基于场面布局的机场运行优化研究

基于场面布局的机场运行优化研究　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｉｒｐｏｒｔ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓｃｅｎｅ　Ｌａｙｏｕｔ　刘鑫，纪源　（中国民航大学机场学院，天津３００３００）　ＬＩＵＸｉｎ，ＪｌＹｕａｎ　（ＣｉｖｉｌＡｖｉａｔｉｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａＡｉｒｐｏ￣ＣｏＨｅｇｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００３００，Ｃｈｉｎａ）　【摘　要】为研究基于场面布局的机场运行优化方法，在机场场面布局规划设计阶段，对机场场面布局进行数学分析，建　立影响场面运行效率的场面布局设计参数，并针对不确定影响参数进行场面运行仿真分析，最终提出了机场场面布局设　计参考值。该场面布局可大大减少航空器地面滑行时间，提高场面运行效率，为我国新建机场的规划建设提供参考。　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅａｉｒｐｏｒｔｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎ　ｓｃｅｎｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅａｉｒｐｏｒｔ　ｓｃｅｎｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｉｓａｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｈｅａｉｒｐｏｒｔｌａｙｏｕｔｐｌａｎｎｉｎｇａｎｄｄｅｓｉｇｎ　ｓｔａｇｅ，ｔｈｅ　ｓｃｅｎｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｗｈｉｃｈａｆｆｅｃｔｔｈｅ　ｓｃｅｎｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｉｒｐｏｒｔ　ｓｃｅｎｅ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｉｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｓｃｅｎｅ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｃｅｎｅ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｃａｎ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ａｉｒｃｒａｆｔ　ｔａｘｉｉｎｇ　ｔｉｍｅ，ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｓｃｅｎｅ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｏｕｒｎｅｗａｉｒｐｏｒｔｐｌａｎｎｉｎｇａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．　【关键词】机场场面；设计参数；规划建设；场面运行　【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ａｉｒｐｏｒｔｓｃｅｎｅ；ｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｐｌａｎｎｉｎｇａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ａｅｒｏｄｒｏｍｅｏｐｅｒａｔｉｎｇ　【中图分类号】ｖ３５１．１　【文献标志码】Ａ　【文章编号】１００７．９４６７（２０１７）０５　０１１５．０４　［ＯＯＩ］１０．１３６１６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１７．０５．０３３　

１引言　随着民航事业的发展，航班量逐年增多，随之而来航班延　误问题也曰益严重。其中，场面布局规划设计和运行组织缺陷　是产生该问题的重要原因。目前，国内外学者对场面优化研究　多局限在机场运行组织领域，Ｇｉｌｆｉａｎ　Ｋｔ　嗵过对离场航空器顺　序进行优化来提高场面运行效率；ＣｈｅｎｇＶｔ２］通过改善场面运　行网络来提高机场场面运行的控制；刘长有等脚利用遗传算法　对场面滑行路径进行优化，得到滑行时间最小路径；张莹等嗍　

【作者简介】刘鑫（１９９１～），男，陕西富平人，在读硕士，从事机场运　行优化研究。　

建立了场面滑行时刻优化模型，减少了场面滑行时间；张启钱　等田研究了多跑道航班起降调度优化算法，提高航班运行效　率。这些研究均建立在已有的场面布局及运行组织的基础　上，　而对于规划设计阶段中基于运行优化的场面布局研究　几乎未涉及。由于机场规划设计阶段常常忽视航空器地面滑　行时间这一重要因素，导致建成后的机场运行存在效率低的　问题。若在规划设计阶段充分考虑航空器地面滑行时间因素，　构建既保证运行安全又实现优化运行的场面布局，可大大减　少后期运行效率问题。本文针对以上问题，对场面布局设计参　数进行详细分析，并结合仿真分析，提出了优化的场面布局设　计参数，提高机场场面运行效率。　

