中美特大型繁忙机场滑行道系统规划对比分析——以PVG和ATL为例

唐小卫，刘鲁江，孙樊荣，程炳贺

（1.南京航空航天大学民航学院，南京 211106；2.中国民用航空局空中交通管理局空域管理中心，北京 100022）

滑行道系统布局不仅直接决定机场的整体框架和用地形态，更直接影响到机场运行的方方面面。据统计，2017年全球最繁忙的前10座机场中，中美两国各有3座入围，美国分别是亚特兰大哈兹菲尔德机场（第1，以下简称：亚特兰大机场）、洛杉矶国际机场（第5）和芝加哥奥黑尔国际机场（第6）；中国分别是北京首都国际机场（第2）、香港国际机场（第8）和上海浦东国际机场（第9，以下简称：浦东机场）[1]。上述机场的基本设计原则均符合国际民用航空组织（ICAO）的规定[2]，但国内机场在保障能力、保障特点、平面布局等方面与世界先进机场相比还存在一定差距。为此已有众多研究进行了分析，其视角主要集中在：①跑道终端，如中美机场空域结构条件差距较大[3]、进近或离场管制间隔不同[4]等；②陆侧航站楼系统的设计布局[5-6]。考虑到中美两国的实际国情，在短期内还较难采取有效措施克服这些差异，如空域条件受国家政策和管理规定的影响巨大，航站楼的设计又与枢纽机场主要基地公司的航线网络结构密切相关。滑行道系统连接了机场跑道系统和陆侧系统，因此其布局、构型及其与其他机场子系统的容量匹配程度对机场运行保障效率有着重要影响，但迄今为止从该角度进行的研究还近似空白。为此以中美两大典型繁忙机场的平面布局规划为基础，以跑道布局基本相似、暂不考虑空域环境为前提，分析二者在滑行道系统规划设计方面的主要差异以及对地面运行产生的影响，并据此为国内大中型机场改扩建或新建提供参考。

1 中美两大机场基本运行情况

2017年浦东机场（PVG,pudong international airport）旅客吞吐量约为7 000万人次，起降49.677 4万架次[7]，均位居中国第2位。亚特兰大哈兹菲尔德机场（ATL,atlanta international airport）为全世界最繁忙的机场，2017年旅客吞吐量约为1.039亿人次，起降约88万架次[1]。选择二者作为研究对象的原因包括两个方面。

1）两个机场在地面规划、跑道使用策略等方面具有较高的相似性，具备比较分析的基础，具体表现为：①浦东机场由17L/35R、17R/35L和16L/34R、16R/34L构成2组窄距跑道，如图1所示[8]；亚特兰大机场现有5条平行跑道，作为机场跑道系统主体部分的2组窄距跑道（08L/26R、08R/26L 和 09L/27R、09R/27L）与浦东机场构型一致，如图2所示[9]；②亚特兰大机场10/28是一条独立宽距跑道，浦东机场也正修建第5跑道，其相对位置高度相似；③航站楼与跑滑系统的相对位置关系非常接近，即航站楼等主要旅客服务设施布局在2组窄距跑道之间；④从动态起降模式来看，二者均采用“宽窄结合”的平行跑道系统配合“内起外落”的起降分离模式，这也是国内外普遍采用的2组窄距跑道运行模式，相比单纯采用宽距跑道系统进行全起全落的规划建设方案，其在改善起降相互制约、缩短航班滑行距离、缩减五边空域需求、减少程序设计数量和降低地面建设成本等方面成效显著[10]。

2）在跑道数量仅相差1条的情况下，亚特兰大机场在保障容量和地面滑行效率方面优势明显：①保障能力，浦东机场在仪表飞行规则（IFR，instrument flight rules）下，2017年高峰小时能够保障95架次。亚特兰大机场在IFR下，若采取离港优先的运行策略，高峰小时容量达到180架次；在目视飞行规则（VFR，visual flight rules）下，容量达220架次[9]。②地面滑行效率，亚特兰大机场和浦东机场的进、离港平均滑行时间分别为8.8min、16.9min[11]和 14.51min、26.12 min[12]。

基于上述差异，有必要对二者滑行道系统的布局规划进行对比，深入分析滑行道系统静态规划对机场运行效率的影响。

图1 浦东机场平面布局Fig.1 Layout of PVG

图2 亚特兰大机场平面布局Fig.2 Layout of ATL

2 地面滑行时间 分阶段指标值对比

中美两国对地面滑行时间的起点和终点定义均一致，可对地面滑行时间进一步分阶段统计，其标准如表1所示，两机场的指标值如表2所示。由表2可知，ATL的地面滑行效率明显优于PVG。

表1 地面滑行时间分阶段指标含义Tab.1 Index meaning of ground taxiing time by stages

表2 地面滑行时间分阶段指标值Tab.2 Index value of ground taxiing time by stages min

3 滑行道系统规划对比分析

两机场运行效率差异的原因主要有以下4个区域的设计差异：起飞等待区域（起飞跑道端附近的滑行道系统）、绕行滑行道、垂直联络道、快速脱离道。

3.1 起飞等待区域

对于1组窄距平行跑道，合理的起飞等待区域设置至关重要，因为出港飞机在跑道端等待起飞的现象很普遍，当跑道端等待空间不足时，排队飞机会占用滑行道空间，造成滑行道堵塞，继而将这种堵塞传播到整个机场。

