仿真模拟技术在民用机场规划设计领域应用研究

民航机发〔〕号

２０２０５

关于印发《仿真模拟技术在民用机场规划设计

领域应用研究》的通知

民航各地区管理局，各保障单位，各机场公司，民航相关工程设计单位：

为推进仿真模拟技术在民用机场规划设计领域的应用，我司

组织民航机场规划设计研究总院开展了相关研究工作，形成了

《仿真模拟技术在民用机场规划设计领域应用研究》，现予以发

布，供行业各单位参考。

该信息通告的电子版可在民航专业工程建设项目招标投标管

理系统的“标准规范”页面内下载。

民航局机场司

年月日

２０２０６３

民航局机场司年月日印发

２０２０６３

信息通告

中国民用航空局机场司

编号：

ＩＢ－ＣＡ－２０２０－０２

下发日期：年月日

２０２０６３

仿真模拟技术在民用机场

规划设计领域应用研究

前言

机场仿真模拟技术的推广应用，对于机场规划设计方案的比

选、优化及运行管理模式的改进提升均具有重要意义。开展仿真

模拟技术在民用机场规划设计中的应用研究，有助于加强机场规

划设计的前瞻性与科学性，提升我国机场规划设计水平，实现建设

方案的科学评估与精细化比选。

报告研究内容主要涵盖以下四个方面：）按研究对象差异划

１

分机场仿真模拟类别，梳理、总结不同类型机场仿真模拟应用领

域、应用阶段和主要作用；）对飞行区地面运行仿真、航站楼流程

２

仿真和机场陆侧交通仿真进行深入研究，提出建模基本流程、仿真

输入参数和结果分析指标，并开展典型案例分析；）研究大型机

３

场航班起降波形的分类及特征，并就航班流、旅客流和交通流的转

换展开分析；）分析机场仿真模拟研究面临的问题，并提出建议

４

和展望。

鉴于机场仿真模拟研究在我国仍处于发展阶段，尚需不断积

累数据和总结经验，望相关单位在仿真实践过程中多提宝贵意见，

以便今后完善、总结。（联系人：李雄民航机场规划设计研究总院

有限公司；地址：北京市朝阳区惠新东街甲号住总地产大厦

２１９

层，邮编：；电话：；电子邮箱：

１０００２９０１０－８４１５６１１６ｌｉｘｉｏｎｇ＿ｃａｃｃ＠

）

１６３．ｃｏｍ

—１—

编制单位：中国民航机场建设集团有限公司

编制人员：李雄陈芊李振楠臧志恒张昆

宿百岩李峰徐俊杰

审查人员：张光辉吴浩宁马志刚彭爱兰刘一

潘建吕青姚春玲赵家麟赵继伟

马晓阳郑杰史建港王硕

—２—

目录

1研究概述..............................................1

1.1研究背景及意义......................................1

1.2研究目标及内容......................................2

1.3主要研究成果........................................3

2机场仿真模拟分类及应用领域.............................6

2.1仿真分类............................................6

2.2应用领域...........................................10

2.3应用阶段分析.......................................13

3机场仿真模拟流程.....................................15

3.1常规流程...........................................15

3.2特定流程...........................................17

4航班时刻表...........................................24

4.1航班起降波形分类...................................24

4.2波形特征评估.......................................28

4.3国内大型机场航班波形分析...........................31

4.4航站楼旅客流转换...................................35

4.5机场交通流转换.....................................38

5飞行区地面运行仿真...................................43

5.1主要输入参数及规则.................................43

I

5.2主要输出指标.......................................52

5.3容量评判标准.......................................60

5.4典型案例研究.......................................65

5.5空地综合比选.......................................81

6航站楼流程仿真.......................................94

6.1主要输入参数.......................................94

6.2主要输出指标.......................................98

