基于飛機(jī)滑行效率提升的機(jī)場平面設(shè)計研究

王 維 倪佳琦

(中國民航大學(xué)機(jī)場學(xué)院,天津 300300)

1 概述

飛機(jī)地面滑行效率在很大程度上決定機(jī)場運(yùn)行效率，目前我國大、中型機(jī)場的飛機(jī)地面滑行效率普遍不高。例如，2017年歐洲機(jī)場中，希思羅機(jī)場額外滑出時間最長約為8.48 min/架次，而北京首都機(jī)場2017年的額外滑行時間超過19 min/架次，其他機(jī)場額外滑行時間大多在8 min/架次～12 min/架次。限制機(jī)場飛機(jī)地面滑行效率的原因一般有兩種，分別是機(jī)場運(yùn)行管理問題和機(jī)場時空資源問題。由于運(yùn)行管理等后期因素對飛機(jī)地面滑行效率的限制可通過提高地面運(yùn)行協(xié)同程度、優(yōu)化航班時刻和滑行路徑等方式進(jìn)行緩解或解除，而機(jī)場時空資源規(guī)劃不合理對于飛機(jī)地面滑行效率的不利影響需要通過機(jī)場改擴(kuò)建來解決，這不僅需要很高的建設(shè)成本，還會影響機(jī)場的正常運(yùn)行，因此機(jī)場應(yīng)在規(guī)劃設(shè)計階段即充分優(yōu)化機(jī)場布局以保障所服務(wù)飛機(jī)的地面滑行效率。

本文分析了機(jī)場航站區(qū)布局、飛行區(qū)布局對飛機(jī)地面滑行效率的影響，提出了基于提升飛機(jī)地面滑行效率的機(jī)場航站區(qū)、飛行區(qū)布局規(guī)劃優(yōu)化建議，為從機(jī)場規(guī)劃設(shè)計層面提高機(jī)場運(yùn)行效率，幫助機(jī)場最大限度地發(fā)揮運(yùn)輸能力，提高機(jī)場在交通運(yùn)輸市場中的競爭力提供參考建議。

2 機(jī)場平面布局限制

2.1 航站區(qū)布局的限制

2.1.1航站樓構(gòu)型

航站樓為旅客提供從陸側(cè)到空側(cè)接駁服務(wù)，同時也為飛機(jī)提供靠泊服務(wù)。目前我國大中型機(jī)場主流的航站樓構(gòu)型主要有五種：指廊型(finger pier)、衛(wèi)星型(satellite)、線型(linear)、轉(zhuǎn)運(yùn)車型(transporter)以及綜合式。截至2019年年底，我國年旅客吞吐量超過一千萬的大型機(jī)場(共39個)航站樓通常被設(shè)計為三種構(gòu)型，分別為前列式、指廊式、指廊式與前列式結(jié)合的組合式，其具體統(tǒng)計情況如表1所示。

表1 國內(nèi)大中型機(jī)場航站樓構(gòu)型統(tǒng)計

航站樓的布局構(gòu)型不僅影響旅客乘機(jī)體驗(yàn)，也在很大程度上決定了停機(jī)坪布局和停機(jī)位分布，影響飛機(jī)靠泊的便利性和飛機(jī)進(jìn)離港滑行距離，進(jìn)而影響飛機(jī)在航站區(qū)的滑行效率。如：A機(jī)場(如圖1所示)和B機(jī)場(如圖2所示)年旅客吞吐量接近，但平均離港滑出時間分別為27 min和22.9 min[1]。其原因之一就是A機(jī)場前列式航站樓在一定程度上延長了飛機(jī)地面滑行時間，占用了大量的機(jī)坪和跑滑系統(tǒng)資源，而B機(jī)場的指廊式航站樓則比A機(jī)場而言節(jié)省了大量的旅客轉(zhuǎn)移和飛機(jī)滑行時間。

2.1.2機(jī)坪布局

機(jī)坪區(qū)域是連接航站樓和跑滑系統(tǒng)的紐帶，為飛機(jī)提供靠泊和進(jìn)出停機(jī)位的滑行服務(wù)。我國大型機(jī)場的機(jī)坪布局各相迥異，對飛機(jī)滑行效率的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1)機(jī)坪空間不足。

