福州長樂國際機(jī)場機(jī)坪泛光照明設(shè)計(jì)優(yōu)化

張永鋒

（元翔（福州）國際航空港有限公司，福州 350000）

因機(jī)場停機(jī)坪機(jī)位組合較為復(fù)雜，為滿足機(jī)坪工作區(qū)域泛光照明需求，需配置數(shù)量較多的高桿燈。為打造價(jià)值工程，統(tǒng)籌建設(shè)投資、后期運(yùn)維、停機(jī)坪運(yùn)行安全、機(jī)位使用效率等，尋找既滿足規(guī)范要求又能對(duì)高桿燈布局進(jìn)行合理優(yōu)化的方案。采用仿真模擬的方式，深入研究福州長樂國際機(jī)場二期機(jī)坪泛光照明布局方案，優(yōu)化高桿燈設(shè)計(jì)、節(jié)約工程建設(shè)投資、降低后期運(yùn)維成本。

1 機(jī)坪泛光照明

機(jī)坪泛光照明作為保障機(jī)場運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，為旅客登機(jī)、貨物裝卸、飛機(jī)檢修、加油、飛機(jī)停放等業(yè)務(wù)提供照明。因此，停機(jī)坪是否能擁有良好的照明條件十分重要。機(jī)坪泛光照明工作載體為高桿燈，其高度、數(shù)量、位置應(yīng)根據(jù)機(jī)坪工作區(qū)尺寸、機(jī)位布局、飛機(jī)活動(dòng)區(qū)、滑行道布局、服務(wù)車道、塔臺(tái)位置、機(jī)場凈空障礙物限制面、遮擋管制塔臺(tái)人員視線等因素統(tǒng)籌布設(shè)。

2 機(jī)坪泛光照明設(shè)計(jì)中的常見問題

根據(jù)《民用機(jī)場飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（MH 5001—2021）[1]，機(jī)坪泛光燈照明必須滿足照度要求、泛光燈燈具與滑行道最小間距要求，燈桿高度必須滿足機(jī)場凈空要求。

2.1 照度要求

機(jī)位：水平照度應(yīng)不低于30 lx，均勻比不大于4:1；垂直照度應(yīng)高出機(jī)坪2 m，平均照度不低于20 lx。

停機(jī)坪其他區(qū)域：水平照度不低于機(jī)位上的1/2，均勻比不大于4:1。

2.2 泛光燈燈具與滑行道最小間距要求

規(guī)范要求當(dāng)飛行區(qū)指標(biāo)II為F時(shí)，泛光燈與機(jī)位滑行道中線間距最小為50.5 m。

2.3 燈桿高度應(yīng)滿足機(jī)場凈空要求

機(jī)坪泛光燈不應(yīng)超過機(jī)場障礙物限制面中的過渡面高度

式中：H為泛光燈高度，W為升降帶寬度，h為泛光燈所在地面標(biāo)高減去過渡面底邊標(biāo)高之差，D為泛光燈至跑道中線的距離。

為滿足停機(jī)坪照度規(guī)范要求，設(shè)計(jì)單位在進(jìn)行機(jī)位泛光照明設(shè)計(jì)時(shí)，通常在E類機(jī)位設(shè)置2基高桿燈，BC類機(jī)位設(shè)置1基高桿燈。按此設(shè)計(jì)，通常機(jī)坪能滿足平均照度要求。但在工程實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)，停機(jī)坪部分區(qū)域亮度過高導(dǎo)致資源浪費(fèi)，不符合綠色機(jī)場發(fā)展要求。同時(shí)，在光衰和損耗等冗余度方面，機(jī)位照度過高也會(huì)引發(fā)關(guān)于節(jié)能、投資、運(yùn)維等一系列問題。分析原因?yàn)樵O(shè)計(jì)單位缺乏統(tǒng)籌意識(shí)和創(chuàng)新思維，“硬分離”或已成為業(yè)內(nèi)定式，因此，設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮以下需求。

