广州白云国际机场东外跑道关闭仿真评估研究

摘 要：機场是航空运输网络的重要节点，为保障安全、提高效率，对机场容量进行科学、全面的评估至关重要。本文根据广州白云国际机场东外跑道关闭时机场场面布局、运行规则、交通流特性等重要参数的变化，选取模拟仿真软件进行了典型场景评估，可量化不同场景下机场容量，并对提高保障能力给出合理建议和有效措施。

关键词：机场容量；航空运输网络

1 背景

机场系统是情况最复杂的空管子系统之一，往往是影响空中交通的瓶颈。随着中国民航的快速发展，对机场运行效率日益提高的需求和机场软硬件条件限制的矛盾日益突出。如何准确评估现有机场在改扩建中的保障能力，对提高机场运行安全水平、减少航班大面积延误成为解决问题的关键。

国内外对机场容量的确定进行了大量研究，并建立了部分机场理论模型。但是影响机场容量的因素众多，如机场场面布局、运行规则、交通流特性等，理论模型在描述各因素时过于理想化。计算机模拟仿真是利用相关专业软件对评估对象的整体运行过程进行快速模拟，通过设置和改变特定的参数来对不同运行架次下的延误情况进行分析，确定机场的实际保障能力，具有快速、准确、灵活等优点。

本文通过对白云机场关闭东外跑道地面运行进行计算机模拟仿真评估，对影响保障能力的多种因素进行详尽分析，并对提高保障能力给出合理的建议和有效措施。

2 评估方法

20世纪70年代以来，计算机技术的快速发展为机场模拟仿真提供了技术支撑，欧洲与美国相继研发了多种模拟仿真系统，主要有AirTOp、TAAM、SIMMON、RAMS等。这些主流软件的仿真技术先进，模拟精度高，人机界面友好，但均对评估人员的专业化水平要求高，对评估环节的侧重点也有所不同。

本文选取国际先进的复杂机场系统快时模拟仿真软件AirTOp开展研究。AirTOp是由比利时Airtopsoft公司开发的快时仿真工具。该公司于2005年在布鲁塞尔成立，专注于航空运行仿真模拟AirTOp软件的开发，包括终端区空域（进近、离场、起飞、降落等），空中航道，空中交通流量管理，机场地面（跑道、滑行道、停机坪、除冰坪等），机场服务车辆（油罐车、消防车、摆渡车等），以及航站楼旅客的模拟。AirTOp软件自上市以来，成功进入全球航空市场，主要客户有：德国空管局（DFS），美国联邦航空管理局（FAA），新加坡民航局（CAAS），迪拜空管局（DANS），法国空客（Airbus），荷兰航空实验室（NLR），新加坡南洋理工大学（NTU），美国达美航空公司（Delta Airline）等数十家大型机构与单位。2014年，民航中南机场设计研究院首次将该软件引入国内，并在广州白云机场三跑道专项研究、郑州、武汉机场二跑道、香港机场、深圳机场三跑道等项目中进行了实践，逐步积累了大量空域与地面容量评估的项目经验。

本次模拟仿真通过AirTOp仿真平台，构建白云机场三跑道典型日的向南、向北运行地面仿真模型作为基准模型，用实际运行数据的统计参数验证基准模型的准确性，然后构建白云机场关闭东外跑道后，双跑道运行的地面运行仿真模型，得到相关运行指标。本次计算机模拟仿真的关键指标为航班平均离场延误水平、日航班运行架次及离场高峰小时架次数。

3 仿真建模

白云机场三条跑道自东向西分别为02R/20L，02L/20R，01/19。02R/20L跑道与02L/20R跑道构成窄距跑道，相距400米，02L/20R跑道与01/19跑道相距2200米。02R/20L跑道相对02L/20R跑道向南错开600米， 01/19跑道相对02L/20R跑道向南错开400米。广州白云国际机场共172个正常停机位，其中包含68个廊桥机位，19个自滑机位，15个货机位，26个联邦机位。

3.1 跑道运行原则

一般原则：进港航班使用02R/20L、01/19号跑道相关进近着陆；出港航班使用02L/20R、01/19号跑道独立起飞。特殊原则：联邦快递航班因停机坪位于东侧跑道以东，为减少跑道穿越风险，尽量使用东侧跑道进离港。这种跑道使用模式下，使用02R/20L跑道着陆的进港航空器需要穿越02L/20R跑道滑至客机坪。

