文/王若敏 李霖 楊慧榮 沈偉 何迅 闞細武 任科冀 李俊 陳洋 周穎

一、引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高，航空運輸作為現(xiàn)代交通體系中較為快捷的運輸方式，得到了快速發(fā)展。2019年，我國的機場旅客年吞吐量達12.6億人次，北京首都國際機場的年旅客吞吐量更是突破1億人次，旅客吞吐量達1000萬人次的運輸機場達37個[1]。隨著機場建設(shè)規(guī)模越來越大，行李處理系統(tǒng)作為機場建設(shè)最復(fù)雜的系統(tǒng)，在其設(shè)計規(guī)模、處理流程、技術(shù)難度、集成水平、系統(tǒng)功能等方面也越來越復(fù)雜，如何規(guī)避在規(guī)劃設(shè)計階段有可能存在的設(shè)計風(fēng)險、資源配置不合理以及系統(tǒng)的處理瓶頸，是規(guī)劃設(shè)計人員以及機場建設(shè)方所關(guān)心的問題。近年來，仿真技術(shù)逐漸得到廣泛的應(yīng)用，如何讓仿真更加接近于真實運行環(huán)境，提高仿真成果的可信度，避免因仿真成果的不準確而導(dǎo)致的決策失誤或建設(shè)成本增加，成為目前我們需要思考的問題。行李處理系統(tǒng)的仿真研究，重點是解決行李處理的時間與數(shù)量分布關(guān)系，真實模擬行李處理的運行流程，采集并分析仿真過程中的運行數(shù)據(jù)，找出存在的問題并加以解決和驗證，從而提升行李處理系統(tǒng)的設(shè)計準確性，提高機場的運行效率，降低機場建設(shè)風(fēng)險和運營成本，對我國民航事業(yè)的發(fā)展有著重要的意義[2]。

二、仿真輸入建模

1. 離港航班及旅客分析

機場建設(shè)在規(guī)劃階段就會根據(jù)機場類型、飛行區(qū)等級、適航天數(shù)等因素對未來機場的年旅客吞吐量進行預(yù)估，并根據(jù)吞吐量情況預(yù)設(shè)未來的航班時刻表，進行機場運行分析[3]。本文以A市某機場規(guī)劃的預(yù)設(shè)航班時刻表進行離港航班行李分布情況進行分析[4]，該航班分布是機場建設(shè)運營單位委托權(quán)威機構(gòu)基于當(dāng)?shù)噩F(xiàn)階段航班情況進行預(yù)測，能滿足機場未來旅客吞吐量要求，還能符合高峰小時吞吐量、高峰小時航班架次、機型比等設(shè)計要求，航班分布如圖1所示。

圖1中，A市某機場一天離港航班總數(shù)為380架次，高峰時間為早上6∶00至8∶00，8∶00以后處于均衡階段，每小時離港20架次左右，到19∶00以后航班數(shù)開始逐漸下降，23∶00基本結(jié)束。

圖1 A市某機場離港航班情況

旅客通常會相對乘坐航班的計劃起飛時間提前到達機場，所以計劃起飛時間接近的航班旅客會在相近的時間內(nèi)到達機場，但各航班的旅客到達時間又是相互獨立。任意時刻的旅客到達總數(shù)是各航班該時刻到達人數(shù)的總和。某一時刻t，某一值機排隊系統(tǒng)的旅客到達率是該系統(tǒng)同時辦理各航班旅客到達率之和，即

旅客平均排隊隊長：

對于正常值機柜臺，盡管利用率小于1時值機排隊系統(tǒng)的輸出率等于它的輸入率，但是滯后一段時間，平均滯后時間為旅客在排隊系統(tǒng)的逗留時間，即等于：

基于以上理論，以及IATA相關(guān)分析，得出如圖2所示的不同時段出發(fā)的國內(nèi)航班值機旅客累計到達分布情況[7]。

圖2中，距航班計劃起飛時間4小時已有旅客到達航站樓值機，距起飛30分鐘時，旅客全部到齊，距航班計劃起飛時間150分鐘之前到達的行李定義為早到行李。

圖2 國內(nèi)離港旅客行李到達時間分布

2. 離港航班旅客行李分析

基于A市某機場離港航班情況、國內(nèi)航班值機旅客量累計到達分布情況，綜合考慮各航班機型、滿載率等因素，定義需托運行李的旅客與旅客總數(shù)比為0.5[8]。以B1航空公司為例，可得如圖3所示的旅客行李分布情況。

