周銳涵，唐小衛(wèi)

（南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，南京 211100）

當(dāng)前，隨著旅客出行需求和貨郵運(yùn)輸量的日益增長(zhǎng)，浦東機(jī)場(chǎng)作為中國(guó)的大型門戶樞紐機(jī)場(chǎng)，對(duì)航班量的需求愈益增加。然而，有限的空域資源和地面設(shè)施正逐漸成為約束航班量增長(zhǎng)的瓶頸。浦東機(jī)場(chǎng)跑滑系統(tǒng)規(guī)模相對(duì)較大，但由于局部構(gòu)型設(shè)置不合理，其航班在地面運(yùn)行過(guò)程中的滑行效率問(wèn)題逐漸凸顯，這無(wú)疑會(huì)對(duì)航班放行正常性、機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)調(diào)度指揮以及機(jī)場(chǎng)整體運(yùn)行效率造成一定程度的影響[1]。在現(xiàn)有運(yùn)行條件下，對(duì)浦東機(jī)場(chǎng)的跑道、滑行道構(gòu)型和運(yùn)行模式進(jìn)行研究分析，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，提出可行的改進(jìn)方案，并使用Flexsim仿真工具加以比較，將切實(shí)有效地提高機(jī)場(chǎng)航班的地面運(yùn)行效率，提高機(jī)場(chǎng)放行正常水平，同時(shí)兼顧運(yùn)行安全[2-3]。

1 浦東機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)運(yùn)行情況

浦東機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)目前擁有4條平行跑道，分別組成兩組近距平行跑道，其中1號(hào)、2號(hào)跑道（17L/35R、16R/34L）主要用于起飛，3號(hào)、4號(hào)跑道（17R/35L、16L/34R）用于降落，另有8條主要平行滑行道和一對(duì)垂直聯(lián)絡(luò)道，以及若干機(jī)坪滑行通道等[4]。

針對(duì)航班在2號(hào)跑道北端滑行道部分以及T2航站樓北部周邊停機(jī)坪和6號(hào)機(jī)坪（遠(yuǎn)機(jī)坪）組成的停機(jī)坪區(qū)域的地面運(yùn)行效率進(jìn)行研究分析。研究涉及的滑行道和停機(jī)坪所處區(qū)域?yàn)樗_(tái)管制盲區(qū)，即該區(qū)域處于塔臺(tái)目視受到遮蔽的范圍內(nèi)，這意味著航班在該區(qū)域運(yùn)行時(shí)，需對(duì)其進(jìn)行分區(qū)管理，嚴(yán)格遵守滑行指令，按照規(guī)定的滑行路線、從固定的機(jī)坪進(jìn)出道口運(yùn)行。這將導(dǎo)致該區(qū)域的地面滑行效率明顯降低、地面滑行等待時(shí)間增加，最終影響航班放行正常率。

T2航站樓周邊、2號(hào)跑道北端及6號(hào)機(jī)坪之間區(qū)域的跑滑系統(tǒng)設(shè)置存在一定缺陷，如圖1所示。目前運(yùn)行方案為：6號(hào)機(jī)坪的航班使用L18進(jìn)出機(jī)坪，A、B區(qū)（50/51/52/53/54/56/58/60/62/64/801-805停機(jī)位號(hào)）航班從E7道口進(jìn)，E6道口出；C區(qū)（55/57/59/61/63/65/806-809號(hào)停機(jī)位）航班從R6道口進(jìn)、E5道口出。飛機(jī)由北向南運(yùn)行時(shí)，使用16R跑道起飛，若此時(shí)C、D區(qū)域有航空器起飛也使用16R跑道，按照機(jī)坪運(yùn)行規(guī)則，需從E5道口滑出并加入F滑行道（以下簡(jiǎn)稱“F滑”），一般F滑上會(huì)有較多使用16R跑道等待起飛的航空器以及進(jìn)港后需要?？恐料鄳?yīng)區(qū)域的航空器，首先產(chǎn)生的問(wèn)題就是起飛排隊(duì)空間不足；其次，C區(qū)域滑出航空器不容易盡快加入F滑，容易造成E滑或E5道口的堵塞。再加上A、B區(qū)、6號(hào)機(jī)坪若有離港航班使用西側(cè)跑道起飛，需使用E滑滑行，更加劇了此處的擁堵，導(dǎo)致地面滑行時(shí)間增加。隨著F滑和E滑堵塞的加劇，進(jìn)一步導(dǎo)致出港航班被壓制在機(jī)坪中無(wú)法推出、停靠該區(qū)域機(jī)位的進(jìn)港航班無(wú)法順暢滑入。這將導(dǎo)致該區(qū)機(jī)坪內(nèi)進(jìn)出港飛機(jī)形成對(duì)頭沖突，以及滑出后的出港航班與E滑上活動(dòng)的飛機(jī)形成T字型沖突。