浦东机场2组窄距跑道中2条起飞跑道端的设置情况如图3所示，呈现两个特点：①构型单一，1条入口滑行道（分别对应图3中的R6/R1/B8/P1道口）再加上1条旁通滑行道（分别对应图3中的E5/E0/B7/B1道口）；②除34L跑道端之外，其他跑道端头机坪布局复杂，即16R跑道两侧均布置停机位，17L跑道端布局货机坪，35R跑道端两侧均布局停机位。这种布局不仅容易导致起飞航班流集中，而且容易导致跑道端的流程交叉。跑道端本身就是机场运行的重中之重，若再在其附近布局机位，犹如“在停车场收费口设置了停车位”，非常不利于提高跑道端头的运行效率。

图3 浦东机场2条起飞跑道端的布局Fig.3 Layout of taking-off runway ends at PVG

亚特兰大机场的跑道端设置与浦东机场显著不同，如图4所示，具有以下特点：①加宽跑道端的等待坪，如图4中椭圆区域所示，在跑道端创造2条等待队列，避免排队过长影响到机坪；②增加起飞端的旁通滑行道数目，使起飞飞机尽早上跑道并对准跑道中心线；③避免在跑道端的两侧布局机位，避免机坪进出的飞机对起飞排队飞机的干扰，这一点在26L跑道端表现得尤其明显，26L跑道端下方有一片停机位，如图4（a）中方框所示，为了避免对26L的干扰，这些机位均从远离26L跑道端的滑行道进出，如图4（a）中26L跑道端下方的双向箭头所示。

3.2 绕行滑行道

将浦东机场16R/34L、16L/34R窄距跑道的北端和亚特兰大机场08L、08R窄距跑道西端放在一起，如图5所示，其结构非常相似，即在跑道端的两侧均布局停机位，但亚特兰大机场在此处设置了绕行滑行道，如图5（b）08R跑道端的椭圆区域所示。

图4 亚特兰大机场2条起飞跑道端的布局Fig.4 Layout of taking-off runway ends at ATL

图5 浦东机场东侧窄距跑道的北端与亚特兰大机场北侧窄距跑道西端布局对比Fig.5 Layout comparison of closely spaced parallel runways between north end at PVG and west end at ATL

图6 浦东机场东侧窄距平行跑道运行流程示意（向南运行）Fig.6 Operation process of eastern closely spaced parallel runways at PVG(operating to south)

以浦东机场向南运行为例，如图6所示，窄距跑道的北端两侧布局机位，造成进、出港流程交叉，多个方向的起飞、进港滑行流在此汇聚，再加上跑道北端出港排队空间受限，这些因素综合导致了目前跑道北端运行效率较低的情况。反观亚特兰大机场，如图7所示，在其运行最复杂的08R、08L跑道西端设置1条绕滑，有以下优点：①实现了进离港流程的基本分离；②外侧落地飞机向东落地后，反向滑行，从绕滑进入机坪，避免干扰起飞跑道，缩短了起飞飞机的等待时间，虽然落地飞机滑行距离明显加大，但其滑行速度比较大，且进、出流程彼此不干扰，所以进港滑行时间并不长。

3.3 垂直联络道

垂直联络道不仅是串联分流2组窄距跑道起降航班的桥梁支柱，也是分流串联跑道系统与站坪系统的重要纽带。浦东机场目前只有垂直联络道1组（两条），如图1的中的T3和T4，位于航站楼南侧，相对于两侧跑道大致居中。而亚特兰大机场在两组窄距平行跑道之间一共设置6组（12条，双向）垂直联络道，即在机坪外部设置1组（C滑和D滑）；在机坪内部设置5组（10条）作为垂直联络道使用的机坪滑行道，按80m一组的间隔分布于各航站楼之间，如图8所示。

图7 亚特兰大机场北侧窄距平行跑道运行流程示意（向东运行）Fig.7 Operation process of northern closely spaced parallel runways at ATL(operating to east)

图8 亚特兰大机场机坪垂直联络道布局Fig.8 Vertical linking taxiway layout at ATL

浦东机场垂直联络道数量上远低于亚特兰大机场（相差10条），导致运行方面出现3个问题：①垂直联络滑行道数量难以匹配运量，即容量对外无法匹配跑道数量，对内难以匹配停机位数量，不仅无法疏散跑道间往返和停机位进出航班流，反而形成聚合效应产生拥堵；②特情处置的回旋余地很小，2条垂直联络道一旦出现航空器故障，将导致单向通道完全锁死、阻断循环并外延引发连锁效应；③滑行距离差异巨大，经测算浦东机场进港航班从脱离跑道至进入机坪的平均滑行距离是3 km，最近不到1 km，但最远9.3 km；而亚特兰大机场的平均滑行距离是1.75 km，且同一机位的飞机前往任意一组窄距平行跑道的滑行距离基本等同，垂直联络道的设置应是导致该差异的主要原因。

