廣州白云國際機(jī)場東外跑道關(guān)閉仿真評估研究

摘 要：機(jī)場是航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)，為保障安全、提高效率，對機(jī)場容量進(jìn)行科學(xué)、全面的評估至關(guān)重要。本文根據(jù)廣州白云國際機(jī)場東外跑道關(guān)閉時(shí)機(jī)場場面布局、運(yùn)行規(guī)則、交通流特性等重要參數(shù)的變化，選取模擬仿真軟件進(jìn)行了典型場景評估，可量化不同場景下機(jī)場容量，并對提高保障能力給出合理建議和有效措施。

關(guān)鍵詞：機(jī)場容量；航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)

1 背景

機(jī)場系統(tǒng)是情況最復(fù)雜的空管子系統(tǒng)之一，往往是影響空中交通的瓶頸。隨著中國民航的快速發(fā)展，對機(jī)場運(yùn)行效率日益提高的需求和機(jī)場軟硬件條件限制的矛盾日益突出。如何準(zhǔn)確評估現(xiàn)有機(jī)場在改擴(kuò)建中的保障能力，對提高機(jī)場運(yùn)行安全水平、減少航班大面積延誤成為解決問題的關(guān)鍵。

國內(nèi)外對機(jī)場容量的確定進(jìn)行了大量研究，并建立了部分機(jī)場理論模型。但是影響機(jī)場容量的因素眾多，如機(jī)場場面布局、運(yùn)行規(guī)則、交通流特性等，理論模型在描述各因素時(shí)過于理想化。計(jì)算機(jī)模擬仿真是利用相關(guān)專業(yè)軟件對評估對象的整體運(yùn)行過程進(jìn)行快速模擬，通過設(shè)置和改變特定的參數(shù)來對不同運(yùn)行架次下的延誤情況進(jìn)行分析，確定機(jī)場的實(shí)際保障能力，具有快速、準(zhǔn)確、靈活等優(yōu)點(diǎn)。

本文通過對白云機(jī)場關(guān)閉東外跑道地面運(yùn)行進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬仿真評估，對影響保障能力的多種因素進(jìn)行詳盡分析，并對提高保障能力給出合理的建議和有效措施。

2 評估方法

20世紀(jì)70年代以來，計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展為機(jī)場模擬仿真提供了技術(shù)支撐，歐洲與美國相繼研發(fā)了多種模擬仿真系統(tǒng)，主要有AirTOp、TAAM、SIMMON、RAMS等。這些主流軟件的仿真技術(shù)先進(jìn)，模擬精度高，人機(jī)界面友好，但均對評估人員的專業(yè)化水平要求高，對評估環(huán)節(jié)的側(cè)重點(diǎn)也有所不同。

本文選取國際先進(jìn)的復(fù)雜機(jī)場系統(tǒng)快時(shí)模擬仿真軟件AirTOp開展研究。AirTOp是由比利時(shí)Airtopsoft公司開發(fā)的快時(shí)仿真工具。該公司于2005年在布魯塞爾成立，專注于航空運(yùn)行仿真模擬AirTOp軟件的開發(fā)，包括終端區(qū)空域（進(jìn)近、離場、起飛、降落等），空中航道，空中交通流量管理，機(jī)場地面（跑道、滑行道、停機(jī)坪、除冰坪等），機(jī)場服務(wù)車輛（油罐車、消防車、擺渡車等），以及航站樓旅客的模擬。AirTOp軟件自上市以來，成功進(jìn)入全球航空市場，主要客戶有：德國空管局（DFS），美國聯(lián)邦航空管理局（FAA），新加坡民航局（CAAS），迪拜空管局（DANS），法國空客（Airbus），荷蘭航空實(shí)驗(yàn)室（NLR），新加坡南洋理工大學(xué)（NTU），美國達(dá)美航空公司（Delta Airline）等數(shù)十家大型機(jī)構(gòu)與單位。2014年，民航中南機(jī)場設(shè)計(jì)研究院首次將該軟件引入國內(nèi)，并在廣州白云機(jī)場三跑道專項(xiàng)研究、鄭州、武漢機(jī)場二跑道、香港機(jī)場、深圳機(jī)場三跑道等項(xiàng)目中進(jìn)行了實(shí)踐，逐步積累了大量空域與地面容量評估的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。