6.3典型案例研究......................................103

7陆侧交通仿真........................................109

7.1主要输入参数......................................109

7.2主要输出指标......................................116

7.3典型案例研究......................................118

8结论建议及展望......................................134

8.1研究内容总结......................................134

8.2存在问题..........................................136

8.3建议及展望........................................138

II

1研究概述

1.1研究背景及意义

随着社会经济的不断发展中国航空运输业长期保持快速增长，中

国民航已稳居全球第二大航空运输体系。近十年来，我国机场运行规

模持续扩大，全国机场年旅客吞吐量从4.1亿人次增长到12.6亿人次，

增长207%；货邮吞吐量从883万吨增长到1674万吨，增长90%；飞机起

降架次从423万增长到1109万，增长162%。千万级机场从10个增加到

39个，8个机场晋级全球50大机场行列。首都机场旅客吞吐量再次突

破1亿，连续10年排名全球第二；浦东机场货邮吞吐量连续11年排名

全球第三。全球航空旅客吞吐量超过1亿人次的12个城市中，我国北

京、上海跻身其中。

航空需求的增加，导致机场系统的规模越来越大，以满足民众日

益增长的航空出行需求。大型机场跑道构型多样，滑行道、航站楼、

陆侧交通及终端区空域系统复杂，传统规划设计方法与运行管理经验

难以对机场建设与运行管理中遇到的问题进行有效决策与定量分析。

在欧美等民用航空发达国家，机场仿真模拟技术已广泛应用于机场规

划设计与日常运行管理之中，其对于机场建设方案的比选、优化及运

行管理模式的改进提升均具有重要意义。我国对于机场仿真模拟技术

的应用尚处于推广阶段，但随着建设运营一体化、机场绿色运行、民

航服务品质提升、精细化决策等新理念的不断推进，越来越多的机场

认识到仿真模拟技术在机场规划设计与运行管理领域的积极作用。

—1—

2018年12月10日，民航局发布《新时代民航强国建设行动纲

要》，要求践行绿色智慧，将绿色理念融入到民航发展的全领域、全

流程和全周期。《关于深入推进民航绿色发展的实施意见》提出，充

分利用仿真模拟等技术，优化机场跑-滑构型、站坪的设计，优化飞

行区运行、航空器地面运行流程；充分利用专业仿真模拟手段，提高

新建、改扩建机场规划设计的合理性。2019年11月全国民航机场工

作会议上，冯正霖局长在讲话中提及仿真模拟作为机场工程建设技术

创新升级的数字化新工具已逐步被广泛应用。

综上所述，开展仿真模拟技术在民用机场规划设计中应用的相关

研究，有助于加强机场规划设计的前瞻性与科学性，提升我国机场规

划设计水平，实现建设方案的科学评估与精细化比选。

1.2研究目标及内容

本项目研究目标主要包括：（1）系统梳理、总结仿真模拟技术在

民用机场规划设计中的应用范围和主要作用；（2）针对重点应用领域：

飞行区、航站楼和陆侧交通仿真模拟开展深入研究，提出建模基本流

程、仿真输入参数和仿真结果分析的主要内容；（3）编写完成项目研

究报告《仿真模拟技术在民用机场规划设计中的应用研究》；（4）推

广仿真模拟技术在民用机场规划设计中的应用与示范。

主要研究内容：

（1）机场仿真模拟分类研究根据研究对象的差异，划分机场仿

真模拟研究类别。梳理、总结不同类型机场仿真模拟应用领域、应用

阶段和主要作用。

—2—

（2）针对重点仿真领域——飞行区地面运行仿真、航站楼流程

仿真和机场陆侧交通仿真，分别从以下几方面开展深入研究：

—研究对象界定，目的作用分析，仿真建模流程；

—输入参数设置，输出结果分析，主要评估指标；

—典型案例研究。

（3）对大型机场航班起降波形的分类和特征开展研究，分析当

前国内大型机场航班起降波形，并就仿真模拟中航班流与旅客流和交

通流的转换开展研究。

（4）研究结论建议和展望总结研究成果，对机场仿真模拟研究

面临的问题进行分析，并提出建议和展望。

1.3主要研究成果

（1）根据仿真模拟研究对象的差异，将当前常用的机场仿真模

拟划分为四个类别，即飞行区地面运行仿真、终端区及航路空域仿真、

航站楼流程仿真和机场陆侧交通仿真，对各类仿真模拟的应用领域和

阶段进行分析。

（2）机场仿真建模常规流程可分为前期准备、建模实施和分析

评估三个主要阶段，针对各阶段工作内容进行梳理介绍。

（3）参考全球大型机场典型日航班起降波形，归纳得出锯齿形

航班波、梯形航班波、早晚高峰形航班波和叠加形航班波四个类别。

我国大型机场航班起降波形大多属于早晚高峰形航班波范畴，早出港、

晚进港高峰特征较为明显，日间运行阶段降落、起飞高峰交替出现，

可形成2-4组降落-起飞高峰对。

—3—

（4）对于航站楼流程仿真和机场陆侧交通仿真，需将航班时刻

中的航班起降波形转换为旅客进、出港客流和不同类型的交通车流。

（5）对飞行区地面运行仿真的主要输入参数—跑道构型、滑行

