基于飛機滑行效率提升的機場平面設(shè)計研究

王 維 倪佳琦

(中國民航大學機場學院,天津 300300)

1 概述

飛機地面滑行效率在很大程度上決定機場運行效率，目前我國大、中型機場的飛機地面滑行效率普遍不高。例如，2017年歐洲機場中，希思羅機場額外滑出時間最長約為8.48 min/架次，而北京首都機場2017年的額外滑行時間超過19 min/架次，其他機場額外滑行時間大多在8 min/架次～12 min/架次。限制機場飛機地面滑行效率的原因一般有兩種，分別是機場運行管理問題和機場時空資源問題。由于運行管理等后期因素對飛機地面滑行效率的限制可通過提高地面運行協(xié)同程度、優(yōu)化航班時刻和滑行路徑等方式進行緩解或解除，而機場時空資源規(guī)劃不合理對于飛機地面滑行效率的不利影響需要通過機場改擴建來解決，這不僅需要很高的建設(shè)成本，還會影響機場的正常運行，因此機場應(yīng)在規(guī)劃設(shè)計階段即充分優(yōu)化機場布局以保障所服務(wù)飛機的地面滑行效率。

本文分析了機場航站區(qū)布局、飛行區(qū)布局對飛機地面滑行效率的影響，提出了基于提升飛機地面滑行效率的機場航站區(qū)、飛行區(qū)布局規(guī)劃優(yōu)化建議，為從機場規(guī)劃設(shè)計層面提高機場運行效率，幫助機場最大限度地發(fā)揮運輸能力，提高機場在交通運輸市場中的競爭力提供參考建議。

2 機場平面布局限制

2.1 航站區(qū)布局的限制

2.1.1航站樓構(gòu)型

航站樓為旅客提供從陸側(cè)到空側(cè)接駁服務(wù)，同時也為飛機提供靠泊服務(wù)。目前我國大中型機場主流的航站樓構(gòu)型主要有五種：指廊型(finger pier)、衛(wèi)星型(satellite)、線型(linear)、轉(zhuǎn)運車型(transporter)以及綜合式。截至2019年年底，我國年旅客吞吐量超過一千萬的大型機場(共39個)航站樓通常被設(shè)計為三種構(gòu)型，分別為前列式、指廊式、指廊式與前列式結(jié)合的組合式，其具體統(tǒng)計情況如表1所示。

表1 國內(nèi)大中型機場航站樓構(gòu)型統(tǒng)計

航站樓的布局構(gòu)型不僅影響旅客乘機體驗，也在很大程度上決定了停機坪布局和停機位分布，影響飛機靠泊的便利性和飛機進離港滑行距離，進而影響飛機在航站區(qū)的滑行效率。如：A機場(如圖1所示)和B機場(如圖2所示)年旅客吞吐量接近，但平均離港滑出時間分別為27 min和22.9 min[1]。其原因之一就是A機場前列式航站樓在一定程度上延長了飛機地面滑行時間，占用了大量的機坪和跑滑系統(tǒng)資源，而B機場的指廊式航站樓則比A機場而言節(jié)省了大量的旅客轉(zhuǎn)移和飛機滑行時間。

2.1.2機坪布局

機坪區(qū)域是連接航站樓和跑滑系統(tǒng)的紐帶，為飛機提供靠泊和進出停機位的滑行服務(wù)。我國大型機場的機坪布局各相迥異，對飛機滑行效率的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1)機坪空間不足。

一方面，停機坪面積不足導致無法設(shè)置更多的機坪滑行路徑，使飛機在滑行過程中發(fā)生沖突時難以及時解脫；另一方面，停機坪空面積不足不能在大航班密度時為飛機地面滑行提供充足的空間和安全余度，既限制了機場地面容量，也使飛機地面滑行操作更加復雜，從而降低飛機地面滑行效率和安全性。

2)機坪與跑滑系統(tǒng)的距離較遠。

飛機進出機坪需要滑行較長距離，一方面增加飛機地面滑行時間和安全風險，飛機占用跑滑系統(tǒng)的時間增加，造成其他飛機在跑滑系統(tǒng)外的排隊等待。

3)機坪構(gòu)型不利于飛機滑進推出。

飛機在進出機坪時產(chǎn)生滑行擁堵，增加飛機地面滑行延誤。

2.2 飛行區(qū)布局限制

2.2.1跑滑系統(tǒng)布局

跑滑系統(tǒng)主要由跑道、平行滑行道、垂直聯(lián)絡(luò)道、快速出口滑行道組成，是飛機在起飛和降落階段的主要活動區(qū)域[2]。跑滑系統(tǒng)對機場地面滑行效率的限制主要體現(xiàn)在以下方面：

