中美特大型繁忙機場滑行道系統(tǒng)規(guī)劃對比分析
——以PVG和ATL為例

唐小衛(wèi)，劉魯江，孫樊榮，程炳賀

（1.南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，南京 211106；2.中國民用航空局空中交通管理局空域管理中心，北京 100022）

滑行道系統(tǒng)布局不僅直接決定機場的整體框架和用地形態(tài)，更直接影響到機場運行的方方面面。據(jù)統(tǒng)計，2017年全球最繁忙的前10座機場中，中美兩國各有3座入圍，美國分別是亞特蘭大哈茲菲爾德機場（第1，以下簡稱：亞特蘭大機場）、洛杉磯國際機場（第5）和芝加哥奧黑爾國際機場（第6）；中國分別是北京首都國際機場（第2）、香港國際機場（第8）和上海浦東國際機場（第9，以下簡稱：浦東機場）[1]。上述機場的基本設(shè)計原則均符合國際民用航空組織（ICAO）的規(guī)定[2]，但國內(nèi)機場在保障能力、保障特點、平面布局等方面與世界先進機場相比還存在一定差距。為此已有眾多研究進行了分析，其視角主要集中在：①跑道終端，如中美機場空域結(jié)構(gòu)條件差距較大[3]、進近或離場管制間隔不同[4]等；②陸側(cè)航站樓系統(tǒng)的設(shè)計布局[5-6]。考慮到中美兩國的實際國情，在短期內(nèi)還較難采取有效措施克服這些差異，如空域條件受國家政策和管理規(guī)定的影響巨大，航站樓的設(shè)計又與樞紐機場主要基地公司的航線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)?；械老到y(tǒng)連接了機場跑道系統(tǒng)和陸側(cè)系統(tǒng)，因此其布局、構(gòu)型及其與其他機場子系統(tǒng)的容量匹配程度對機場運行保障效率有著重要影響，但迄今為止從該角度進行的研究還近似空白。為此以中美兩大典型繁忙機場的平面布局規(guī)劃為基礎(chǔ)，以跑道布局基本相似、暫不考慮空域環(huán)境為前提，分析二者在滑行道系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計方面的主要差異以及對地面運行產(chǎn)生的影響，并據(jù)此為國內(nèi)大中型機場改擴建或新建提供參考。

1 中美兩大機場基本運行情況

2017年浦東機場（PVG,pudong international airport）旅客吞吐量約為7 000萬人次，起降49.677 4萬架次[7]，均位居中國第2位。亞特蘭大哈茲菲爾德機場（ATL,atlanta international airport）為全世界最繁忙的機場，2017年旅客吞吐量約為1.039億人次，起降約88萬架次[1]。選擇二者作為研究對象的原因包括兩個方面。

1）兩個機場在地面規(guī)劃、跑道使用策略等方面具有較高的相似性，具備比較分析的基礎(chǔ)，具體表現(xiàn)為：①浦東機場由17L/35R、17R/35L和16L/34R、16R/34L構(gòu)成2組窄距跑道，如圖1所示[8]；亞特蘭大機場現(xiàn)有5條平行跑道，作為機場跑道系統(tǒng)主體部分的2組窄距跑道（08L/26R、08R/26L 和 09L/27R、09R/27L）與浦東機場構(gòu)型一致，如圖2所示[9]；②亞特蘭大機場10/28是一條獨立寬距跑道，浦東機場也正修建第5跑道，其相對位置高度相似；③航站樓與跑滑系統(tǒng)的相對位置關(guān)系非常接近，即航站樓等主要旅客服務(wù)設(shè)施布局在2組窄距跑道之間；④從動態(tài)起降模式來看，二者均采用“寬窄結(jié)合”的平行跑道系統(tǒng)配合“內(nèi)起外落”的起降分離模式，這也是國內(nèi)外普遍采用的2組窄距跑道運行模式，相比單純采用寬距跑道系統(tǒng)進行全起全落的規(guī)劃建設(shè)方案，其在改善起降相互制約、縮短航班滑行距離、縮減五邊空域需求、減少程序設(shè)計數(shù)量和降低地面建設(shè)成本等方面成效顯著[10]。

2）在跑道數(shù)量僅相差1條的情況下，亞特蘭大機場在保障容量和地面滑行效率方面優(yōu)勢明顯：①保障能力，浦東機場在儀表飛行規(guī)則（IFR，instrument flight rules）下，2017年高峰小時能夠保障95架次。亞特蘭大機場在IFR下，若采取離港優(yōu)先的運行策略，高峰小時容量達到180架次；在目視飛行規(guī)則（VFR，visual flight rules）下，容量達220架次[9]。②地面滑行效率，亞特蘭大機場和浦東機場的進、離港平均滑行時間分別為8.8min、16.9min[11]和 14.51min、26.12 min[12]。

