福州長樂國際機場機坪泛光照明設計優化

張永鋒

（元翔（福州）國際航空港有限公司，福州 350000）

因機場停機坪機位組合較為復雜，為滿足機坪工作區域泛光照明需求，需配置數量較多的高桿燈。為打造價值工程，統籌建設投資、后期運維、停機坪運行安全、機位使用效率等，尋找既滿足規范要求又能對高桿燈布局進行合理優化的方案。采用仿真模擬的方式，深入研究福州長樂國際機場二期機坪泛光照明布局方案，優化高桿燈設計、節約工程建設投資、降低后期運維成本。

1 機坪泛光照明

機坪泛光照明作為保障機場運行的重要基礎設施之一，為旅客登機、貨物裝卸、飛機檢修、加油、飛機停放等業務提供照明。因此，停機坪是否能擁有良好的照明條件十分重要。機坪泛光照明工作載體為高桿燈，其高度、數量、位置應根據機坪工作區尺寸、機位布局、飛機活動區、滑行道布局、服務車道、塔臺位置、機場凈空障礙物限制面、遮擋管制塔臺人員視線等因素統籌布設。

2 機坪泛光照明設計中的常見問題

根據《民用機場飛行區技術標準》（MH 5001—2021）[1]，機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場凈空要求。

2.1 照度要求

機位：水平照度應不低于30 lx，均勻比不大于4:1；垂直照度應高出機坪2 m，平均照度不低于20 lx。

停機坪其他區域：水平照度不低于機位上的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

規范要求當飛行區指標II為F時，泛光燈與機位滑行道中線間距最小為50.5 m。

2.3 燈桿高度應滿足機場凈空要求

機坪泛光燈不應超過機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高減去過渡面底邊標高之差，D為泛光燈至跑道中線的距離。

為滿足停機坪照度規范要求，設計單位在進行機位泛光照明設計時，通常在E類機位設置2基高桿燈，BC類機位設置1基高桿燈。按此設計，通常機坪能滿足平均照度要求。但在工程實施過程中發現，停機坪部分區域亮度過高導致資源浪費，不符合綠色機場發展要求。同時，在光衰和損耗等冗余度方面，機位照度過高也會引發關于節能、投資、運維等一系列問題。分析原因為設計單位缺乏統籌意識和創新思維，“硬分離”或已成為業內定式，因此，設計時需充分考慮以下需求。

1）運行需求

每基高桿燈設置均須配置機務配電亭。機務配電亭既可滿足高桿燈電源與控制終端安裝要求，也可為機務航空器維修保障工作提供400 Hz電源及空調插座。如圖1所示，高桿燈和機務配電亭均設置在飛機機頭前，當飛機離港作業時，機務頂推車需將頂推桿與飛機前起落架固定，由機務頂推車推動飛機退出停機位，在頂推至滑行道后，飛機方能滑行、起飛；同時，對于行李拖車、要客擺渡車等地勤保障車輛，均停靠在機頭區域。作為機坪固定物體的高桿燈和機務配電亭造成機坪作業整體空間過于局促和擁堵，特別是大型機場的航站樓構型均為港灣式布局，將極大影響地勤和機務等單位的勤務保障效率，浪費機坪資源而且不利于安全管理，存在機坪通行車輛與固定的高桿燈或機務配電亭發生刮擦的潛在風險，也導致服務車道通行能力降低。

圖1 高桿燈和機務配電亭

圖2 中心點法測量網格圖

2）運維需求

高桿燈和機務配電箱數量變多，維護人員和維修工作量亦會相應增加。通常情況下，高桿燈維護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行，進而影響機位使用效率。同時，燈具維修、升降機保養、相關配電系統維護等工作耗時耗力。

3）投資需求

新建高桿燈涉及燈具基礎、管線電纜保護管、電纜井、電纜敷設、機務配電箱等停機坪管線工程，以及高（低）壓配電系統、變電站建設等一系列工作，資金投入大。

3 機坪泛光照明照度要求

3.1 規范要求

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

3.2 照度計算方法

《照明設計手冊（第三版）》[3]提供了利用系數法和逐點計算法兩種照度計算方法。

1）利用系數法計算工作面平均照度

式中：Eav為工作面上的平均照度，lx，A為工作面面積，㎡，N為光源數量，φ為光源光通量，lm，U為利用系數，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為維護系數，在燈具使用一定時間后，光源發光能力的衰減、光源表面及工作面反射面的污染會造成照度降低。