1)跑道數(shù)量不足。在機場運行中，出于安全和時間、空間限制，單跑道在單位時間內(nèi)能服務(wù)的飛機數(shù)量有限，因此跑道的數(shù)量直接決定了跑道的容量，當航班量超過跑道系統(tǒng)容量時，就會導致跑道系統(tǒng)內(nèi)的沖突、擁堵和等待時間增加，直接限制飛機的地面滑行效率。以C機場和D機場為例，兩機場的客貨運輸量和航班起降架次情況如表2所示，飛行區(qū)布局見圖3，圖4。

表2 C機場和D機場數(shù)據(jù)對比

2017年，兩機場航空業(yè)務(wù)量相當，年起降架次均為18萬架次左右(差額小于4%)，且航站樓構(gòu)型相似，均為指廊式+前列式的綜合式構(gòu)型。C機場飛行區(qū)與跑滑系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)道為11條，而D機場只有7條，因此C機航站區(qū)處理航班的能力應(yīng)高于D機場。但是由于D機場跑滑系統(tǒng)構(gòu)型為二跑二滑，兩條跑道采用一起一降的隔離運行方式[3]，而C機場只有一條跑道來承擔密集的航班起降架次，因此，根據(jù)2017年全國民航運行效率報告，C機場從飛機推出后至起飛的平均滑行時間接近D機場平均滑出時間的兩倍。由此來看，跑道數(shù)量是影響飛機地面滑行效率的主要因素之一。

2)快速出口滑行道設(shè)置不合理。快速出口滑行道可使飛機以較高速度滑行快速脫離跑道，可在一定程度上減少跑道、滑行道占用時間[3]。快速出口滑行道位置設(shè)計，應(yīng)根據(jù)機場所在地的氣象條件、機場跑道的物理條件、機型組合以及飛機的性能等確定，以使飛機能夠在降落后減速到適當速度時能夠便捷地找到相應(yīng)出口脫離跑道，減少跑道占用時間。目前國內(nèi)機場快速滑行道出口的位置通常是按照一定設(shè)計經(jīng)驗來設(shè)定，一般在距離跑道端1 900 m,2 300 m,2 700 m的位置設(shè)置角度為30°的快速出口，使得快速出口滑行道布置不一定滿足飛機的滑行需求[5]。

3)跑道入口數(shù)量不足。跑道入口是飛機從滑行道、停機坪等位置進入跑道的通道，跑道入口數(shù)量不足會導致飛機進入跑道的過程不流暢，進而造成擁堵或額外排隊等待，限制飛機的地面滑行效率。國內(nèi)機場通常最多在跑道端頭設(shè)置兩個入口，大部分機場只有一個跑道入口，當某個入口因為一些不可控的原因無法使用時，飛機無法通過其他跑道入口進入跑道，極大增加了飛機在跑道入口發(fā)生擁堵的概率，從而限制飛機滑行效率。國外很多機場，例如美國的E機場(見圖5)，其35L號跑道的端頭設(shè)置了3個跑道入口，極大降低飛機在跑道入口擁堵概率。

4)跑道等待位置空間不足。當機場航班量較大時，處于排隊等待狀態(tài)的飛機會占用滑行道資源，從而影響其他航班對滑行道的使用，增加飛機平均滑出時間，降低飛機地面滑行效率。例如F機場(見圖6)，跑道起飛等待位置的空間有限，在機場航班數(shù)較大時，這部分空間無法滿足航空器的運行條件，只能占用T1，T2滑行道資源，這勢必會在一定程度上對其他航空器的滑行造成擁堵，從而使航空器在地面的滑行效率低下。

5)跑道穿越影響。對于航站樓在跑道一側(cè)的近距平行跑道機場，一般采用內(nèi)側(cè)跑道起飛，外側(cè)跑道降落的運行模式[5]。使用外側(cè)跑道的降落飛機必須穿越內(nèi)側(cè)的跑道才能滑入對應(yīng)的停機位，為使降落飛機有符合標準的時間間隔穿越內(nèi)側(cè)跑道，勢必會增加內(nèi)側(cè)跑道起飛時刻的占用時間。隨著機場航空業(yè)務(wù)量的不斷增加，飛機穿越量也不可避免的增多，因此，內(nèi)側(cè)跑道資源被不斷占用，降低了跑道的運行效率。

