多跑道機(jī)場(chǎng)周邊噪聲敏感點(diǎn)減噪措施研究

郭雅迪

（中國(guó)民航大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300300）

機(jī)場(chǎng)自規(guī)劃建設(shè)直至運(yùn)行，環(huán)境評(píng)估一直貫穿其中，因此機(jī)場(chǎng)環(huán)境問(wèn)題一直受到高度重視。隨著近年來(lái)中國(guó)民航運(yùn)輸業(yè)的迅速發(fā)展以及城市的快速擴(kuò)張，多跑道機(jī)場(chǎng)數(shù)量增多，機(jī)場(chǎng)航空噪聲問(wèn)題日益突出，與周邊噪聲敏感人群形成了不可調(diào)和的矛盾，已成為制約航空運(yùn)輸業(yè)發(fā)展的重要因素之一。因此如何合理地減少機(jī)場(chǎng)噪聲對(duì)周邊環(huán)境的影響，成為機(jī)場(chǎng)規(guī)劃與管理過(guò)程中需考慮的關(guān)鍵問(wèn)題，研究該問(wèn)題對(duì)機(jī)場(chǎng)與所在城市協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)與周邊環(huán)境友好具有重要意義和實(shí)用價(jià)值。

關(guān)于機(jī)場(chǎng)噪聲影響問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)外已有一定的研究。Bo?ko Josimovi?等[1]提出了一種基于戰(zhàn)略環(huán)境評(píng)估（SEA）來(lái)評(píng)估機(jī)場(chǎng)噪聲影響的特定方法，通過(guò)使用多準(zhǔn)則評(píng)估方法，整合了用于評(píng)估機(jī)場(chǎng)噪聲對(duì)人口影響的目標(biāo)、指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)，適用于針對(duì)城市發(fā)展規(guī)劃的SEA 編制工作。王維等[2]構(gòu)建了飛行架次-推力-距離（N-F-d）進(jìn)近航線噪聲敏感點(diǎn)規(guī)避計(jì)算模型，并提出了通過(guò)基于PBN 的進(jìn)近航線的改進(jìn)規(guī)避噪聲敏感點(diǎn)，從而達(dá)到降噪效果的方法。桂荔等[3]探討了基于性能導(dǎo)航對(duì)機(jī)場(chǎng)噪聲的影響。吳鋒昭[4]評(píng)估了機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的減噪效用，并提出了改進(jìn)方案。目前的研究大多集中在機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)估和特定情形下的減噪措施方面，缺少針對(duì)多跑道機(jī)場(chǎng)周邊噪聲敏感點(diǎn)減噪的實(shí)用性研究。

本文通過(guò)考慮影響機(jī)場(chǎng)噪聲的全要素和跑道構(gòu)型，提出了相應(yīng)的減噪方法，并基于INM 軟件評(píng)估該方式的優(yōu)劣程度，可為機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)者和運(yùn)營(yíng)管理者提供決策依據(jù)和參考。

1 多跑道機(jī)場(chǎng)噪聲影響分析

1.1 多跑道機(jī)場(chǎng)構(gòu)型

跑道構(gòu)型指的是跑道數(shù)量、方位、使用方式以及航站區(qū)與跑道相對(duì)位置的關(guān)系。跑道構(gòu)型，尤其是跑道數(shù)量，主要取決于機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)和改擴(kuò)建時(shí)的預(yù)測(cè)交通需求量，而跑道方位則主要由當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件，尤其是當(dāng)?shù)厥⑿酗L(fēng)向決定。除此之外，跑道構(gòu)型還受當(dāng)?shù)氐牡匦巍⒅車(chē)h(huán)境等的影響。跑道基本構(gòu)型主要有以下4 種：?jiǎn)螚l跑道、平行跑道、交叉跑道和開(kāi)口Ⅴ形跑道。其中，平行跑道包括2 條平行跑道、多條平行跑道，其中根據(jù)跑道之間的距離又有近距平行跑道以及其他不同間距的平行跑道之分。多跑道機(jī)場(chǎng)是指含有2 條以上（包含2 條）跑道的機(jī)場(chǎng)，目前全球各機(jī)場(chǎng)的跑道構(gòu)型也是由這幾種基本構(gòu)型組成或復(fù)合而成。