一方面，停機(jī)坪面積不足導(dǎo)致無法設(shè)置更多的機(jī)坪滑行路徑，使飛機(jī)在滑行過程中發(fā)生沖突時難以及時解脫；另一方面，停機(jī)坪空面積不足不能在大航班密度時為飛機(jī)地面滑行提供充足的空間和安全余度，既限制了機(jī)場地面容量，也使飛機(jī)地面滑行操作更加復(fù)雜，從而降低飛機(jī)地面滑行效率和安全性。

2)機(jī)坪與跑滑系統(tǒng)的距離較遠(yuǎn)。

飛機(jī)進(jìn)出機(jī)坪需要滑行較長距離，一方面增加飛機(jī)地面滑行時間和安全風(fēng)險，飛機(jī)占用跑滑系統(tǒng)的時間增加，造成其他飛機(jī)在跑滑系統(tǒng)外的排隊(duì)等待。

3)機(jī)坪構(gòu)型不利于飛機(jī)滑進(jìn)推出。

飛機(jī)在進(jìn)出機(jī)坪時產(chǎn)生滑行擁堵，增加飛機(jī)地面滑行延誤。

2.2 飛行區(qū)布局限制

2.2.1跑滑系統(tǒng)布局

跑滑系統(tǒng)主要由跑道、平行滑行道、垂直聯(lián)絡(luò)道、快速出口滑行道組成，是飛機(jī)在起飛和降落階段的主要活動區(qū)域[2]。跑滑系統(tǒng)對機(jī)場地面滑行效率的限制主要體現(xiàn)在以下方面：

1)跑道數(shù)量不足。在機(jī)場運(yùn)行中，出于安全和時間、空間限制，單跑道在單位時間內(nèi)能服務(wù)的飛機(jī)數(shù)量有限，因此跑道的數(shù)量直接決定了跑道的容量，當(dāng)航班量超過跑道系統(tǒng)容量時，就會導(dǎo)致跑道系統(tǒng)內(nèi)的沖突、擁堵和等待時間增加，直接限制飛機(jī)的地面滑行效率。以C機(jī)場和D機(jī)場為例，兩機(jī)場的客貨運(yùn)輸量和航班起降架次情況如表2所示，飛行區(qū)布局見圖3，圖4。

表2 C機(jī)場和D機(jī)場數(shù)據(jù)對比

2017年，兩機(jī)場航空業(yè)務(wù)量相當(dāng)，年起降架次均為18萬架次左右(差額小于4%)，且航站樓構(gòu)型相似，均為指廊式+前列式的綜合式構(gòu)型。C機(jī)場飛行區(qū)與跑滑系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)道為11條，而D機(jī)場只有7條，因此C機(jī)航站區(qū)處理航班的能力應(yīng)高于D機(jī)場。但是由于D機(jī)場跑滑系統(tǒng)構(gòu)型為二跑二滑，兩條跑道采用一起一降的隔離運(yùn)行方式[3]，而C機(jī)場只有一條跑道來承擔(dān)密集的航班起降架次，因此，根據(jù)2017年全國民航運(yùn)行效率報告，C機(jī)場從飛機(jī)推出后至起飛的平均滑行時間接近D機(jī)場平均滑出時間的兩倍。由此來看，跑道數(shù)量是影響飛機(jī)地面滑行效率的主要因素之一。

2)快速出口滑行道設(shè)置不合理?？焖俪隹诨械揽墒癸w機(jī)以較高速度滑行快速脫離跑道，可在一定程度上減少跑道、滑行道占用時間[3]?？焖俪隹诨械牢恢迷O(shè)計，應(yīng)根據(jù)機(jī)場所在地的氣象條件、機(jī)場跑道的物理?xiàng)l件、機(jī)型組合以及飛機(jī)的性能等確定，以使飛機(jī)能夠在降落后減速到適當(dāng)速度時能夠便捷地找到相應(yīng)出口脫離跑道，減少跑道占用時間。目前國內(nèi)機(jī)場快速滑行道出口的位置通常是按照一定設(shè)計經(jīng)驗(yàn)來設(shè)定，一般在距離跑道端1 900 m,2 300 m,2 700 m的位置設(shè)置角度為30°的快速出口，使得快速出口滑行道布置不一定滿足飛機(jī)的滑行需求[5]。