道、停机位和管制运行规则进行阐述，梳理主要输出指标—航班地面

延误时间、跑道起降架次、航班滑行时间、滑行道使用频次、延误发

生位置、机位周转频次和靠桥率，并进行分析。

（6）机场飞行区运行容量的确定与航班延误水平直接相关，对

当前常用的飞行区运行容量和机场时刻容量评判标准进行分析，提出

了动态评判指标分析方法。

（7）提出了基于层次分析法的空地综合评估模型，选取5个空

域运行评估指标，7个地面运行评估指标，对北京新机场本期四跑道

构型进行空地运行效率综合评估。

（8）结合实际案例对飞行区地面运行仿真中跑道穿越与绕滑、

垂直联络道运行、站坪港湾运行、大幅错开平行跑道运行等热点问题

进行分析。

（9）通过对飞行区仿真模拟运行数据与现状统计数据进行对比

分析，发现实际统计的离港航班地面延误时间通常是常态化仿真模拟

测算值的4-6倍，航班无干扰的地面滑行时间仿真值与实际统计值差

异相对较小。

（10）对航站楼流程仿真的主要输入参数—平面布局及流程、旅

客行为特征、设施服务时间和预设运行方案进行阐述，梳理主要输出

指标—进出港旅客到达分布、各项设施排队人数和时间分布、候机区

—4—

/行李提取区旅客人数分布和旅客各流程耗时，并进行分析。

（11）在航站楼流程仿真常规模拟分析的基础上，选取具有代表

性的问题，如分散式安检布局、国际联程中转流程、旅客排队方式等，

进行仿真案例分析。

（12）对机场陆侧交通仿真的主要输入参数—道路网络数据、控

制管理数据、交通需求数据、驾驶员-车辆数据和校正数据进行阐述，

梳理主要输出指标—行程时间评价、路段评价、排队长度和路段/路

径延误，并进行分析。

（13）以北京大兴国际机场陆侧交通仿真为例，分析了进离场路

车道数选择、出发车道边方案比选、停车场进出口通道数选择、到达

车道边服务水平等问题。

（14）机场仿真模拟技术在我国的应用前景广阔，但现阶段仍面

临一些问题，有待进一步改进和完善。如机场运行数据的归集与共享、

一线运行人员的参与度、仿真结果的客观性与局限性、仿真项目的验

证与后评价、仿真模拟软件的自主研发等。

（15）机场仿真模拟技术的应用有助于定量分析评估机场规划设

计方案，为项目相关方提供精细化决策依据，但需把握好四个关系，

即全局与局部的关系、共性与特性的关系、现状与未来的关系和虚拟

与现实的关系。

—5—

2机场仿真模拟分类及应用领域

2.1仿真分类

参考机场仿真模拟使用软件的算法原理、建模精细度、研究对象、

应用阶段等不同因素，可对机场仿真模拟进行不同维度的分类。本报

告依据仿真研究对象的差异对常用的机场仿真模拟进行分类，可主要

分为以下四个类别，即飞行区地面运行仿真、终端区及航路空域仿真、

航站楼流程仿真和机场陆侧交通仿真。除此之外，还有针对飞行区内

服务车辆、行李系统、管制员工作负荷、综合交通衔接换乘的仿真模

拟等。

（1）飞行区地面运行仿真

飞行区地面运行仿真是应用计算机仿真模拟软件，构建飞行区地

面运行情境，在一定的空管运行规则下，模拟典型日航班地面运行及

起降的全过程，进而评估航班在飞行区内的运行效率。飞行区地面运

行仿真模拟研究范围主要涉及航空器在飞行区内跑道、滑行道和站坪

系统的运行效率分析，评估航班延误水平、滑行时间、起降放行效率、

机场地面运行容量等，如图2.1-1所示。

—6—

图2.1-1飞行区地面运行仿真示意图

（2）终端区及航路空域仿真

终端区及航路空域仿真通过构建航空器空域飞行航线、终端区进

离场航线及相应的扇区，在特定的飞行规则、管制协议、空管指挥负

荷条件下，分析评估空域的运行效率及容量。终端区及航路空域仿真

研究范围主要涉及航空器在终端区空域进离场航线飞行或大尺度空

域下航线网络飞行效率的分析，评估终端区空域容量、航线网络承载

能力、航路冲突点、空域优化设计等，如图2.1-2所示。

—7—

图2.1-2终端区及航路空域仿真示意图

（3）航站楼流程仿真

航站楼流程仿真是运用动态仿真的思想，借助仿真软件建立航站

楼内旅客流程运行仿真模型，结合航站楼客流特征对关键流程进行仿

真研究，评估航站楼内不同功能设施运行效率及服务水平。航站楼流

程仿真研究范围主要涉及进、出港及中转旅客在航站楼内不同流程节

点服务水平与效率的分析，评估值机柜台、海关、安检等关键设施的

合理数量与人员配置，比选航站楼不同布局方案及服务流程下的旅客

通行效率与步行距离等，如图2.1-3所示。

—8—

图2.1-3航站楼流程仿真示意图

（4）机场陆侧交通仿真

机场陆侧交通仿真是通过构建各种交通要素如车辆行驶环境、车

辆性能、驾驶员行为特性、交通需求等的计算机模型，来反映机场复

杂交通现象的交通分析方法，是再现交通流时间空间变化的技术工具。

机场陆侧交通仿真研究范围主要涉及评估机场陆侧交通运行效率、车

道边拥挤程度、通行顺畅性等，比选不同设施条件、运行模式对机场

陆侧交通组织的影响，如图2.1-4所示。

—9—

图2.1-4机场陆侧交通仿真示意图

结合机场规划方案设计和实践工作经验，本报告重点研究飞行区

地面运行仿真、航站楼流程仿真和机场陆侧交通仿真。

2.2应用领域

飞行区地面运行仿真模拟主要应用领域涵盖跑道构型比选（如图

2.2-1）、飞行区运行效率及容量评估、滑行道设置或运行方案比选、

航站区构型比选（如图2.2-2所示）、管制运行规则对运行效率影响

分析、方案视频演示、飞行区瓶颈点预判及优化。

图2.2-1跑道数量及构型比选示例

—10—

图2.2-2航站区构型比选示例