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市　丽　面　Ｉ工程建设与设计　珊ｌ　・　咖而　面　

２机场场面运行分析　机场场面涵盖了飞行区、航站区、货运区、维修区和救援　消防通道中的部分物理资源。包括机动区和活动区两个概念。　本文研究范围为活动区，即从航空器着陆滑行至停机坪，或从　停机坪推出／滑出滑行至跑道头离场的全过程。图ｌ所示为场　面运行示意图，进场或离场航空器按照各自的航班时间及安　全间隔，依次通过跑道进行起飞和降落。由于在同一时刻只能　有一架航空器占用跑道，所以航班密集时通常会在临近终端　区产生进场队列，在跑道入口处产生离场队列。进场航空器在　脱离跑道后，按照指定的滑行路线至机坪的停机位上；离场航　空器离开机坪，经过滑行道系统到达跑道入口，如果符合起飞　要求则通过跑道起飞，从而完成整个进离港过程。若在滑行路　径上遇到交叉冲突、追尾冲突或对头冲突，则通过控制各航空　器经过冲突点的时间，来确保两航空器之间满足安全间隔。　

航班１　航班２　

航班ｎ　

港　＼　

／　

进港流程　ｍ一　离港流程　

谲 港　｛团踊　赫／　

图１航空器场面运行示意图　３场面布局设计参数　机场场面布局的关键是飞行区与航站区的布局规划。在　机场飞行区基本布局确定后，跑道、滑行道及机坪设计参数既　决定了飞行区的细部布局结构，又对航空器地面滑行、地面等　待时间产生重要影响。在实际设计中，对于航班量较大的机　场。其前期规划的场面布局对后期场面运行的效益影响更大。　因此，以双跑道机场为例，建立基本场面布局，图２所示为双　跑道机场场面布局示意图及其设计参数。以跑道入口点为坐　标原点，沿跑道方向为Ｙ轴的正方向，垂直于跑道中心线方向　为　轴。沿ＸＹ两个方向，机场场面布局主要设计参数包括：　跑道中线与平行滑行道中线间Ｉ￣Ｅ（ｘ．）、平行滑行道间距（　）、　跑道间距（　，）、跑道长度（ｙ。）、脱离道与跑道端入口的距离　１１６　

（Ｙ　）、机坪联络道间距（ｙ，）、机坪联络道与跑道入口间距（ｙ　）、　跑道错距（ｙ　）。　●ｙ　

Ⅲ　行　滑　行　道　

ｙ　

Ｙ２　

Ｕ　图２双跑道机场场面布局示意图　

图２所示为从数学角度建立的双跑道机场场面布局示意　图及设计参数，在实际设计规范旧中，对相关参数进行了规定。　其中包括：跑道中线与平行滑行道中线间距、平行滑行道间　距、跑道中线间距、脱离道与跑道端入口间距、机坪联络道间　距、跑道长度。而对于停机坪联络道与跑道入口间距、跑道错　距的取值并无相关规定。表１列出机场场面布局主要设计参　数及其技术规定。　表１机场场面布局主要设计参数　

