西北某机场跑道构型研究
作者：杨新毅 薛小刚
摘要
随着民航强国战略的实施，民航业吞吐量逐年攀升，对基础设施建设的需求日益增长，国内各大机场纷纷进入了多跑道系统的规划设计阶段。目前关于多跑道系统的规划国内尚无成熟的规范，本文通过对某机场跑道构型的研究过程的总结、梳理，得出多跑道系统规划需要注意的相关问题，仅为对类似项目的规划建设提供参考。
引言
西北某机场位于城市新区的规划范围内，使得新区具有了便捷的对外交通渠道，成为新区发展的巨大优势。以机场为核心打造区域性的枢纽是提升新区区域辐射能力的重要措施。做好机场规划，与城市协调发展成为各方共同关注的问题。跑道构型是机场规划的核心和骨架，直接决定了机场的终端容量，是机场其他规划实施的基础。因此，有必要对机场的跑道构型进行深入研究，以满足机场与城市的发展共生、互利。
机场现状及规划
机场位于城市以北的新区范围内，距离城市约67km，现有设施按满足年旅客吞吐量1000万人次设计，飞行区指标为4E，建有1条长4000m、宽45m的跑道，1条与其等长的平行滑行道，各类机位共计73个；航站楼面积约8.8万m2，货运库面积约1万m2。
根据机场2006版总体规划，第二跑道位于现跑道东侧2000m处，第三跑道位于第二跑道东侧760m处（如图2.1所示）。
图2.1 机场总体规划2006版跑道构型
机场周边条件介绍
根据《新区总体规划（2011-2030）》，机场规划的可用地范围位于纬一路以北、经七路以西、北绕城快速路以南的区域（如图3.1所示）。纬一路以南、经七路以东区域已经是新区的建设区，建设区目前内已经有较多的建筑物高度超出2006版机场总体规划要求的净空障碍物限制面。纬一路距离现跑道南端头约1120m，北绕城快速路距离现跑道北端头约2620m，经七路距离现跑道最近处距离约3225m。在机场的规划预留用地范围有一条国家输油管道通过，距离现跑道最近处距离约1850m。
图3.1 机场周围设施图
现跑道西侧为高低起伏的山丘，高出现跑道约100m，现跑道东侧至经七路之间的区域地势较为平坦，北高南低、南北向坡度约7‰，东西高、中间低，东西向坡度约3‰（如图3.2所示）。
图3.2 机场周围地势图
规划的主要指标
根据机场所在省的地理位置、人口规模、经济水平，以及在航空网络中所处的地位、民航局相关规划，综合判断分析，确定机场定位为区域枢纽机场，近期2030年按旅客吞吐量按3800万人次，货邮吞吐量30万吨，年起降架次30.2万架次，高峰小时起降架次77架次，航站楼面积49万m2，机位数138个规划。远期2050年按旅客吞吐量8000万人次，货邮吞吐量100万吨，年起降架次56.6万架次，高峰小时起降架次127架次，航站楼面积100万m2，机位数280个规划。
规范关于跑道间距的要求
跑道间距的确定主要考虑要满足飞行区和航站区容量需求。图5.1列示了中国民用航空总局令第123号《平行跑道同时仪表运行管理规定》中两条仪表平行跑道间距要求。
图5.1 两条仪表平行跑道中心线的间距
【注】：表中d为跑道前后错开的距离。当进近是向着远的跑道入口时，d取“+”；当进近是向着近的跑道入口时，d取“－”，但不得小于300m。
关于平行跑道容量研究的主要结论
跑道的容量受多种因素的影响，一般说来，取决于跑道的构型、空域条件、机型组合、飞机运行方式、气象条件等等。主要因素如下：
（1）跑道体系的构型、条数、间距及方位；
（2）滑行道和跑道出口的构型、数目及其位置；
（3）到达飞机和出发飞机占用跑道的时间；
