虹橋機(jī)場(chǎng)近距平行跑道儀表運(yùn)行方式研究

顧正兵

（民航華東空中交通管理局，上海 200335）

近距平行跑道系統(tǒng)比單條跑道在使用策略上具有靈活性，在容量上能有較大幅度增加，而且占地規(guī)模明顯小于遠(yuǎn)距離平行跑道[1]，因而，近距平行跑道目前成為機(jī)場(chǎng)規(guī)劃研究的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。

國(guó)內(nèi)外對(duì)基于容量估計(jì)和實(shí)際可操作性的近距平行跑道運(yùn)行方式進(jìn)行了一些研究。Milan Janic給出了平行跑道相關(guān)運(yùn)行下理論最大容量的數(shù)學(xué)模型[2]；朱金福等借鑒單跑道混合運(yùn)行下的建模思路，結(jié)合時(shí)空?qǐng)D利用排隊(duì)論思想重點(diǎn)研究了混合運(yùn)行模式下的近距平行跑道的容量和延誤水平[3]；王維等針對(duì)近距平行跑道一起一降運(yùn)行模式得出了起飛和到達(dá)容量獨(dú)立計(jì)算并求和的容量數(shù)學(xué)模型[4]。但有關(guān)研究沒(méi)有綜合考慮航站樓相對(duì)跑道系統(tǒng)的分布方式對(duì)跑道系統(tǒng)容量的影響，而且對(duì)跑道運(yùn)行方式的研究也不是很全面。

本文以虹橋機(jī)場(chǎng)近距平行跑道為例，以單跑道運(yùn)行的理論容量為基礎(chǔ)，綜合考慮兩個(gè)航站樓的布局情況，對(duì)各種運(yùn)行方式下的跑道系統(tǒng)容量進(jìn)行估計(jì)，得出以提高系統(tǒng)容量為目標(biāo)、具有實(shí)際可操作性的最佳儀表運(yùn)行方式。

1 近距平行跑道系統(tǒng)描述和運(yùn)行規(guī)則

上海虹橋國(guó)際機(jī)場(chǎng)現(xiàn)有一對(duì)跑道中心線間距為365 m的近距平行跑道18L/36R和18R/36L，航站樓T1和T2于兩側(cè)分布，布局如圖1所示。

根據(jù)民航局123號(hào)令《平行跑道同時(shí)儀表運(yùn)行管理規(guī)定》（CCAR-98TM）第10條：“當(dāng)兩條平行跑道的間距小于760米，航空器可能受尾流影響時(shí)，平行跑道離場(chǎng)航空器的放行間隔應(yīng)當(dāng)按照為一條跑道規(guī)定的放行間隔執(zhí)行”，航空器在虹橋機(jī)場(chǎng)前后起飛離場(chǎng)時(shí)，所使用的近距跑道與使用單跑道的間隔標(biāo)準(zhǔn)相同。僅用于起飛時(shí)，近距跑道與單跑道具有相同的運(yùn)行容量。

同時(shí)，根據(jù)民航局86號(hào)令《中國(guó)民用航空空中交通管理規(guī)則》（CCAR－93TM－R2）第 46 條：“中心線間隔小于760米的平行跑道，應(yīng)為前后進(jìn)近著陸的航空器配備雷達(dá)間隔的尾流間隔”，航空器在虹橋機(jī)場(chǎng)連續(xù)進(jìn)近著陸時(shí)，使用近距跑道與使用單跑道的間隔標(biāo)準(zhǔn)也是一致的。僅用于落地時(shí)，近距跑道與單跑道具有相同的運(yùn)行容量。

2 近距跑道運(yùn)行容量

2.1 單跑道理論容量

在航空器進(jìn)離場(chǎng)速度無(wú)明顯改變時(shí)，增加單跑道運(yùn)行容量的有效方式是縮小航空器之間的平均縱向間隔。航班流的縱向間隔可分為連續(xù)起飛、連續(xù)降落、前起后降和前降后起4種情況。合理安排航班流中起降航班的次序，可以實(shí)現(xiàn)最小的平均縱向間隔。在起降航班比例1∶1情況下，進(jìn)離場(chǎng)航空器按照降落、起飛相間運(yùn)行的順序，可以達(dá)到單跑道最大理論容量[5]，如圖2所示。

單跑道起降相間運(yùn)行時(shí)，航班流的平均縱向間隔為2架落地航空器A1與A2間隔的一半。A1與A2的縱向間隔為A1與D1的前降后起間隔加上D1與A2的前起后降間隔。