1）運(yùn)行需求

每基高桿燈設(shè)置均須配置機(jī)務(wù)配電亭。機(jī)務(wù)配電亭既可滿足高桿燈電源與控制終端安裝要求，也可為機(jī)務(wù)航空器維修保障工作提供400 Hz電源及空調(diào)插座。如圖1所示，高桿燈和機(jī)務(wù)配電亭均設(shè)置在飛機(jī)機(jī)頭前，當(dāng)飛機(jī)離港作業(yè)時(shí)，機(jī)務(wù)頂推車需將頂推桿與飛機(jī)前起落架固定，由機(jī)務(wù)頂推車推動(dòng)飛機(jī)退出停機(jī)位，在頂推至滑行道后，飛機(jī)方能滑行、起飛；同時(shí)，對(duì)于行李拖車、要客擺渡車等地勤保障車輛，均?？吭跈C(jī)頭區(qū)域。作為機(jī)坪固定物體的高桿燈和機(jī)務(wù)配電亭造成機(jī)坪作業(yè)整體空間過于局促和擁堵，特別是大型機(jī)場的航站樓構(gòu)型均為港灣式布局，將極大影響地勤和機(jī)務(wù)等單位的勤務(wù)保障效率，浪費(fèi)機(jī)坪資源而且不利于安全管理，存在機(jī)坪通行車輛與固定的高桿燈或機(jī)務(wù)配電亭發(fā)生刮擦的潛在風(fēng)險(xiǎn)，也導(dǎo)致服務(wù)車道通行能力降低。

圖1 高桿燈和機(jī)務(wù)配電亭

圖2 中心點(diǎn)法測量網(wǎng)格圖

2）運(yùn)維需求

高桿燈和機(jī)務(wù)配電箱數(shù)量變多，維護(hù)人員和維修工作量亦會(huì)相應(yīng)增加。通常情況下，高桿燈維護(hù)需要一定空間保持其燈盤升降不受影響，但這將影響航空器的保障運(yùn)行，進(jìn)而影響機(jī)位使用效率。同時(shí)，燈具維修、升降機(jī)保養(yǎng)、相關(guān)配電系統(tǒng)維護(hù)等工作耗時(shí)耗力。

3）投資需求

新建高桿燈涉及燈具基礎(chǔ)、管線電纜保護(hù)管、電纜井、電纜敷設(shè)、機(jī)務(wù)配電箱等停機(jī)坪管線工程，以及高（低）壓配電系統(tǒng)、變電站建設(shè)等一系列工作，資金投入大。

3 機(jī)坪泛光照明照度要求

3.1 規(guī)范要求

根據(jù)《民用機(jī)場機(jī)坪泛光照明技術(shù)要求》[2]，福州長樂國際機(jī)場新建機(jī)坪照度需大于30 lx。

3.2 照度計(jì)算方法

《照明設(shè)計(jì)手冊（第三版）》[3]提供了利用系數(shù)法和逐點(diǎn)計(jì)算法兩種照度計(jì)算方法。

1）利用系數(shù)法計(jì)算工作面平均照度

式中：Eav為工作面上的平均照度，lx，A為工作面面積，㎡，N為光源數(shù)量，φ為光源光通量，lm，U為利用系數(shù)，為投射到工作面上的光通量與光源投射出的光通量的比值，K為維護(hù)系數(shù)，在燈具使用一定時(shí)間后，光源發(fā)光能力的衰減、光源表面及工作面反射面的污染會(huì)造成照度降低。

表1 機(jī)坪各區(qū)域泛光照度表

2）中心點(diǎn)法平均水平照度

式中：Ehave為平均水平照度，lx；M為縱向網(wǎng)格數(shù)，無量綱；N為橫向網(wǎng)格數(shù)，無量綱；Ei為第i個(gè)測點(diǎn)上的照度，lx。

逐點(diǎn)計(jì)算法通過計(jì)算工作面采樣點(diǎn)的照度，求得工作面平均照度。測量水平照度時(shí)，照度計(jì)光度探頭應(yīng)平放在場地上，并確保無陰影遮蓋照度計(jì)光度探頭。通常宜用 5～10 m 的正方形網(wǎng)格劃分檢測場地，測量照度梯度時(shí)應(yīng)采用 5 m 正方形網(wǎng)格。采用中心點(diǎn)法測量照度時(shí)應(yīng)將照度計(jì)光度探頭放在網(wǎng)格的中心點(diǎn)上，見圖 2。

但在本項(xiàng)目中，由于停機(jī)坪面積大且機(jī)位組合較復(fù)雜，想通過前兩種手工計(jì)算的方法來設(shè)計(jì)高桿燈的布置方案可操作性比較低。

通過專業(yè)照明軟件DIALux，設(shè)計(jì)工作者可導(dǎo)入世界各地主要照明廠商燈具數(shù)據(jù)，建立設(shè)計(jì)模型并對(duì)模型的反射面、陰影進(jìn)行仿真模擬，生成3D效果圖、偽色圖，查看照明效果，導(dǎo)出計(jì)算結(jié)果報(bào)表，從中得到的各項(xiàng)仿真數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)基本相符。因此，DIALux被廣泛用于照明設(shè)計(jì)工作。通過使用DIALux計(jì)算軟件仿真模擬，可得到照度等值線和均勻度等參數(shù)，使用者可將之與規(guī)范進(jìn)行對(duì)比。