3.2 停机位分配原则

广州白云国际机场根据航班性质及航空公司分配至相应停机位，本场客运航班机位分配使用的总体优先原则如下：

1）客机坪标准机位；

2）货机坪标准机位；

3）北站坪过渡机位（A区和B区优先于C区和D区）；

4）货机坪组合机位；

5）滑行通道临时机位；

6）公务机坪组合机位；

7）其他位置。

过渡机位优先停放以下航空器：

1）长时间经停航空器；

2）停场过夜航空器；

3）公务机；

4）备降航空器；

5）其他航空器。

3.3 跑道穿越程序

331 跑道穿越原则

一般情况下，一次只安排一架航空器穿越跑道，避免多架同时穿越；离场航空器进入跑道等待起飞时，不得指挥其他航空器穿越跑道。

332穿越跑道时机

主要包括穿越起飞跑道和穿越着陆跑道两种情形的时机把握。

穿越起飞跑道：当先穿越后起飞时，必须先发布穿越跑道指令，再向离场航空器发布进跑道指令，待穿越跑道航空器报告脱离跑道后方可允许离场航空器起飞；先起飞后穿越时，只有当离场航空器起飞离地150米以上或正切过等待穿越跑道的航空器时，方可指挥等待穿越跑道的航空器穿越跑道；

穿越着陆跑道：一般情况下，使用远端穿越，五边间隔要求14KM（含）以上，且当前行着陆航空器着陆冲程结束开始转弯脱离时，方可指挥等待穿越跑道的航空器穿越跑道，穿越且脱离跑道时，五边航空器距离跑道入口不少于4KM。

3.4 场景设置

本文根据实际运行中典型日航班流量和常用运行方向进行组合，共设置了六个评估场景。

4 仿真结果

本次计算机仿真模拟评估中，以广州白云机场三跑道典型日运行情况作为基准模型建模，对比研究了白云机场关闭东外跑道后在不减量和减量情况下向北、向南运行的地面情况，主要研究指标为航空器平均离场延误水平、日航班流量及离场高峰小时架次数。主要仿真结果如下。

表2 仿真评估结果

仿真场景运行方向日航班流量高峰小时离场延误水平离场高峰架次

基准场景向北向南三跑道典型运行日航班流量1180架次7分钟46架次5分钟44架次

场景一向北1180架次14分钟42架次

场景二向北1062架次（减量10%）8分钟37架次

场景三向南1180架次20分钟44架次

场景四向南1003架次（减量15%）8分钟36架次

其中对于白云机场三跑道基准场景向南运行（仿真场景一）与向北运行（仿真场景三）平均离场延误时间不一致，分析可得：主要是由于广州航班进口流量分布不平衡，70%的航班来自北边，向南运行时可以直接进近，更少的航班需要绕一圈进近，减少了与离场航班流在空中的冲突。其次如下图，左图为向北运行，右图为向南运行，红色箭头为进场航空器滑行方向，黄色为离场航空器滑行方向，在向北运行时，FDX的着陆航空器易于FDX离场航空器在图中黄色区域产生对头冲突，而向南运行则规避了这一点。

5 结论与建议

（1）白云机场在关闭东外跑道后。若保持现有交通流量，平均离场延误水平将大幅提高，向北平均离场延误提高7分钟，向南平均离场延误提高15分钟。将日航班流量向南运行时削减15%，向北运行时削减10%平均离场延误水平将小于10分钟，但是延误水平还將略高于白云机场三跑道运行时的情况。建议高峰小时流量控制在6566架次/小时左右。日航班流量总体消减10%15%的量。

（2）白云机场关闭东外跑道后，计算机仿真评估出双跑道运行离场高峰小时将出现在上午11：45左右，离场高峰小时架次数为3637架次/小时。平衡东西跑道出港航班流量，在运行时应及时分流，以确保出港容流平衡。

（3）白云机场关闭东外跑道后，使用东内跑道落地，脱离跑道的航空器易与A滑上航空器会产生冲突，滑行道冲突点增多，等待时间将相应增加。建议出港航班优化滑行道分配。

参考文献：

[1]刘松.美国机场及空域容量评估概况[J].空中交通管理，2003（3）：5961.

[2]蒋兵，胡明华，田勇，等.终端区空中交通容量评估的仿真方法[J].交通运输工程学报，2003，3（1）：97100.

作者简介：张莺（1976），男，湖南邵阳人，工程师，研究方向：飞行程序设计、空域规划及评估。