航站楼流程仿真模拟主要应用领域包括航站楼主要功能设施服

务水平评估，如旅客值机（图2.2-3所示）、安检、国际联检、候机、

购物、行李提取等；航站楼内不同功能设施布局方案、数量及运行模

式的比选（图2.2-4所示）；商业店铺、旅客疏运设施（如电梯、自

动步道等）、新型智能设施等投运对航站楼运行的影响分析。

图2.2-3旅客值机仿真示例

—11—

图2.2-4功能设施数量比选仿真示例

机场陆侧交通仿真主要应用领域包括机场陆侧交通运行效率和

服务水平的评估（图2.2-5所示）；各类车辆的行驶时间、延误时间，

路段排队分析等；道路几何设计方案的评价分析与比选；交通控制管

理方案的评价分析与比选；方案公众视频展示；道路交通安全、环保

等方面评估分析。

图2.2-5机场陆侧交通仿真示例

—12—

2.3应用阶段分析

在机场规划设计阶段，仿真模拟的研究重点侧重于对机场地面或

空域规划设计方案合理性的评估、比选和优化调整。当前，我国大多

数双跑道（含）以上机场或飞行区布局较复杂机场，在规划设计过程

中均借助仿真模拟技术进行方案论证研究。

在机场预可行性研究阶段，重点关注跑道数量、构型和滑行道基

本配置方案，一般可开展初等深度的飞行区地面运行与终端区空域仿

真，如图2.3-1所示。

图2.3-1机场跑道构型及终端区空域研究

在机场总体规划阶段，重点关注机场近、远期规划方案可满足的

目标运量，建设内容及时序等问题，通常可开展中等深度的飞行区地

面运行与终端区空域仿真模拟研究。

在工程可行性研究阶段，重点关注本期建设方案涉及的相关内容，

—13—

对建设的费用进行较为精准的估算，因此可结合本期规划方案开展较

为精细的飞行区地面运行仿真、终端区空域仿真、航站楼流程仿真和

机场陆侧交通仿真等。

在初步设计阶段，飞行区、航站区、陆侧及空域等规划设计方案

相对稳定，可进一步有针对性的开展局部细度仿真，测试并改进优化

设计方案，如机场站坪运行模式、机坪管制移交方案比选研究（图

2.3-2所示）。

图2.3-2机场站坪运行模式研究

—14—

3机场仿真模拟流程

机场仿真模拟是通过应用计算机仿真模拟软件，搭建机场研究对

象的物理结构、设施布局、运行方案模型，通过分析仿真运行数据结

果，评估研究对象的运行效率、服务水平及可满足的运行容量等。不

同类别的仿真模拟其具体实施步骤不尽相同，但主要思路及流程具有

一定的相通性。

3.1常规流程

机场仿真模拟流程可分为三个主要阶段：（1）前期准备阶段、（2）

建模实施阶段和（3）分析评估阶段，如图3.1-1所示。

（1）前期准备阶段

首先，根据机场规划设计阶段和所需解决的重点问题，设定仿真

研究目标，确定仿真研究范围、模拟深度和研究内容。

然后，调研、收集建模所需的信息资料，并对其进行归纳整理。

资料数据主要包括历史数据统计、管理规则、运行特征、重要随机因

素的考虑等。获取相关信息的方式主要有交流座谈、现场调研、实地

观测、问卷调查等。

最后，将归纳整理后的调研资料转换为模型可识别的输入参数和

假设条件。以飞行区地面运行仿真为例，主要输入参数和条件包括机

场平面图、机场地面运行规则、机位使用规则、进离场航线、空管运

行规则和航班时刻信息等。

—15—

图3.1-1机场仿真模拟主要流程图

（2）建模实施阶段

根据机场仿真模拟研究对象的不同类别和深度，选择适当的仿真

建模软件。依据前置仿真条件建立仿真基础模型，并运行调试。模型

校验的方式主要有两种：①播放视频演示，并结合初步运行分析结果，

借助运行管理人员经验进行排错。如飞行区地面运行仿真中，通过仿

真建模人员与空管、机场运行等相关人员共同观看仿真视频演示，找

出模拟运行存在的问题并进一步调试。②结合基础模型（现状模型）

得出的关键运行指标数据，与历史运行统计数据进行比对，找出差异

及原因，进一步对模型进行修正和调试。通过多轮次的对比、分析和

—16—

调试，最终完善仿真基础模型。在此基础上，根据不同规划方案及仿

真条件，进行情境模型的建模与调试。

（3）分析评估阶段

根据项目研究目标，对仿真模型输出结果进行统计分析，得出通

用性的仿真运行效率评估指标和重点关注的运行指标测算结果。对仿

真中发现的问题或运行瓶颈，给出设计或运行优化建议，最终完成仿

真模拟研究报告。

3.2特定流程

3.2.1飞行区地面运行仿真调研

飞行区地面运行仿真涉及机场运行管理部门较多，如空中交通管

理部门、机场运控中心、机坪塔台等。针对不同类别的输入参数，须

调研、收集相应部门的数据资料。

（1）空管塔台

跑道起、降航班放行间隔及运行相关性，不同航站区、跑道和进

离场航线之间的使用关系，跑道穿越滑行道与绕行滑行道的使用规则，

运行特殊规定等。

（2）进近管制室/终端管制中心

机场终端区内航路航线的使用规则、航空器飞行速度、飞行间隔、

进出港点间隔等。

（3）机坪塔台

机坪运行规则、机位推出/滑入原则、航空器滑行速度、空管与

机坪塔台管制移交协议、航空器推出滑入相关参数等。

—17—

（4）机场运行指挥中心

机位分配优先级和相关规则，特殊情况下机场运行规定。

3.2.2航站楼流程仿真调研

航站楼流程仿真模拟研究，需要收集流程中相关功能设施的基础

运行数据，以及旅客在航站楼内的行为特征参数。可以通过在机场航

站楼现场调研、与机场运行管理部门座谈等方法收集所需要的数据。

航站楼旅客流到达规律可以采取现场记录方式，选取连续数天内