圖1 2號(hào)跑道北端及6、7號(hào)停機(jī)坪局部示意圖Fig.1 Diagrammatic sketch of Runway 2 and Apron 6&7

2 地面運(yùn)行分析及優(yōu)化方案

放行正常率可以直接反映機(jī)場(chǎng)運(yùn)行效率的高低，繼而間接反映出航班地面滑行效率的高低，用以評(píng)價(jià)機(jī)場(chǎng)的跑道滑行道和機(jī)坪設(shè)置合理與否[5]。

根據(jù)浦東機(jī)場(chǎng)2017年7月1日～10日的機(jī)場(chǎng)放行正常率統(tǒng)計(jì)，得到首次計(jì)算起飛時(shí)間（CTOT，calculated take off time）正常率、最后CTOT正常率和實(shí)際放行正常率分別為72.62%、61.51%和53.99%。理論與實(shí)際放行率之間的差距可能是因?yàn)轱w機(jī)在實(shí)際地面保障環(huán)節(jié)中沒(méi)有銜接順暢，但很大程度上還是由于飛機(jī)推出機(jī)位開車滑行到離地起飛過(guò)程中的地面滑行耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致的，這與滑行道設(shè)置、機(jī)坪構(gòu)型等有著直接聯(lián)系，在上文對(duì)T2航站樓北端區(qū)域的運(yùn)行環(huán)境分析中有具體討論。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分別得到使用1號(hào)、3號(hào)跑道和2號(hào)、4號(hào)跑道的航班平均進(jìn)出港滑行時(shí)間和放行正常率。為了更好地反映地面滑行效率，出港滑行時(shí)間取開車滑行時(shí)間和離地時(shí)間的差值，結(jié)果如表1所示。可以看出，使用2號(hào)、4號(hào)跑道的航班地面滑行效率明顯不如1號(hào)、3號(hào)跑道。尤其是由北向南運(yùn)行時(shí)，T2航站樓北端區(qū)域機(jī)坪進(jìn)出港航班和F滑上出港排隊(duì)航班之間的矛盾沖突尤為嚴(yán)重。

表1 滑行時(shí)間和放行正常率對(duì)比Tab.1 Contrast of taxiing time and normality rate

基于以上討論和分析，提出兩個(gè)較為貼合實(shí)際的優(yōu)化方案。

方案一：①在6號(hào)機(jī)坪內(nèi)增設(shè)1條機(jī)坪滑行通道，由F滑向北延伸，與現(xiàn)有的L18跑道平行，命名為L(zhǎng)19；②增加3條同時(shí)垂直于L18和L19的滑行道，如圖2所示。

