng)零配件數(shù)量單位
機體機架1套
動力分系統(tǒng)電機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---
供能設備成本是指無人機存儲及釋放能量的設備的使用成本。在純電動無人機設備中，供能設備指儲能動力電池;在油動無人機設備中，指燃油的儲存設備;在油電混合無人機設備中，指燃油存儲設備和儲能動力電池。一架無人機生產(chǎn)周期內(nèi)，供能設備需要依據(jù)壽命定時更換，出現(xiàn)損壞時為了設備整體性能與可靠性也需要及時更換。因此供能設備的使用成本是指：無人機生命周期內(nèi)，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人機生命周期內(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，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，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，其儲能動力電池內(nèi)的電能絕大部分由燃油轉化，約占95%，同時轉化率一般低于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”電動六旋翼無人機是目前正投入末端快遞配送應用的一款物流無人機系統(tǒng)，其最大載重達15公斤，設備成本為5.6萬元，每架次航程為20公里，生命周期內(nèi)可運行總里程數(shù)為5萬公里，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。這款無人機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，無人機運輸?shù)陌鼏渭骄亓繛?.5公斤，一個架次無人機最多可運輸30個包裹。
表2 “海燕”電動六旋翼物流無人機單架運營成本
成本構成金額(萬元)
無人機設備成本5.60
供能設備成本2.60
能源使用成本0.375
單架無人機運營總成本8.575
初步測算，一架無人機生命周期內(nèi)運營的總成本為8.575萬元，其中無人機設備及供能設備成本占比超過95%?？偣部蛇\輸?shù)陌鼣?shù)量為7.5萬個，則單個包裹的運輸成本約為1.15元。
影響無人機運營成本的因素主要有6類，包括載重、無人機總飛行架次、設備成本、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)整體技術水平緊密相關;而用電成本則又與電機、電調(diào)、螺旋槳的動力系統(tǒng)行業(yè)整體技術水平以及地理區(qū)域緊密相關。
當純電動無人機的載重提升至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運營總成本為8.125萬元。
表3 一架載重25kg級物流無人機單架運營成本
成本構成金額(萬元)
無人機設備成本5.00
供能設備成本2.50
能源使用成本0.625
單架無人機運營總成本8.125
載重25公斤時，單架次運輸包裹最多為50個，共可運輸12.5萬個，則不考慮人工成本時，單個包裹的運輸成本可下降至0.65元。
顯然，在電池損耗及無人機設備損耗接近的條件下，提升無人機的載重量，也能夠明顯改善運營成本。
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，并通過大規(guī)模量產(chǎn)控制無人機及電池設備的成本，是降低無人機運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，電價的成本下降也可預見，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，油電混動無人機的單架次航程普遍更高。因此隨著大載重油電混動無人機的成功研發(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，隨之而來的則是成本的進一步下降。末端無人機物流配送值得期待。
當前支線物流運輸狀態(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運至哈爾濱，再運輸至長春中轉站，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。但如果采用支線航空直飛，一方面總航程可進一步縮短至183公里左右，另一方面由于飛行速度比陸運更快，時間也將極大縮短。
另一條線路中，若需要將快遞從衢州運送至景德鎮(zhèn)，現(xiàn)有路由中轉線路是：從衢州出發(fā)，先向反方向運輸至金華，后再沿原路線返程直到南昌中轉站，最后再沿返程方向運輸至景德鎮(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。若除去中轉線路，陸路直運總路程只有204公里。而選擇支線空運直飛，全程僅有165公里，只有路由中轉路程的四分之一不到。
支線無人航空貨運運營成本測算
支線航空貨運的運輸效率優(yōu)勢明顯，如果其運營成本合理，必將能夠展現(xiàn)出傳統(tǒng)運輸模式無法企及的優(yōu)越性。
一般而言，飛機總運營成本可劃分為兩部分：直接運營成本和間接運營成本。直接運營成本指航空公司的飛機在航班/航線上生產(chǎn)過程中發(fā)生的各種費用，包括固定成本和變動成本，其中固定成本主要是所有權成本(既購機成本)、機組成本等，變動成本主要是燃油成本，維護成本，空勤成本，機場/總局收費等。
變動成本中燃油成本是航路耗油量花費的費用。機場總局收費包括：民航基礎設計建設基金、航路費、進近指揮費、簽派費等。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設備的維修成本、時壽件成本、人員定時復訓成本、訓練設施/維修設施/支援保障設施的使用/維護成本、技術出版物更新/修訂/發(fā)布成本、工程服務成本、工程支援保障成本、技術支持服務成本等。無人機的燃油成本和機場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人機發(fā)展的大力支持，相繼出臺政策提倡發(fā)展，機場總局收費這塊有可能會做相應的減免。
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，還有一部分變動成本是機組人員的執(zhí)飛小時補貼，同時有人機比一般情況下一架飛機會配3-5組機組，故無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。為了充分開發(fā)、發(fā)揮通用航空的潛力，國務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稅等，故本次測算的購機成本以飛機采購價測算，未包含增值稅等其他費用。其他運營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，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條件，假設為4000元人民幣/噸。考慮到現(xiàn)階段無人機運輸還屬于初級運營模式探索階段，在機組設置方面較為保守，一個機組由一名駕駛員、一名運維人員和一名運控人員組成，且可同時負責三架無人飛機的運行。機組成本依據(jù)某無人機企業(yè)的機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)驗值做的綜合測算。
某大型航空貨運無人機飛機運行成本
費用結構金額(元)
變動成本602
固定成本559
單航段運行成本合計1161
通過初步模擬測算，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，其中變動成本占直接運營成本的51.8%，固定成本占直接運營成本的48.2%。變動成本中機場/總局收費后期將有相應的減免政策，且量產(chǎn)后該飛機的售價保守估計將下降30%，運營成本將下降5%到10%。
2016年國務院發(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《關于同意航空分類管理的指導意見》，加大放管服力度，致使省級政府成為通航發(fā)展的引導力量。無人航空產(chǎn)業(yè)已成為各地經(jīng)濟轉型的重要抓手。作為一種綜合學科產(chǎn)業(yè)，當?shù)責o人航空運輸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，一方面能夠完善當?shù)禺a(chǎn)業(yè)結構，有效帶動當?shù)亟?jīng)濟，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的的補貼政策，能夠進一步攤薄運營成本，實現(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，真正實現(xiàn)降本增效的目標。
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