根據(jù)實(shí)際管制運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，以起降航空器均為中型機(jī)為例，考慮后機(jī)對(duì)前機(jī)的追趕和跑道占用時(shí)間，包含必要的管制間隔裕度，單跑道在僅用于降落或僅用于起飛方式下，航空器平均縱向間隔通常為8～9 km。單跑道在起降相間運(yùn)行方式下落地航空器的間隔為12～13 km，即起降航空器平均縱向間隔為6～6.5 km，運(yùn)行效率與單起或單降相比可提高25%左右。

2.2 近距跑道理論容量

跑道數(shù)量和布局是制約機(jī)場(chǎng)起降容量的瓶頸。近距跑道較之單跑道，雖然增加了1條跑道，但是由于中心線間距小于760 m，前后起飛離場(chǎng)或者前后進(jìn)近著陸，航空器必須配備無(wú)尾流影響的縱向間隔[6]。因此，近距跑道儀表運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行容量的增加主要是通過(guò)對(duì)兩條跑道的合理應(yīng)用，縮小起降航空器的間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

根據(jù)有關(guān)規(guī)則[6－8]，在前起后降或前降后起時(shí)，近距平行跑道可以實(shí)現(xiàn)起降航空器間的間隔縮小，因而可以實(shí)現(xiàn)容量的增加。近距跑道運(yùn)行和單跑道運(yùn)行不同管制指令的發(fā)布時(shí)機(jī)如表1所示。

表1 管制指令發(fā)布時(shí)機(jī)對(duì)照表Tab.1 Comparison of occasions of issuing instructions

在近距跑道上儀表運(yùn)行的航班仍然相互約束，其運(yùn)行效率可由耦合在一起的一條航班流來(lái)體現(xiàn)。所以當(dāng)近距跑道按照類似單跑道起降相間方式運(yùn)行時(shí)，也可實(shí)現(xiàn)最大的理論容量C近。此時(shí)，航班流的平均縱向間隔仍然為起降間隔與降起間隔的一半，由于近距跑道較之單跑道壓縮了航班流的前起后降間隔和前降后起間隔，所以近距跑道的理論容量大于單跑道的理論容量，即C近＞C單。

以起降航空器均為中型機(jī)為例，暫不考慮航空器穿越落地跑道的情形，不考慮風(fēng)向風(fēng)速的影響，落地航空器從飛越跑道頭到主輪接地大約8～15 s，發(fā)布起飛指令時(shí)后機(jī)距跑道頭不小于5 km，增加必要的管制裕度，前后兩架落地航空器的間隔為8～10 km，即平均縱向間隔4～6 km，運(yùn)行效率較之單跑道可提高約20%～50%，即1.2C單≤C近≤1.5C單。

3 近距跑道運(yùn)行方式

3.1 運(yùn)行方式分類

虹橋機(jī)場(chǎng)18L/36R跑道和18R/36L跑道均可以用于不同機(jī)型航空器的起飛和降落，即每條跑道均有僅起、僅降、又起又降3種運(yùn)行方式，不考慮單跑道運(yùn)行模式，僅考慮向北運(yùn)行（使用36L、36R跑道運(yùn)行），虹橋機(jī)場(chǎng)近距跑道的運(yùn)行方式共有種，如表2所示。

表2 虹橋機(jī)場(chǎng)向北運(yùn)行方式分類Tab.2 Category of Hongqiao Airport northward operation

運(yùn)行方式8、9與單跑道運(yùn)行下的僅起和僅落方式運(yùn)行容量相同，這里重點(diǎn)研究一起一落、雙起一落、一起雙落和雙起雙落4種運(yùn)行方式。

為避免頻繁穿越落地跑道，國(guó)外近距跑道的運(yùn)行通常采用遠(yuǎn)離航站樓的跑道用于落地、靠近航站樓的跑道用于起飛，這樣離場(chǎng)航空器從航站樓滑行至起飛跑道不需穿越落地跑道。借鑒國(guó)外近距跑道機(jī)場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)，盡量避免大量航空器穿越落地跑道，設(shè)?？吭赥1航站樓的航班量比例為x（0≤x≤1）。當(dāng)0≤x≤0.5時(shí)，優(yōu)先考慮36L跑道用于起飛；當(dāng)x＞0.5時(shí)，則優(yōu)先考慮36R跑道用于起飛。

3.2 典型運(yùn)行方式下容量分析

1）一起一落 一起一落包含36L起飛36R落地和36R起飛36L落地兩種運(yùn)行方式。當(dāng)0≤x≤0.5時(shí)，采用36L起飛36R落地的運(yùn)行方式，即西起東落；當(dāng)x＞0.5時(shí)，則考慮東起西落。這里以西起東落加以說(shuō)明。

一起一落運(yùn)行方式下，?？吭赥1航站樓的航空器需要穿越用于落地的36R跑道，去36L跑道起飛。在穿越落地跑道時(shí)，需要拉大五邊連續(xù)落地航空器的間隔以保證運(yùn)行安全。則在此運(yùn)行方式下近距跑道容量y1為

