高程差异的双跑道机场内水平确定方法研究

王 维，李 军（中国民航大学机场学院，天津 300300）

高程差异的双跑道机场内水平确定方法研究

王 维1，李 军2
（中国民航大学机场学院，天津 300300）

目前中国双跑道机场逐步增多，其中有些机场的双跑道高程差异较大，而国际民用航空公约附件14、空中航行服务程序-飞机运行（PANS-OPS）对跑道高程具有差异的机场内水平面设置都没有明确的规定，从而给此类机场的规划和净空管理带来困惑。在综合考虑机场飞行安全、周边规划建设控制和机场净空管理继承性等因素的基础上，提出了双跑道高程具有一定差异的机场内水平障碍物限制面的确定方法。

机场；净空；内水平面；跑道高程差异

中国枢纽和干线机场的远期或终端总体规划大都采用平行双跑道构形。随着航空业务量的迅猛增长，许多干线机场的第二、三跑道已开始建设或已投入运行。由于场区地势原因，一些机场出现了不同跑道之间高程差异过大的情况，如重庆江北机场和乌鲁木齐地窝堡机场等。目前中国《民用机场飞行区技术标准（MH5001-2006）》[1]的净空规定与国际民用航空公约Annex-14卷I《机场设计与运行》[2]完全相同。在进近类障碍物限制面中，不论是精密进近抑或非精密进近，内水平面（inner horizontal surface）都是必设的限制面。内水平面的范围和高度，对于机场周边区域的建设和规划有重要影响。但是，对于高程差异显著的双跑道机场内水平面确定方法，ICAOAnnex-14、《空中航行服务程序-飞机运行（PANS-OPS）》[3]和美国FAR Part 77[4]、仪表终端程序标准TERPS[5]都没有明确的规定，从而给机场规划设计和净空管理带来了困惑。因此，针对此种情况，给出合理、科学的机场内水平面确定方法已变得非常迫切。

1 目前机场确定内水平面的一般方法

设置内水平面旨在保证飞机在机场进行目视盘旋进近的安全，目前，中国民用机场在机场净空管理中大都依据Annex-14设置内水平面，具体标准如表1所示。对于基准代码为3、4的机场，在单跑道和双跑道情况下，内水平面分别如图1和图2所示。根据规定，内水平面是高出跑道两端入口中点平均标高45 m的一个平面，其半径R对于基准代码为3、4的机场均为4 000 m。

表1 内水平面的范围和限制高度Tab.1 Dimensions and slopes of inner horizontal surface

图1 飞行区代码为4的一条跑道内水平面Fig.1 Inner horizontal surface for code number 4

图2 飞行区代码为4的两条平行跑道复合内水平面Fig.2 Composite inner horizontal for two parallel code number 4

2 PANS-OPS对目视盘旋进近的规定

PANS-OPS从实施目视盘旋进近程序和保障飞行安全的角度，对飞机盘旋进近的超障高度（OCH）、最小超障余度（MOC）和区域半径R分别作了规定。

2.1目视盘旋进近的OCH和MOC

PANS-OPS对目视盘旋进近程序的超障高度（OCH）和最小超障余度（MOC）作了规定，如表2所示。

表2 不同机型所需的超障高度和最低超障余度Tab.2 MOC and OCA/H for visual circling approach

根据上表，飞机类别不同时OCH、MOC也相应变化。从障碍物限制角度，表2所对应的障碍物限制高度为超障高度（OCH）减去最小超障余度（MOC）即（OCH-MOC），如表3所示。

表3 不同机型所对应的障碍物限制高度Tab.3 Different models corresponding to obstacle height limitation

显然就限制高度而言，除了A类飞机以外，PANSOPS与Annex-14相比的限制要求更为宽松。

2.2 目视盘旋进近的区域半径R1

PANS-OPS给出了目视盘旋进近区域半径R1的计算方法，即R为2倍的飞机转弯半径再加上飞机以盘旋进近最大真空速飞行10 s的距离[6-7]。计算中，涉及飞机类别（A、B、C、D、E）、真空速、转弯率和机场标高等参数。根据以上方法可计算出不同类别飞机在不同机场标高情况下的目视盘旋进近区域半径R1。表4分别计算了宜昌三峡、北京首都、昆明巫家坝和昌都邦达等4个机场针对不同类别飞机的目视盘旋进近区域半径R1。从表中可以看出，对于A类飞机，除了邦达机场外，其R1均在4 000 m以下，满足Annex-14的内水面半径R的要求。但是，对于B、C、D、E类飞机，R1都超过R。