4 照度方案對(duì)比

4.1 原設(shè)計(jì)照度

在原設(shè)計(jì)28 個(gè)近機(jī)位中，高桿燈共45 組。以“201-203”3個(gè)機(jī)位作為研究樣例，原設(shè)計(jì)高桿燈LED光源為400 W、9盞燈，在CAD上的布置如圖3所示。

圖3 201-203機(jī)位原設(shè)計(jì)平面圖

原設(shè)計(jì)機(jī)位高桿燈照度如表2所示。

表2 201-203機(jī)位原設(shè)計(jì)高桿燈照度表

4.2 照度優(yōu)化方案

在設(shè)計(jì)優(yōu)化工作中，高桿燈的位置設(shè)置既要遵守《民用機(jī)場飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中“泛光燈與機(jī)位滑行道中線的最小間距為50.5 m”的設(shè)計(jì)要求，也要避免因燈具距機(jī)位過遠(yuǎn)而導(dǎo)致照度浪費(fèi)，由此方可得到高桿燈較為適宜的安裝位置，使各機(jī)位及機(jī)位外的區(qū)域均達(dá)到規(guī)范要求。通過計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)高桿燈位置、投射方向、照射角度等參數(shù)的仿真模擬，統(tǒng)籌作業(yè)空間和光源照射角度等方面因素，得到優(yōu)化位置如圖4所示。

圖4 201-203機(jī)位設(shè)計(jì)優(yōu)化平面圖

對(duì)比圖3和圖4，可以看到高桿燈和機(jī)務(wù)配電亭由原來8組減少至5組，極大程度地釋放了停機(jī)坪空間，勤務(wù)保障壓力得以緩解。

此外，還應(yīng)對(duì)每一組高桿燈所使用的光源數(shù)量進(jìn)行模擬分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)[4]，為使各機(jī)位以及機(jī)位外的區(qū)域都達(dá)到規(guī)范照度要求，以201號(hào)機(jī)位為例，利用專業(yè)照明軟件，分別帶入400 W、500 W、600 W、700 W燈進(jìn)行模擬分析。照度如表3所示。

表3 201機(jī)位高桿燈照度表

通過模擬分析發(fā)現(xiàn)，光源在600 W以上時(shí)，平均照度、最小照度、最大照度以及均勻度分別為34.1、21.4、119、0.63，照度均已得到提高，故選擇光源瓦數(shù)為600 W的方案較為合適。在對(duì)所有機(jī)位進(jìn)行仿真模擬后，照度數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 600 W各機(jī)位照度數(shù)據(jù)表

上述數(shù)據(jù)說明，在本次設(shè)計(jì)優(yōu)化中機(jī)位均符合規(guī)范要求。

5 高桿燈設(shè)計(jì)優(yōu)化總結(jié)

通過對(duì)28個(gè)近機(jī)位泛光照明布局進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，共計(jì)減少了11組高桿燈和機(jī)務(wù)配電箱。此優(yōu)化不僅釋放了機(jī)坪作業(yè)空間、減少了日常維護(hù)工作量，也減少了相配套的停機(jī)坪管線和變電站等設(shè)備的投資。經(jīng)測算，高桿燈和機(jī)務(wù)配電箱節(jié)約費(fèi)用約50萬/組，共計(jì)節(jié)省投資550萬元。

在通過拉大高桿燈間距、減少高桿燈燈桿數(shù)量時(shí)，宜采取以下措施保證照度滿足規(guī)范要求：

1）在滿足凈空要求限制下提升高桿燈高度，本次高桿燈采用30 m高燈桿；

2）增加燈頭數(shù)量，單向燈由9個(gè)燈頭增加至11個(gè)燈頭，全向燈采用18個(gè)燈頭；

3）設(shè)備宜選用功率大、射程遠(yuǎn)的LED光源[5]。

6 結(jié)論

在優(yōu)化福州長樂機(jī)場二期擴(kuò)建工程泛光照明設(shè)計(jì)方案的過程中，針對(duì)當(dāng)前業(yè)內(nèi)常見問題，提出節(jié)省建設(shè)投資、減少機(jī)坪占地面積、促進(jìn)新技術(shù)應(yīng)用、賦能智慧機(jī)場建設(shè)一體化設(shè)計(jì)的改進(jìn)方案。在滿足機(jī)坪照度要求的基礎(chǔ)上，對(duì)高桿燈布局進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，不僅大幅降低工程建安及后期運(yùn)維成本，而且也為進(jìn)一步打造民航綠色機(jī)場與建設(shè)價(jià)值工程提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。