圖3 B1航空公司旅客行李分布情況

依次類推，得出A市某機場旅客行李總數(shù)量，如表1所示。

表1中，A市某機場行李總數(shù)28589件，早到行李2281件，早到比例為：7.98%。其中，B1、B2、B3為航班量較多的航空公司，B4為機場地服代管的航空公司聯(lián)合組成。酒店托運行李和后場直接中轉(zhuǎn)行李，可不區(qū)分航空公司，分別在酒店內(nèi)和后場直接辦理行李托運。

三、仿真流程建模

在Demo 3D軟件中，1∶1建立行李處理系統(tǒng)的三維模型，包括：設(shè)備空間尺寸、空間位置、運行速度、處理邏輯等與真實處理流程一致，如圖4所示。本系統(tǒng)采用集中安檢、集中開包的安檢模式，行李分揀預(yù)先經(jīng)過由ICS輸送機組成的預(yù)分揀環(huán)路，最終將行李分揀至分揀轉(zhuǎn)盤后人工裝車。

模型在運行過程當(dāng)中，需要辦理值機托運的行李按照仿真輸入數(shù)據(jù)模型分批到達對應(yīng)值機柜臺，排隊等待辦理托運手續(xù)后，進入行李系統(tǒng)按照既定流程進行處理，從而模擬行李處理系統(tǒng)全天運行情況并記錄運行數(shù)據(jù)。

通過仿真結(jié)果分析，系統(tǒng)中收集輸送機、各處分合流點、行李裝載點、開包間、分揀設(shè)備等關(guān)鍵環(huán)節(jié)行李流量均小于設(shè)計流量，系統(tǒng)內(nèi)部分合流點未出現(xiàn)大量擁堵情況，行李進入系統(tǒng)后處理時間滿足機場運行要求，說明系統(tǒng)能滿足未來吞吐量對行李處理系統(tǒng)的要求。

同時，也發(fā)現(xiàn)部分航司值機柜臺存在大量行李排隊情況，如圖5所示，在值機排隊等待環(huán)節(jié)，B1普通值機柜臺旅客行李在高峰期最大排隊行李數(shù)量達34件，最長排隊等待時間32.1分鐘，明顯高于其他值機柜臺，超出預(yù)期水平。

圖5 B1航空公司旅客行李排隊情況

四、值機方案優(yōu)化

B1航空公司普通柜臺高峰時期行李排隊數(shù)量較大，且排隊時間較長，不符合人文機場建設(shè)要求。仿真執(zhí)行中也發(fā)現(xiàn)，B1航空公司與B2航空公司值機柜臺位置相鄰， B2航空公司柜臺卻未出現(xiàn)大量行李排隊情況，說明值機柜臺資源配置存在不合理的情況，無疑造成資源的浪費。

現(xiàn)階段，中國民航局發(fā)布的《仿真模擬技術(shù)在民用機場規(guī)劃設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用研究》明確提及，仿真模擬技術(shù)可實現(xiàn)機場建設(shè)方案的科學(xué)評估與精細化比選。所以，本文提出將B1航空公司早高峰時期的部分航班移至B2航空公司的值機柜臺值機，再次基于Demo 3D對系統(tǒng)進行全流程全天候仿真模擬實驗，可得出B1航空公司的旅客行李排隊情況如圖6所示。

圖6 優(yōu)化后B1航空公司旅客行李排隊情況

圖6中，得到優(yōu)化后B1航空公司旅客行李最大排隊數(shù)量為19件，相比優(yōu)化前減少了44.1%，優(yōu)化后最長等待時間為18.5分鐘，相比優(yōu)化前減少了42.4%，優(yōu)化后排隊時間過長問題得到改善；而此方案下B2航空公司旅客行李最大排隊數(shù)量為9件，最長等待時間為7.9分鐘，最大排隊數(shù)量較優(yōu)化前只增加了2件，不會明顯影響B(tài)2航空公司旅客的值機體驗，說明此優(yōu)化方案具有可實施性。

五、結(jié)論

仿真過程及仿真成果的真實可信度取決于仿真的輸入數(shù)據(jù)是否更貼近實際效果，通過模擬離港航班計劃和旅客行李到達的時間分布，為行李處理系統(tǒng)的仿真驗證提供數(shù)據(jù)支撐。

基于機場全天旅客行李分布情況，利用Demo 3D仿真軟件模擬機場行李處理系統(tǒng)的真實運行情況，能夠?qū)ξ磥頇C場的運行情況進行預(yù)判，從而驗證行李處理系統(tǒng)是否達到設(shè)計要求，是否存在系統(tǒng)瓶頸，仿真軟件已成為機場建設(shè)和工程設(shè)計人員的有力工具。

仿真工具的應(yīng)用能夠?qū)Υ髷?shù)量、離散性較強的數(shù)據(jù)進行分析模擬，通過仿真分析能夠得到系統(tǒng)運行狀況的近似解或滿意解，對機場行李系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用管理具有較強的參考意義。