本次模擬仿真通過AirTOp仿真平臺，構(gòu)建白云機(jī)場三跑道典型日的向南、向北運(yùn)行地面仿真模型作為基準(zhǔn)模型，用實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)驗(yàn)證基準(zhǔn)模型的準(zhǔn)確性，然后構(gòu)建白云機(jī)場關(guān)閉東外跑道后，雙跑道運(yùn)行的地面運(yùn)行仿真模型，得到相關(guān)運(yùn)行指標(biāo)。本次計(jì)算機(jī)模擬仿真的關(guān)鍵指標(biāo)為航班平均離場延誤水平、日航班運(yùn)行架次及離場高峰小時(shí)架次數(shù)。

3 仿真建模

白云機(jī)場三條跑道自東向西分別為02R/20L，02L/20R，01/19。02R/20L跑道與02L/20R跑道構(gòu)成窄距跑道，相距400米，02L/20R跑道與01/19跑道相距2200米。02R/20L跑道相對02L/20R跑道向南錯(cuò)開600米， 01/19跑道相對02L/20R跑道向南錯(cuò)開400米。廣州白云國際機(jī)場共172個(gè)正常停機(jī)位，其中包含68個(gè)廊橋機(jī)位，19個(gè)自滑機(jī)位，15個(gè)貨機(jī)位，26個(gè)聯(lián)邦機(jī)位。

3.1 跑道運(yùn)行原則

一般原則：進(jìn)港航班使用02R/20L、01/19號跑道相關(guān)進(jìn)近著陸；出港航班使用02L/20R、01/19號跑道獨(dú)立起飛。特殊原則：聯(lián)邦快遞航班因停機(jī)坪位于東側(cè)跑道以東，為減少跑道穿越風(fēng)險(xiǎn)，盡量使用東側(cè)跑道進(jìn)離港。這種跑道使用模式下，使用02R/20L跑道著陸的進(jìn)港航空器需要穿越02L/20R跑道滑至客機(jī)坪。

3.2 停機(jī)位分配原則

廣州白云國際機(jī)場根據(jù)航班性質(zhì)及航空公司分配至相應(yīng)停機(jī)位，本場客運(yùn)航班機(jī)位分配使用的總體優(yōu)先原則如下：

1）客機(jī)坪標(biāo)準(zhǔn)機(jī)位；

2）貨機(jī)坪標(biāo)準(zhǔn)機(jī)位；

3）北站坪過渡機(jī)位（A區(qū)和B區(qū)優(yōu)先于C區(qū)和D區(qū)）；

4）貨機(jī)坪組合機(jī)位；

5）滑行通道臨時(shí)機(jī)位；

6）公務(wù)機(jī)坪組合機(jī)位；

7）其他位置。

過渡機(jī)位優(yōu)先停放以下航空器：

1）長時(shí)間經(jīng)停航空器；

2）停場過夜航空器；

3）公務(wù)機(jī)；

4）備降航空器；

5）其他航空器。

3.3 跑道穿越程序

331 跑道穿越原則

一般情況下，一次只安排一架航空器穿越跑道，避免多架同時(shí)穿越；離場航空器進(jìn)入跑道等待起飛時(shí)，不得指揮其他航空器穿越跑道。

332穿越跑道時(shí)機(jī)

主要包括穿越起飛跑道和穿越著陸跑道兩種情形的時(shí)機(jī)把握。

穿越起飛跑道：當(dāng)先穿越后起飛時(shí)，必須先發(fā)布穿越跑道指令，再向離場航空器發(fā)布進(jìn)跑道指令，待穿越跑道航空器報(bào)告脫離跑道后方可允許離場航空器起飛；先起飛后穿越時(shí)，只有當(dāng)離場航空器起飛離地150米以上或正切過等待穿越跑道的航空器時(shí)，方可指揮等待穿越跑道的航空器穿越跑道；

