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北京大兴国际机场跑道和滑行道系统规划设计

作者:姚忠举

【摘  要】北京大兴国际机场飞行区跑道和滑行道的规划设计承功能和效率优先、环境友好的原则,以运行安全为前提,构建出高效、节能、环保的大兴机场飞行区的骨架。以四型机场标准建设的大兴机场,已成为新时期引领我国建设“四型机场”、实现高质量发展道路上的排头兵。

【关键词】飞行区;安全;高效;四型机场

1. 四型机场建设标杆要求

2019年9月25日,习近平总书记出席北京大兴国际机场投运仪式时强调,既要高质量建设北京大兴国际机场,更要高水平运营北京大兴国际机场。要把北京大兴国际机场打造成为国际一流的平安机场、绿色机场、智慧机场、人文机场,打造世界级航空枢纽,向世界展示中国人民的智慧和力量,展示中国开放包容和平合作的博大胸怀。

北京大兴国际机场是按照新时代新型大型国际现代化机场“四型机场”标准建设的,具体体现在飞行区跑道构型、滑行道布局、综合交通、航站楼设计和流程等方方面面,我们对大兴机场跑道构型的“三纵一横”、对综合交通的“五纵两横”、放射状的航站楼步行距离控制在六百米等方面,都是大兴机场规划设计的重要亮点,下面就有关飞行区的几个方面进行简要论述。

2. 跑道系统规划

2.1 国内首个全向型跑道构型

跑道是机场的骨架,跑道系统的规划设计是飞行区也是整个机场设计中最重要部分。

大兴机场规划远期满足远期年旅客量1亿人次以上,年飞行架次84万次,基本的跑道构型是“五纵两横”的七条跑道构型。跑道构型的设置充分考虑安全运行、节能减排、减小噪声影响等方面。

国内首例“全向型”跑道布局方案,在全平行跑道构型基础上增加设置侧向跑道,有利于最大限度利用空域,在大兴机场空域环境下,是运行效率较优的选择,使起飞航班节能减排效益显著。

北京地区航班以东、东南方向居多,首都机场位于大兴机场东北侧,如采用全平行构型,大兴机场由南向北运行时,大兴机场北部为北京市禁区,受其限制,如使用东侧的南北向跑道起飞,飞机只能右转加入南部航路,同时受到首都机场进近飞行流的压制,需较长时间保持长距离低空飞行,将增加安全风险和油耗,影响运营效益。侧向跑道的应用避免了以上不足,由南向北运行时,使用侧向跑道向东起飞再加入离场航路,更为顺畅。

全向型跑道也有利于分流往各方向起飞离场的航班,更多地避免因离场航线相同而必须保持相应放行间隔,从而降低离港延误,增加起飞容量。

以建设目标年起降航班40万架次估算,侧向跑道的使用全年可节省航班空中飞行距离约300万公里;节省燃油约3.2万吨减少二氧化碳排放约10.2万吨。

大兴机场全向型跑道构型优点:

有利于提高运行安全性——靠近航站区的跑道数量增加,飞机运行中穿越内侧跑道的频率降低,减少跑道穿越次数;提高北部离港航班运行顺畅性;避免离港航班长时间低高度飞行。

有利于节能减排——缩短平均滑行距离;缩短东、南方向离港航班的飞行距离;避免离港航班长时间低高度飞行。节约燃油,提高经济效益,提高运行效率。

有利于提高机场保障能力——提高机场利用率;提高起飞容量;增加风频覆盖,提高机场利用率。

另外,带侧向跑道构型也有利于设置绕行滑行道,可在主向跑道端、侧向跑道侧边设置,利用效率高,不但供使用外侧主向跑道的飞机绕行使用,也供侧向跑道使用。

2.2 国内首个760米中距离跑道

西一、西二跑道和北一、北二跑道间距采用760m,有利于降低跑道相关性,提高跑道容量,降低延误。

结合远期规划,在跑道条数多时,运行已较为复杂,如大量使用近距跑道,将进一步增加运行复杂性。760m间距时,可按照隔离运行模式实施一起一降(或独立离场,或相关平行进近),互不干扰,从而容量提高、延误降低。