3 高程差异显著的双跑道机场内水平面确定

如前所述，目前中国机场在净空管理中大都以Annex-14为依据。根据本文第2节的分析，对内水平面而言，Annex-14与PANS-OPS相比，在高度限制过严（即限制面过低）而在范围（半径）限制上则过宽（即限制范围过小）。由于机场净空管理既涉及机场的飞行安全，还与机场周边规划建设密切相关，因此在管理中必须做好上述两方面的平衡。既不能为迁就周边建设而给飞行安全带来隐患，也不能毫无根据地实施过分严苛的管理而对周边规划建设造成不合理的妨碍。

对于跑道高程（指各跑道的平均高程）存在差异的机场，应结合Annex-14、PANS-OPS要求并适当考虑周边区域规划、建设及其管理，对内水平面的限制范围和高度做出更为合理的规定。

1）双跑道高程差在15 m之内时，以高程最低跑道为基准、设60 m高的障碍物限制面。这样规定则：①机场可形成高程一致的内水面，便于对外解释说明；②有利于高程较低跑道的周边临近区域建设，即与45 m限高相比该区域的建筑物可以建的更高；③对高程较高跑道，内水面限制高度肯定在45～60 m范围内，为Annex-14和PANS-OPS要求的折中；④这样的内水平面对机场运行D、E类飞机也是偏于安全的（因为D、E类飞机目视盘旋进近的限高为90m）。另外，双跑道民用机场多为大型枢纽或干线机场，一般不运行A类飞机（Y-5，Y-12，TB-20、TB-200等），所以不会因限制面高度大于30 m而对A类飞机的目视盘旋飞行安全造成影响。实际上，即使有A类飞机的偶尔运行也无关系，因为双跑道机场的跑道长、飞行区范围大，而A类飞机因目视盘旋半径较小，可在场区及其附近内完成，一般不会出现净空条件问题。

表4 个别机场内水平面半径计算举例Tab.4 Calculation example of horizontal radius for individual airport

2）双跑道高程差大于15 m时，低高程跑道的内水平面限高取60 m，另一条跑道的内水平面限高取45 m。显然，此时两个内水面不在同一水平面上。这样规定的好处：①有利于低高程跑道周边临近区域的建设；②完全满足两条跑道目视盘旋进近程序的实施，因为除了对A类飞机外，对B、C、D、E类飞机，限制面高度都满足标准；③确保高程较高的跑道的内水平面限制高度不超过45 m，从而为A类飞机对该跑道的偶尔目视盘旋进近创造了更好的条件。

3）上面1）、2）分别规定了内水平面的高度确定原则。针对双跑道存在高程差异的情况，综合考虑双跑道机场的飞行区等级、运行机型和Annex-14、PANSOPS规定，内水面半径R为

式中：△H=内水面高程Hh－（跑道高程HR+45）。例如，当△H=15 m（即内水面高于跑道60 m）时，R=5 333 m，当△H=0 m（即内水面高于跑道45 m）时，R=4 000 m。

上述规定的好处，一是符合PANS-OPS的原则，在保障飞行安全的基础上限高放松，但范围扩大，同时又能与Annex-14衔接。

4 应用举例

对双跑道机场而言，在跑道高程相差小于15 m的情况下，内水平面的限制高度设计可根据跑道高程较小的那条跑道作为基准，这样对于另外的跑道为基准的情况下内水平面的高度也不会超过60 m，从而形成一个水平面内的连续复合内水面进行限制，对于双跑道而言主要是内水平面边界的确定，这在多跑道内水平障碍物限制面边界确定方法一文中已有论述[8]。

在跑道之间高程大于15 m的的情况下，机场内水平面如何进行设计将成为一个主要问题，此时应该按照非重叠区域各自计算，重叠区域和附加星型区域比较计算取较低值即可，从而形成一个外廓线在高度上是不连续即间断的复合内水平面，如图3所示。高程差异显著的双跑道内水平面设计标准计算中的重点是确定重叠区域的范围，也就是内水平面投影中几个关键交点的位置，例如A和D点，如图4所示，其余

的范围可根据内水平面的限制范围进行限制。

图3 不连续的复合内水平面示意图Fig.3 Discontinuous composite of inner horizontal surface diagram

