繞行滑行道的設(shè)置對機場運行的影響分析
——以上海浦東國際機場為例

林有超，唐小衛(wèi)

（南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，南京 211106）

窄距平行跑道在節(jié)約占地面積和提升機場運行容量等方面有其獨特的優(yōu)勢，一組或多組窄距平行跑道的構(gòu)型正在被越來越多的機場所采用。在中國旅客吞吐量排名前十的機場中，上海浦東國際機場、上海虹橋國際機場、廣州白云國際機場和重慶江北國際機場等均采用窄距平行跑道運行模式。然而窄距平行跑道運行模式下，飛機在進行場面活動時更易產(chǎn)生各類沖突，這些沖突會降低地面滑行效率，給機場帶來安全隱患。為了避免這些沖突，可在窄距平行跑道運行模式下，在跑道末端設(shè)置繞行滑行道（EAT, end-around taxiway）以減少跑道穿越次數(shù)。

針對繞行滑行道設(shè)置，國外學(xué)者已經(jīng)開展諸多研究。Satyamurti 等[1]以最少管制指令為目標(biāo)，模擬仿真繞滑的運行。Engelland 等[2]分析了達拉斯沃思堡機場（DFW）繞滑運行的影響，從滑行道整體和局部兩方面量化了使用繞滑后的飛機滑行時間及使用次數(shù)。Uday等[3]從飛機日平均燃料使用量的角度分析了達拉斯沃思堡機場（DFW）使用繞滑后該指標(biāo)的變化程度。Massidda 等[4]研究發(fā)現(xiàn)達拉斯沃思堡機場（DFW）繞滑可以提升跑道安全性、增加跑道容量、減少航班延誤率。Le 等[5]從減少碳排放的角度進行繞行滑行道的研究，分別分析了哈茨菲爾德-杰克遜國際機場（ATL）、達拉斯沃思堡機場（DFW）和底特律機場（DTW）繞行滑行道的使用情況。由上可知，國外學(xué)者對于繞滑問題的研究，主要從減少管制指令、提升跑道安全性、增加跑道容量、減少航班延誤率和減少碳排放等方面進行研究。而國內(nèi)目前的研究重點還停留在繞滑的概念[6]、運行條件、模式及策略[7-11]方面。同時，一般研究繞滑的國內(nèi)外文獻，其研究范圍僅局限于跑滑系統(tǒng)，未考慮具體停機位分配對繞滑使用的影響。

基于目前國內(nèi)外學(xué)者的相關(guān)研究，在考慮繞滑對機場運行影響的分析中加入各進港航班預(yù)指派停機位因素，各航空器滑行路徑以進港航班脫離跑道為起點，具體預(yù)指派停機位為終點。以上海浦東國際機場為例，首先探討了在其窄距平行跑道設(shè)置繞行滑行道的路徑示意圖及運行規(guī)則，然后根據(jù)該運行規(guī)則從進港滑行時間和跑道容量兩方面進行仿真分析。

1 繞行滑行道概念

隨著機場航班量的增加，一些具有窄距平行跑道的機場建造了繞行滑行道。2008年12月22日達拉斯沃思堡機場（DFW）南部繞行滑行道正式投入使用[2]。目前國外已經(jīng)投入使用繞行滑行道的機場還包括喬治-布什機場（IAH）、哈茨菲爾德-杰克遜國際機場（ATL）和底特律機場（DTW）等。國內(nèi)機場方面，僅上海虹橋國際機場在二期擴建工程中設(shè)計了繞行滑行道，但目前尚未投入使用。

在窄距平行跑道運行模式下，離場飛機通常使用內(nèi)側(cè)跑道（靠近停機坪）起飛，進場飛機通常使用外側(cè)跑道進行著陸。因此，進場飛機一般要穿越離場跑道到達停機坪，這是窄距平行跑道會增加安全隱患的原因。同時，進場飛機只有等待離場飛機起飛后，才能穿越跑道，這不僅降低了離場跑道的運行效率，同時也降低了進場飛機的滑行效率。為解決這些問題，可在進場跑道末端增加一條“U”型滑行道，使進場飛機可以繞過離場跑道，直接到達停機坪，該滑行道被稱為繞行滑行道，如圖1 所示。