（4）机型组合；
（5）天气情况（能见度、降雨量、风向和风速），天气状况不同采用的空中交通规则相异；
（6）消减噪声的程序，它可能限制跑道运行的类别和时间的选择；
（7）尾流涡流的存在及其发生的频繁程度，当轻型飞机跟随重型飞机时比重型飞机跟随轻型时需要更大的间隔；
（8）助航设备的设置及其性质；
（9）为建立达到和出港航路所具备的空域及其结构；
（10）空中交通管制设施的性质和范围。
如果仅从考虑雷达管制间隔、尾流间隔、一定的机型组合进行理论数据计算，单条跑道容量可达到40架次，1组近距跑道容量可达到68架次。
由于理论计算的数值与实际发生的数值存在一定的差异，因此规划中对跑道容量的分析研究过程中参考了一些国内外大型机场的跑道实际运行经验，并对理论计算的结果加以验证。
根据国际、国内对单条跑道以及近距跑道容量的有关研究成果，目前通常认为“一条跑道（混合使用）高峰小时容量不大于40架次，一条近距跑道（混合使用）高峰小时容量不大于66架次”。综合考虑仿真结果、延误折减等因素，本次规划采用值为：单条跑道适宜的高峰小时容量为38架次，一组近距跑道适宜的高峰小时容量为62架次，一组中距跑道的容量为68架次，一组远距跑道独立运行适宜的高峰小时容量为76架次。
主要规划方案的论述
从前面的论述可以看出，由于周围环境的影响，以及机场吞吐量预测的调整，原2006版机场总体规划的跑道构型已经不能满足机场的发展，需要对跑道构型进行调整。
（1）跑道方位的选择
机场现跑道长4000m，磁方位为180°~360°。下面主要从机场气象条件、净空条件、与城市规划关系等方面论述确定远期规划跑道方位：
① 气象条件：机场场址主导风向为北风，南北方向风频率之和最大，按飞机起降最大许可侧风分量为6.7m/s进行计算，跑道风力负荷百分率为99.93%，满足规范要求，若规划新增跑道与现跑道平行，其风力负荷满足规范不少于95%的要求。故从风向上来说，跑道沿南北方向布置最合理。
② 机场位于盆地西南角，现跑道南端、东侧净空条件较好；跑道北端净空面的端部附近有个别山头超高；西侧多为丘陵地段，净空条件较差。从净空条件分析，跑道沿南北方向布置，飞机起降可避开西侧丘陵。
③ 新区规划中已在现跑道东侧预留规划了控制区域，当地政府已按照规划范围对机场远期用地进行了保护。受东侧规划产业园区限制，跑道方向只能按南北向布置。
④ 《运输机场总体规划规范》（MH/T5002-2020）中明确要求：“多跑道机场宜采用平行跑道布局，可综合考虑风力负荷、空域条件、航班流分布、运行效率等因素规划侧向跑道”。很显然，结合兰州机场的地形、净空及风力负荷条件，将规划跑道与现跑道平行布置是合理的。
综上所述，机场场址处主导风向频率很高，侧风频率小，且地势较平坦，净空较好，故本次规划新增跑道按平行跑道构型布置。
（2）跑道条数的选择
结合前面关于机场业务量预测的主要指标以及跑道容量分析的主要结论，确定本次规划为4条跑道，组合形式为1组远距+2条中距跑道，或1组中远距跑道+1条中距跑道+1条近距跑道。
（3）跑道构型的选择
