虹橋機場近距平行跑道儀表運行方式研究

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，而且占地規模明顯小于遠距離平行跑道[1]，因而，近距平行跑道目前成為機場規劃研究的重點領域之一。

國內外對基于容量估計和實際可操作性的近距平行跑道運行方式進行了一些研究。Milan Janic給出了平行跑道相關運行下理論最大容量的數學模型[2]；朱金福等借鑒單跑道混合運行下的建模思路，結合時空圖利用排隊論思想重點研究了混合運行模式下的近距平行跑道的容量和延誤水平[3]；王維等針對近距平行跑道一起一降運行模式得出了起飛和到達容量獨立計算并求和的容量數學模型[4]。但有關研究沒有綜合考慮航站樓相對跑道系統的分布方式對跑道系統容量的影響，而且對跑道運行方式的研究也不是很全面。

本文以虹橋機場近距平行跑道為例，以單跑道運行的理論容量為基礎，綜合考慮兩個航站樓的布局情況，對各種運行方式下的跑道系統容量進行估計，得出以提高系統容量為目標、具有實際可操作性的最佳儀表運行方式。

1 近距平行跑道系統描述和運行規則

上海虹橋國際機場現有一對跑道中心線間距為365 m的近距平行跑道18L/36R和18R/36L，航站樓T1和T2于兩側分布，布局如圖1所示。

根據民航局123號令《平行跑道同時儀表運行管理規定》（CCAR-98TM）第10條：“當兩條平行跑道的間距小于760米，航空器可能受尾流影響時，平行跑道離場航空器的放行間隔應當按照為一條跑道規定的放行間隔執行”，航空器在虹橋機場前后起飛離場時，所使用的近距跑道與使用單跑道的間隔標準相同。僅用于起飛時，近距跑道與單跑道具有相同的運行容量。

同時，根據民航局86號令《中國民用航空空中交通管理規則》（CCAR－93TM－R2）第 46 條：“中心線間隔小于760米的平行跑道，應為前后進近著陸的航空器配備雷達間隔的尾流間隔”，航空器在虹橋機場連續進近著陸時，使用近距跑道與使用單跑道的間隔標準也是一致的。僅用于落地時，近距跑道與單跑道具有相同的運行容量。

2 近距跑道運行容量

2.1 單跑道理論容量

在航空器進離場速度無明顯改變時，增加單跑道運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起飛、連續降落、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，可以實現最小的平均縱向間隔。在起降航班比例1∶1情況下，進離場航空器按照降落、起飛相間運行的順序，可以達到單跑道最大理論容量[5]，如圖2所示。

單跑道起降相間運行時，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。

根據實際管制運行經驗，以起降航空器均為中型機為例，考慮后機對前機的追趕和跑道占用時間，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

跑道數量和布局是制約機場起降容量的瓶頸。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，前后起飛離場或者前后進近著陸，航空器必須配備無尾流影響的縱向間隔[6]。因此，近距跑道儀表運行時，運行容量的增加主要是通過對兩條跑道的合理應用，縮小起降航空器的間隔來實現的。

根據有關規則[6－8]，在前起后降或前降后起時，近距平行跑道可以實現起降航空器間的間隔縮小，因而可以實現容量的增加。近距跑道運行和單跑道運行不同管制指令的發布時機如表1所示。

表1 管制指令發布時機對照表Tab.1 Comparison of occasions of issuing instructions

在近距跑道上儀表運行的航班仍然相互約束，其運行效率可由耦合在一起的一條航班流來體現。所以當近距跑道按照類似單跑道起降相間方式運行時，也可實現最大的理論容量C近。此時，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為例，暫不考慮航空器穿越落地跑道的情形，不考慮風向風速的影響，落地航空器從飛越跑道頭到主輪接地大約8～15 s，發布起飛指令時后機距跑道頭不小于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 近距跑道運行方式

3.1 運行方式分類

虹橋機場18L/36R跑道和18R/36L跑道均可以用于不同機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種運行方式，不考慮單跑道運行模式，僅考慮向北運行（使用36L、36R跑道運行），虹橋機場近距跑道的運行方式共有種，如表2所示。

表2 虹橋機場向北運行方式分類Tab.2 Category of Hongqiao Airport northward operation

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

為避免頻繁穿越落地跑道，國外近距跑道的運行通常采用遠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。借鑒國外近距跑道機場的經驗，盡量避免大量航空器穿越落地跑道，設?？吭赥1航站樓的航班量比例為x（0≤x≤1）。當0≤x≤0.5時，優先考慮36L跑道用于起飛；當x＞0.5時，則優先考慮36R跑道用于起飛。

3.2 典型運行方式下容量分析

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

一起一落運行方式下，?？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，需要拉大五邊連續落地航空器的間隔以保證運行安全。則在此運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，與航空器穿越跑道的位置、穿越時機、穿越時間等因素有關；據虹橋機場近距跑道運行規程，航空器沿滑行道H4在36R跑道中部穿越，穿越時間大約15～20 s，α 介于 0.8～0.9 之間。

2）雙起一落 雙起一落運行方式是一起一落的改進，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行時，形成了典型的單跑道運行。此時需拉大36R跑道五邊間隔，以便于插一架起飛航空器。此運行方式下的近距跑道容量y2為

其中：C單分別為單跑道運行的理論容量。

3）雙落一起 雙落一起運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，形成了典型的單跑道運行。此運行方式同時具有了一起一落與雙起一落的不足，其運行容量y3為

4）雙起雙落 雙起雙落運行方式下，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，合理的安排起降可以達到較高的運行效率。?？吭赥1航站樓的比例為x的航空器在36R跑道起飛時，與T2航站樓的比例為x的離場航空器進行配對，其余（1－2x）的起飛航空器與落地航空器按照36L單跑道運行方式起降。此運行方式下近距跑道容量y4為

上述4種運行方式下近距平行雙跑道容量函數隨T1航站樓航班比例x變化情況匯總如圖3所示。

3.3 運行模式選擇

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

當x較小時，對于相同的x而言，y1>y2，但一起一落運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，推薦采用雙起一落的運行方式。隨著x的增大，雙起雙落運行方式的容量迅速增大，且不存在穿越落地跑道的情形，則此時推薦使用雙起雙落的運行方式。令y4（x）=y2（x），可以計算得到兩種運行方式轉換的條件為

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

4 結語

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

[1]理查德·德·紐弗威爾，阿米第R·歐都尼．機場系統：規劃、設計和管理[M]．北京：中國民航出版社，2006.

[2]MILAN JANIC.A Model of the Ultimate Capacity of Dual Dependent Parallel Runways[R].Delft：OTB Research Institute Technical University of Delft，2006.

[3]郭海琦，朱金福．近距平行跑道容量及延誤水平計算模型[J]．交通運輸工程學報，2008，8（4）：68-72.

[4]王 維，李 偉．機場近距平行跑道一起一降模式下的容量計算[J]．中國民航大學學報，2009，27（3）：20-22.

[5]胡明華．空中交通流量管理理論[M]．南京：南京航空航天大學，2001.

[6]中國民航局123號令．平行跑道同時儀表運行管理規定，CCAR-98TM[G]．

[7]中國民航局86號令．中國民用航空空中交通管理規則，CCAR-93TM-R2[G]．

[8]民航華東空管局．上海虹橋國際機場近距跑道管制運行規程[G]．2010.