3)跑道入口數(shù)量不足。跑道入口是飛機(jī)從滑行道、停機(jī)坪等位置進(jìn)入跑道的通道，跑道入口數(shù)量不足會導(dǎo)致飛機(jī)進(jìn)入跑道的過程不流暢，進(jìn)而造成擁堵或額外排隊(duì)等待，限制飛機(jī)的地面滑行效率。國內(nèi)機(jī)場通常最多在跑道端頭設(shè)置兩個入口，大部分機(jī)場只有一個跑道入口，當(dāng)某個入口因?yàn)橐恍┎豢煽氐脑驘o法使用時，飛機(jī)無法通過其他跑道入口進(jìn)入跑道，極大增加了飛機(jī)在跑道入口發(fā)生擁堵的概率，從而限制飛機(jī)滑行效率。國外很多機(jī)場，例如美國的E機(jī)場(見圖5)，其35L號跑道的端頭設(shè)置了3個跑道入口，極大降低飛機(jī)在跑道入口擁堵概率。

4)跑道等待位置空間不足。當(dāng)機(jī)場航班量較大時，處于排隊(duì)等待狀態(tài)的飛機(jī)會占用滑行道資源，從而影響其他航班對滑行道的使用，增加飛機(jī)平均滑出時間，降低飛機(jī)地面滑行效率。例如F機(jī)場(見圖6)，跑道起飛等待位置的空間有限，在機(jī)場航班數(shù)較大時，這部分空間無法滿足航空器的運(yùn)行條件，只能占用T1，T2滑行道資源，這勢必會在一定程度上對其他航空器的滑行造成擁堵，從而使航空器在地面的滑行效率低下。

5)跑道穿越影響。對于航站樓在跑道一側(cè)的近距平行跑道機(jī)場，一般采用內(nèi)側(cè)跑道起飛，外側(cè)跑道降落的運(yùn)行模式[5]。使用外側(cè)跑道的降落飛機(jī)必須穿越內(nèi)側(cè)的跑道才能滑入對應(yīng)的停機(jī)位，為使降落飛機(jī)有符合標(biāo)準(zhǔn)的時間間隔穿越內(nèi)側(cè)跑道，勢必會增加內(nèi)側(cè)跑道起飛時刻的占用時間。隨著機(jī)場航空業(yè)務(wù)量的不斷增加，飛機(jī)穿越量也不可避免的增多，因此，內(nèi)側(cè)跑道資源被不斷占用，降低了跑道的運(yùn)行效率。

2.2.2機(jī)坪與跑滑系統(tǒng)聯(lián)結(jié)狀況

機(jī)坪和跑滑系統(tǒng)是飛機(jī)在地面活動的兩個主要場所，飛機(jī)的進(jìn)港和離港過程需要在這兩個場所之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此除了機(jī)坪和跑滑系統(tǒng)本身的條件對飛機(jī)的滑行效率產(chǎn)生影響之外，機(jī)坪和跑滑系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)狀況也是飛機(jī)能否在地面流暢滑行的關(guān)鍵。目前，我國的大、中型機(jī)場由于最初的設(shè)計缺陷或者后期的改擴(kuò)建不夠合理，機(jī)坪與跑滑系統(tǒng)聯(lián)結(jié)狀況參差不齊，絕大部分機(jī)場存在機(jī)坪和跑滑系統(tǒng)之間聯(lián)絡(luò)道數(shù)量不夠，布局不夠合理的狀況。以G機(jī)場和H機(jī)場為例，兩個機(jī)場基本情況見表3，飛行區(qū)布局如圖7，圖8所示。

表3 G機(jī)場和H機(jī)場數(shù)據(jù)對比

由表3可以看出：一方面， G機(jī)場的飛機(jī)起降架次比H機(jī)場少7.1%，運(yùn)行壓力較小，但G機(jī)場飛機(jī)的平均滑出時間約為H機(jī)場的1.4倍；另一方面，G機(jī)場和H機(jī)場的航站樓構(gòu)型與跑滑系統(tǒng)布局相似，但是機(jī)坪與跑滑系統(tǒng)之間的聯(lián)結(jié)狀況存在較大差異。

首先，兩機(jī)場聯(lián)絡(luò)道的數(shù)量不同，如圖7，圖8所示，G機(jī)場機(jī)坪與東、西跑道之間有12條聯(lián)絡(luò)道，而H機(jī)場機(jī)坪與東、西跑道之間有17條聯(lián)絡(luò)道，顯然G機(jī)場聯(lián)絡(luò)道的數(shù)量較少，飛機(jī)從機(jī)坪到滑行道的過程中，可供選擇的滑行路徑較少。