圖2 優(yōu)化方案一示意圖Fig.2 Sketch map of Plan 1

該方案的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：①增加了1條平行于L18的機(jī)坪滑行通道之后，大大提高了6號(hào)機(jī)坪航班滑行的靈活度。原有的單條機(jī)坪滑行通道，嚴(yán)重限制了航班在機(jī)坪內(nèi)只能單向滑行，而擁有2條平行的機(jī)坪滑行通道和3條進(jìn)行聯(lián)通的滑行道之后，可以有效吸收對(duì)頭沖突，從而實(shí)現(xiàn)航班在6號(hào)機(jī)坪的同時(shí)滑進(jìn)、滑出。②為7號(hào)機(jī)坪A、B區(qū)域出港航班增加了排隊(duì)空間。2017年7月1日～10日期間，該區(qū)共15個(gè)機(jī)位日均進(jìn)出港航班為156架次，而整個(gè)T2航站樓周邊共58個(gè)機(jī)位日均進(jìn)出港航班為548架次，可見(jiàn)目前A、B區(qū)機(jī)位的使用頻率相對(duì)較高，航班量高于平均水平。該區(qū)域航班若前往2號(hào)跑道起飛，則需要由E6道口滑出，在F滑上排隊(duì)，但此區(qū)域空間有限，擁堵后會(huì)影響其他進(jìn)出航班，增加L19后，可充分利用其長(zhǎng)度，供排隊(duì)隊(duì)列使用，以保持E滑的暢通。③有利于優(yōu)化C區(qū)機(jī)位的滑出道口，使得滑入、滑出的航班方向一致。將目前C區(qū)機(jī)位的滑出道口由E5改為E6，不僅可以避免機(jī)坪內(nèi)滑行通道的對(duì)頭沖突，也可以避免原先出港航班從E5道口滑出后與在E滑上運(yùn)行的航班形成的T字型沖突?，F(xiàn)有沖突情況如圖3所示。④雙向排隊(duì)起飛，緩解對(duì)R5道口、T4聯(lián)絡(luò)道的影響。南向運(yùn)行時(shí)，F(xiàn)滑上起飛和進(jìn)港航班混流，特別是起飛排隊(duì)使進(jìn)港航班無(wú)法快速滑入機(jī)坪。塔臺(tái)視情況使用E滑，但若E滑繁忙，F(xiàn)滑上將積聚較多飛機(jī)，影響使用R5道口滑入的航班，影響范圍甚至?xí)暗絋4聯(lián)絡(luò)道。

方案一也存在一定缺陷，當(dāng)北向運(yùn)行時(shí)，L19滑行道上的飛機(jī)將穿透2條跑道的起飛爬升面，針對(duì)該缺陷的應(yīng)對(duì)方法為：①北向運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉L19滑行道；②由相關(guān)部門組織專家嚴(yán)格評(píng)估起飛爬升面對(duì)L19滑行道的影響，視情況使用部分L19滑行道。

方案二：①將2號(hào)跑道向北延伸200 m；②增加1條跑道入口滑行道，如圖4所示。

圖3 C區(qū)航班沖突示意圖Fig.3 Sketch map of conflicts in Area C

圖4 優(yōu)化方案二示意圖Fig.4 Sketch map of Plan 2

方案二的優(yōu)點(diǎn)為：將跑道向北延長(zhǎng)，2號(hào)跑道將有3處入口滑行道，擴(kuò)大了2號(hào)跑道排隊(duì)空間。但是因此產(chǎn)生的缺點(diǎn)較多。首先，經(jīng)過(guò)前期與塔臺(tái)的深入交流，在這樣的構(gòu)型下，塔臺(tái)極少會(huì)同時(shí)使用3處跑道入口，因?yàn)榕艿狼秩氲娘L(fēng)險(xiǎn)將明顯增大。其次，浦東機(jī)場(chǎng)高位運(yùn)行的局面還將持續(xù)，但是跑道延長(zhǎng)施工的影響非常大，機(jī)場(chǎng)較難承受這種改造壓力。而且跑道延長(zhǎng)影響的范圍也非常廣。最后，新增加的跑道入口進(jìn)一步壓縮了A、B區(qū)和6號(hào)機(jī)坪出港航班的排隊(duì)空間，而原先的排隊(duì)空間已經(jīng)相對(duì)緊張，造成這些區(qū)域的航班進(jìn)一步被壓制在機(jī)坪內(nèi)的狀況。

3 航空器地面運(yùn)行仿真建模

根據(jù)進(jìn)、離港流程分析和飛行區(qū)各功能單元使用說(shuō)明，建立了飛行區(qū)仿真模型。研究所涉及的停機(jī)位為6號(hào)機(jī)坪（16個(gè)）以及T2航站樓北端的A、B、C區(qū)域機(jī)位（25個(gè)）。

建立仿真系統(tǒng)，需要對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。主要包括：①典型日航班時(shí)刻表，包括航空公司、航班號(hào)、機(jī)型、計(jì)劃進(jìn)離港時(shí)間、停機(jī)位、進(jìn)離港跑道編號(hào)；②跑道占用時(shí)間（ROT）；③進(jìn)出港安全間隔；④飛機(jī)滑行速度；⑤停機(jī)位的使用按照飛機(jī)機(jī)型、航空公司來(lái)分配；⑥跑道同時(shí)只能被1架飛機(jī)占用；⑦航空器在飛行區(qū)的其他運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)參考相關(guān)規(guī)定；⑧飛行區(qū)AutoCAD布局圖。

