绕行滑行道的设置对机场运行的影响分析
——以上海浦东国际机场为例

林有超，唐小卫

（南京航空航天大学民航学院，南京 211106）

窄距平行跑道在节约占地面积和提升机场运行容量等方面有其独特的优势，一组或多组窄距平行跑道的构型正在被越来越多的机场所采用。在中国旅客吞吐量排名前十的机场中，上海浦东国际机场、上海虹桥国际机场、广州白云国际机场和重庆江北国际机场等均采用窄距平行跑道运行模式。然而窄距平行跑道运行模式下，飞机在进行场面活动时更易产生各类冲突，这些冲突会降低地面滑行效率，给机场带来安全隐患。为了避免这些冲突，可在窄距平行跑道运行模式下，在跑道末端设置绕行滑行道（EAT, end-around taxiway）以减少跑道穿越次数。

针对绕行滑行道设置，国外学者已经开展诸多研究。Satyamurti 等[1]以最少管制指令为目标，模拟仿真绕滑的运行。Engelland 等[2]分析了达拉斯沃思堡机场（DFW）绕滑运行的影响，从滑行道整体和局部两方面量化了使用绕滑后的飞机滑行时间及使用次数。Uday等[3]从飞机日平均燃料使用量的角度分析了达拉斯沃思堡机场（DFW）使用绕滑后该指标的变化程度。Massidda 等[4]研究发现达拉斯沃思堡机场（DFW）绕滑可以提升跑道安全性、增加跑道容量、减少航班延误率。Le 等[5]从减少碳排放的角度进行绕行滑行道的研究，分别分析了哈茨菲尔德-杰克逊国际机场（ATL）、达拉斯沃思堡机场（DFW）和底特律机场（DTW）绕行滑行道的使用情况。由上可知，国外学者对于绕滑问题的研究，主要从减少管制指令、提升跑道安全性、增加跑道容量、减少航班延误率和减少碳排放等方面进行研究。而国内目前的研究重点还停留在绕滑的概念[6]、运行条件、模式及策略[7-11]方面。同时，一般研究绕滑的国内外文献，其研究范围仅局限于跑滑系统，未考虑具体停机位分配对绕滑使用的影响。

基于目前国内外学者的相关研究，在考虑绕滑对机场运行影响的分析中加入各进港航班预指派停机位因素，各航空器滑行路径以进港航班脱离跑道为起点，具体预指派停机位为终点。以上海浦东国际机场为例，首先探讨了在其窄距平行跑道设置绕行滑行道的路径示意图及运行规则，然后根据该运行规则从进港滑行时间和跑道容量两方面进行仿真分析。

1 绕行滑行道概念

随着机场航班量的增加，一些具有窄距平行跑道的机场建造了绕行滑行道。2008年12月22日达拉斯沃思堡机场（DFW）南部绕行滑行道正式投入使用[2]。目前国外已经投入使用绕行滑行道的机场还包括乔治-布什机场（IAH）、哈茨菲尔德-杰克逊国际机场（ATL）和底特律机场（DTW）等。国内机场方面，仅上海虹桥国际机场在二期扩建工程中设计了绕行滑行道，但目前尚未投入使用。

在窄距平行跑道运行模式下，离场飞机通常使用内侧跑道（靠近停机坪）起飞，进场飞机通常使用外侧跑道进行着陆。因此，进场飞机一般要穿越离场跑道到达停机坪，这是窄距平行跑道会增加安全隐患的原因。同时，进场飞机只有等待离场飞机起飞后，才能穿越跑道，这不仅降低了离场跑道的运行效率，同时也降低了进场飞机的滑行效率。为解决这些问题，可在进场跑道末端增加一条“U”型滑行道，使进场飞机可以绕过离场跑道，直接到达停机坪，该滑行道被称为绕行滑行道，如图1 所示。

图1 机场绕行滑行道示意图Fig.1 EAT diagram

2 上海浦东国际机场绕行滑行道运行规则

上海浦东国际机场是世界最繁忙的机场之一，2017年其飞机起降总计496 774 架次，同比增长3.52%，旅客吞吐量7 000.12 万人次，同比增长6.06%[12]。对于日渐增长的运输需求，上海浦东国际机场目前已采取多种措施来增加机场容量，例如在飞行区东侧区域新增停机位，在16L/34R 跑道东侧投资修建新跑道等。该扩容方式耗时久，需投入巨大资金。另一种方式是提高机场管理水平，合理利用资源，增加机场运行效率。上海浦东国际机场还可采取设置“U”型绕行滑行道的措施。设置“U”型绕行滑行道可减少跑道穿越次数，同时资金投入量相对修建新跑道明显更少。

上海浦东国际机场目前到港飞机主要以C 类飞机为主，因此设置绕行滑行道也服务于C 类以下（包含C 类）飞机。对于进港较少的机型，D、E 或F 类飞机进港，选择等待穿越跑道即可。设置绕行滑行道后，C类以下飞机可选择等待穿越跑道或直接通过绕行滑行道到达机坪。上海浦东国际机场目前有两组窄距平行跑道，其中17L/35R 和16R/34L 跑道为离港跑道，17R/35L 和16L/34R 跑道为进港跑道。17L/35R 和17R/35L跑道北端设有很多停机位，南端多为维修机坪，且17R/35L 跑道比17L/35R 跑道短600 m；因此在17L/35R和17R/35L 两端设置绕行滑行道改善效果不明显。16R/34L和16L/34R 跑道南端目前运行流程固定，且16R/34L跑道南端入口距离机坪有一定距离，16R/34L 和16L/34R 跑道北端跑道齐整，且16R/34L 跑道北端入口处就是8 号机坪，同时该跑道北端净空要求也满足设置绕行滑行道的条件，因此在16R/34L 和16L/34R 跑道北端具备设置绕行滑行道的条件。为了保证绕行滑行道安全运行，需满足《国际民用航空公约附件14—机场》关于净空条件的限制，绕行滑行道长度取1 700 m，如图2 所示。