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图1 北向流日常运行模式

近期“三纵一横”构型可以使用12种跑道使用模式,为空管指挥大流量运行提供了多种可能方案,有利于提高空地一体运行效率,远期7条跑道情况下跑道的使用模式将更加灵活。

2.3尽量降低空中运行风险和噪声影响

1)主用跑道与首都机场跑道平行,确保了终端区内空中矛盾最小化

在预可研阶段采用的是主跑道正南正北、侧向跑道正东正西的垂直跑道构型,构型相对工整、用地也比较方正。随着空域研究的深入,结合军民航空管要求,将主跑道方位调整至与首都机场跑道方位平行,即大兴机场主跑道方位与北京市独立坐标系正北方向呈约7°夹角。

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图2 大兴机场与首都机场位置关系

2)侧向跑道方位的设置考虑减少对周边城市、镇区的噪声影响

考虑到地物限制、廊坊城市发展方向(向西、北),以及噪音对九州镇等“廊涿引线”道路沿线村镇的影响,适当顺时针调整侧向跑道方位,使其延长线位于廊坊中心城镇范围以南。综合分析减小噪声影响范围、保障飞行安全以及整体运行协调等因素,将侧向跑道设置为与主跑道成70°夹角。

侧向跑道的设置,有利于最大限度利用空域,在大兴机场空域环境下,是运行效率较优的选择,使起飞航班节能减排效益显著。

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图3 噪声影响示意图

3. 滑行道系统规划

3.1 平行滑行道

中央航站区两侧相应部位结合机位滑行道规划三平滑,使飞机在靠近跑道的一平滑上排队等待起飞的同时满足飞机进出航站区双向运行的畅通,解决双平滑在跑道起飞端容易造成延误的问题。

3.2 绕行滑行道

为了尽量减少飞机穿越跑道对跑道容量造成的影响,降低跑道侵入的风险,规划设置了相应的绕行滑行道,大兴机场是国内第二个运行绕滑的机场,更是国内首个在多个跑道端全面规划布局绕滑的机场,目前设置绕滑已成为国内大型机场普遍采用的规划设计模式。

3.3 快速出口滑行道

根据国内外实践经验,相邻快滑出口的距离一般不少于350m,我国大型机场跑道一般有2~3条快速出口滑行道,在主降落跑道上一般设置3条快速出口滑行道。

根据国际民航组织Doc4444《空中交通管理》,在着陆飞机平均跑道占用时间不超过50s,且满足其它相关要求时,最低水平雷达间隔标准可由5海里降低为2.5海里,如果可以实现,将一定程度上提高跑道容量——单位时间能内能起降更多的飞机。北京大兴机场快速出口滑行道的设计,旨在努力在此方面进行尝试,使得在主要降落跑道上的降落飞机平均占用时间满足该要求,为有效提升跑道容量奠定必备硬件基础。

在对实际运行中各型飞机使用不同距离快速出口滑行道的情况进行调研、分析的基础上,结合北京大兴机场主降跑道长度,分别针对3条快滑、4条快滑的多种方案,进行仿真分析比较。在设置3条快滑情况下,着陆飞机平均跑道占用时间很难降到50s以下,而设置4条快滑,有利于进一步降低平均跑道占用时间。通过对设置4条快滑的多方案(不同快滑位置和间距)比选,选择跑道占用时间均不超过50s的最优方案布置主降落跑道的快滑:设置位置(转出点)分别为1350m、1700m、2050m、2400m。在次要降落跑道上设置2条快速出口滑行道,分别设置在距离跑道端1700m、2200m处。

通过在主降跑道上一个方向设置4条快速出口滑行道,提供了进一步提高跑道容量的基础条件,也成为国内第一个主降跑道上设置4条快速出口滑行道的机场。为实现更大的、更高效运行的大兴机场打下了基础;在保证运行安全的前提下,缩短飞机降落滑跑距离和时间、提高跑道使用效率、缩短旅客乘机时间,体现四型机场建设的安全机场、绿色机场、人文机场。

4.结束语

大兴机场跑滑系统的规划和设计,紧紧围绕安全和运行高效来开展,通过各方面、多角度的努力,构建出高效、节能、环保的飞行区规划布局。希望能为其它机场的飞行区规划设计提供一些技术参考和经验借鉴。

大兴机场的飞行区设计在诸多方面都体现着对安全的严格遵守、对运行效率和绿色设计的“刻意”追求。以四型机场标准建设的大兴机场是工程建设上的宏伟壮举,代表着我国机场建设已经从追求规模发展进入到追求平安、绿色、智慧、人文的高质量发展的全新阶段,大兴机场已成为新时期引领我国建设“四型机场”、实现高质量发展道路上的排头兵。

来源:民航总院,作者:姚忠举

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