航班高峰时段航班，通过现场观测某航班每分钟旅客到达数量；或者

从机场离港系统中提取高峰时段航班旅客的值机时刻。通过对记录的

大量随机数据进行整理和分析，找出反应出港旅客到达航站楼或值机

柜台的时间分布。

旅客行为信息也可以通过调查问卷方式获取相关数据，包括旅客

类型、到达机场时间、值机方式、行李携带情况等。

航站楼内各功能设施的服务时间数据需要通过现场观测获取，不

同的服务设施，其服务能力所受影响各不相同。根据设施的不同情况，

可以分别记录单个旅客的服务时间统计得到服务时间的随机分布，或

通过一定时间通过的旅客数量来统计平均服务时间。

机场的运行规则信息，包括服务设施的开放时间和使用规则、排

队规则等，需要对航站楼运行管理部门进行调研获取。

3.2.3机场陆侧交通仿真

机场陆侧交通仿真遵循仿真模拟研究的常规流程，同时又独具特

点。在前期准备、建模实施和分析评估三大阶段中分别有具体的流程

—18—

要求，详见下图。其中具有特定要求的主要体现在实地交通调查、输

入交通量预测和模型校验等方面。

旅客中转率陆侧交通时间推移

虚拟航班

时刻表

航班载客率分布交通方式及流程划分

迎送比

陆侧交通道路设计旅客交迎送交员工交

实地交通调查

规划比选方案通量通量通量

道路平面图

交通流特性参数交通组织方案预测输入交通量

初步建立仿真路网

仿真流量与输入N

仿真网络检查

流量是否吻合

仿真运行

仿真动画和评价指标输出

N

是否符合要求调整设计方案

输出优化后的方案

图3.2-1机场陆侧交通仿真流程图

（1）实地交通调查

建立一个可信的微观交通仿真模型需要有实际数据的支持，包括

建模输入数据和模型校正数据。由于对数据的精细程度要求较高，机

场的日常运营管理和数据统计工作一般无法满足这一需求，往往需要

为仿真开展专项的实地交通调查，同步采集建模输入数据和模型校正

数据。

—19—

交通调查首先需要选取合适的调查对象。对于现状机场的仿真研

究，目标机场无疑就是最佳的调查对象；但对于新建机场而言，则需

要选取地域距离较近，机场规模相似的机场作为调查对象，尽量确保

调研的各项参数能够体现交通需求、交通行为习惯、外部影响因素等

特征。

调研时首先需研究机场客流在不同时间段的分布特征，掌握其月

变规律和日变规律，选取具有代表性的典型日作为调查时间。同时识

别出港和到港的典型高峰时段，着重对乘客和车辆的特征参数进行详

细调查。

图3.2-2实地交通调查统计

调查实施前需要制定详细的调研计划，梳理调研参数需求，明确

各点位的调研任务和人员配置，设计数据记录表格，并准备计数器、

测速仪、秒表等工具设备，对调查人员做好充分的培训。调查过程中

遇到的问题要根据实际情况灵活处理，确保调研质量。在数据采集中

尤其要注意数据的一致性：

随时间动态变化的数据采集时刻要一致

实际采集与理论计算、模型输出的数据定义要一致

不同时间的对比数据的采集地点要一致

—20—

（2）输入交通量预测

机场陆侧交通仿真与城市交通仿真有一个关键区别在于仿真输

入交通需求的生成。在机场中，陆侧交通是为旅客的航空出行而服务

的，同时为了与其它领域的仿真研究形成体系，输入交通量的预测应

以机场在仿真时段内的虚拟航班时刻表为依据。

基于虚拟时刻表，出发流程与到达流程分别进行预测，需经过多

个步骤的换算：旅客类型进行细化；分时段计算全天中转率的变化；

考虑公共交通运营时段对交通方式比例的影响，分时段预测；考虑航

班起降高峰与陆侧交通高峰的相位差修正；考虑路网中交通流输入点

的时间偏移。此外，迎送人员交通量和员工通勤交通量也要在仿真路

网的输入交通量中体现。

（3）模型校验

在可校正模型建立好之后，为了提高仿真模型的可信度，需进行

模型参数校正。当前交通领域仿真模拟软件主要使用VISSIM系列软

件（本报告以该软件为例进行分析研究），该软件由德国公司开发，

其内置诸多参数，如驾驶行为参数，其默认值都是根据欧美国家的驾

驶规则及习惯来设定的，与我国实际情况有较大差异。因此建立一个

高可信度的仿真模型必须根据国内驾驶习惯和具体交通环境特点，设

置合理的参数，使仿真模型最大程度地再现交通系统的运行特征。

模型校正的目的就是使模型参数和模型输出评价更接近于实际

情况，它包括校准和验证两方面的含义。模型校准是指通过改变

VISSIM的底层模型参数，使模型的输出更准确地接近现实世界；模

—21—

型验证是指从仿真应用的目的出发，确定在一组新的数据条件下，

VISSIM仿真模型是否在若干选定指标上都能在一定水平上代表现实

世界的交通运行特征。

软件中提供了许多可以在仿真研究中修改的模型参数，参数取值

应尽量通过对仿真对象的实际观测或者资料分析得到，对于难以通过

直接测量或者测量成本很高的参数，可以采用参数校准的方法，参数

及模型校验步骤如下图所示。

图3.2-4参数及模型校验步骤示意

—22—

首先在准备工作阶段，要根据实际对象的交通运行情况确定各参

数在中国交通情况下的合理取值区间，然后考虑仿真场景和仿真目的，

选取恰当的校准指标，之后通过三个步骤完成参数校正。第一步借助

敏感性分析选择待校准的参数；第二步通过试验优化法或启发式算法

进行参数校准，寻找最优数值；第三步则根据实证数据，对仿真的统

计指标或动画场景进行验证，确认所选参数的校准值的可信性。

—23—

4航班时刻表

机场仿真模拟的主要作用就是将静态的规划设计方案以动态的

运行系统呈现，从而评估运行指标和参数。对于机场而言，由“静”

