來(lái)源：
民航資源網(wǎng) 作者：
鄧松武 2016-11-09 15:40:57
我來(lái)說(shuō)兩句(1)【專業(yè)分類】
航務(wù)與運(yùn)行 【文章編號(hào)】3-2016-0183
資料圖
超大型機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行系統(tǒng)龐大，關(guān)鍵設(shè)施的跑道、滑行道、服務(wù)車道之間相互交叉，運(yùn)行條件非常復(fù)雜，如何在這種龐大而又復(fù)雜系統(tǒng)條件下確保地面運(yùn)作的安全、高效和順暢一直以來(lái)是機(jī)場(chǎng)管理當(dāng)局和學(xué)者研究的問(wèn)題。
我國(guó)機(jī)場(chǎng)發(fā)展迅速，根據(jù)
民航局全國(guó)機(jī)場(chǎng)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)公報(bào)，到2015年，境內(nèi)民用運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)210個(gè)，旅客年吞吐量超過(guò)1000萬(wàn)人次的機(jī)場(chǎng)26個(gè)，飛機(jī)年起降架次超過(guò)20萬(wàn)架次的機(jī)場(chǎng)16個(gè)，實(shí)施多跑道（兩條以上跑道）運(yùn)行的機(jī)場(chǎng)12個(gè)。隨著機(jī)場(chǎng)設(shè)施規(guī)模擴(kuò)大和飛機(jī)起降架次的快速增長(zhǎng)，我國(guó)大型機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率問(wèn)題已開始顯現(xiàn)。本文從航空器地面運(yùn)行角度出發(fā)，從航班在機(jī)位上的保障、機(jī)位編排和滑行通道使用、滑行路徑選擇、跑道系統(tǒng)構(gòu)型和運(yùn)行等四個(gè)方面來(lái)探討機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率問(wèn)題。
一、我國(guó)機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率問(wèn)題
根據(jù)民航局運(yùn)行監(jiān)控中心的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)21個(gè)時(shí)刻協(xié)調(diào)機(jī)場(chǎng)離港航班平均滑出時(shí)間和航班平均延誤時(shí)間呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)。
圖1：我國(guó)21個(gè)時(shí)刻協(xié)調(diào)機(jī)場(chǎng)2014-2015年平均滑出時(shí)間（分鐘）
圖2：我國(guó)2014-2015年航班平均延誤時(shí)間（分鐘）
與美國(guó)主要機(jī)場(chǎng)相比，我國(guó)機(jī)場(chǎng)的平均滑出時(shí)間要高出不少。例如：亞特蘭大機(jī)場(chǎng)五條平行跑道構(gòu)形與浦東機(jī)場(chǎng)是一樣的，亞特蘭大機(jī)場(chǎng)飛機(jī)起降架次是浦東機(jī)場(chǎng)的1.65倍，但地面滑行時(shí)間卻只有浦東機(jī)場(chǎng)的0.65。雖然影響飛機(jī)滑出時(shí)間的因素很多，但可以從總體上反應(yīng)出我國(guó)主要機(jī)場(chǎng)的地面運(yùn)行效率與美國(guó)等國(guó)家還有較大差距。
表1：2016年8月中國(guó)和美國(guó)機(jī)場(chǎng)平均滑出時(shí)間對(duì)比
機(jī)場(chǎng)名稱
