廣州白云國際機場東外跑道關閉仿真評估研究

摘 要：機場是航空運輸網絡的重要節點，為保障安全、提高效率，對機場容量進行科學、全面的評估至關重要。本文根據廣州白云國際機場東外跑道關閉時機場場面布局、運行規則、交通流特性等重要參數的變化，選取模擬仿真軟件進行了典型場景評估，可量化不同場景下機場容量，并對提高保障能力給出合理建議和有效措施。

關鍵詞：機場容量；航空運輸網絡

1 背景

機場系統是情況最復雜的空管子系統之一，往往是影響空中交通的瓶頸。隨著中國民航的快速發展，對機場運行效率日益提高的需求和機場軟硬件條件限制的矛盾日益突出。如何準確評估現有機場在改擴建中的保障能力，對提高機場運行安全水平、減少航班大面積延誤成為解決問題的關鍵。

國內外對機場容量的確定進行了大量研究，并建立了部分機場理論模型。但是影響機場容量的因素眾多，如機場場面布局、運行規則、交通流特性等，理論模型在描述各因素時過于理想化。計算機模擬仿真是利用相關專業軟件對評估對象的整體運行過程進行快速模擬，通過設置和改變特定的參數來對不同運行架次下的延誤情況進行分析，確定機場的實際保障能力，具有快速、準確、靈活等優點。

本文通過對白云機場關閉東外跑道地面運行進行計算機模擬仿真評估，對影響保障能力的多種因素進行詳盡分析，并對提高保障能力給出合理的建議和有效措施。

2 評估方法

20世紀70年代以來，計算機技術的快速發展為機場模擬仿真提供了技術支撐，歐洲與美國相繼研發了多種模擬仿真系統，主要有AirTOp、TAAM、SIMMON、RAMS等。這些主流軟件的仿真技術先進，模擬精度高，人機界面友好，但均對評估人員的專業化水平要求高，對評估環節的側重點也有所不同。

本文選取國際先進的復雜機場系統快時模擬仿真軟件AirTOp開展研究。AirTOp是由比利時Airtopsoft公司開發的快時仿真工具。該公司于2005年在布魯塞爾成立，專注于航空運行仿真模擬AirTOp軟件的開發，包括終端區空域（進近、離場、起飛、降落等），空中航道，空中交通流量管理，機場地面（跑道、滑行道、停機坪、除冰坪等），機場服務車輛（油罐車、消防車、擺渡車等），以及航站樓旅客的模擬。AirTOp軟件自上市以來，成功進入全球航空市場，主要客戶有：德國空管局（DFS），美國聯邦航空管理局（FAA），新加坡民航局（CAAS），迪拜空管局（DANS），法國空客（Airbus），荷蘭航空實驗室（NLR），新加坡南洋理工大學（NTU），美國達美航空公司（Delta Airline）等數十家大型機構與單位。2014年，民航中南機場設計研究院首次將該軟件引入國內，并在廣州白云機場三跑道專項研究、鄭州、武漢機場二跑道、香港機場、深圳機場三跑道等項目中進行了實踐，逐步積累了大量空域與地面容量評估的項目經驗。

本次模擬仿真通過AirTOp仿真平臺，構建白云機場三跑道典型日的向南、向北運行地面仿真模型作為基準模型，用實際運行數據的統計參數驗證基準模型的準確性，然后構建白云機場關閉東外跑道后，雙跑道運行的地面運行仿真模型，得到相關運行指標。本次計算機模擬仿真的關鍵指標為航班平均離場延誤水平、日航班運行架次及離場高峰小時架次數。

3 仿真建模

白云機場三條跑道自東向西分別為02R/20L，02L/20R，01/19。02R/20L跑道與02L/20R跑道構成窄距跑道，相距400米，02L/20R跑道與01/19跑道相距2200米。02R/20L跑道相對02L/20R跑道向南錯開600米， 01/19跑道相對02L/20R跑道向南錯開400米。廣州白云國際機場共172個正常停機位，其中包含68個廊橋機位，19個自滑機位，15個貨機位，26個聯邦機位。

3.1 跑道運行原則

一般原則：進港航班使用02R/20L、01/19號跑道相關進近著陸；出港航班使用02L/20R、01/19號跑道獨立起飛。特殊原則：聯邦快遞航班因停機坪位于東側跑道以東，為減少跑道穿越風險，盡量使用東側跑道進離港。這種跑道使用模式下，使用02R/20L跑道著陸的進港航空器需要穿越02L/20R跑道滑至客機坪。