平行跑道是2 條或多條跑道中線平行，或近似平行，即兩中線延長(zhǎng)線的夾角小于15°的非交叉跑道[5]。目前，國(guó)內(nèi)的大中型機(jī)場(chǎng)大都采用的平行跑道構(gòu)型布局，如上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)。根據(jù)2 條跑道中線間距的大小，平行跑道又分為近距、中距和遠(yuǎn)距跑道。平行跑道方向相同，飛機(jī)地面滑行路徑較短，滑行耗油較少，產(chǎn)生的航空器噪聲和污染物排放較少，占用土地面積也較少，因此相對(duì)而言，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保的效果。

交叉跑道是指機(jī)場(chǎng)有2 條或更多的跑道以不同方向互相交叉的跑道構(gòu)型。該種構(gòu)型的機(jī)場(chǎng)在國(guó)外較為常見(jiàn)，在國(guó)內(nèi)多見(jiàn)于新建機(jī)場(chǎng)，如大興機(jī)場(chǎng)的“三縱一橫”的全向型跑道構(gòu)型。此種構(gòu)型可以避免相對(duì)強(qiáng)烈的風(fēng)從一個(gè)以上的方向吹來(lái)時(shí)，單條跑道由于側(cè)風(fēng)過(guò)大而關(guān)閉，從而保障機(jī)場(chǎng)得以繼續(xù)運(yùn)行。

1.2 多跑道機(jī)場(chǎng)噪聲影響

機(jī)場(chǎng)跑道數(shù)量增加，跑道構(gòu)型、飛機(jī)機(jī)型、起降架次、分布時(shí)間、飛行程序等的組合更為繁雜，而機(jī)場(chǎng)噪聲影響情況也會(huì)更為復(fù)雜?；贗NM 軟件，對(duì)典型的跑道構(gòu)型的機(jī)場(chǎng)輸出噪聲等值線圖，主要包括單跑道、近距平行跑道、遠(yuǎn)距平行跑道和交叉跑道，其中遠(yuǎn)距平行跑道根據(jù)其起降模式，又將其分為獨(dú)立平行儀表進(jìn)近模式、相關(guān)平行儀表進(jìn)近模式、獨(dú)立平行離場(chǎng)模式以及隔離平行運(yùn)行模式。由噪聲等值線圖的生成結(jié)果（圖1～圖7）可看出，跑道的布局、間距以及運(yùn)行模式對(duì)周邊環(huán)境造成的噪聲影響具有相對(duì)顯著的差異。