基于上述差異，有必要對二者滑行道系統(tǒng)的布局規(guī)劃進行對比，深入分析滑行道系統(tǒng)靜態(tài)規(guī)劃對機場運行效率的影響。

圖1 浦東機場平面布局Fig.1 Layout of PVG

圖2 亞特蘭大機場平面布局Fig.2 Layout of ATL

2 地面滑行時間 分階段指標(biāo)值對比

中美兩國對地面滑行時間的起點和終點定義均一致，可對地面滑行時間進一步分階段統(tǒng)計，其標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，兩機場的指標(biāo)值如表2所示。由表2可知，ATL的地面滑行效率明顯優(yōu)于PVG。

表1 地面滑行時間分階段指標(biāo)含義Tab.1 Index meaning of ground taxiing time by stages

表2 地面滑行時間分階段指標(biāo)值Tab.2 Index value of ground taxiing time by stages min

3 滑行道系統(tǒng)規(guī)劃對比分析

兩機場運行效率差異的原因主要有以下4個區(qū)域的設(shè)計差異：起飛等待區(qū)域（起飛跑道端附近的滑行道系統(tǒng)）、繞行滑行道、垂直聯(lián)絡(luò)道、快速脫離道。

3.1 起飛等待區(qū)域

對于1組窄距平行跑道，合理的起飛等待區(qū)域設(shè)置至關(guān)重要，因為出港飛機在跑道端等待起飛的現(xiàn)象很普遍，當(dāng)跑道端等待空間不足時，排隊飛機會占用滑行道空間，造成滑行道堵塞，繼而將這種堵塞傳播到整個機場。

浦東機場2組窄距跑道中2條起飛跑道端的設(shè)置情況如圖3所示，呈現(xiàn)兩個特點：①構(gòu)型單一，1條入口滑行道（分別對應(yīng)圖3中的R6/R1/B8/P1道口）再加上1條旁通滑行道（分別對應(yīng)圖3中的E5/E0/B7/B1道口）；②除34L跑道端之外，其他跑道端頭機坪布局復(fù)雜，即16R跑道兩側(cè)均布置停機位，17L跑道端布局貨機坪，35R跑道端兩側(cè)均布局停機位。這種布局不僅容易導(dǎo)致起飛航班流集中，而且容易導(dǎo)致跑道端的流程交叉。跑道端本身就是機場運行的重中之重，若再在其附近布局機位，猶如“在停車場收費口設(shè)置了停車位”，非常不利于提高跑道端頭的運行效率。

圖3 浦東機場2條起飛跑道端的布局Fig.3 Layout of taking-off runway ends at PVG

亞特蘭大機場的跑道端設(shè)置與浦東機場顯著不同，如圖4所示，具有以下特點：①加寬跑道端的等待坪，如圖4中橢圓區(qū)域所示，在跑道端創(chuàng)造2條等待隊列，避免排隊過長影響到機坪；②增加起飛端的旁通滑行道數(shù)目，使起飛飛機盡早上跑道并對準(zhǔn)跑道中心線；③避免在跑道端的兩側(cè)布局機位，避免機坪進出的飛機對起飛排隊飛機的干擾，這一點在26L跑道端表現(xiàn)得尤其明顯，26L跑道端下方有一片停機位，如圖4（a）中方框所示，為了避免對26L的干擾，這些機位均從遠離26L跑道端的滑行道進出，如圖4（a）中26L跑道端下方的雙向箭頭所示。

3.2 繞行滑行道

將浦東機場16R/34L、16L/34R窄距跑道的北端和亞特蘭大機場08L、08R窄距跑道西端放在一起，如圖5所示，其結(jié)構(gòu)非常相似，即在跑道端的兩側(cè)均布局停機位，但亞特蘭大機場在此處設(shè)置了繞行滑行道，如圖5（b）08R跑道端的橢圓區(qū)域所示。

圖4 亞特蘭大機場2條起飛跑道端的布局Fig.4 Layout of taking-off runway ends at ATL

圖5 浦東機場東側(cè)窄距跑道的北端與亞特蘭大機場北側(cè)窄距跑道西端布局對比Fig.5 Layout comparison of closely spaced parallel runways between north end at PVG and west end at ATL

圖6 浦東機場東側(cè)窄距平行跑道運行流程示意（向南運行）Fig.6 Operation process of eastern closely spaced parallel runways at PVG(operating to south)