航空器向北运行滑行路径示意图如图3 所示。图3（a）是飞机在16L/34R 跑道向北运行进港后，通过绕行滑行道的滑行路径。图3（b）是飞机在16L/34R 跑道向北运行进港后，不通过绕行滑行道，即选择穿越跑道到达机坪的滑行路径。

航空器向南运行滑行路径示意图如图4 所示。图4（a）是飞机在16L/34R 跑道向南运行进港后，飞机降落在16L 上，然后掉头通过绕行滑行道达到机坪的滑行路径。图4（b）是飞机在16L/34R 跑道向南运行进港后，不使用绕行滑行道的滑行路径。

图2 浦东机场绕行滑行道示意图Fig.2 EAT diagram of PVG

图3 航空器向北运行滑行路径示意图Fig.3 Aircraft north-flow taxiing routes

图4 航空器向南运行滑行路径示意图Fig.4 Aircraft south-flow taxiing route

对于向南运行进港的飞机而言，使用绕行滑行道的成本会远大于等待穿越跑道的成本，因为飞机向南运行，若想使用绕行滑行道，必须脱离跑道后调头向北滑行，一般情况下，此滑行路径会花费更多的滑行时间，占用滑行道时间更长。航空器是否使用绕滑的运行规则如图5 所示。

图5 绕行滑行道使用规则流程图Fig.5 EAT using procedure

3 仿真分析

以上海浦东国际机场16R/34L 和16L/34R 跑道为例对绕行滑行道的运行进行Flexsim 仿真分析。绕滑运行规则按图5 运行。为了简化模型，现只考虑进离港飞机全为向北运行，且停机坪仅为东侧机坪的仿真模拟。飞机滑行路径如图3 所示。

为保证机场场面运行安全，在机场场面上同向滑行的两架航空器的滑行最低间隔规定如下：当前机为重型机时，后机与前机的最低间隔为300 s；当前机为中型机时，后机与前机的最低间隔为200 s；当前机为轻型机时，后机与前机最低间隔为100 s。

3.1 仿真数据

机场越繁忙，绕行滑行道的使用意义更加显著。上海浦东国际机场某周工作日各时间段的高峰小时图如图6 所示。通过图6 可知，高峰小时呈现周期性分布，周期为1 天。每天当中17：00～19：00 达到峰值，因此，可选取19日18：00～19：00 16R/34L 和16L/34R跑道实际离港和进港航班作为仿真数据。

图6 某周工作日各时间段进出港架次高峰小时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 跑道进港的航班时刻表如表1 所示，18：00～19：00 由16R/34L 跑道离港的航班时刻表如表2 所示。表1 和表2 中，飞机等级均为C类飞机。

表1 18:00～19:00 由16L/34R 跑道进港的航班时刻表Tab.1 Arriving flight schedule from 16L/34R（18:00～19:00）

部分仿真参数如下：停机位共74 个，绕行滑行道总长度1 700 m，进离港航空器平均跑道占用时长均为1 min。由于使用绕行滑行道不存在跑道冲突问题，因此，使用绕行滑行道滑行的速度相比穿越跑道的滑行速度较快，使用绕行滑行道的平均滑行速度为450 m/min，不使用绕行滑行道的平均滑行速度为350 m/min。

表2 18:00～19:00 由16R/34L 跑道离港的航班时刻表Tab.2 Departure flight schedule from 16L/34R（18:00～19:00）

3.2 结果分析

1）进港滑行时间及滑行策略

运用Flexsim 仿真软件分别对是否使用绕行滑行道进行场面仿真模拟，可得到航空器使用绕行滑行道和不使用绕行滑行道进港的滑行总时间（即穿越跑道滑行时间+等待时间），并给出使用绕行滑行道时，各航空器的最终滑行策略。如表3 所示。

从表3 可知，18：00～19：00 共有23 个进港航班，其中使用绕行滑行道的航班数量为5 个，绕行滑行道的使用率为21.7%。若所有航班均不使用绕行滑行道，进港平均滑行时间为8.11 min，方差为5.83；使用绕行滑行道后，进港平均滑行时间为7.81 min，方差为5.40。由此可以看出，使用绕行滑行道后，进港平均滑行时间有所减少且时间波动相对稳定。

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

2）跑道容量

使用绕行滑行道，降低了传统运行模式下由于跑道穿越对离港航班造成等待延误的影响，增加了跑道容量。根据王维等[13]提出的机场近距平行跑道一起一降模式下的容量计算模型，可计算出该组窄距平行跑道在“内起外降”（16R/34L 跑道为起飞跑道，16L/34R跑道为降落跑道）模式下的容量为47.59 架/h，使用绕行滑行道后，该容量增加为51.11 架/h，增加7.40%。

4 结语

通过对上海浦东国际机场设置绕行滑行道对机场运行的影响进行仿真分析，可得出以下结论。

1）设置绕行滑行道可有效提高机场窄距平行跑道运行模式的安全性。同时，进港航空器的滑行策略在原来直接穿越跑道和等待穿越跑道的基础上增加了使用绕行滑行道策略，丰富了进港航空器滑行选择策略。

2）设置绕行滑行道与未设置绕行滑行道相比，进港滑行时间明显减少，跑道容量明显增加，有效提高了机场运行效率。

此外，飞机降落方向、天气等因素均对绕行滑行道的使用有影响，但目前研究仅考虑了降落方向为直接驶入绕行滑行道且天气状况良好的情况，对于更为复杂的绕行滑行道运行，还有待进一步研究。