平均滑出時(shí)間（分鐘）
離港班次
亞特蘭大（ATL）
16.9
34166
芝加哥（ORD）
19.4
22226
丹佛（DEN）
16.1
20884
洛杉磯（LAX）
19.1
19726
達(dá)拉斯（DFW）
18.9
17277
首都（PEK）
26.5
24709
浦東（PVG）
26.2
20657
白云（CAN）
19.3
18709
數(shù)據(jù)來(lái)源：1.美國(guó)運(yùn)輸部交通統(tǒng)計(jì)局（BTS）；2.民航局《關(guān)于2016年8月份航班正常情況的通報(bào)》。
二、提高地面運(yùn)行效率的研究方向
下面從航班在機(jī)位上的保障、航班機(jī)位編排和滑行通道使用、滑行路徑選擇、跑道系統(tǒng)構(gòu)型和運(yùn)行等四個(gè)方面來(lái)探討機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率問(wèn)題。
（一）航班在機(jī)位上的保障
航班在機(jī)位上的保障項(xiàng)目較多，如何在計(jì)劃離港時(shí)間（或者目標(biāo)離港時(shí)間）前完成旅客、行李、貨物保障，完成飛機(jī)加油、排污、客艙清潔服務(wù)項(xiàng)目，航班具備離港條件，涉及航班保障調(diào)度的各個(gè)方面。為了明確了航班各個(gè)保障環(huán)節(jié)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，民航局在2013年印發(fā)了《機(jī)場(chǎng)航班運(yùn)行保障標(biāo)準(zhǔn)》，機(jī)場(chǎng)和各保障機(jī)構(gòu)要對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)保障調(diào)度，提高保障效率。機(jī)坪保障設(shè)施、設(shè)備、人力資源的優(yōu)化調(diào)度是提高航班保障效率的重要課題，在此不過(guò)多闡述。
（二）航班機(jī)位編排和滑行通道使用
我國(guó)很多機(jī)場(chǎng)的航站樓采用指廊式構(gòu)型，這種構(gòu)型的航站樓優(yōu)點(diǎn)是在相同場(chǎng)地條件下可以建更多的近機(jī)位（廊橋機(jī)位），但存在兩條指廊之間的“港灣地區(qū)”多個(gè)機(jī)位共用一條滑行通道問(wèn)題，進(jìn)位、離位飛機(jī)滑行通道占用時(shí)間沖突的概率較高。
滑行通道占用時(shí)間沖突存在三種形式，即：同時(shí)離位時(shí)間沖突、同時(shí)進(jìn)位時(shí)間沖突、進(jìn)位與離位時(shí)間沖突，如何定義上述三種沖突狀態(tài)與航空器滑行規(guī)則有關(guān)。一種相對(duì)保守的規(guī)則就是在一條通道上只允許一架飛機(jī)進(jìn)位或者離位；另一種規(guī)則就是在滿足安全間距條件下，可以允許一架飛機(jī)先推出后等待開始滑行指令，另一架飛機(jī)可以按照既定路線滑行進(jìn)位。上述第一種規(guī)則可以達(dá)到很高的安全系數(shù)，但是以犧牲效率為前提；第二種規(guī)則的難點(diǎn)在于安全間距的控制，地面管制人員通過(guò)目視或者經(jīng)驗(yàn)判斷顯然無(wú)法滿足安全運(yùn)行要求，這就需要以更強(qiáng)大的系統(tǒng)支撐為前提。
圖3：洛杉磯國(guó)際機(jī)場(chǎng)機(jī)坪布置圖
圖4：指廊式航站樓港灣地區(qū)機(jī)位布置圖
在航班停放機(jī)位的優(yōu)化編排方面，目前國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)的機(jī)位分配管理系統(tǒng)，一方面只關(guān)注單一機(jī)位自身的沖突情況，不關(guān)注相鄰機(jī)位的使用和滑行通道的占用情況，在這種分配模式下，通道沖突情況可能會(huì)變得非常普遍，進(jìn)港飛機(jī)在通道外等待進(jìn)位或者離港飛機(jī)在機(jī)位上等待推出情況變得嚴(yán)重；另一方面是優(yōu)化分配模型基本未發(fā)揮作用，基本是人工或半自動(dòng)分配狀態(tài)。