2.2.2機坪與跑滑系統(tǒng)聯(lián)結(jié)狀況

機坪和跑滑系統(tǒng)是飛機在地面活動的兩個主要場所，飛機的進港和離港過程需要在這兩個場所之間進行轉(zhuǎn)換，因此除了機坪和跑滑系統(tǒng)本身的條件對飛機的滑行效率產(chǎn)生影響之外，機坪和跑滑系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)狀況也是飛機能否在地面流暢滑行的關(guān)鍵。目前，我國的大、中型機場由于最初的設(shè)計缺陷或者后期的改擴建不夠合理，機坪與跑滑系統(tǒng)聯(lián)結(jié)狀況參差不齊，絕大部分機場存在機坪和跑滑系統(tǒng)之間聯(lián)絡(luò)道數(shù)量不夠，布局不夠合理的狀況。以G機場和H機場為例，兩個機場基本情況見表3，飛行區(qū)布局如圖7，圖8所示。

表3 G機場和H機場數(shù)據(jù)對比

由表3可以看出：一方面， G機場的飛機起降架次比H機場少7.1%，運行壓力較小，但G機場飛機的平均滑出時間約為H機場的1.4倍；另一方面，G機場和H機場的航站樓構(gòu)型與跑滑系統(tǒng)布局相似，但是機坪與跑滑系統(tǒng)之間的聯(lián)結(jié)狀況存在較大差異。

首先，兩機場聯(lián)絡(luò)道的數(shù)量不同，如圖7，圖8所示，G機場機坪與東、西跑道之間有12條聯(lián)絡(luò)道，而H機場機坪與東、西跑道之間有17條聯(lián)絡(luò)道，顯然G機場聯(lián)絡(luò)道的數(shù)量較少，飛機從機坪到滑行道的過程中，可供選擇的滑行路徑較少。

其次，G機場機坪與跑滑系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)道較窄，且不存在機坪與滑行道直接相連的情況，這使飛機在運行時的活動空間有限，降低了飛機的操縱靈活性，延長了滑行時間。

3 機場平面布局優(yōu)化措施

3.1 航站區(qū)布局改進

3.1.1航站樓構(gòu)型

航站樓構(gòu)型應(yīng)提供充足的停機位的數(shù)量和合理的停機位位置分布。其設(shè)計的改進可以參考以下幾條措施：

1)盡量采用主樓+衛(wèi)星廳構(gòu)型。

一方面，這種構(gòu)型的航站區(qū)布局更具靈活性，也可以提供更多的停機位，特別是可以提供更多的近機位；另一方面，圍繞這種構(gòu)型的航站樓分布的停機位一般呈放射狀分布，便于飛機進出；而且，此類航站樓為未來機場的改擴建提供了空間。

2)指廊型航站樓應(yīng)在指廊之間留有充足空間。

隨著機場發(fā)展，不僅機場服務(wù)的飛機型號會不斷變化，停靠的飛機體積也會越來越大。如果指廊間的空間不足，會限制大型飛機的停靠且在大型飛機的進出時極易造成擁堵和增大安全風險，從而影響飛機的地面滑行效率。

3.1.2機坪布局

機坪應(yīng)為飛機地面滑行提供充足的空間、路徑需求，保證飛機從跑滑系統(tǒng)到停機位的滑行順暢便捷。其設(shè)計的改進可以參考以下幾條措施：

1)保證機坪面積足夠。

著眼于機場的長期發(fā)展，綜合機場將承擔的旅客和貨郵運輸任務(wù)量，在建設(shè)之初需要為機場機坪提供充足的面積，以保證在機場航班密度較大時，飛機仍有足夠的活動空間，減少飛機運行沖突，提高飛機運行效率。

2)保證機坪構(gòu)型合理。

在保證每架飛機擁有足夠的活動空間的同時，應(yīng)保障飛機進出機位滑行的便捷性，避免“瓶頸”區(qū)域的出現(xiàn)。

3)保證機坪和跑滑系統(tǒng)布局的緊湊性，便于飛機快速脫離跑滑系統(tǒng)到達停機位，減少滑行時間和滑行沖突。

3.2 飛行區(qū)布局改進措施

飛行區(qū)是飛機在機場地面的主要活動區(qū)域，在機場規(guī)劃設(shè)計之初要著眼于機場的長期發(fā)展對其空間布局進行綜合規(guī)劃，以求為后期的改擴建提供良好的基礎(chǔ)及避免空間浪費。