3.2 停機位分配原則

廣州白云國際機場根據航班性質及航空公司分配至相應停機位，本場客運航班機位分配使用的總體優先原則如下：

1）客機坪標準機位；

2）貨機坪標準機位；

3）北站坪過渡機位（A區和B區優先于C區和D區）；

4）貨機坪組合機位；

5）滑行通道臨時機位；

6）公務機坪組合機位；

7）其他位置。

過渡機位優先停放以下航空器：

1）長時間經停航空器；

2）停場過夜航空器；

3）公務機；

4）備降航空器；

5）其他航空器。

3.3 跑道穿越程序

331 跑道穿越原則

一般情況下，一次只安排一架航空器穿越跑道，避免多架同時穿越；離場航空器進入跑道等待起飛時，不得指揮其他航空器穿越跑道。

332穿越跑道時機

主要包括穿越起飛跑道和穿越著陸跑道兩種情形的時機把握。

穿越起飛跑道：當先穿越后起飛時，必須先發布穿越跑道指令，再向離場航空器發布進跑道指令，待穿越跑道航空器報告脫離跑道后方可允許離場航空器起飛；先起飛后穿越時，只有當離場航空器起飛離地150米以上或正切過等待穿越跑道的航空器時，方可指揮等待穿越跑道的航空器穿越跑道；

穿越著陸跑道：一般情況下，使用遠端穿越，五邊間隔要求14KM（含）以上，且當前行著陸航空器著陸沖程結束開始轉彎脫離時，方可指揮等待穿越跑道的航空器穿越跑道，穿越且脫離跑道時，五邊航空器距離跑道入口不少于4KM。

3.4 場景設置

本文根據實際運行中典型日航班流量和常用運行方向進行組合，共設置了六個評估場景。

4 仿真結果

本次計算機仿真模擬評估中，以廣州白云機場三跑道典型日運行情況作為基準模型建模，對比研究了白云機場關閉東外跑道后在不減量和減量情況下向北、向南運行的地面情況，主要研究指標為航空器平均離場延誤水平、日航班流量及離場高峰小時架次數。主要仿真結果如下。

表2 仿真評估結果

仿真場景運行方向日航班流量高峰小時離場延誤水平離場高峰架次

基準場景向北向南三跑道典型運行日航班流量1180架次7分鐘46架次5分鐘44架次

場景一向北1180架次14分鐘42架次

場景二向北1062架次（減量10%）8分鐘37架次

場景三向南1180架次20分鐘44架次

場景四向南1003架次（減量15%）8分鐘36架次

其中對于白云機場三跑道基準場景向南運行（仿真場景一）與向北運行（仿真場景三）平均離場延誤時間不一致，分析可得：主要是由于廣州航班進口流量分布不平衡，70%的航班來自北邊，向南運行時可以直接進近，更少的航班需要繞一圈進近，減少了與離場航班流在空中的沖突。其次如下圖，左圖為向北運行，右圖為向南運行，紅色箭頭為進場航空器滑行方向，黃色為離場航空器滑行方向，在向北運行時，FDX的著陸航空器易于FDX離場航空器在圖中黃色區域產生對頭沖突，而向南運行則規避了這一點。

5 結論與建議

（1）白云機場在關閉東外跑道后。若保持現有交通流量，平均離場延誤水平將大幅提高，向北平均離場延誤提高7分鐘，向南平均離場延誤提高15分鐘。將日航班流量向南運行時削減15%，向北運行時削減10%平均離場延誤水平將小于10分鐘，但是延誤水平還將略高于白云機場三跑道運行時的情況。建議高峰小時流量控制在6566架次/小時左右。日航班流量總體消減10%15%的量。

（2）白云機場關閉東外跑道后，計算機仿真評估出雙跑道運行離場高峰小時將出現在上午11：45左右，離場高峰小時架次數為3637架次/小時。平衡東西跑道出港航班流量，在運行時應及時分流，以確保出港容流平衡。

（3）白云機場關閉東外跑道后，使用東內跑道落地，脫離跑道的航空器易與A滑上航空器會產生沖突，滑行道沖突點增多，等待時間將相應增加。建議出港航班優化滑行道分配。

參考文獻：

[1]劉松.美國機場及空域容量評估概況[J].空中交通管理，2003（3）：5961.

[2]蔣兵，胡明華，田勇，等.終端區空中交通容量評估的仿真方法[J].交通運輸工程學報，2003，3（1）：97100.

作者簡介：張鶯（1976），男，湖南邵陽人，工程師，研究方向：飛行程序設計、空域規劃及評估。