因此，要提高飛機(jī)在機(jī)坪區(qū)域運(yùn)行效率，可以從以下幾個(gè)方面入手，一是在可接受安全水平條件下，研究建立更加高效的機(jī)坪滑行通道使用規(guī)則；二是將滑行通道使用規(guī)則作為約束條件，加入機(jī)位分配模型中；三是航班機(jī)位預(yù)分配的優(yōu)化編排，如：同一通道兩側(cè)機(jī)位的始發(fā)（早離港）航班，離港時(shí)間間隔相互錯(cuò)開15分鐘以上（如圖5所示）；四是機(jī)位和通道沖突的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警，根據(jù)航班運(yùn)行時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，通過(guò)系統(tǒng)手段實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)位和通道的沖突狀態(tài)，按照機(jī)位容量、區(qū)域限制等約束條件，自動(dòng)搜索并形成調(diào)整目標(biāo)機(jī)位列表，為機(jī)位管理人員提供決策依據(jù)。
圖5：始發(fā)航班機(jī)位優(yōu)化編排結(jié)果（理想條件下）
（三）滑行路徑選擇
路徑規(guī)劃是運(yùn)籌學(xué)研究的問(wèn)題，目前手機(jī)和車載導(dǎo)航軟件已經(jīng)具備這方面的功能，它可以提供給用戶多種選擇方案，如：路線最短、時(shí)間最短以及其他偏好選擇等。事實(shí)上，飛機(jī)在地面的滑行路線優(yōu)化與車輛道路交通線路選擇是類似的，按照到達(dá)飛機(jī)的預(yù)計(jì)落地時(shí)間、離港飛機(jī)的預(yù)計(jì)從通道滑出時(shí)間，實(shí)時(shí)預(yù)判進(jìn)入滑行道系統(tǒng)的飛機(jī)數(shù)量，然后根據(jù)確定的滑行模式、滑行道上飛機(jī)流量、每架飛機(jī)實(shí)時(shí)位置和速度、沖突預(yù)判等，采用計(jì)算機(jī)模型不斷運(yùn)算在各種可選擇滑行路徑情況下的總滑行時(shí)間，選取最短時(shí)間（min）方案。
從機(jī)場(chǎng)規(guī)劃建設(shè)角度來(lái)看，多跑道機(jī)場(chǎng)航站樓構(gòu)型選擇對(duì)于飛機(jī)地面滑行效率影響是顯而易見的。以兩條寬距平行跑道、航站樓位于兩條跑道之間這種布局為例，傳統(tǒng)的單體式航站樓布局方式，停放在航站樓中部機(jī)位的航班需要到另一側(cè)跑道起飛時(shí)，需要從兩側(cè)聯(lián)絡(luò)道繞滑較長(zhǎng)距離才能到達(dá)跑道端等待起飛，不僅滑行距離長(zhǎng)，而且沖突點(diǎn)多，相比之下衛(wèi)星式航站樓布局（如亞特蘭大、希斯羅T5、仁川等），由于每個(gè)衛(wèi)星廳之間設(shè)置了單條或者多條滑行通道，進(jìn)離場(chǎng)飛機(jī)可直接穿越無(wú)需繞滑，距離和時(shí)間可明顯降低。按照白云機(jī)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，繞滑飛機(jī)可能比單側(cè)滑行飛機(jī)增加60%以上的地面滑行時(shí)間。
圖6：亞特蘭大機(jī)場(chǎng)衛(wèi)星式航站樓布局（衛(wèi)星廳之間設(shè)置兩條通道）
圖7：白云機(jī)場(chǎng)指廊式航站樓布局（T1-T4是兩側(cè)跑道的聯(lián)絡(luò)滑行道）
（四）跑道系統(tǒng)構(gòu)型和運(yùn)行