至“动”的驱动依据就是航班时刻表。航班时刻表是构建涉及机场不

同类型仿真模拟的基础运行数据。

机场起降航班架次在全天24小时的数量分布曲线，即形成机场

起降航班波。因此，开展对航班起降波形，尤其是大型机场客运航班

起降波形的研究，对于合理有效组织航班运行，提升机场使用效率具

有重要意义。

4.1航班起降波形分类

针对全球年旅客吞吐量排名前50位的国际大型机场，应用官方

航空指南OAG航班计划分析工具提取高峰月的日客运航班起降架次

数据（报告以2014年为例）进行分析，并生成日客运航班起降波形

图。根据各机场波形特征归纳得出以下4类具有代表性的航班波形。

（1）锯齿形航班波

航班起降高峰交替出现，一天之中形成3组及以上降落、起飞航

班波峰(波谷)对，如图4.1-1所示，代表机场有夏洛特、迪拜和巴黎

戴高乐等。形成降落、起飞锯齿形航班波的机场，通常具有明显的枢

纽机场特性，一个进港航班密集时段紧随一个出港航班密集时段，进

出港航班衔接紧密，有利于中转航班灵活安排起降时刻，提高中转效

率。

—24—

图4.1-1夏洛特、迪拜、巴黎戴高乐国际机场

（2）梯形航班波

航班小时起、降架次达到初始高峰后，日间运行阶段维持窄幅振

荡，直至夜间起、降航班数量快速减少形成波谷，如图4.1-2所示，

—25—

代表机场如伦敦希思罗、东京羽田等。形成梯形航班波的机场，运行

时段起、降架次相对均衡，总运行架次维持在一定水平小幅波动，机

场使用效率高，趋于满负荷运行。此外，形成梯形航班波的另一客观

因素是机场周边对噪声较为敏感，夜间航班大幅减少或禁航。

图4.1-2伦敦希思罗、东京羽田国际机场

（3）早晚高峰形航班波

起、降航班波峰极值分别出现在清晨及夜间，日间运行阶段起降

航班小时架次存在一定波动性，峰谷交替出现，如图4.1-3所示，代

表机场如芝加哥奥黑尔、雅加达苏加诺等。形成早晚高峰形航班波的

机场，航班具有明显的早出晚归特征，通常作为大型航空公司的基地

—26—

机场，过夜航班多。机场及跑道使用存在一定不均衡性，早离港航班、

晚进港航班运行压力大。

除以上机场，其它具有早晚高峰形航班波的机场还包括：北京首

都、伦敦盖特威克、广州白云和上海浦东国际机场等。

图4.1-3芝加哥奥黑尔、雅加达苏加诺国际机场

（4）叠加形航班波

起、降航班波形近似，部分时段起、降波峰重叠，小时总起降架

次具有明显波动性，如图4.1-4所示，代表机场如亚特兰大和悉尼。

形成叠加形航班波的机场，航班小时总起降架次具有较强波动性，航

班日运行架次仍有较大提升空间，尚未达到机场饱和运行容量。

—27—

图4.1-4亚特兰大、悉尼国际机场

4.2波形特征评估

针对不同机场高峰日客运航班起降波形，选取4类特征指标对航

班波形进行评估，即高峰起\降航班占比率、航班飞行架次标准差比

值、高峰起\降间隔时间、降落-起飞高峰配对数。

（1）高峰起\降航班占比率

高峰起飞、降落航班占比率计算公式如下：

高峰起飞航班占比率=(日小时起飞架次最大的3个时段起飞航

班架次之和)(日小时总起降架次最大的3个时段航班架次之和)

—28—

高峰降落航班占比率=(日小时降落架次最大的3个时段降落航

班架次之和)(日小时总起降架次最大的3个时段航班架次之和)