其中：C近為近距跑道的理論容量；0＜α＜1為穿越系數(shù)，與航空器穿越跑道的位置、穿越時(shí)機(jī)、穿越時(shí)間等因素有關(guān)；據(jù)虹橋機(jī)場(chǎng)近距跑道運(yùn)行規(guī)程，航空器沿滑行道H4在36R跑道中部穿越，穿越時(shí)間大約15～20 s，α 介于 0.8～0.9 之間。

2）雙起一落 雙起一落運(yùn)行方式是一起一落的改進(jìn)，該方式采用了就近起飛的原則，從而避免了穿越落地跑道。但中心線間距小于760 m的跑道起飛航空器存在尾流影響，兩條跑道不能同時(shí)放飛。?？吭赥1航站樓在36R跑道起飛的航空器，與36R跑道的落地航空器交替運(yùn)行時(shí)，形成了典型的單跑道運(yùn)行。此時(shí)需拉大36R跑道五邊間隔，以便于插一架起飛航空器。此運(yùn)行方式下的近距跑道容量y2為

其中：C單分別為單跑道運(yùn)行的理論容量。

3）雙落一起 雙落一起運(yùn)行方式采用就近落地的原則，但?？吭赥1航站樓的航空器起飛需要穿越落地跑道。36L跑道又起又落時(shí)，形成了典型的單跑道運(yùn)行。此運(yùn)行方式同時(shí)具有了一起一落與雙起一落的不足，其運(yùn)行容量y3為

4）雙起雙落 雙起雙落運(yùn)行方式下，航空器就近起飛，就近落地，可以避免穿越起飛跑道和落地跑道。同時(shí)，合理的安排起降可以達(dá)到較高的運(yùn)行效率。?？吭赥1航站樓的比例為x的航空器在36R跑道起飛時(shí)，與T2航站樓的比例為x的離場(chǎng)航空器進(jìn)行配對(duì)，其余（1－2x）的起飛航空器與落地航空器按照36L單跑道運(yùn)行方式起降。此運(yùn)行方式下近距跑道容量y4為

上述4種運(yùn)行方式下近距平行雙跑道容量函數(shù)隨T1航站樓航班比例x變化情況匯總?cè)鐖D3所示。

3.3 運(yùn)行模式選擇

由圖3可知，雙落一起運(yùn)行方式的效率是最低的，且需要穿越落地跑道，因此在實(shí)際管制運(yùn)行中，不推薦使用此運(yùn)行方式。其他3種運(yùn)行方式各有千秋。

當(dāng)x較小時(shí)，對(duì)于相同的x而言，y1>y2，但一起一落運(yùn)行方式需要穿越落地跑道。從盡量減少穿越落地跑道的原則出發(fā)，推薦采用雙起一落的運(yùn)行方式。隨著x的增大，雙起雙落運(yùn)行方式的容量迅速增大，且不存在穿越落地跑道的情形，則此時(shí)推薦使用雙起雙落的運(yùn)行方式。令y4（x）=y2（x），可以計(jì)算得到兩種運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換的條件為

即當(dāng)T1候機(jī)樓的航班量小于等于1/3時(shí)，推薦使用雙起一落運(yùn)行方式（就近起飛）；當(dāng)航班量大于1/3小于1/2時(shí)，推薦使用雙落雙起運(yùn)行方式。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)深入分析虹橋機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建后雙候機(jī)樓與雙跑道的位置關(guān)系，依據(jù)盡量減少穿越落地跑道的原則，研究了在現(xiàn)行布局條件下，虹橋機(jī)場(chǎng)近距平行跑道儀表運(yùn)行的最佳方式；推導(dǎo)出跑道不同運(yùn)行方式與航站樓流量分布的函數(shù)關(guān)系，相互比較可知：當(dāng)T1航站樓的航班量小于等于1/3時(shí)，推薦使用雙起一落運(yùn)行方式（就近起飛）；當(dāng)其航班量大于1/3小于1/2時(shí)，推薦使用雙落雙起運(yùn)行方式。該研究為航站樓?？亢桨嗔孔兓瘯r(shí)改變跑道運(yùn)行方式提供了理論依據(jù)。

[1]理查德·德·紐弗威爾，阿米第R·歐都尼．機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)：規(guī)劃、設(shè)計(jì)和管理[M]．北京：中國(guó)民航出版社，2006.

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[7]中國(guó)民航局86號(hào)令．中國(guó)民用航空空中交通管理規(guī)則，CCAR-93TM-R2[G]．

[8]民航華東空管局．上海虹橋國(guó)際機(jī)場(chǎng)近距跑道管制運(yùn)行規(guī)程[G]．2010.