以跑道系統(tǒng)及配套設(shè)施規(guī)劃建設(shè)、跑道運(yùn)行模式角度，從跑道等待位置設(shè)置，跑道入口設(shè)置，跑道快速出口設(shè)置，跑道穿越道和繞滑道設(shè)置，多跑道運(yùn)行模式下跑道使用均衡性等方面探討跑道系統(tǒng)運(yùn)行效率問(wèn)題。
1.跑道等待位置設(shè)置。
繁忙機(jī)場(chǎng)，離場(chǎng)飛機(jī)在跑道端等待起飛現(xiàn)象非常普遍，當(dāng)跑道端部等待空間不足時(shí)，排隊(duì)等待飛機(jī)會(huì)占用滑行道空間，造成滑行道堵塞。如白云機(jī)場(chǎng)在西跑道北端空間有限，等待起飛的飛機(jī)經(jīng)常在T4滑或者F滑上排隊(duì)，對(duì)于從東側(cè)落地需要通過(guò)T4滑繞行至西區(qū)機(jī)位的進(jìn)港飛機(jī)造成堵塞。
圖8：白云機(jī)場(chǎng)19號(hào)跑道飛機(jī)等待情況示意圖
圖9：達(dá)拉斯機(jī)場(chǎng)35L號(hào)跑道的等待坪
2.跑道入口設(shè)置。
增加跑道入口數(shù)量可以為飛機(jī)進(jìn)入跑道提供更多選擇，當(dāng)前面飛機(jī)故障或其他特殊原因無(wú)法進(jìn)入跑道起飛時(shí)，其他飛機(jī)可以通過(guò)側(cè)邊入口進(jìn)入跑道，不會(huì)造成堵塞。國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)一般只在跑道端設(shè)置一個(gè)或者兩個(gè)跑道入口，而美國(guó)機(jī)場(chǎng)一般會(huì)根據(jù)使用情況在跑道端設(shè)置多個(gè)入口，如圖9中的達(dá)拉斯機(jī)場(chǎng)，在35L號(hào)跑道端就設(shè)置了三個(gè)入口。
3.跑道快速出口設(shè)置。
合理的跑道出口應(yīng)當(dāng)是落地飛機(jī)在減速到適當(dāng)速度（標(biāo)準(zhǔn)上，飛機(jī)在93km/h速度下可以從30度角的快速出口脫離跑道）時(shí)就能夠找到相應(yīng)出口脫離跑道，盡可能減少落地飛機(jī)的跑道占用時(shí)間，提高跑道使用效率。美國(guó)FAA曾資助弗吉尼亞理工學(xué)院對(duì)跑道快速出口位置設(shè)置問(wèn)題做過(guò)深入研究，從跑道物理特性（標(biāo)高、坡度等）、氣象條件（大氣溫度、風(fēng)向、風(fēng)速）、機(jī)型組合（各種型號(hào)飛機(jī)所占比率）、飛機(jī)著陸性能（使用減速板、剎車、反噴等）、跑道干濕條件（干跑道和濕跑道所占比率）等因素入手，研究飛機(jī)著陸過(guò)程，建了跑道快速出口優(yōu)化模型，優(yōu)化目標(biāo)就是研究機(jī)隊(duì)加權(quán)平均跑道占用時(shí)間最短條件下的出口位置、數(shù)量和類型（角度）。
國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，一般是按照經(jīng)驗(yàn)，如在距離跑道端1900m、2300m、2700米位置設(shè)置30度夾角的出口，而不是根據(jù)上述因素的詳細(xì)計(jì)算得出快速出口的最佳位置。因此，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，跑道出口效率并不是處于最佳狀態(tài)。
4.跑道穿越道和繞滑道設(shè)置。