圖1 單跑道機(jī)場(chǎng)噪聲等值線圖

圖2 近距平行跑道機(jī)場(chǎng)噪聲等值線圖

圖3 遠(yuǎn)距平行跑道機(jī)場(chǎng)——獨(dú)立平行儀表進(jìn)近模式噪聲等值線圖

圖4 遠(yuǎn)距平行跑道機(jī)場(chǎng)——相關(guān)平行儀表進(jìn)近模式噪聲等值線圖

圖5 遠(yuǎn)距平行跑道機(jī)場(chǎng)——獨(dú)立平行離場(chǎng)模式噪聲等值線圖

圖6 遠(yuǎn)距平行跑道機(jī)場(chǎng)——隔離平行運(yùn)行模式噪聲等值線圖

圖7 交叉跑道機(jī)場(chǎng)噪聲等值線圖

2 減噪措施

機(jī)場(chǎng)周邊易受噪聲影響并對(duì)噪聲干擾較為敏感的區(qū)域構(gòu)成了噪聲敏感點(diǎn)，如學(xué)校、醫(yī)院、住宅區(qū)和辦公樓等。近年來(lái)，隨著城市不斷向外緣發(fā)展，用地趨于緊張，許多機(jī)場(chǎng)已從原來(lái)的遠(yuǎn)離城市中心，到如今毗鄰城市，或被城市包圍，導(dǎo)致越來(lái)越多的敏感點(diǎn)暴露在機(jī)場(chǎng)噪聲之下，受機(jī)場(chǎng)噪聲影響人數(shù)也不斷增多?，F(xiàn)行GB 9660—88《機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定一類區(qū)域（特殊住宅區(qū)，居住、文教區(qū)）的LWECPN應(yīng)不大于70 dB，除一類區(qū)域外的生活區(qū)不得大于75 dB。

因此，削減機(jī)場(chǎng)對(duì)周邊噪聲敏感點(diǎn)的影響勢(shì)在必行，但通常實(shí)施減噪措施，則會(huì)影響到機(jī)場(chǎng)運(yùn)行、與航空公司和空管方面的協(xié)調(diào)、航班波分布、機(jī)場(chǎng)收益和旅客吞吐量等，屬于牽一發(fā)而動(dòng)全身。所以，對(duì)于減噪措施的選擇，應(yīng)該從多個(gè)方面綜合考慮，選取最優(yōu)方案，使減噪效果最佳，其他方面影響降到最低。

選取X 機(jī)場(chǎng)，根據(jù)表1～表4 的數(shù)據(jù)和圖8，通過(guò)INM 軟件繪制出噪聲等值線圖，并得到噪聲敏感點(diǎn)和噪聲影響范圍的相關(guān)數(shù)據(jù)，如圖9 和表5 所示。然后，分別采取下述措施，改變相關(guān)條件，生成噪聲等值線圖，并進(jìn)行周邊噪聲敏感點(diǎn)LWECPN的對(duì)標(biāo)分析。

表1 飛行程序

表2 起降方向比例統(tǒng)計(jì)表（單位：%）

表3 機(jī)型組合統(tǒng)計(jì)表

表4 噪聲敏感點(diǎn)位置表

圖8 噪聲敏感點(diǎn)

圖9 X 機(jī)場(chǎng)噪聲等值線圖

表5 噪聲敏感點(diǎn)評(píng)價(jià)值統(tǒng)計(jì)表

2.1 調(diào)整時(shí)間分布

機(jī)場(chǎng)航空噪聲評(píng)價(jià)指標(biāo)包含多種，各國(guó)使用的不盡相同，而中國(guó)使用的則是國(guó)際民航組織推薦的計(jì)權(quán)等效連續(xù)感覺(jué)噪聲級(jí)LWECPN，它是考慮了白天、晚上、夜間不同時(shí)間的影響，經(jīng)修正后的有效感覺(jué)噪聲級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其公式為：

因此，由上述公式可知，調(diào)整機(jī)場(chǎng)航班時(shí)間分布對(duì)降低機(jī)場(chǎng)周邊噪聲敏感點(diǎn)的噪聲影響具有重要意義。保持總航班量及其他數(shù)據(jù)不變，將X 機(jī)場(chǎng)所有時(shí)段的航班飛行架次全部移入白天（07：00—19：00）運(yùn)行，得到結(jié)果如圖10 和表6 所示。由輸出結(jié)果可得，調(diào)整時(shí)間分布后降噪效果明顯，但關(guān)于航班起降時(shí)間的調(diào)整是一個(gè)系統(tǒng)工程，特別是對(duì)于繁忙機(jī)場(chǎng)而言，有些航班由于機(jī)場(chǎng)容量和空域流量的限制，只能安排在夜晚，因此在時(shí)間分布的調(diào)整方面存在一些不可調(diào)和的因素。