圖1 機場繞行滑行道示意圖Fig.1 EAT diagram

2 上海浦東國際機場繞行滑行道運行規(guī)則

上海浦東國際機場是世界最繁忙的機場之一，2017年其飛機起降總計496 774 架次，同比增長3.52%，旅客吞吐量7 000.12 萬人次，同比增長6.06%[12]。對于日漸增長的運輸需求，上海浦東國際機場目前已采取多種措施來增加機場容量，例如在飛行區(qū)東側(cè)區(qū)域新增停機位，在16L/34R 跑道東側(cè)投資修建新跑道等。該擴容方式耗時久，需投入巨大資金。另一種方式是提高機場管理水平，合理利用資源，增加機場運行效率。上海浦東國際機場還可采取設(shè)置“U”型繞行滑行道的措施。設(shè)置“U”型繞行滑行道可減少跑道穿越次數(shù)，同時資金投入量相對修建新跑道明顯更少。

上海浦東國際機場目前到港飛機主要以C 類飛機為主，因此設(shè)置繞行滑行道也服務(wù)于C 類以下（包含C 類）飛機。對于進港較少的機型，D、E 或F 類飛機進港，選擇等待穿越跑道即可。設(shè)置繞行滑行道后，C類以下飛機可選擇等待穿越跑道或直接通過繞行滑行道到達機坪。上海浦東國際機場目前有兩組窄距平行跑道，其中17L/35R 和16R/34L 跑道為離港跑道，17R/35L 和16L/34R 跑道為進港跑道。17L/35R 和17R/35L跑道北端設(shè)有很多停機位，南端多為維修機坪，且17R/35L 跑道比17L/35R 跑道短600 m；因此在17L/35R和17R/35L 兩端設(shè)置繞行滑行道改善效果不明顯。16R/34L和16L/34R 跑道南端目前運行流程固定，且16R/34L跑道南端入口距離機坪有一定距離，16R/34L 和16L/34R 跑道北端跑道齊整，且16R/34L 跑道北端入口處就是8 號機坪，同時該跑道北端凈空要求也滿足設(shè)置繞行滑行道的條件，因此在16R/34L 和16L/34R 跑道北端具備設(shè)置繞行滑行道的條件。為了保證繞行滑行道安全運行，需滿足《國際民用航空公約附件14—機場》關(guān)于凈空條件的限制，繞行滑行道長度取1 700 m，如圖2 所示。

航空器向北運行滑行路徑示意圖如圖3 所示。圖3（a）是飛機在16L/34R 跑道向北運行進港后，通過繞行滑行道的滑行路徑。圖3（b）是飛機在16L/34R 跑道向北運行進港后，不通過繞行滑行道，即選擇穿越跑道到達機坪的滑行路徑。

航空器向南運行滑行路徑示意圖如圖4 所示。圖4（a）是飛機在16L/34R 跑道向南運行進港后，飛機降落在16L 上，然后掉頭通過繞行滑行道達到機坪的滑行路徑。圖4（b）是飛機在16L/34R 跑道向南運行進港后，不使用繞行滑行道的滑行路徑。

圖2 浦東機場繞行滑行道示意圖Fig.2 EAT diagram of PVG

圖3 航空器向北運行滑行路徑示意圖Fig.3 Aircraft north-flow taxiing routes

圖4 航空器向南運行滑行路徑示意圖Fig.4 Aircraft south-flow taxiing route

對于向南運行進港的飛機而言，使用繞行滑行道的成本會遠大于等待穿越跑道的成本，因為飛機向南運行，若想使用繞行滑行道，必須脫離跑道后調(diào)頭向北滑行，一般情況下，此滑行路徑會花費更多的滑行時間，占用滑行道時間更長。航空器是否使用繞滑的運行規(guī)則如圖5 所示。

圖5 繞行滑行道使用規(guī)則流程圖Fig.5 EAT using procedure

3 仿真分析

以上海浦東國際機場16R/34L 和16L/34R 跑道為例對繞行滑行道的運行進行Flexsim 仿真分析。繞滑運行規(guī)則按圖5 運行。為了簡化模型，現(xiàn)只考慮進離港飛機全為向北運行，且停機坪僅為東側(cè)機坪的仿真模擬。飛機滑行路徑如圖3 所示。