仿真系統(tǒng)主要分為機(jī)場(chǎng)模型生成模塊、信息讀取模塊、航班生成模塊、跑道使用控制模塊、運(yùn)行沖突控制模塊、停機(jī)位控制模塊、仿真顯示與控制模塊以及仿真結(jié)果統(tǒng)計(jì)與分析模塊。

4 航空器地面運(yùn)行仿真結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)當(dāng)前運(yùn)行模式下典型日的現(xiàn)有運(yùn)行方案和兩種優(yōu)化運(yùn)行方案的仿真模擬，首先針對(duì)F滑最長(zhǎng)排隊(duì)架次、最長(zhǎng)排隊(duì)時(shí)間、平均排隊(duì)時(shí)間、機(jī)坪道口的平均滯留時(shí)間等指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表2所示。其次，仿真得到了進(jìn)離港滑行時(shí)間，考慮到機(jī)場(chǎng)未來(lái)旅客的吞吐量將繼續(xù)增長(zhǎng)，通過(guò)合理增加航班密度，分別模擬了旅客年吞吐量為7 500萬(wàn)人次和9 000萬(wàn)人次運(yùn)行壓力下的地面運(yùn)行[6]，結(jié)果如表3所示。注：研究暫不考慮未來(lái)隨著吞吐量的增長(zhǎng)，機(jī)場(chǎng)將開放第5號(hào)、第6號(hào)條跑道的情況。

表2 兩種優(yōu)化方案的仿真指標(biāo)對(duì)比Tab.2 Contrast of simulation indices of two plans

表3 兩種優(yōu)化方案進(jìn)離港滑行時(shí)間的仿真對(duì)比Tab.3 Contrast of taxiing time of two plans

根據(jù)仿真所得結(jié)果，方案一和方案二的出港滑行F滑最長(zhǎng)排隊(duì)架次分別比現(xiàn)有運(yùn)行模式減少了2架和1架；方案一和方案二的F滑最長(zhǎng)排隊(duì)時(shí)間相似，比現(xiàn)有運(yùn)行模式減少了9.09%；方案一和方案二的F滑平均排隊(duì)時(shí)間分別比現(xiàn)有運(yùn)行模式減少了24.53%和11.32%；方案一和方案二的總出港滑行時(shí)間分別比現(xiàn)有運(yùn)行模式減少了8.43%和3.21%。進(jìn)港滑行時(shí)，方案一的機(jī)坪道口平均滯留時(shí)間比現(xiàn)有模式減少了33.33%，而方案二幾乎沒(méi)有變化；方案一和方案二的平均進(jìn)港滑行時(shí)間分別比現(xiàn)有運(yùn)行模式減少了3.82%和2.29%。隨著旅客吞吐量的增長(zhǎng)，方案一的滑行時(shí)間增加比例低于當(dāng)前模式和方案二。綜合來(lái)看，方案一的優(yōu)化效果明顯優(yōu)于方案二。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)浦東機(jī)場(chǎng)的飛行區(qū)整體情況進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)分析了包含2號(hào)跑道北端、F滑、T2航站樓北端周邊停機(jī)坪及6號(hào)遠(yuǎn)機(jī)坪在內(nèi)的區(qū)域航班地面運(yùn)行存在的問(wèn)題，提出了兩個(gè)優(yōu)化方案。結(jié)合典型航班日的航班運(yùn)行數(shù)據(jù)，應(yīng)用Flexsim仿真軟件對(duì)不同方案下的機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率進(jìn)行了模擬；通過(guò)建立Flexsim仿真模型，開發(fā)地面運(yùn)行仿真系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)不同優(yōu)化方案下的地面運(yùn)行進(jìn)行模擬。統(tǒng)計(jì)得到的數(shù)據(jù)顯示：方案一對(duì)航班進(jìn)、離港滑行時(shí)間、F滑的排隊(duì)等待時(shí)間和最長(zhǎng)排隊(duì)架次、機(jī)坪道口滯留時(shí)間的優(yōu)化效果總體優(yōu)于方案二，且隨著航班量的增加，方案一的滑行時(shí)間增加比例與當(dāng)前模式和方案二比較，相對(duì)較小。

綜合上述理論分析和仿真所得數(shù)據(jù)，推薦采用優(yōu)化方案一，目前該方案已被浦東機(jī)場(chǎng)認(rèn)可，相應(yīng)的改造工程也將展開。

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