从表ｌ中可以看出，部分参数的取值在规范中已有规定，　则在进行设计优化时应严格遵照规范规定。场面布局设计参　数的变化均会影响航空器地面滑行时间，进而影响场面运行　效率，但必须保障航空器飞行及地面滑行安全，因此，分别对每　个参数对滑行时间的影响进行详细分析。假设航空器处于正　常的滑行状态，对于跑道中线与平行滑行道中线间距　，随着　．的增大，平行滑行道与跑道的间距增大，则增大了场面滑行　距离，相应的滑行时间增大；类似的，对于平行滑行道间距　：　和跑道间距　，随着　与　的增大，相应的场面滑行时间增　大。因此，对于　方向的设计参数，在满足安全及其他要求的　情况下，建议取最小安全间距。对于跑道长度ｙ。，其主要目的　是满足飞机的起降，其取值受多方面影响，且对整个场面的滑　行时间影响不大，因此按具体实际条件取值；而对于脱离道与　跑道端入口的距离ｙ：，脱离道的目的是使航空器着陆后脱离　跑道进入机坪，为了满足航空器速度能降低到滑行速度，其相　对跑道的位置也大致相同，对航空器整体的滑行时间影响不　大；对停机坪联络道间距ｙ］，航空器从跑道的一端起飞，从跑　道的另一端着陆，对于任意一架着陆又继续起飞的航空器，其　都必须经过从跑道末端着陆沿机坪滑行到跑道起始端起飞。　随着机坪的复杂程度不同，其在机坪中滑行时间可能有差异，　但从场面布局角度分析，其对场面整体滑行时间的影响不大。　对于机坪联络道与跑道人口间距ｙ　，机坪的位置决定了进离　港航空器的滑行时间，对于离场航空器，由于其起飞重量较　大，速度较小，翔　！＞　亍丑　司，则尽可能使机坪处于起飞段，而　对于进港航空器则机坪越接近跑道着陆端滑行时间越少，由　此产生矛盾，需进一步研究。对于跑道错距ｙ　，实质上也影响　机坪相对于跑道的位置，因此，对于参数ｙ　和ｙ　对场面滑行　时间的影响，利用机场仿真软件对其进行进一步研究。　４实例仿真计算分析　以某双跑道机场为例，按全年起降２７万架次，高峰小时　起降４６架次设计，Ａ、Ｂ、ｃ、Ｄ、Ｅ类起降机型比例为：ｌ：ｌ：８：８：２。　跑道长度３６００ｍ，滑行道系统由平行滑行道、快速出口滑行　道、跑道与平行滑行道之间的垂直联络道以及机坪联络道组　成，其布局如图３所示。利用Ｓｉｍｍｏｄ软件对其进行仿真计算。　图３机场场面仿真模型　图３所示为软件中场面仿真模型，其中运行规则按照规范　市政・交通・水利工程设计Ｉ　“忑　ｉ　ｓ　Ｅ面　的一般规则进行设置，各阶段滑行速度按照平均速度进行设　计，航班计划按实际航班计划。ｙ　的取值为Ｏ～６００ｍ，每２００ｍ　为１个方案，ｙ　的取值为Ｏ～９００ｍ．每１００ｍ为１个方案。以　ｌ，　＝ｏｍ，Ｙ　取Ｏ～ｌＯ００ｍ，表２为其仿真计算结果。　从表２及图４中可以看出，在该仿真条件下，机坪联络道　与跑道入口间距为２００ｍ时，每架航空器的平均滑行时间最　小，为４．７３ｍｉｎ；９种方案的平均每架航空器滑行时间为　５．２４ｍｉｎ。相比方案平均滑行时间，间距为２００ｍ时平均滑行时　间减少９．７％。大大减少了滑行时间，提高了场面运行效率，对　于标准差数据，从理论角度讲，机坪越接近跑道中点，每架航　空器的滑行时间越接近，但从表２中可以看出，其随着机坪越　靠近跑道中心，其标准差并无明显变化规律，造成这种差异的　主要原因是航空器在运行过程中的冲突问题，滑行冲突会造　成航空器等待，从而增加滑行时间。在仿真过程中看到，当移　动机坪位置时，可以减少某些冲突，但也可能产生新的冲突。　最终由仿真结果可知，间距为２００ｍ时滑行时间最短，实质上　在此种布局下，航空器之间的冲突减少。从而使得其滑行时间　变短。　表２不同方案下航空器平均滑行时间　

机坪联络道与跑道入口ｌ础Ｅ／ｍ　图４不同方案下航空器平均滑行时间变化图　

５结语　基于场面布局的机场运行优化，通过对场面布局进行数　学解析，建立了影响场面布局的主要设计参数。通过详细分　析，在保证运行安全的前提下，提出了场面布局的设计参数参　考值，并对影响不确定的设计参数利用实例进行仿真分析，最　终得到了最优的设计参数。文中提出了机场场面布局设计中　

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