新一代民機試驗場指揮塔臺設(shè)計研究

蘇曉雯 宋曉旭

(中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089)

0 引言

機場指揮塔臺又稱空中交通管制塔臺，簡稱塔臺。它主要負責(zé)把進近管制往來的飛機引導(dǎo)著陸和滑行至站坪以及指揮飛機滑出站坪、起飛和交給進近管制。隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，各地航空港進行擴容和建設(shè)，塔臺建筑以各種新穎的形態(tài)呈現(xiàn)在我們面前。

目前國內(nèi)沒有針對塔臺專項的設(shè)計規(guī)范和準(zhǔn)則，缺少此類型建筑規(guī)范的限定。新建機場塔臺根據(jù)國內(nèi)外機場建設(shè)積累的經(jīng)驗，并結(jié)合實際工程中的情況，探討及解決存在的問題，為新一代塔臺的建設(shè)提出指導(dǎo)意義。

1 存在的問題

塔臺的設(shè)計應(yīng)根據(jù)空管及機場規(guī)模，設(shè)計的一般要求如下：根據(jù)機場平均起降架次設(shè)計類別；設(shè)置在正確的方向，視野良好、無遮蔽；塔臺高度有限制要求，自身不能成為影響飛行的障礙物；避免塔臺產(chǎn)生眩光(要求四周玻璃窗向外傾斜15°)。

塔臺作為特殊類的建筑，在設(shè)計的過程中，除了滿足一般設(shè)計的要求，常常出現(xiàn)功能使用要求和相關(guān)建筑設(shè)計規(guī)范相沖突的情況，主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

1.1 塔臺高度和凈空矛盾

塔臺的位置及高度應(yīng)使得管制人員能夠無阻擋的看到跑道、滑行道、停機坪，并且目視飛行器進出空域及機場周圍的地面情況。

1)機場內(nèi)，所有建筑的位置和高度都必須限制在不干擾塔臺管理室進行正常工作的范圍內(nèi)。

2)塔臺所處的位置和高度應(yīng)該滿足安全飛行的側(cè)凈空的要求，以確保機場飛行安全(見圖1)。

3)隨著航空管制的大型化復(fù)雜化，大型樞紐機場的塔臺都接近100 m，甚至突破了100 m。但是，高度過高又會使塔臺本身成為飛行障礙物。

因此，機場塔臺在位置的設(shè)置和高度的設(shè)計上，要確保能夠同時滿足目視要求和凈空要求，這就成了我們要解決的第一個問題。

1.2 設(shè)計規(guī)范與實際矛盾

設(shè)計規(guī)范要求高層建筑每個防火分區(qū)的安全出口不應(yīng)少于兩個；高層建筑的兩座疏散樓梯宜獨立設(shè)置。實際中塔臺頂層管制室塔臺日常工作人數(shù)往往只有十余人，而新型塔臺的大視野要求以及高效的使用功能又使得塔臺頂層必須是一個緊湊的開闊的平面布局(見圖2)。同時，受到頂層俯視視野的影響，塔臺下層的平臺面積一般不能大于頂層面積，這使得我們在設(shè)計上又要盡量合理安排狹小空間下的各設(shè)備層、各功能工作間的布局，而這種緊湊布局又恰恰和安全消防通道的設(shè)計形成一定的沖突。

因此，要確保能夠同時滿足高效緊湊的工作模式和安全消防的疏散要求，這就成了我們要解決的另一個問題。

2 塔臺設(shè)計解決方案

2.1 設(shè)計塔臺位置和高度

塔臺設(shè)置方法通過3個步驟：

1)初選塔臺位置；

2)計算該位置塔臺滿足目視要求的最小高度：

Hi=Eei-Eb+2.1=Easi+Ditan(35′+Gsi)-Eb+2.1

(1)

3)檢驗其高度是否滿足側(cè)凈空要求：

Hc≤[D-W/2]/7-(Eb-Ers)

(2)

若符合機場側(cè)凈空障礙物限制面要求，則該處即為塔臺建議設(shè)置地點，其最小高度為擬建塔臺高度。

通過上述計算解決了塔臺的高度與凈空之間的矛盾，有效的保證飛行安全。隨著新建航站樓形態(tài)的大型化復(fù)雜化，大型樞紐機場的塔臺都接近100 m，有的甚至突破了100 m。機場指揮塔臺同時滿足目視要求和凈空要求的位置地點并不是唯一的，在條件不能同時滿足時，必須保證目視要求，增加輔助措施以適當(dāng)降低凈空要求。

2.2 設(shè)計塔臺安全出口和疏散方案

塔臺建筑主要使用功能集中在上面幾層，下面實質(zhì)為一條交通通道。由于塔臺為高聳結(jié)構(gòu)，必須滿足消防疏散的要求，因此設(shè)計上也提出了很多新的挑戰(zhàn)。

目前國內(nèi)沒有針對塔臺專項的設(shè)計規(guī)范和準(zhǔn)則，缺少此類型建筑規(guī)范的限定。新建機場塔臺主要根據(jù)國內(nèi)外機場塔臺建設(shè)積累的經(jīng)驗，提出以下幾種解決方法，見表1。