穿越著陸跑道：一般情況下，使用遠(yuǎn)端穿越，五邊間隔要求14KM（含）以上，且當(dāng)前行著陸航空器著陸沖程結(jié)束開始轉(zhuǎn)彎脫離時(shí)，方可指揮等待穿越跑道的航空器穿越跑道，穿越且脫離跑道時(shí)，五邊航空器距離跑道入口不少于4KM。

3.4 場景設(shè)置

本文根據(jù)實(shí)際運(yùn)行中典型日航班流量和常用運(yùn)行方向進(jìn)行組合，共設(shè)置了六個(gè)評估場景。

4 仿真結(jié)果

本次計(jì)算機(jī)仿真模擬評估中，以廣州白云機(jī)場三跑道典型日運(yùn)行情況作為基準(zhǔn)模型建模，對比研究了白云機(jī)場關(guān)閉東外跑道后在不減量和減量情況下向北、向南運(yùn)行的地面情況，主要研究指標(biāo)為航空器平均離場延誤水平、日航班流量及離場高峰小時(shí)架次數(shù)。主要仿真結(jié)果如下。

表2 仿真評估結(jié)果

仿真場景運(yùn)行方向日航班流量高峰小時(shí)離場延誤水平離場高峰架次

基準(zhǔn)場景向北向南三跑道典型運(yùn)行日航班流量1180架次7分鐘46架次5分鐘44架次

場景一向北1180架次14分鐘42架次

場景二向北1062架次（減量10%）8分鐘37架次

場景三向南1180架次20分鐘44架次

場景四向南1003架次（減量15%）8分鐘36架次

其中對于白云機(jī)場三跑道基準(zhǔn)場景向南運(yùn)行（仿真場景一）與向北運(yùn)行（仿真場景三）平均離場延誤時(shí)間不一致，分析可得：主要是由于廣州航班進(jìn)口流量分布不平衡，70%的航班來自北邊，向南運(yùn)行時(shí)可以直接進(jìn)近，更少的航班需要繞一圈進(jìn)近，減少了與離場航班流在空中的沖突。其次如下圖，左圖為向北運(yùn)行，右圖為向南運(yùn)行，紅色箭頭為進(jìn)場航空器滑行方向，黃色為離場航空器滑行方向，在向北運(yùn)行時(shí)，F(xiàn)DX的著陸航空器易于FDX離場航空器在圖中黃色區(qū)域產(chǎn)生對頭沖突，而向南運(yùn)行則規(guī)避了這一點(diǎn)。

5 結(jié)論與建議

（1）白云機(jī)場在關(guān)閉東外跑道后。若保持現(xiàn)有交通流量，平均離場延誤水平將大幅提高，向北平均離場延誤提高7分鐘，向南平均離場延誤提高15分鐘。將日航班流量向南運(yùn)行時(shí)削減15%，向北運(yùn)行時(shí)削減10%平均離場延誤水平將小于10分鐘，但是延誤水平還將略高于白云機(jī)場三跑道運(yùn)行時(shí)的情況。建議高峰小時(shí)流量控制在6566架次/小時(shí)左右。日航班流量總體消減10%15%的量。

（2）白云機(jī)場關(guān)閉東外跑道后，計(jì)算機(jī)仿真評估出雙跑道運(yùn)行離場高峰小時(shí)將出現(xiàn)在上午11：45左右，離場高峰小時(shí)架次數(shù)為3637架次/小時(shí)。平衡東西跑道出港航班流量，在運(yùn)行時(shí)應(yīng)及時(shí)分流，以確保出港容流平衡。

（3）白云機(jī)場關(guān)閉東外跑道后，使用東內(nèi)跑道落地，脫離跑道的航空器易與A滑上航空器會產(chǎn)生沖突，滑行道沖突點(diǎn)增多，等待時(shí)間將相應(yīng)增加。建議出港航班優(yōu)化滑行道分配。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉松.美國機(jī)場及空域容量評估概況[J].空中交通管理，2003（3）：5961.

[2]蔣兵，胡明華，田勇，等.終端區(qū)空中交通容量評估的仿真方法[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2003，3（1）：97100.

作者簡介：張鶯（1976），男，湖南邵陽人，工程師，研究方向：飛行程序設(shè)計(jì)、空域規(guī)劃及評估。