其次，G機(jī)場機(jī)坪與跑滑系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)道較窄，且不存在機(jī)坪與滑行道直接相連的情況，這使飛機(jī)在運(yùn)行時的活動空間有限，降低了飛機(jī)的操縱靈活性，延長了滑行時間。

3 機(jī)場平面布局優(yōu)化措施

3.1 航站區(qū)布局改進(jìn)

3.1.1航站樓構(gòu)型

航站樓構(gòu)型應(yīng)提供充足的停機(jī)位的數(shù)量和合理的停機(jī)位位置分布。其設(shè)計的改進(jìn)可以參考以下幾條措施：

1)盡量采用主樓+衛(wèi)星廳構(gòu)型。

一方面，這種構(gòu)型的航站區(qū)布局更具靈活性，也可以提供更多的停機(jī)位，特別是可以提供更多的近機(jī)位；另一方面，圍繞這種構(gòu)型的航站樓分布的停機(jī)位一般呈放射狀分布，便于飛機(jī)進(jìn)出；而且，此類航站樓為未來機(jī)場的改擴(kuò)建提供了空間。

2)指廊型航站樓應(yīng)在指廊之間留有充足空間。

隨著機(jī)場發(fā)展，不僅機(jī)場服務(wù)的飛機(jī)型號會不斷變化，?？康娘w機(jī)體積也會越來越大。如果指廊間的空間不足，會限制大型飛機(jī)的?？壳以诖笮惋w機(jī)的進(jìn)出時極易造成擁堵和增大安全風(fēng)險，從而影響飛機(jī)的地面滑行效率。

3.1.2機(jī)坪布局

機(jī)坪應(yīng)為飛機(jī)地面滑行提供充足的空間、路徑需求，保證飛機(jī)從跑滑系統(tǒng)到停機(jī)位的滑行順暢便捷。其設(shè)計的改進(jìn)可以參考以下幾條措施：

1)保證機(jī)坪面積足夠。

著眼于機(jī)場的長期發(fā)展，綜合機(jī)場將承擔(dān)的旅客和貨郵運(yùn)輸任務(wù)量，在建設(shè)之初需要為機(jī)場機(jī)坪提供充足的面積，以保證在機(jī)場航班密度較大時，飛機(jī)仍有足夠的活動空間，減少飛機(jī)運(yùn)行沖突，提高飛機(jī)運(yùn)行效率。

2)保證機(jī)坪構(gòu)型合理。

在保證每架飛機(jī)擁有足夠的活動空間的同時，應(yīng)保障飛機(jī)進(jìn)出機(jī)位滑行的便捷性，避免“瓶頸”區(qū)域的出現(xiàn)。

3)保證機(jī)坪和跑滑系統(tǒng)布局的緊湊性，便于飛機(jī)快速脫離跑滑系統(tǒng)到達(dá)停機(jī)位，減少滑行時間和滑行沖突。

3.2 飛行區(qū)布局改進(jìn)措施

飛行區(qū)是飛機(jī)在機(jī)場地面的主要活動區(qū)域，在機(jī)場規(guī)劃設(shè)計之初要著眼于機(jī)場的長期發(fā)展對其空間布局進(jìn)行綜合規(guī)劃，以求為后期的改擴(kuò)建提供良好的基礎(chǔ)及避免空間浪費(fèi)。

3.2.1跑滑系統(tǒng)布局

1)合理設(shè)置跑道的數(shù)量和間距。

目前，我國39個千萬級機(jī)場中有25個機(jī)場為單跑道機(jī)場，其中有13個機(jī)場正在或擬建新跑道。由此可見，很多機(jī)場在規(guī)劃建設(shè)之初未充分考慮其遠(yuǎn)期發(fā)展趨勢，從而將跑道這一重要設(shè)施的數(shù)量規(guī)劃的不合理。當(dāng)機(jī)場遠(yuǎn)期旅客吞吐量超過1 000萬時，應(yīng)考慮建設(shè)兩條以上跑道以保證其運(yùn)輸能力。