3.4 快速脱离道

浦东机场内侧两条主起跑道（16R/34L、17L/35R跑道）每个方向分别设置了3条和2条快速脱离道，只允许向一侧脱离；外侧两条主降跑道（17R/35L、16L/34R跑道）允许向两侧脱离（由于机坪分散于跑道两侧），每个方向均分别设置了6条（跑道两侧各3条）快速脱离道。亚特兰大机场内侧两条主起跑道26L与27R、外侧主降跑道27L及起降结合的28号跑道只允许向一侧脱离，分别设置了2、1、2、2条快速脱离道（向西运行）；外侧主降26R允许向两侧脱离，共设置了3条快速脱离道。

因此，从数量上看，亚特兰大机场快速脱离道数量明显少于浦东机场，其原因如下：①其跑道起降职能相对固定、规划精细，主起跑道的脱离道数量仅为1～2条，主降跑道提升至2～3条，而浦东机场全部为3条高配设置（除16R以外）；②其跑道起降职能定位清晰，主降跑道长度均在3 000 m以内，设置2～3条快速脱离道基本够用。从距离上看，其主降跑道的首个脱离道口距离跑道入口多为1 600 m左右，分别以200 m（3条脱离道）或500 m（2条脱离道）的间距依次规划但略有差异。主起跑道的首个脱离道口距离跑道入口多为2 000 m左右，间距多为500 m左右但略有差异。而浦东机场主起与主降跑道的首个脱离道口距离跑道入口相差无几（1 700 m/1 800 m），且脱离道间距均为400 m。

由此可见，亚特兰大机场脱离道并非整齐划一，更多是基于跑道长度、依据起降分工（主起、主降或起降结合）即设置，并着重考虑了运营机型比例性能、通常客载情况和机场气象特点等实际运行因素。

4 对比分析和借鉴

4.1 滑行道系统规划对比分析总结

综合以上详细分析，滑行道系统规划对比结果如表3所示。

表3 PVG和ATL滑行道系统规划对比结果Tab.3 Comparison result of taxiway system planning between PVG and ATL

4.2 对中国繁忙机场规划设计的借鉴意义

以上两大机场均拥有2组窄距平行跑道，此构型布局也是未来中国大型机场主要的构型布局，如表4所示，2组窄距平行跑道运行模式是规划设计的主流（表4中标注★的机场均为此模式）。2组窄距跑道运行模式下，如何保持滑行道系统的整体连通性，值得机场规划设计者和运行管理者高度重视。因为一般而言，滑行道容量明显超过跑道系统容量，所以较少出现滑行道系统率先达到运行瓶颈的情况，但规划不当也容易出现“局部”瓶颈点。

表4 国内起降架次排名前10机场跑道构型Tab.4 Runway configuration of Chinese Top Ten airports according to aircraft movements

结合上述分析，有以下规划建议：

1）对于起飞等待区域，建议根据机场实际流量或预期增量设置或预留双通道/三通道的起飞等待坪，并配以3～4条起飞端旁通滑行道，但必须注意，这种设置也增加了跑道入侵的可能性，需要目视助航设备、地面管制规则等方面相应调整或者增强。此外，尽可能避免在起飞等待区域附近规划机位，并尽可能保证该区域不受其他流程干扰。

2）借鉴亚特兰大机场的发展历史，如果候机楼群全部集中于2组窄距跑道中间，那么并非所有的窄距跑道端均需设置绕行滑行道，亚特兰大机场采取了比较务实的做法。究其本质而言，设置绕行滑行道提升了跑道安全却牺牲了滑行效率，提升了起飞效率却牺牲了落地滑行效率。但如果窄距跑道端流程错综复杂，无法实现进离港的分流，那么设置绕滑就很有必要。

3）合理的垂直联络道规划是两组窄距平行跑道高效运行的关键。在2组窄距平行跑道布局下，无论是中国还是美国，都无法实现完全意义上的就近起飞或就近降落，这必然导致航班在两组窄距平行跑道间流动，而垂直联络道的作用正在于此。浦东机场航站楼主体与跑道方向平行，2组窄距平行跑道之间的连通性天然受到限制。建议国内新建机场根据预测增量、总量分流和匹配关系至少设置或预留2组4条（含）以上垂直联络道，并据此规划机场航站楼系统的整体布局，只有这样，各机位进出航班滑行距离才会比较均匀。

4）在航站楼群布局居中而非两侧的前提下，建议主起跑道快速脱离道数量最少、主降跑道快速脱离道数量次之；在距离上，机场、空管和基地公司需联合研究本场机型比例性能、通常客载情况、机场气象特点、管制指挥需求和飞行实际操作等运行因素再予以确定。

5 结语

以中美两大典型繁忙机场为分析对象，暂不考虑机场终端空域环境、进出港航路航线布局、尾流间隔等因素，结合地面滑行各阶段的运行指标值，对两场的地面滑行道系统进行对比，揭示了两场在规划方面差异较大的4个部分，分别是起飞等待区域、绕行滑行道、垂直联络道和快速脱离道，并据此为中国繁忙机场新一轮改扩建或新建提出有针对性的规划建议。