圖10 調(diào)整時(shí)間分布后的噪聲等值線圖

表6 噪聲敏感點(diǎn)評(píng)價(jià)值統(tǒng)計(jì)表

2.2 改變機(jī)型組合

機(jī)場(chǎng)機(jī)型組合的改變需要機(jī)場(chǎng)當(dāng)局和機(jī)場(chǎng)駐地航空公司協(xié)調(diào)商議，引進(jìn)飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲相對(duì)較小的機(jī)型，調(diào)整機(jī)場(chǎng)機(jī)型組合，從而控制噪聲排放，以從源頭減少航空器噪聲對(duì)機(jī)場(chǎng)周邊環(huán)境的影響。由于將X 機(jī)場(chǎng)的飛機(jī)機(jī)型轉(zhuǎn)換為低噪聲機(jī)型，將B737 替換為A319，將B767 替換為A330，B747 替換為B777，4種機(jī)型比例不變，如表7 所示，且其他相關(guān)因素保持不變，得到結(jié)果如圖11 和表8 所示。由圖表可看出，機(jī)型組合的改變對(duì)機(jī)場(chǎng)周邊噪聲敏感點(diǎn)的噪聲削弱是顯著的，但對(duì)于短期降噪而言，并不是成效良好的措施，因?yàn)楦鼡Q機(jī)型對(duì)于航空公司而言可能意味著花費(fèi)巨大的成本，甚至遭受巨大的損失，因此改變機(jī)型組合從而達(dá)到降噪的目的需要從長(zhǎng)計(jì)議，還需航空器生產(chǎn)制造廠家的技術(shù)進(jìn)步以及航空公司的大力配合。

表7 機(jī)型種類改變后的組合比例

圖11 機(jī)型組合改變后的噪聲等值線圖

表8 噪聲敏感點(diǎn)評(píng)價(jià)值統(tǒng)計(jì)表

2.3 調(diào)整起降方向比例

由于敏感點(diǎn)分布于機(jī)場(chǎng)各個(gè)方向上，因此可根據(jù)敏感點(diǎn)的數(shù)量、位置和距機(jī)場(chǎng)的距離，調(diào)整跑道起降方向比例，從而改善敏感點(diǎn)人群的噪聲感知，使盡可能少的人群受到噪聲的影響。保持其他因素不變，僅改變起降方向比例，如表9 和表10 所示，由于20L 和20R 的敏感點(diǎn)受噪聲影響較為嚴(yán)重，因此減小這兩條跑道的進(jìn)離場(chǎng)比例，得到結(jié)果如表11 和圖12 所示。調(diào)整起降方向比例，降低了敏感點(diǎn)5、7、10 的噪聲，但同時(shí)其他方位敏感點(diǎn)處噪聲提高。該種減噪措施只適用于距離市中心較遠(yuǎn)、周邊只有一兩個(gè)方向噪聲敏感點(diǎn)較為密集的機(jī)場(chǎng)。

表9 起降方向比例統(tǒng)計(jì)表（單位：%）

表11 噪聲敏感點(diǎn)評(píng)價(jià)值統(tǒng)計(jì)表

圖12 機(jī)型組合改變后的噪聲等值線圖

2.4 采用減噪飛行程序

PBN 導(dǎo)航技術(shù)的使用使得飛行程序的設(shè)計(jì)更加靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)更優(yōu)的航路，改變進(jìn)離場(chǎng)航跡以避開(kāi)更多的噪聲敏感點(diǎn)，減少對(duì)機(jī)場(chǎng)周邊的噪聲影響。因此，不改變其他條件，僅改變飛行程序，如表12 所示，得到減噪結(jié)果如圖13 和表13 所示。

表13 噪聲敏感點(diǎn)評(píng)價(jià)值統(tǒng)計(jì)表

圖13 飛行程序改變后的噪聲等值線圖

表12 基于PBN 飛行程序表

本例中著重減小P1、P2 和P6 的噪聲敏感點(diǎn)值，數(shù)據(jù)結(jié)果證明改變飛行程序的措施收到了較為良好的效果。且該方法有一點(diǎn)是別的方法難以達(dá)到，即基于PBN飛行程序能夠有針對(duì)性地改變某些特定噪聲敏感點(diǎn)的指標(biāo)值，這使得機(jī)場(chǎng)當(dāng)局能夠根據(jù)周?chē)舾悬c(diǎn)的反映情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，也能夠使得成本最低，靈活性更強(qiáng)。

