新一代民機試驗場指揮塔臺設計研究

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。它主要負責把進近管制往來的飛機引導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。隨著經濟的高速發展，各地航空港進行擴容和建設，塔臺建筑以各種新穎的形態呈現在我們面前。

目前國內沒有針對塔臺專項的設計規范和準則，缺少此類型建筑規范的限定。新建機場塔臺根據國內外機場建設積累的經驗，并結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提出指導意義。

1 存在的問題

塔臺的設計應根據空管及機場規模，設計的一般要求如下：根據機場平均起降架次設計類別；設置在正確的方向，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，在設計的過程中，除了滿足一般設計的要求，常常出現功能使用要求和相關建筑設計規范相沖突的情況，主要體現在以下兩個方面。

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，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。

2)塔臺所處的位置和高度應該滿足安全飛行的側凈空的要求，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置和高度的設計上，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 設計規范與實際矛盾

設計規范要求高層建筑每個防火分區的安全出口不應少于兩個；高層建筑的兩座疏散樓梯宜獨立設置。實際中塔臺頂層管制室塔臺日常工作人數往往只有十余人，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，這使得我們在設計上又要盡量合理安排狹小空間下的各設備層、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 塔臺設計解決方案

2.1 設計塔臺位置和高度

塔臺設置方法通過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凈空要求：

Hc≤[D-W/2]/7-(Eb-Ers)

(2)

若符合機場側凈空障礙物限制面要求，則該處即為塔臺建議設置地點，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的大型化復雜化，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降低凈空要求。

2.2 設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，下面實質為一條交通通道。由于塔臺為高聳結構，必須滿足消防疏散的要求，因此設計上也提出了很多新的挑戰。

目前國內沒有針對塔臺專項的設計規范和準則，缺少此類型建筑規范的限定。新建機場塔臺主要根據國內外機場塔臺建設積累的經驗，提出以下幾種解決方法，見表1。

表1 設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，結合實際情況，從塔臺使用強度、塔臺工作人員年齡結構、機場與塔臺相互位置關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 應用案例分析

隨著民機試驗場場址的確定，塔臺的建設也提上議程。但是我國沒有專業的民機試驗場，缺少建設先例。本文以擬建民機試驗場塔臺設計為例，以民航機場塔臺設計標準作為理論基礎，結合飛行試驗的特點，設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、機場設備試飛、空管設備試飛等。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、標圖員、預報員、航管員等要隨時保持信息交流；2)試飛組織結構有其自身的特點，任務的下達及實施需要隨時協調；3)保障資源及人力資源，需要按照不同的試飛科目，進行調整；4)指揮模式不同，有多套指揮班子；5)應急事件多發，故障率高，特情多等特點，組織、指揮、保障應頻繁溝通。

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

3.1 位置和高度的設置

滿足跑道端目視要求，塔臺最小高度根據式(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高Ers=375.8 m，地面標高Eb=375 m，主跑道東端平均標高Eas1=376.3 m，西端平均標高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式(2):

Hc≤[400-150/2]/7-(375.8-375)=45.6 m。

塔臺的高度設計應在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準上升高，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

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

塔臺采用圓形的平面布置形式，有塔臺指揮層、設備間層、氣象觀測以及輔助服務辦公室等。由于人員多及任務協調的特點，將指揮層面積從60 m2增加到100 m2，并專門設置了講評室以及任務協調辦公室。由于參試人員多，安全疏散成為了重中之中。通過對方法二的優化(設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 結語

塔臺是機場建筑群中不可或缺的組成部分，塔臺的設計體現著我國空管指揮的發展與進步。本文分析塔臺的一般設計理論，結合地理位置和民機試驗的特殊性，設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的使用中充分發揮它的積極作用。