表1 設(shè)計塔臺安全出口和疏散方案對比

通過以上四種方法的對比，結(jié)合實際情況，從塔臺使用強度、塔臺工作人員年齡結(jié)構(gòu)、機場與塔臺相互位置關(guān)系以及塔臺所在位置的實際占地面積等方面綜合考慮，民機試驗場塔臺(下章重點分析)就選取了方法二的解決方案，有效的解決疏散問題。

3 應(yīng)用案例分析

隨著民機試驗場場址的確定，塔臺的建設(shè)也提上議程。但是我國沒有專業(yè)的民機試驗場，缺少建設(shè)先例。本文以擬建民機試驗場塔臺設(shè)計為例，以民航機場塔臺設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)作為理論基礎(chǔ)，結(jié)合飛行試驗的特點，設(shè)計一個符合民機試驗需求的塔臺建筑。

民機試驗場不同于軍用機場，也不同于民航運營機場，它涵蓋飛行器試飛、機場設(shè)備試飛、空管設(shè)備試飛等。它有如下的特點：

1)試飛的飛機是沒有定型及驗證中的試驗機，指揮員與信號員、標(biāo)圖員、預(yù)報員、航管員等要隨時保持信息交流；2)試飛組織結(jié)構(gòu)有其自身的特點，任務(wù)的下達及實施需要隨時協(xié)調(diào)；3)保障資源及人力資源，需要按照不同的試飛科目，進行調(diào)整；4)指揮模式不同，有多套指揮班子；5)應(yīng)急事件多發(fā)，故障率高，特情多等特點，組織、指揮、保障應(yīng)頻繁溝通。

民機試驗場塔臺在設(shè)計中，除了滿足塔臺設(shè)計的一般要求，還要滿足特殊性的要求。根據(jù)飛行試驗的特性，設(shè)計專用試驗跑道，滿足地面最小操縱速度試驗、剎車試驗、發(fā)動機濺水試驗和起落架試驗等地面試驗的要求，設(shè)計要結(jié)合跑道位置，起飛方向，跑道方向等因素，確定塔臺位置。

3.1 位置和高度的設(shè)置

滿足跑道端目視要求，塔臺最小高度根據(jù)式(1)：

塔臺距跑道中線的橫向距離為D=400 m，升降帶寬度W=150 m，升降帶最近處邊緣標(biāo)高Ers=375.8 m，地面標(biāo)高Eb=375 m，主跑道東端平均標(biāo)高Eas1=376.3 m，西端平均標(biāo)高Eas2=375.2 m。塔臺距主跑道兩端水平距離D1=D2=2 000 m。

H1=376.3+2 000tan(35′+2′)-375+2.1=24.9 m。

H2=375.3+2 000tan(35′-2′)-375+2.1=21.6 m。

檢驗塔臺最小高度凈空要求根據(jù)式(2):

Hc≤[400-150/2]/7-(375.8-375)=45.6 m。

塔臺的高度設(shè)計應(yīng)在24.9 m～45.6 m之間即可。

考慮飛行試驗的不確定性，涉及多種技術(shù)層面以及新型飛機的起降等因素的要求。將塔臺高度在民航機場塔臺高度標(biāo)準(zhǔn)上升高，有利于指揮員針對不同飛行試驗和位置的觀察。最終確定塔臺的總高度為39.4 m，指揮室層高度定為34.1 m，滿足機場的凈空要求，見圖3。

3.2 塔臺指揮層的“小塔臺”化

隨著空管技術(shù)的進步，我國新建的塔臺指揮層大多采用了符合國際標(biāo)準(zhǔn)的“小塔臺”設(shè)計模式，擬建民機試驗場塔臺指揮層結(jié)合自身的特點(參試人員多、多套指揮班子)，也選擇這種“小塔臺”的設(shè)計方式。

塔臺采用圓形的平面布置形式，有塔臺指揮層、設(shè)備間層、氣象觀測以及輔助服務(wù)辦公室等。由于人員多及任務(wù)協(xié)調(diào)的特點，將指揮層面積從60 m2增加到100 m2，并專門設(shè)置了講評室以及任務(wù)協(xié)調(diào)辦公室。由于參試人員多，安全疏散成為了重中之中。通過對方法二的優(yōu)化(設(shè)備層與指揮室之間的樓梯過于陡峭和狹窄，不利于人員上下通行)取消了原來的室內(nèi)樓梯，將室外樓梯建至指揮層，并增加了救生滑道，這樣更加有效的解決了安全出口和疏散的問題(見圖4)。

新一代民機試驗場塔臺的立面采用了玻璃幕墻和框架結(jié)合的形式，指揮員視野擴至360°。幕墻采用了雙層中空絕熱玻璃，這種構(gòu)造可提供高效率的保溫隔熱和隔聲的功能，有效的提高了塔臺工作人員的工作舒適度和工作效率。

4 結(jié)語

塔臺是機場建筑群中不可或缺的組成部分，塔臺的設(shè)計體現(xiàn)著我國空管指揮的發(fā)展與進步。本文分析塔臺的一般設(shè)計理論，結(jié)合地理位置和民機試驗的特殊性，設(shè)計全新的飛行試驗塔臺建筑。在滿足民機試驗場塔臺位置、高度、凈空、疏散等方面的同時，提高人員工作效率和降低能源消耗效率，使新一代塔臺在后續(xù)的使用中充分發(fā)揮它的積極作用。