在近距平行跑道構(gòu)形條件下，外側(cè)跑道落地的飛機(jī)需要穿越內(nèi)側(cè)跑道才能到達(dá)停機(jī)坪，內(nèi)側(cè)跑道起飛飛機(jī)必須留出足夠的時(shí)間間隔來(lái)滿足飛機(jī)穿越要求。因此，當(dāng)飛機(jī)穿越量不斷增加后，對(duì)內(nèi)側(cè)跑道起飛時(shí)刻的占用會(huì)不斷增加，跑道運(yùn)行效率受到一定影響。為減小飛機(jī)穿越對(duì)跑道時(shí)刻占用影響，一種方案是在內(nèi)側(cè)跑道兩側(cè)修建多條穿越道，多架落地飛機(jī)在穿越道口等待，當(dāng)內(nèi)側(cè)跑道留出足夠穿越間隔時(shí)，多架飛機(jī)同時(shí)穿越，減少穿越次數(shù)；另一種方案就是在跑道端修建繞滑道，到達(dá)飛機(jī)無(wú)需在穿越道口等待，可通過(guò)繞滑道到達(dá)機(jī)坪。
圖10：達(dá)拉斯機(jī)場(chǎng)35L和35C跑道繞滑道
圖11：亞特蘭大機(jī)場(chǎng)8R跑道繞滑道
繞滑道設(shè)置要考慮兩個(gè)方面因素，一個(gè)是進(jìn)近面和起飛爬升面的限制，另一個(gè)就是要避免從跑道另一端起飛飛機(jī)目視到繞滑飛機(jī)（機(jī)組可能會(huì)誤以為繞滑飛機(jī)是跑道入侵飛機(jī)）。亞特蘭大機(jī)場(chǎng)采取了一種方案來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，其8R跑道繞滑道距跑道端僅480米，為了避免繞滑飛機(jī)垂直尾翼穿透進(jìn)近面或起飛爬升面，采取降低繞滑道標(biāo)高、限制B
757以下機(jī)型通行的方式，同時(shí)，在距跑道端約325米位置修建遮蔽墻來(lái)阻擋飛行員視線。
5.跑道使用均衡性。
在多跑道運(yùn)行條件下，要盡量保持跑道使用的均衡，這種均衡表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面是各條跑道使用量相對(duì)平衡，一旦使用量向其中一條跑道傾斜，就可能會(huì)導(dǎo)致一條跑道在滿負(fù)荷或者超負(fù)荷運(yùn)行，大量飛機(jī)在排隊(duì)起飛或著陸，另一條跑道則負(fù)荷較低甚至處于空閑狀態(tài)；另一方面是時(shí)間上的相對(duì)平衡，要將起降時(shí)刻按照更小的時(shí)間區(qū)間加以細(xì)分（以往都是以1小時(shí)間隔來(lái)排時(shí)刻），例如在1小時(shí)的區(qū)間內(nèi)起降量是低于跑道系統(tǒng)容量的，但是細(xì)分到15分鐘的時(shí)候就可能會(huì)超容。
一般地，國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)跑道使用與空中走廊口使用相對(duì)應(yīng)，而走廊口又與航線相對(duì)應(yīng)，因此，要做到跑道使用均衡，就需要在航班計(jì)劃時(shí)刻編排時(shí)將時(shí)間區(qū)間平衡性和航線分布平衡性兩個(gè)因素考慮在內(nèi)。例如，以下是國(guó)內(nèi)某機(jī)場(chǎng)兩條跑道以15分鐘為間隔的使用情況，從中可以看出，兩條跑道使用不均衡，部分時(shí)段內(nèi)一條跑道接近滿負(fù)荷運(yùn)行，而另一跑道卻處于空閑狀態(tài)。
圖12：國(guó)內(nèi)某機(jī)場(chǎng)兩條跑道以15分鐘為間隔的使用情況（單位：架次）
三、總結(jié)與建議
我國(guó)機(jī)場(chǎng)目前正在經(jīng)歷從量變到質(zhì)變的過(guò)程，要順利實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程，就需要全面提高效率，提升管理水平。以上闡述了提高機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率的四個(gè)研究方向，事實(shí)上，每個(gè)方向都可以作為深入研究的課題。作為機(jī)場(chǎng)管理機(jī)構(gòu)以及航班保障、地面指揮機(jī)構(gòu)，按照民航局關(guān)于航班正常保障和提高運(yùn)行效率工作要求，建議從上述幾個(gè)方面入手，成立專項(xiàng)小組，研究?jī)?yōu)化解決方案。（鄧松武/文）