根据确定的跑道条数，结合现状，可以布置的跑道构型方案如图7.1所示。方案一需要挖除现跑道西侧的山体，工程量巨大（粗算土方工程量约5亿m3），由此带来的环境影响问题也尤为突出，因此放弃方案一。方案三的实施需要拆除现有航站区及城际铁路，造成的工程投资浪费也较大，因此放弃方案三，方案二既可以保留机场现有设施，也避免开挖山体造成的巨大工程量，符合新区的城市规划。因此推荐采用方案二。从图7.2 可以看出，由于现跑道距离经七路只有3225m，在满足东二跑道与经七路的最小间距要求下，布置2组中距跑道，则西二跑道与东一跑道的间距仅剩1475m，虽然可以满足规范要求的独立平行仪表进近的跑道间距要求，但是对二次监视雷达设备提出了更高要求，最主要的问题是在此种跑道构型下，东航站区将作为主航站区，未来要承担6000~7000万的旅客吞吐量，要满足平行滑行道、航站楼、机坪、工作区等的布置，用地规模就显得极为窄小，难以支持机场远期的发展。因此，从场地范围来考虑，该场址只能选择1组中远距跑道+1条中距跑道+1条近距跑道的跑道构型。
图7.1 四条跑道布局示意图
图7.2 2组中距跑道的布局示意图
机场位于我国西北地区，机场的航线主要为机场至东部地区的航线，从飞行流的特点考虑，东边1组跑道作为中距跑道较为合理（如图7.3所示），可以承担更多的容量，因此规划西边1组为近距跑道，间距按365m考虑，则西二跑道和东一跑道的间距可以达到1870m，基本满足东航站区的发展要求。虽然该间距较国内其他多跑道机场的主跑道间距小，但在受制于场地条件，1870m 的主跑道间距已经是在充分考虑了机场与周围环境协调发展的条件下的最大间距了。
图7.3 1组中距+1组近距跑道的布局示意图
（4）跑道运行方式
现跑道、西二跑道作为一组近距跑道，隔离平行运行；东一跑道、西二跑道作为一组远距跑道，可以做到独立运行；东一跑道、东二跑道作为一组中距跑道，可以做到相关平行进近，独立平行离场。
（5）跑道错开及标高规划
考虑机场北端水库、南端工业园的影响，规划西二跑道无法向北、向南错开，只能与现跑道两端对齐，标高不低于现跑道。
为避开新区现有超高建筑物，东一跑道向北与现跑道至少需错开800m，为保证北绕城快速路上行驶的车辆不超高，东一跑道向北与现跑道错开最大为800m。另外，场址地势为北高南低，东一跑道向北错开的距离越大，则土方工程量越大，且西二跑道、与东一跑道作为两条主跑道，错开距离太大也不利于运行。因此确定东一跑道与西二跑道错开800m较为合理（如图7.4所示）。在该跑道构型条件下，规划建设的东一跑道、东二跑道，则需对国家输油管线进行改线。
图7.4 机场跑道构型示意图
基于场址容量最大化的方案选择
由于机场所在城市周围地形复杂，群山环绕，机场选址困难，机场目前所处的盆地，其场地条件已经是城市周围不可多得机场场址，具有唯一性。因此应充分发挥该场址的潜力。但是由于新区的建设，使得机场周围净空条件逐步恶化。新区与机场是相互协调发展，互惠互利的关系，结合新区规划，综合考虑，确定机场规划向东、向北发展，用足了城市规划预留给机场的发展用地，满足了机场发展需求，同时减小了净空、噪音对新区的影响。
结束语
机场跑道构型的确定历时7年，期间关于是否搬迁机场、是否向西发展、是否需要四条跑道，是否搬迁国家输油管道等等问题，展开了一系列的分析论证，规划的进行中，抽丝剥茧，冲破重重障碍，最终四条跑道的构型方案方尘埃落定。从最终确定的方案可以看出，各部门对机场发展的重视和期望。枢纽机场的规划建设是一个庞大复杂的系统，涉及到城市规划、综合交通等方方面面，机场的定位及场址一旦确定，应做好长期的保护和对外协调工作，才能使得机场的建设进入一个良性的发展循环中，与城市规划相得益彰。
参考文献：
1. 《运输机场总体规划规范》（MH/T5002-2020）；
2. 《平行跑道同时仪表运行管理规定》（中国民用航空总局令第123号）。