表1 機坪各區域泛光照度表

2）中心點法平均水平照度

式中：Ehave為平均水平照度，lx；M為縱向網格數，無量綱；N為橫向網格數，無量綱；Ei為第i個測點上的照度，lx。

逐點計算法通過計算工作面采樣點的照度，求得工作面平均照度。測量水平照度時，照度計光度探頭應平放在場地上，并確保無陰影遮蓋照度計光度探頭。通常宜用 5～10 m 的正方形網格劃分檢測場地，測量照度梯度時應采用 5 m 正方形網格。采用中心點法測量照度時應將照度計光度探頭放在網格的中心點上，見圖 2。

但在本項目中，由于停機坪面積大且機位組合較復雜，想通過前兩種手工計算的方法來設計高桿燈的布置方案可操作性比較低。

通過專業照明軟件DIALux，設計工作者可導入世界各地主要照明廠商燈具數據，建立設計模型并對模型的反射面、陰影進行仿真模擬，生成3D效果圖、偽色圖，查看照明效果，導出計算結果報表，從中得到的各項仿真數據與計算數據基本相符。因此，DIALux被廣泛用于照明設計工作。通過使用DIALux計算軟件仿真模擬，可得到照度等值線和均勻度等參數，使用者可將之與規范進行對比。

4 照度方案對比

4.1 原設計照度

在原設計28 個近機位中，高桿燈共45 組。以“201-203”3個機位作為研究樣例，原設計高桿燈LED光源為400 W、9盞燈，在CAD上的布置如圖3所示。

圖3 201-203機位原設計平面圖

原設計機位高桿燈照度如表2所示。

表2 201-203機位原設計高桿燈照度表

4.2 照度優化方案

在設計優化工作中，高桿燈的位置設置既要遵守《民用機場飛行區技術標準》中“泛光燈與機位滑行道中線的最小間距為50.5 m”的設計要求，也要避免因燈具距機位過遠而導致照度浪費，由此方可得到高桿燈較為適宜的安裝位置，使各機位及機位外的區域均達到規范要求。通過計算機技術對高桿燈位置、投射方向、照射角度等參數的仿真模擬，統籌作業空間和光源照射角度等方面因素，得到優化位置如圖4所示。

圖4 201-203機位設計優化平面圖

對比圖3和圖4，可以看到高桿燈和機務配電亭由原來8組減少至5組，極大程度地釋放了停機坪空間，勤務保障壓力得以緩解。

此外，還應對每一組高桿燈所使用的光源數量進行模擬分析，優化設計[4]，為使各機位以及機位外的區域都達到規范照度要求，以201號機位為例，利用專業照明軟件，分別帶入400 W、500 W、600 W、700 W燈進行模擬分析。照度如表3所示。

表3 201機位高桿燈照度表

通過模擬分析發現，光源在600 W以上時，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，故選擇光源瓦數為600 W的方案較為合適。在對所有機位進行仿真模擬后，照度數據如表4所示。

表4 600 W各機位照度數據表

上述數據說明，在本次設計優化中機位均符合規范要求。

5 高桿燈設計優化總結

通過對28個近機位泛光照明布局進行設計優化，共計減少了11組高桿燈和機務配電箱。此優化不僅釋放了機坪作業空間、減少了日常維護工作量，也減少了相配套的停機坪管線和變電站等設備的投資。經測算，高桿燈和機務配電箱節約費用約50萬/組，共計節省投資550萬元。

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

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）增加燈頭數量，單向燈由9個燈頭增加至11個燈頭，全向燈采用18個燈頭；

3）設備宜選用功率大、射程遠的LED光源[5]。

6 結論

在優化福州長樂機場二期擴建工程泛光照明設計方案的過程中，針對當前業內常見問題，提出節省建設投資、減少機坪占地面積、促進新技術應用、賦能智慧機場建設一體化設計的改進方案。在滿足機坪照度要求的基礎上，對高桿燈布局進行優化調整，不僅大幅降低工程建安及后期運維成本，而且也為進一步打造民航綠色機場與建設價值工程提供寶貴經驗。