同時，當(dāng)跑道數(shù)量一定時，跑道間距較大的跑道系統(tǒng)具備更好的容量擴(kuò)充能力。當(dāng)實(shí)施合理的進(jìn)離場程序時，間距大于300 m的跑道系統(tǒng)容量提升空間明顯高于間距小于300 m的跑道系統(tǒng)，且其運(yùn)行程序的可實(shí)施性和靈活性也優(yōu)于小間距跑道[7]。如上海浦東機(jī)場，東側(cè)兩條跑道間隔760 m，高峰小時每小時的起降架次達(dá)到46架，而西側(cè)跑道間隔460 m，每小時起降架次為34架。

2)合理設(shè)置跑道穿越道和繞滑道。

國內(nèi)外消減跑道穿越對飛機(jī)影響正?；械姆椒ㄒ话阌袃煞N。以M,N機(jī)場為代表的機(jī)場設(shè)置繞行滑行道(見圖9，圖10)，即在跑道端修建一條或者多條繞行滑行道，到港飛機(jī)無需穿越跑道，只需通過繞行繞滑道即可到達(dá)機(jī)位。此方法不影響內(nèi)側(cè)起飛飛機(jī)的運(yùn)行，同時減少了穿越跑道飛機(jī)的地面等待時間，可顯著提升機(jī)場地面運(yùn)行效率；第二種方法是在內(nèi)側(cè)跑道設(shè)置多條穿越道，當(dāng)航班比較密集而需要穿越跑道的飛機(jī)較多時，可安排多架飛機(jī)同時在跑道一側(cè)的不同穿越道等待，待內(nèi)側(cè)跑道空閑時同時穿越。

3)設(shè)置充足的輔助滑行資源。

機(jī)場聯(lián)絡(luò)道、跑道入口數(shù)量、快速出口滑行道、跑道端等待位置的設(shè)計要貼合機(jī)場規(guī)劃運(yùn)行設(shè)計實(shí)際，不僅要滿足配套齊全要求，各部分設(shè)施的設(shè)計還要能滿足飛機(jī)地面滑行的流暢性和未來機(jī)場航空業(yè)務(wù)量發(fā)展。

3.2.2機(jī)坪與跑滑系統(tǒng)聯(lián)結(jié)狀況

1)增加機(jī)坪與跑滑系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)通道。

機(jī)坪緊密排列于跑道一側(cè)，使機(jī)坪與跑滑系統(tǒng)之間直接相聯(lián)結(jié)；跑滑系統(tǒng)和機(jī)坪之間通過多個較寬的聯(lián)絡(luò)道連接或使跑滑系統(tǒng)與機(jī)坪之間無障礙區(qū)域，使機(jī)坪與跑滑系統(tǒng)敞口相連；使機(jī)坪與跑滑系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)道盡量分布于整個機(jī)坪所在區(qū)域，而不是集中分布于機(jī)坪的某部分區(qū)域。

2)減少機(jī)坪到跑滑系統(tǒng)的距離。

機(jī)坪與跑滑系統(tǒng)在保證凈距的前提下布局緊湊，一方面減少機(jī)場占地面積，提高土地的利用率；另一方面，減少飛機(jī)從機(jī)坪到滑行道的滑行距離，節(jié)省滑行時間，提高滑行效率。

4 結(jié)論

本文從機(jī)場規(guī)劃角度分析了機(jī)場航站區(qū)、飛行區(qū)布局對飛機(jī)地面滑行效率的影響，并據(jù)此提出了基于飛機(jī)地面滑行效率提升的機(jī)場平面布局優(yōu)化措施：

1)機(jī)場在設(shè)計之初應(yīng)充分考慮自身近期、遠(yuǎn)期發(fā)展，合理規(guī)劃基礎(chǔ)設(shè)施布局并留有改擴(kuò)建空間，保證各設(shè)施資源的使用余度，滿足航班密集和沖突解決的使用需求。

2)飛行區(qū)布局設(shè)計改進(jìn)措施。在跑滑系統(tǒng)中增加快速出口滑行道、入口滑行道的數(shù)量以及跑道端等待位置的空間面積，保證飛機(jī)有更多的活動空間和滑行路徑選擇；增加機(jī)坪到跑滑系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)通道，保證機(jī)坪和跑道系統(tǒng)聯(lián)結(jié)的緊湊性。

3)航站區(qū)設(shè)計改進(jìn)措施。充分考慮航站樓空側(cè)部分近機(jī)位提供能力和飛機(jī)滑行的便捷性、對不同機(jī)型?？康募嫒菪?；機(jī)坪布局合理保證飛機(jī)到達(dá)跑滑系統(tǒng)的通達(dá)性。