该指标主要用于评估起、降高峰时段跑道使用的不均衡性，指标

值越大表明起飞或降落航班占比越大，接近50%则说明高峰起降运行

相对均衡。如巴黎戴高乐和伦敦希斯罗国际机场高峰起飞航班占比率

分别为65.4%和51.8%，高峰降落航班占比率分别为60.0%和50.6%。

（2）航班飞行架次标准差比值

航班飞行架次标准差比值，指机场在时段07:00-22:00运行期间

共15个时段小时起降架次的标准差与全天平均小时起降架次的比值。

该指标主要用于评估机场常态化运行期间，小时飞行架次的波动性，

指标值越大航班小时运行数量波动性越大，反之则波动性越小。对于

运行流量趋于饱和的机场，通常小时飞行架次波动性较小，即相应的

航班飞行架次标准差比值较小。如新加坡国际机场航班飞行架次标准

差比值为0.12，而亚特兰大则为0.32。

（3）高峰起\降间隔时间

起飞高峰间隔时间指起飞航班波峰之间的时间间隔；降落高峰间

隔时间指降落航班波峰之间的时间间隔，如图4.2-1所示。若存在多

个间隔时间，则取其算术平均值。该指标主要用于评估锯齿形航班波

航班中转时间，通常一对降落航班波峰之间伴有一个起飞波峰，航班

中转时间可近似估算为降落高峰间隔时间的一半。对于航班波峰、波

谷起伏无明显变化的机场，该指标参考意义较小。

如阿姆斯特丹和巴黎戴高乐国际机场起飞高峰间隔时间分别为

—29—

2.8小时和2.4小时，降落高峰间隔时间分别为2.8小时和2.7小时。

阿姆斯特丹国际机场2014年降落高峰

80

间隔1间隔2间隔3间隔4

起飞

70

降落

间隔1间隔2间隔3间隔4

60起飞高峰

50

40

架次

30

20

10

0

1471013161922

时刻

图4.2-1高峰起\降间隔时间

（4）降落-起飞高峰配对数

降落航班波峰与随后相邻的起飞航班波峰形成一个降落-起飞波

峰对，这样的波峰对在全天起降波形中出现的总次数即为降落-起飞

高峰配对数，如图4.2-2所示。该指标主要用于评估中转航班波在全

天出现的频次，指标值越大中转航班波频次越多。如丹佛和芝加哥奥

黑尔国际机场的降落-起飞高峰配对数分别为5和4。

丹佛国际机场2014年

100

起飞配对1配对4

配对2

配对3

80降落

配对5

60

架次

40

20

0

1471013161922

时刻

图4.2-2降落-起飞高峰配对数

—30—

4.3国内大型机场航班波形分析

以中国旅客吞吐量排名前10位的机场为例(如表4.3-1所示)，

分析国内大型机场航班起降波形及其特征指标评估。

表4.3-1国内大型机场旅客吞吐量与起降架次（2018年）

排旅客吞吐量年起降架次排旅客吞吐量年起降架次

机场机场

名/万人次/万架次名/万人次/万架次

1北京首都1009861.46昆明长水470936.1

2上海浦东740150.57西安咸阳446533.0

3广州白云697247.78上海虹桥436326.7

4成都双流529535.29重庆江北416030.1

5深圳宝安493535.610杭州萧山382428.5

针对以上国内大型机场，应用官方航空指南OAG航班计划数据资

料，分析其高峰月典型日客运航班起降波形，如图4.3-1所示，波形

特征指标评估如表4.3-2所示。

—31—

—32—

—33—

图4.3-2国内大型机场航班起降波形图

通过对航班起降波形图的分析，我国大型机场航班起降波形基本

属于早晚高峰形航班波范畴。早出港高峰、晚进港高峰特征较为明显，

日间运行阶段降落、起飞高峰交替出现，可形成2-4组降落-起飞高

峰对。

中国大型机场高峰起\降航班占比率均值分别为64.1%和59.0%，

高峰起飞、降落时段跑道使用存在一定不均衡性，起飞高峰尤为突出。

成都双流和北京首都机场起、降高峰跑道使用不均衡性最为明显，高

峰起飞航班占比率分别达到75.8%和70.7%，高峰降落航班占比率分

别为68.5%和65.6%。深圳宝安机场起、降高峰使用跑道相对均衡，

高峰起飞、降落航班占比率分别为58.0%和55.2%。

航班飞行架次标准差比值，我国大型机场平均水平约为0.12，

机场常态化运行期间小时飞行架次波动性较小，国际同类大型机场该

指标值约在0.16-0.25之间。成都双流和北京首都机场该指标值最小，

仅为0.05和0.06，日间运行架次趋于饱和，间接验证了成都和北京

新机场建设的必要性。

—34—

表4.3-2国内大型机场波形特征评估结果

指标1指标2指标3指标4

高峰起\降航班航班飞行架次高峰起\降间隔降落-起飞

机场

占比率%标准差比值时间/小时高峰配对数

起飞降落起飞降落

1北京首都70.765.60.062.83.34

2上海浦东62.356.00.143.03.04

3广州白云62.255.70.123.03.52

4成都双流75.868.50.053.03.83

5深圳宝安58.055.20.153.33.02

6昆明长水64.556.80.114.03.02

7西安咸阳59.357.20.143.02.84

8上海虹桥64.260.80.144.33.03

9重庆江北62.156.00.132.82.84

10杭州萧山61.957.60.163.74.03

平均值64.159.00.123.33.23.1

我国大型机场高峰起\降间隔时间均值分别为3.3和3.2小时，

可用于航班中转的时间近似估算约为90分钟，基本满足国内、国际