以浦東機場向南運行為例，如圖6所示，窄距跑道的北端兩側(cè)布局機位，造成進、出港流程交叉，多個方向的起飛、進港滑行流在此匯聚，再加上跑道北端出港排隊空間受限，這些因素綜合導(dǎo)致了目前跑道北端運行效率較低的情況。反觀亞特蘭大機場，如圖7所示，在其運行最復(fù)雜的08R、08L跑道西端設(shè)置1條繞滑，有以下優(yōu)點：①實現(xiàn)了進離港流程的基本分離；②外側(cè)落地飛機向東落地后，反向滑行，從繞滑進入機坪，避免干擾起飛跑道，縮短了起飛飛機的等待時間，雖然落地飛機滑行距離明顯加大，但其滑行速度比較大，且進、出流程彼此不干擾，所以進港滑行時間并不長。

3.3 垂直聯(lián)絡(luò)道

垂直聯(lián)絡(luò)道不僅是串聯(lián)分流2組窄距跑道起降航班的橋梁支柱，也是分流串聯(lián)跑道系統(tǒng)與站坪系統(tǒng)的重要紐帶。浦東機場目前只有垂直聯(lián)絡(luò)道1組（兩條），如圖1的中的T3和T4，位于航站樓南側(cè)，相對于兩側(cè)跑道大致居中。而亞特蘭大機場在兩組窄距平行跑道之間一共設(shè)置6組（12條，雙向）垂直聯(lián)絡(luò)道，即在機坪外部設(shè)置1組（C滑和D滑）；在機坪內(nèi)部設(shè)置5組（10條）作為垂直聯(lián)絡(luò)道使用的機坪滑行道，按80m一組的間隔分布于各航站樓之間，如圖8所示。

圖7 亞特蘭大機場北側(cè)窄距平行跑道運行流程示意（向東運行）Fig.7 Operation process of northern closely spaced parallel runways at ATL(operating to east)

圖8 亞特蘭大機場機坪垂直聯(lián)絡(luò)道布局Fig.8 Vertical linking taxiway layout at ATL

浦東機場垂直聯(lián)絡(luò)道數(shù)量上遠低于亞特蘭大機場（相差10條），導(dǎo)致運行方面出現(xiàn)3個問題：①垂直聯(lián)絡(luò)滑行道數(shù)量難以匹配運量，即容量對外無法匹配跑道數(shù)量，對內(nèi)難以匹配停機位數(shù)量，不僅無法疏散跑道間往返和停機位進出航班流，反而形成聚合效應(yīng)產(chǎn)生擁堵；②特情處置的回旋余地很小，2條垂直聯(lián)絡(luò)道一旦出現(xiàn)航空器故障，將導(dǎo)致單向通道完全鎖死、阻斷循環(huán)并外延引發(fā)連鎖效應(yīng)；③滑行距離差異巨大，經(jīng)測算浦東機場進港航班從脫離跑道至進入機坪的平均滑行距離是3 km，最近不到1 km，但最遠9.3 km；而亞特蘭大機場的平均滑行距離是1.75 km，且同一機位的飛機前往任意一組窄距平行跑道的滑行距離基本等同，垂直聯(lián)絡(luò)道的設(shè)置應(yīng)是導(dǎo)致該差異的主要原因。

3.4 快速脫離道

浦東機場內(nèi)側(cè)兩條主起跑道（16R/34L、17L/35R跑道）每個方向分別設(shè)置了3條和2條快速脫離道，只允許向一側(cè)脫離；外側(cè)兩條主降跑道（17R/35L、16L/34R跑道）允許向兩側(cè)脫離（由于機坪分散于跑道兩側(cè)），每個方向均分別設(shè)置了6條（跑道兩側(cè)各3條）快速脫離道。亞特蘭大機場內(nèi)側(cè)兩條主起跑道26L與27R、外側(cè)主降跑道27L及起降結(jié)合的28號跑道只允許向一側(cè)脫離，分別設(shè)置了2、1、2、2條快速脫離道（向西運行）；外側(cè)主降26R允許向兩側(cè)脫離，共設(shè)置了3條快速脫離道。

因此，從數(shù)量上看，亞特蘭大機場快速脫離道數(shù)量明顯少于浦東機場，其原因如下：①其跑道起降職能相對固定、規(guī)劃精細，主起跑道的脫離道數(shù)量僅為1～2條，主降跑道提升至2～3條，而浦東機場全部為3條高配設(shè)置（除16R以外）；②其跑道起降職能定位清晰，主降跑道長度均在3 000 m以內(nèi)，設(shè)置2～3條快速脫離道基本夠用。從距離上看，其主降跑道的首個脫離道口距離跑道入口多為1 600 m左右，分別以200 m（3條脫離道）或500 m（2條脫離道）的間距依次規(guī)劃但略有差異。主起跑道的首個脫離道口距離跑道入口多為2 000 m左右，間距多為500 m左右但略有差異。而浦東機場主起與主降跑道的首個脫離道口距離跑道入口相差無幾（1 700 m/1 800 m），且脫離道間距均為400 m。

