虹桥机场近距平行跑道仪表运行方式研究

顾正兵

（民航华东空中交通管理局，上海 200335）

近距平行跑道系统比单条跑道在使用策略上具有灵活性，在容量上能有较大幅度增加，而且占地规模明显小于远距离平行跑道[1]，因而，近距平行跑道目前成为机场规划研究的重点领域之一。

国内外对基于容量估计和实际可操作性的近距平行跑道运行方式进行了一些研究。Milan Janic给出了平行跑道相关运行下理论最大容量的数学模型[2]；朱金福等借鉴单跑道混合运行下的建模思路，结合时空图利用排队论思想重点研究了混合运行模式下的近距平行跑道的容量和延误水平[3]；王维等针对近距平行跑道一起一降运行模式得出了起飞和到达容量独立计算并求和的容量数学模型[4]。但有关研究没有综合考虑航站楼相对跑道系统的分布方式对跑道系统容量的影响，而且对跑道运行方式的研究也不是很全面。

本文以虹桥机场近距平行跑道为例，以单跑道运行的理论容量为基础，综合考虑两个航站楼的布局情况，对各种运行方式下的跑道系统容量进行估计，得出以提高系统容量为目标、具有实际可操作性的最佳仪表运行方式。

1 近距平行跑道系统描述和运行规则

上海虹桥国际机场现有一对跑道中心线间距为365 m的近距平行跑道18L/36R和18R/36L，航站楼T1和T2于两侧分布，布局如图1所示。

根据民航局123号令《平行跑道同时仪表运行管理规定》（CCAR-98TM）第10条：“当两条平行跑道的间距小于760米，航空器可能受尾流影响时，平行跑道离场航空器的放行间隔应当按照为一条跑道规定的放行间隔执行”，航空器在虹桥机场前后起飞离场时，所使用的近距跑道与使用单跑道的间隔标准相同。仅用于起飞时，近距跑道与单跑道具有相同的运行容量。

同时，根据民航局86号令《中国民用航空空中交通管理规则》（CCAR－93TM－R2）第 46 条：“中心线间隔小于760米的平行跑道，应为前后进近着陆的航空器配备雷达间隔的尾流间隔”，航空器在虹桥机场连续进近着陆时，使用近距跑道与使用单跑道的间隔标准也是一致的。仅用于落地时，近距跑道与单跑道具有相同的运行容量。

2 近距跑道运行容量

2.1 单跑道理论容量

在航空器进离场速度无明显改变时，增加单跑道运行容量的有效方式是缩小航空器之间的平均纵向间隔。航班流的纵向间隔可分为连续起飞、连续降落、前起后降和前降后起4种情况。合理安排航班流中起降航班的次序，可以实现最小的平均纵向间隔。在起降航班比例1∶1情况下，进离场航空器按照降落、起飞相间运行的顺序，可以达到单跑道最大理论容量[5]，如图2所示。

单跑道起降相间运行时，航班流的平均纵向间隔为2架落地航空器A1与A2间隔的一半。A1与A2的纵向间隔为A1与D1的前降后起间隔加上D1与A2的前起后降间隔。

根据实际管制运行经验，以起降航空器均为中型机为例，考虑后机对前机的追赶和跑道占用时间，包含必要的管制间隔裕度，单跑道在仅用于降落或仅用于起飞方式下，航空器平均纵向间隔通常为8～9 km。单跑道在起降相间运行方式下落地航空器的间隔为12～13 km，即起降航空器平均纵向间隔为6～6.5 km，运行效率与单起或单降相比可提高25%左右。

2.2 近距跑道理论容量

跑道数量和布局是制约机场起降容量的瓶颈。近距跑道较之单跑道，虽然增加了1条跑道，但是由于中心线间距小于760 m，前后起飞离场或者前后进近着陆，航空器必须配备无尾流影响的纵向间隔[6]。因此，近距跑道仪表运行时，运行容量的增加主要是通过对两条跑道的合理应用，缩小起降航空器的间隔来实现的。

根据有关规则[6－8]，在前起后降或前降后起时，近距平行跑道可以实现起降航空器间的间隔缩小，因而可以实现容量的增加。近距跑道运行和单跑道运行不同管制指令的发布时机如表1所示。

表1 管制指令发布时机对照表Tab.1 Comparison of occasions of issuing instructions

在近距跑道上仪表运行的航班仍然相互约束，其运行效率可由耦合在一起的一条航班流来体现。所以当近距跑道按照类似单跑道起降相间方式运行时，也可实现最大的理论容量C近。此时，航班流的平均纵向间隔仍然为起降间隔与降起间隔的一半，由于近距跑道较之单跑道压缩了航班流的前起后降间隔和前降后起间隔，所以近距跑道的理论容量大于单跑道的理论容量，即C近＞C单。

以起降航空器均为中型机为例，暂不考虑航空器穿越落地跑道的情形，不考虑风向风速的影响，落地航空器从飞越跑道头到主轮接地大约8～15 s，发布起飞指令时后机距跑道头不小于5 km，增加必要的管制裕度，前后两架落地航空器的间隔为8～10 km，即平均纵向间隔4～6 km，运行效率较之单跑道可提高约20%～50%，即1.2C单≤C近≤1.5C单。

3 近距跑道运行方式

3.1 运行方式分类

虹桥机场18L/36R跑道和18R/36L跑道均可以用于不同机型航空器的起飞和降落，即每条跑道均有仅起、仅降、又起又降3种运行方式，不考虑单跑道运行模式，仅考虑向北运行（使用36L、36R跑道运行），虹桥机场近距跑道的运行方式共有种，如表2所示。