為保證機場場面運行安全，在機場場面上同向滑行的兩架航空器的滑行最低間隔規(guī)定如下：當(dāng)前機為重型機時，后機與前機的最低間隔為300 s；當(dāng)前機為中型機時，后機與前機的最低間隔為200 s；當(dāng)前機為輕型機時，后機與前機最低間隔為100 s。

3.1 仿真數(shù)據(jù)

機場越繁忙，繞行滑行道的使用意義更加顯著。上海浦東國際機場某周工作日各時間段的高峰小時圖如圖6 所示。通過圖6 可知，高峰小時呈現(xiàn)周期性分布，周期為1 天。每天當(dāng)中17：00～19：00 達到峰值，因此，可選取19日18：00～19：00 16R/34L 和16L/34R跑道實際離港和進港航班作為仿真數(shù)據(jù)。

圖6 某周工作日各時間段進出港架次高峰小時Fig.6 Peak hours of arrival and departure sorties in every period of working days during one week

18：00～19：00 由16L/34R 跑道進港的航班時刻表如表1 所示，18：00～19：00 由16R/34L 跑道離港的航班時刻表如表2 所示。表1 和表2 中，飛機等級均為C類飛機。

表1 18:00～19:00 由16L/34R 跑道進港的航班時刻表Tab.1 Arriving flight schedule from 16L/34R（18:00～19:00）

部分仿真參數(shù)如下：停機位共74 個，繞行滑行道總長度1 700 m，進離港航空器平均跑道占用時長均為1 min。由于使用繞行滑行道不存在跑道沖突問題，因此，使用繞行滑行道滑行的速度相比穿越跑道的滑行速度較快，使用繞行滑行道的平均滑行速度為450 m/min，不使用繞行滑行道的平均滑行速度為350 m/min。

表2 18:00～19:00 由16R/34L 跑道離港的航班時刻表Tab.2 Departure flight schedule from 16L/34R（18:00～19:00）

3.2 結(jié)果分析

1）進港滑行時間及滑行策略

運用Flexsim 仿真軟件分別對是否使用繞行滑行道進行場面仿真模擬，可得到航空器使用繞行滑行道和不使用繞行滑行道進港的滑行總時間（即穿越跑道滑行時間+等待時間），并給出使用繞行滑行道時，各航空器的最終滑行策略。如表3 所示。

從表3 可知，18：00～19：00 共有23 個進港航班，其中使用繞行滑行道的航班數(shù)量為5 個，繞行滑行道的使用率為21.7%。若所有航班均不使用繞行滑行道，進港平均滑行時間為8.11 min，方差為5.83；使用繞行滑行道后，進港平均滑行時間為7.81 min，方差為5.40。由此可以看出，使用繞行滑行道后，進港平均滑行時間有所減少且時間波動相對穩(wěn)定。

表3 進場航班各航空器滑行策略Tab.3 Aircraft taxiing strategies for arriving flights

2）跑道容量

使用繞行滑行道，降低了傳統(tǒng)運行模式下由于跑道穿越對離港航班造成等待延誤的影響，增加了跑道容量。根據(jù)王維等[13]提出的機場近距平行跑道一起一降模式下的容量計算模型，可計算出該組窄距平行跑道在“內(nèi)起外降”（16R/34L 跑道為起飛跑道，16L/34R跑道為降落跑道）模式下的容量為47.59 架/h，使用繞行滑行道后，該容量增加為51.11 架/h，增加7.40%。

4 結(jié)語

通過對上海浦東國際機場設(shè)置繞行滑行道對機場運行的影響進行仿真分析，可得出以下結(jié)論。

1）設(shè)置繞行滑行道可有效提高機場窄距平行跑道運行模式的安全性。同時，進港航空器的滑行策略在原來直接穿越跑道和等待穿越跑道的基礎(chǔ)上增加了使用繞行滑行道策略，豐富了進港航空器滑行選擇策略。

2）設(shè)置繞行滑行道與未設(shè)置繞行滑行道相比，進港滑行時間明顯減少，跑道容量明顯增加，有效提高了機場運行效率。

此外，飛機降落方向、天氣等因素均對繞行滑行道的使用有影響，但目前研究僅考慮了降落方向為直接駛?cè)肜@行滑行道且天氣狀況良好的情況，對于更為復(fù)雜的繞行滑行道運行，還有待進一步研究。