3.2.1跑滑系統(tǒng)布局

1)合理設(shè)置跑道的數(shù)量和間距。

目前，我國39個千萬級機場中有25個機場為單跑道機場，其中有13個機場正在或擬建新跑道。由此可見，很多機場在規(guī)劃建設(shè)之初未充分考慮其遠期發(fā)展趨勢，從而將跑道這一重要設(shè)施的數(shù)量規(guī)劃的不合理。當機場遠期旅客吞吐量超過1 000萬時，應(yīng)考慮建設(shè)兩條以上跑道以保證其運輸能力。

同時，當跑道數(shù)量一定時，跑道間距較大的跑道系統(tǒng)具備更好的容量擴充能力。當實施合理的進離場程序時，間距大于300 m的跑道系統(tǒng)容量提升空間明顯高于間距小于300 m的跑道系統(tǒng)，且其運行程序的可實施性和靈活性也優(yōu)于小間距跑道[7]。如上海浦東機場，東側(cè)兩條跑道間隔760 m，高峰小時每小時的起降架次達到46架，而西側(cè)跑道間隔460 m，每小時起降架次為34架。

2)合理設(shè)置跑道穿越道和繞滑道。

國內(nèi)外消減跑道穿越對飛機影響正常滑行的方法一般有兩種。以M,N機場為代表的機場設(shè)置繞行滑行道(見圖9，圖10)，即在跑道端修建一條或者多條繞行滑行道，到港飛機無需穿越跑道，只需通過繞行繞滑道即可到達機位。此方法不影響內(nèi)側(cè)起飛飛機的運行，同時減少了穿越跑道飛機的地面等待時間，可顯著提升機場地面運行效率；第二種方法是在內(nèi)側(cè)跑道設(shè)置多條穿越道，當航班比較密集而需要穿越跑道的飛機較多時，可安排多架飛機同時在跑道一側(cè)的不同穿越道等待，待內(nèi)側(cè)跑道空閑時同時穿越。

3)設(shè)置充足的輔助滑行資源。

機場聯(lián)絡(luò)道、跑道入口數(shù)量、快速出口滑行道、跑道端等待位置的設(shè)計要貼合機場規(guī)劃運行設(shè)計實際，不僅要滿足配套齊全要求，各部分設(shè)施的設(shè)計還要能滿足飛機地面滑行的流暢性和未來機場航空業(yè)務(wù)量發(fā)展。

3.2.2機坪與跑滑系統(tǒng)聯(lián)結(jié)狀況

1)增加機坪與跑滑系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)通道。

機坪緊密排列于跑道一側(cè)，使機坪與跑滑系統(tǒng)之間直接相聯(lián)結(jié)；跑滑系統(tǒng)和機坪之間通過多個較寬的聯(lián)絡(luò)道連接或使跑滑系統(tǒng)與機坪之間無障礙區(qū)域，使機坪與跑滑系統(tǒng)敞口相連；使機坪與跑滑系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)道盡量分布于整個機坪所在區(qū)域，而不是集中分布于機坪的某部分區(qū)域。

2)減少機坪到跑滑系統(tǒng)的距離。

機坪與跑滑系統(tǒng)在保證凈距的前提下布局緊湊，一方面減少機場占地面積，提高土地的利用率；另一方面，減少飛機從機坪到滑行道的滑行距離，節(jié)省滑行時間，提高滑行效率。

4 結(jié)論

本文從機場規(guī)劃角度分析了機場航站區(qū)、飛行區(qū)布局對飛機地面滑行效率的影響，并據(jù)此提出了基于飛機地面滑行效率提升的機場平面布局優(yōu)化措施：

1)機場在設(shè)計之初應(yīng)充分考慮自身近期、遠期發(fā)展，合理規(guī)劃基礎(chǔ)設(shè)施布局并留有改擴建空間，保證各設(shè)施資源的使用余度，滿足航班密集和沖突解決的使用需求。

2)飛行區(qū)布局設(shè)計改進措施。在跑滑系統(tǒng)中增加快速出口滑行道、入口滑行道的數(shù)量以及跑道端等待位置的空間面積，保證飛機有更多的活動空間和滑行路徑選擇；增加機坪到跑滑系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)通道，保證機坪和跑道系統(tǒng)聯(lián)結(jié)的緊湊性。

3)航站區(qū)設(shè)計改進措施。充分考慮航站樓空側(cè)部分近機位提供能力和飛機滑行的便捷性、對不同機型停靠的兼容性；機坪布局合理保證飛機到達跑滑系統(tǒng)的通達性。