表2 虹桥机场向北运行方式分类Tab.2 Category of Hongqiao Airport northward operation

运行方式8、9与单跑道运行下的仅起和仅落方式运行容量相同，这里重点研究一起一落、双起一落、一起双落和双起双落4种运行方式。

为避免频繁穿越落地跑道，国外近距跑道的运行通常采用远离航站楼的跑道用于落地、靠近航站楼的跑道用于起飞，这样离场航空器从航站楼滑行至起飞跑道不需穿越落地跑道。借鉴国外近距跑道机场的经验，尽量避免大量航空器穿越落地跑道，设停靠在T1航站楼的航班量比例为x（0≤x≤1）。当0≤x≤0.5时，优先考虑36L跑道用于起飞；当x＞0.5时，则优先考虑36R跑道用于起飞。

3.2 典型运行方式下容量分析

1）一起一落 一起一落包含36L起飞36R落地和36R起飞36L落地两种运行方式。当0≤x≤0.5时，采用36L起飞36R落地的运行方式，即西起东落；当x＞0.5时，则考虑东起西落。这里以西起东落加以说明。

一起一落运行方式下，停靠在T1航站楼的航空器需要穿越用于落地的36R跑道，去36L跑道起飞。在穿越落地跑道时，需要拉大五边连续落地航空器的间隔以保证运行安全。则在此运行方式下近距跑道容量y1为

其中：C近为近距跑道的理论容量；0＜α＜1为穿越系数，与航空器穿越跑道的位置、穿越时机、穿越时间等因素有关；据虹桥机场近距跑道运行规程，航空器沿滑行道H4在36R跑道中部穿越，穿越时间大约15～20 s，α 介于 0.8～0.9 之间。

2）双起一落 双起一落运行方式是一起一落的改进，该方式采用了就近起飞的原则，从而避免了穿越落地跑道。但中心线间距小于760 m的跑道起飞航空器存在尾流影响，两条跑道不能同时放飞。停靠在T1航站楼在36R跑道起飞的航空器，与36R跑道的落地航空器交替运行时，形成了典型的单跑道运行。此时需拉大36R跑道五边间隔，以便于插一架起飞航空器。此运行方式下的近距跑道容量y2为

其中：C单分别为单跑道运行的理论容量。

3）双落一起 双落一起运行方式采用就近落地的原则，但停靠在T1航站楼的航空器起飞需要穿越落地跑道。36L跑道又起又落时，形成了典型的单跑道运行。此运行方式同时具有了一起一落与双起一落的不足，其运行容量y3为

4）双起双落 双起双落运行方式下，航空器就近起飞，就近落地，可以避免穿越起飞跑道和落地跑道。同时，合理的安排起降可以达到较高的运行效率。停靠在T1航站楼的比例为x的航空器在36R跑道起飞时，与T2航站楼的比例为x的离场航空器进行配对，其余（1－2x）的起飞航空器与落地航空器按照36L单跑道运行方式起降。此运行方式下近距跑道容量y4为

上述4种运行方式下近距平行双跑道容量函数随T1航站楼航班比例x变化情况汇总如图3所示。

3.3 运行模式选择

由图3可知，双落一起运行方式的效率是最低的，且需要穿越落地跑道，因此在实际管制运行中，不推荐使用此运行方式。其他3种运行方式各有千秋。

当x较小时，对于相同的x而言，y1>y2，但一起一落运行方式需要穿越落地跑道。从尽量减少穿越落地跑道的原则出发，推荐采用双起一落的运行方式。随着x的增大，双起双落运行方式的容量迅速增大，且不存在穿越落地跑道的情形，则此时推荐使用双起双落的运行方式。令y4（x）=y2（x），可以计算得到两种运行方式转换的条件为

即当T1候机楼的航班量小于等于1/3时，推荐使用双起一落运行方式（就近起飞）；当航班量大于1/3小于1/2时，推荐使用双落双起运行方式。

4 结语

通过深入分析虹桥机场扩建后双候机楼与双跑道的位置关系，依据尽量减少穿越落地跑道的原则，研究了在现行布局条件下，虹桥机场近距平行跑道仪表运行的最佳方式；推导出跑道不同运行方式与航站楼流量分布的函数关系，相互比较可知：当T1航站楼的航班量小于等于1/3时，推荐使用双起一落运行方式（就近起飞）；当其航班量大于1/3小于1/2时，推荐使用双落双起运行方式。该研究为航站楼停靠航班量变化时改变跑道运行方式提供了理论依据。

[1]理查德·德·纽弗威尔，阿米第R·欧都尼．机场系统：规划、设计和管理[M]．北京：中国民航出版社，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误水平计算模型[J]．交通运输工程学报，2008，8（4）：68-72.

[4]王 维，李 伟．机场近距平行跑道一起一降模式下的容量计算[J]．中国民航大学学报，2009，27（3）：20-22.

[5]胡明华．空中交通流量管理理论[M]．南京：南京航空航天大学，2001.

[6]中国民航局123号令．平行跑道同时仪表运行管理规定，CCAR-98TM[G]．

[7]中国民航局86号令．中国民用航空空中交通管理规则，CCAR-93TM-R2[G]．

[8]民航华东空管局．上海虹桥国际机场近距跑道管制运行规程[G]．2010.