表12（續(xù)）

3 實(shí)例分析

調(diào)整時(shí)間分布和改變飛行架次的降噪措施，對(duì)于當(dāng)前機(jī)場(chǎng)交通容量已滿負(fù)荷運(yùn)營(yíng)的情況下，操作性并不夠強(qiáng)。而高噪聲機(jī)型的淘汰，并引進(jìn)低噪聲飛機(jī)對(duì)于航空公司而言也非一朝一夕之事，機(jī)場(chǎng)更無(wú)法做主。因此基于PBN 的飛行程序調(diào)整是最簡(jiǎn)單可行、省時(shí)省力的方法。

以X 機(jī)場(chǎng)為例，該機(jī)場(chǎng)有2 條平行跑道，屬于典型的多跑道機(jī)場(chǎng)。表14 顯示了X 機(jī)場(chǎng)周?chē)脑肼暶舾悬c(diǎn)位置信息，圖14 顯示了其飛行程序和相對(duì)噪聲敏感點(diǎn)的位置關(guān)系。通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集，得到了X 機(jī)場(chǎng)的噪聲等值線圖和機(jī)場(chǎng)周邊噪聲敏感點(diǎn)的LWECPN值。

圖14 噪聲敏感點(diǎn)和航跡關(guān)系

表14 X 機(jī)場(chǎng)周?chē)舾悬c(diǎn)信息表

由于PBN 程序使得飛行程序的改變更加靈活，因此，對(duì)某些對(duì)敏感點(diǎn)有強(qiáng)烈影響的航跡進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整內(nèi)容如圖15、圖16、表15 和表16 所示。由于跑道36L 的D1、D2 和D3 航跡以及36R 的D1 航跡經(jīng)過(guò)多個(gè)噪聲敏感點(diǎn)，因此對(duì)其進(jìn)行航跡調(diào)整，新生成的噪聲等值線圖如圖17 所示。將2 種程序下的噪聲敏感點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如表17 所示，可以發(fā)現(xiàn)大部分機(jī)場(chǎng)周邊噪聲敏感點(diǎn)的LWECPN值得以減小，降噪效果明顯，由此可得調(diào)整飛行程序是機(jī)場(chǎng)周邊噪聲敏感點(diǎn)減噪的有效可行措施。

圖17 PBN 飛行程序下的X 機(jī)場(chǎng)噪聲等值線圖

表16 改變后的36R 跑道離場(chǎng)飛行程序

表17 噪聲敏感點(diǎn)評(píng)價(jià)值對(duì)比

圖15 X 機(jī)場(chǎng)噪聲等值線圖

圖16 PBN 程序下的噪聲敏感點(diǎn)和航跡關(guān)系圖

4 結(jié)論

降低機(jī)場(chǎng)噪聲對(duì)周邊敏感點(diǎn)的影響對(duì)實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。本文通過(guò)對(duì)不同減噪措施的對(duì)比分析，得出在短期降噪的措施中，采用改變飛行程序是最有效，且成本相對(duì)較低的措施，即結(jié)合PBN 導(dǎo)航的特點(diǎn)，利用新飛行引導(dǎo)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，更靈活地更改航線，達(dá)到規(guī)避噪聲敏感點(diǎn)的效果。其他的減噪措施，需要機(jī)場(chǎng)、空管和航空公司以及當(dāng)?shù)卣闹匾暫蛥f(xié)商來(lái)達(dá)成，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)將其納入長(zhǎng)期的機(jī)場(chǎng)周邊噪聲敏感點(diǎn)減噪目標(biāo)，將本文中提到的所有方法根據(jù)未來(lái)城市和機(jī)場(chǎng)發(fā)展情況進(jìn)行推演預(yù)測(cè)后，進(jìn)行整合，以期達(dá)到機(jī)場(chǎng)周邊噪聲敏感點(diǎn)降噪的最佳效果。