图4 高程差异的内水平面相交投影区域示意图Fig.4 Intersection projection area of inner horizontal surface of elevation significant difference diagram

为了更好的说明高程差异显著的双跑道机场内水平面限制标准，以某机场作为实例进行分析，该机场现有一条长宽为3 600 m×45 m的07/25号4E级跑道L1，现有跑道平均标高为647.5 m，考虑到航空运输的发展，现在规划设计一条长宽为3 600 m×60 m上的4F级平行跑道L2，但由于地形总体上呈南高北低，南北向地势坡度较大，新跑道位置的原地面平均标高为615.5 m，跑道间的平均高差为38.5 m，第二条跑道西端相对现跑道西端向东错开400 m，两跑道间距为1 830 m，利用式（1）计算应该使内水平面的半径增大到5 333 m，内水平面的高度限制范围主要是确定A 和B点的位置，以A点为例，这里以L1跑道西端入口为原点建立直角坐标系，利用式（2）即可解出A点的坐标，用同样方法可求出D点坐标，如图5所示。

这样L1和L2跑道内水平面重叠的区域执行45 m的限制高度，L1自有的内水平面范围限制高度为45 m，而L2自有的内水平面范围限制高度为60 m，既有利于低高程跑道周边临近区域的建设，同时也完全能满足两条跑道实施目视盘旋进近程序。

图5 某机场跑道构型示意图Fig.5 Runway configuration of an airport diagram

5 结语

1）对于有高程差异的双跑道机场内水平面，高程相差小于15 m时，可以高程较低跑道为基准形成一个连续的高程为60 m内水平面；当高程相差大于15 m时，高程较低跑道内水平面依旧为60 m，而高程较高的跑道内水平面设置为45 m，这时非重叠区域内水平面限制高度各自计算，重叠区域和附加星型区域比较计算后取较低值。此时形成的复合内水面外廓线在高度上是不连续即间断的。

2）目前Annex-14的内水平面半径明显偏小，应将内水平障碍物限制半径根据实际情况相应增加。

3）本文以Annex-14和PANS-OPS为基础，综合考虑了机场飞行安全、周边规划建设控制和机场净空管理继承性等因素，建立的内水平面确定方法更为合理与实用。

[1]中国民航行业标准.MH5001—2006民用机场飞行区技术标准[S].

[2]ICAO.Annex-14 V I：Aerodrome Design and Operation[R].15rd ed.I CAO，2009.

[3] Federal Aviation Administration.FAR Part 77：Objects Affecting Navigable Airspace[R].FAA，1993.

[4] InternationalCivilAviation Organization，ProceduresforAir Navigation Services：Aircraft Operations.Construction of Visual and Instrument Flight Procedures[R].Vol II，2006.

[5] United States Standard.Terminal Instrument Procedures，Federal Aviation Administration[R].Washington：D.C，1976.

[6]王 维.机场净空管理[M].北京：中国民航出版社，2008：93-104.

[7] International Civil Aviation Organization Doc.9137 Airport Services Manual Part 6-Control of Obstacles[R].2rd ed.1983.

[8]王 维.多跑道内水平障碍物限制面边界确定方法[J].中国民航大学学报，2008，26（1）：21-24.

（责任编辑：党亚茹）

Research of inner horizontal obstacle limitation surface for aerodrome of two-runways with altitude difference

WANG Wei1，LI Jun2
（Airport College，CAUC，Tianjin 300300，China）

At present，more and more aerodromes are with configurations of the two-runways in China，and among them some two-runways have obvious elevation differences，while the current standards like Annex 14 of the International Civil Aviation Convention and procedures fot Air Navigation Services-Aircraft Operation （PANSOPS）don′t give detailed provision on inner horizontal for above circumstance，causing some confusions and difficulties for such aerodromes on the planning and obstacle management.Based on the comprehensive consideration of aerodromes flight safety，planning and construction of the surrounding area and aerodromes clearance management inheritance，a methodology is established for determining the inner horizontal obstacle limitation surface for aerodrome of two-runways with altitude difference.

aerodromes；clearance；inner horizontal surface；runway altitude difference

V351.11 文献标志码：A

1674－5590（2013）01－0059－04

2012-06-08；

2012-09-07

华北局科研项目

王 维（1960—），男，河北丰南人，教授，硕士，研究方向为机场工程.