航班中转时间需求(通常国内转国内航班在45-60分钟内完成，国内

转国际或国际转国内航班在90分钟内完成)。

案例中分析的国内大型机场在早出港高峰与晚进港高峰之间虽

然能形成若干降落-起飞高峰配对，但较之锯齿形航班波机场(如迪拜、

巴黎戴高乐、法兰克福、阿姆斯特丹等)，波动性明显不足，尚未形

成真正意义的枢纽型运作。

4.4航站楼旅客流转换

航站楼旅客流程的驱动是航班时刻表，旅客流程的所有环节都是

围绕航班开展工作。航班的起飞时间是旅客到达时间、值机开始时间、

—35—

值机结束时间、登机口开放时间、登机结束时间的参考；航班时刻表

对旅客所选值机柜台、登机口、楼内流程等基本信息有重要影响。

对于航站楼流程仿真，需将航班时刻中的航班起降波形转换为旅

客进、出港客流，航站楼旅客转换的基本流程如下图4.4-1所示。基

于仿真模拟所用的航班时刻表，根据航班类型、使用机型及客座率，

得到每个航班的预计载客人数。然后，根据航班时刻及旅客到达时间

分布得到旅客预计到达机场的时间。

图4.4-1航站楼旅客流转换基本流程

国际旅客通常稍早于国内旅客到达机场，清早航班的旅客通常稍

晚于其它时段航班旅客到达航站楼，旅客提前抵达航站楼时间的累积

概率分布可参考图4.4-2设置，高峰时段旅客的到达概率密度函数通

常近似于泊松分布，如图4.4-3所示。

—36—

图4.4-2旅客提前抵达航站楼时间的累积概率分布

图4.4-3高峰时段旅客到达泊松分布拟合

依据旅客行为特征参数，为旅客分配如携带行李数量、接送人员

数量、值机方式等基本属性。最终得到航站楼流程仿真中旅客实体，

每一位旅客不仅带有自己所乘航班的相关信息，还携带表征旅客不同

行为特性的随机属性信息。

—37—

4.5机场交通流转换

对于机场陆侧交通仿真建模，在交通流生成和输入的环节需要考

虑机场的流程特点，将虚拟航班时刻表中的航班起降波形通过一系列

换算转换为各种交通车流。

4.5.1输入交通流转换流程

机场陆侧交通量的预测过程比较复杂。一般做法是设置与目标吞

吐量相匹配的虚拟航班时刻表，通过空侧流量分布，考虑各种交通方

式出行比例和路线，推算地面交通的出行强度，推算流程如下图所示。

图4.5-1交通量转换流程

首先以航班时刻表为基础，结合各航班的载客率，同时考虑同一

航班的旅客在出发流程的时间提前量和到达流程的下机推后时间会

有不同选择，遵循一定的时间分布。从而生成对应于各航站楼登机口

的与时间相关的旅客量分布情况。

—38—

第二步与航站楼旅客仿真的数据处理相关，根据不同旅客完成楼

内业务流程所用时间的不同，推算对应旅客进入航站楼的时间分布，

在此过程中扣除空空中转的旅客部分，得到实际使用了陆侧交通系统

的旅客量分布情况，使陆侧交通量的推算更加准确。

第三步对陆侧交通需求在不同交通方式之间，以及同种交通方式

的不同流程和交通行为之间进行划分，如私家车进入车道边和进入停

车场的比例关系等，明确各交通流程对应的交通流量。

第四步考虑不同旅客类型和不同交通方式下，旅客对时间的提前

与滞后量所留余量的不同习惯。各流程旅客具有互不相同的时间分布，

从而推算出旅客到达航站楼入口处的实际时间分布。

第五步考虑迎送人员额外产生的交通需求，他们的交通需求量与

旅客需求相关，但在基于时刻表的计算过程中未得到直接体现，需进

行叠加修正。同时，还需考虑仿真建模的实际路网模型中，交通流输

入点位与航站楼之间车辆行驶所需时间带来的偏差。至此，可以得到

与旅客相关部分的交通量在仿真模型路网入口处的输入分布。其表现

形式为按照一定时间单元（如15分钟）统计的分流程、分车型的交

通量。

最后，额外增加非航交通量，如员工通勤交通流、货运交通流、

商务活动交通流等，形成最终的航站区路网系统输入交通流。

4.5.2关键环节控制

在仿真输入交通流的转换过程中，有若干关键环节需要引起注意。

对这些特殊情况的恰当处理能够使仿真建模的条件更加符合实际情

—39—

况，从而更好地发挥模拟仿真的作用。

（1）空空中转率随时段的变化

根据对航班起降波形图的分析，我国大型机场以早晚高峰形航班

波为主。早出港高峰、晚进港高峰特征较为明显，日间运行阶段降落、

起飞高峰交替出现，可形成2-4组降落-起飞高峰对。降落-起飞高峰

对与空空中转之间具有密切联系，机场全天的中转比例也存在较大变

动。

一般而言，自晚到达高峰，经夜间至早出发高峰，这段时间为低

中转时段，而日间运行形成一定降落-起飞高峰对时为相对高中转时

段，中转比例整体偏高，因此需划分时段分别考虑。同时不同中转方

向，如国内转国际或国内转国内等，也会影响中转率。具体的时段划

分和中转率取值应经过充分调研，谨慎确定。

图4.5-2中转率随时段变化示例

（2）交通方式分担率随时段的变化

机场旅客所用的交通方式中，公共交通承担了可观的份额，而公

共交通都有较为固定的运营时段。特别是轨道交通，由于与市区的轨

道网联动运营，夜间需停驶检修，日间的运营时段有限，早晚班车往

往无法覆盖机场早出港高峰和晚进港高峰的旅客需求，造成对应时段

—40—

内各交通方式的分担率与平衡高峰期间的巨大差异。因此交通方式的

分担率也需划分时段分别考虑，经调研确定。

图4.5-3交通方式分担率随时段的变化示例

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（3）旅客预留提前与滞后时间余量的分布

在将航班时刻表转