由此可見，亞特蘭大機場脫離道并非整齊劃一，更多是基于跑道長度、依據(jù)起降分工（主起、主降或起降結(jié)合）即設(shè)置，并著重考慮了運營機型比例性能、通?？洼d情況和機場氣象特點等實際運行因素。

4 對比分析和借鑒

4.1 滑行道系統(tǒng)規(guī)劃對比分析總結(jié)

綜合以上詳細分析，滑行道系統(tǒng)規(guī)劃對比結(jié)果如表3所示。

表3 PVG和ATL滑行道系統(tǒng)規(guī)劃對比結(jié)果Tab.3 Comparison result of taxiway system planning between PVG and ATL

4.2 對中國繁忙機場規(guī)劃設(shè)計的借鑒意義

以上兩大機場均擁有2組窄距平行跑道，此構(gòu)型布局也是未來中國大型機場主要的構(gòu)型布局，如表4所示，2組窄距平行跑道運行模式是規(guī)劃設(shè)計的主流（表4中標(biāo)注★的機場均為此模式）。2組窄距跑道運行模式下，如何保持滑行道系統(tǒng)的整體連通性，值得機場規(guī)劃設(shè)計者和運行管理者高度重視。因為一般而言，滑行道容量明顯超過跑道系統(tǒng)容量，所以較少出現(xiàn)滑行道系統(tǒng)率先達到運行瓶頸的情況，但規(guī)劃不當(dāng)也容易出現(xiàn)“局部”瓶頸點。

表4 國內(nèi)起降架次排名前10機場跑道構(gòu)型Tab.4 Runway configuration of Chinese Top Ten airports according to aircraft movements

結(jié)合上述分析，有以下規(guī)劃建議：

1）對于起飛等待區(qū)域，建議根據(jù)機場實際流量或預(yù)期增量設(shè)置或預(yù)留雙通道/三通道的起飛等待坪，并配以3～4條起飛端旁通滑行道，但必須注意，這種設(shè)置也增加了跑道入侵的可能性，需要目視助航設(shè)備、地面管制規(guī)則等方面相應(yīng)調(diào)整或者增強。此外，盡可能避免在起飛等待區(qū)域附近規(guī)劃機位，并盡可能保證該區(qū)域不受其他流程干擾。

2）借鑒亞特蘭大機場的發(fā)展歷史，如果候機樓群全部集中于2組窄距跑道中間，那么并非所有的窄距跑道端均需設(shè)置繞行滑行道，亞特蘭大機場采取了比較務(wù)實的做法。究其本質(zhì)而言，設(shè)置繞行滑行道提升了跑道安全卻犧牲了滑行效率，提升了起飛效率卻犧牲了落地滑行效率。但如果窄距跑道端流程錯綜復(fù)雜，無法實現(xiàn)進離港的分流，那么設(shè)置繞滑就很有必要。

3）合理的垂直聯(lián)絡(luò)道規(guī)劃是兩組窄距平行跑道高效運行的關(guān)鍵。在2組窄距平行跑道布局下，無論是中國還是美國，都無法實現(xiàn)完全意義上的就近起飛或就近降落，這必然導(dǎo)致航班在兩組窄距平行跑道間流動，而垂直聯(lián)絡(luò)道的作用正在于此。浦東機場航站樓主體與跑道方向平行，2組窄距平行跑道之間的連通性天然受到限制。建議國內(nèi)新建機場根據(jù)預(yù)測增量、總量分流和匹配關(guān)系至少設(shè)置或預(yù)留2組4條（含）以上垂直聯(lián)絡(luò)道，并據(jù)此規(guī)劃機場航站樓系統(tǒng)的整體布局，只有這樣，各機位進出航班滑行距離才會比較均勻。

4）在航站樓群布局居中而非兩側(cè)的前提下，建議主起跑道快速脫離道數(shù)量最少、主降跑道快速脫離道數(shù)量次之；在距離上，機場、空管和基地公司需聯(lián)合研究本場機型比例性能、通常客載情況、機場氣象特點、管制指揮需求和飛行實際操作等運行因素再予以確定。

5 結(jié)語

以中美兩大典型繁忙機場為分析對象，暫不考慮機場終端空域環(huán)境、進出港航路航線布局、尾流間隔等因素，結(jié)合地面滑行各階段的運行指標(biāo)值，對兩場的地面滑行道系統(tǒng)進行對比，揭示了兩場在規(guī)劃方面差異較大的4個部分，分別是起飛等待區(qū)域、繞行滑行道、垂直聯(lián)絡(luò)道和快速脫離道，并據(jù)此為中國繁忙機場新一輪改擴建或新建提出有針對性的規(guī)劃建議。