航空障碍灯安全性初步分析

蔡超刘刚

(天津大学建筑学院，天津市建筑物理环境与生态技术重点实验室，天津 300072)

1 我国民用直升机使用现状及发展趋势

美国在国民生产总值 (GDP)达到一万亿美元时，共拥有民用直升机8000多架;而2000年，当我国的GDP超过一万亿美元时，民用直升机的数量却只有美国当年的1%左右。若按日本每12.1万人拥有1架民用直升机的比例计算，我国应该拥有107400架民用直升机。而目前，我国拥有民用直升机的单位有22家，在册的民用直升机总数仅为97架。从发达国家的空中交通发展经验来看，我国民用飞机数量还有很大的增长空间。从1997年开始，我国放开了对公民申请私人飞行驾照的限制，考私人飞行驾照逐渐成为都市新时尚;2003年5月1日颁布实施了《通用航空飞行管制条例》，简化了私人使用空域的申请手续，这些都为私人飞机拥有者铺平了“通天”之路。据对中国民用直升机市场需求的调查，我国民用直升机市场的需求量到2020年将达到10000架左右。而这些民用直升机无疑集中在我国的大中城市上空，这将是对城市建筑群的航空障碍灯系统的极大考验。

2 航空障碍灯使用现状

2.1 航空障碍灯分类

根据国际民航组织颁发的相关规范［1］，航空障碍灯分低光强、中光强和高光强三大类，其中:

①低光强航空障碍灯为恒定发光、红色，有效光强100cd±25%，一般不单独使用，而必须与中光强、高光强障碍灯配合使用。如45米以上的建筑物及其设施设置有多层中光强或高光强障碍灯，在中光强或高光强障碍灯之间可设置低光强障碍灯。

②中光强障碍灯按发光要求分为两种:

a、中光强A型障碍灯为白色闪光灯，有效光强2000cd～20000cd，闪光频率为每分钟20～60次，用于105米以上的建筑物和设施及背景光较强的障碍物或与高光强B型障碍灯配合使用。

b、中光强B型障碍灯为红色闪光灯，有效光强2000cd±25%，闪光频率为每分钟20～60次，用于105米以下的建筑物和设施或与中光强A型、高光强A型障碍灯配合使用。

③高光强障碍灯按发光要求分为两种:

a、高光强A型障碍灯为白色闪光灯，并在白昼、黄昏或黎明及夜间全天候变光强闪光，有效光强分别为白昼200000cd±25%;黄昏或黎明20000cd±25%;夜间2000cd±25%;闪光频率为每分钟20～70次，主要用于超过150米以上的建筑物及其设施使用，或与中光强障碍灯配合使用。

b、高光强B型障碍灯为白色闪光灯，并在白昼、黄昏或黎明及夜间全天候变光强三层同步闪光，有效光强分别为白昼100000 cd±25%;黄昏或黎明20000cd±25%;夜间2000cd±25%，闪光频率为每分钟20～70次，主要用于标示电线、电缆塔架和高压输电线铁塔等处。

2.2 航空障碍灯布置方式［2］［3］

①航空障碍灯的设置应标志出障碍物的最高点和最边缘 (即视高和视宽)。

②高度在45米至150米的建筑、设施或拉线塔、楼顶塔等，应在其顶端设置中光强A型障碍灯，并为白色闪光，其下分层设置红色中光强B型障碍灯。

③高于150米的超高物体 (如广播电视塔、大跨越斜拉桥等)应在其顶端设置高光强A型障碍灯，并且应以中、高光强障碍灯配合使用。

④超高压输电线铁塔应设置高光强B型障碍灯，并为三层同步闪光。位置为塔顶、电缆下垂最低点及二者中间位置，且需沿电缆走线方向设于铁塔外侧。

⑤对于烟囱或其他类似性质的建筑物，顶部障碍灯必须位于顶端1.5～3米之间，考虑到烟囱对灯具污染，障碍灯可装设在低于烟囱口4～6米的部位(详见国家标准节选)。

⑥如果物体的顶部高出周围地面45米以上，必须在其中间层加设障碍灯，中间层的距离必须不大于45米，并尽可能相等 (城市中百米以上的超高建筑物尤其要考虑中间层加设障碍灯)。地处城市和居民区附近的建筑物装设中间层障碍灯时，应考虑避免使居民感到不快。一般要求从地面只能看到散逸的光线。

⑦外形庞大的建筑群所设置障碍灯应能从各个方面看出物体的轮廓，水平方向也可参考以45米左右的间距设置障碍灯。

⑧不论哪种障碍灯，其在不同高度的障碍灯数目及排列，应能从各个方位都能看到该物体或物体群轮廓，并且考虑障碍灯的同步闪烁，以达到明显的警示作用。

2.3 航空障碍灯国内外使用现状

城市的夜空，除了万家灯火和繁华商业区的璀璨霓虹，人们还能在一些高大建筑物上发现许多一闪一闪的红点，它们就是航空障碍灯。用其标志飞行障碍物，可以对飞行员起到警示作用，被广泛应用于大桥、城市高层建筑、广播电视及微波通讯塔、电力工业高塔、烟囱及机场周围设施等。

以美国、日本为例，发达国家警用、医用、抢险用以及私用直升机数量多，有低空飞行和停机的需要，因此航空障碍灯系统比较发达。而我国民用直升机拥有量远少于发达国家，航空障碍灯也相应发展缓慢。

目前，我国航空障碍灯的使用主要存在问题包括:

①法律、法规方面:美国、日本等国要求高度45米以上物体均要安装航空障碍灯。而我国对于何种高度的建筑物要安装航空障碍灯没有强制性要求，只有上海、大连、厦门等部分沿海城市明文规定20层以上或高度45米以上的高层建筑物、构筑物必须安装航空障碍灯。由此导致我国城市建筑群的航空障碍灯系统设置极其不完善，随着民用飞机数量的增加，安全隐患将会逐渐显露出来。

②国产航空障碍灯产品质量方面:虽然，中国民航总局于1999年发布，2000年实施《航空障碍灯》标准是行业制造标准，但我国从未对航空障碍灯的销售实施许可制度，也未将其列入3C认证目录。国产航空障碍灯虽然产品种类繁多，但总体水平都较低，灯具控制方式比较单一，施工复杂，维修难度大［4］。

③航空障碍灯系统的安装、运行监管方面:按照美国联邦航空总署的要求，航空障碍灯的运行情况必须24小时监控，一旦发生故障，必须在30分钟内向其报告，否则可处以最高8万美元的罚款。在我国，许多用户并不按标准要求对航空障碍灯进行安装，主要表现在:没有勾勒出建筑物轮廓;建筑物突出点不明显等。另外，障碍灯出现故障也不能及时排除，国家尚没有对航空障碍灯的安装、运行情况进行及时监控、管理［5］。

另外，航空障碍灯 (尤其是高强度灯)是城市光污染源，这个问题困扰着所有使用航空障碍灯的地区。它会对周围居民正常生活造成影响，当光强过高时，甚至会对飞机驾驶员形成干扰［6］。

3 航空障碍灯安全隐患分析

按照通用的布置方式，城市航空障碍灯系统视觉效果如图1所示，图中沿建筑轮廓线间隔布置的点为航空障碍灯。

图1 城市航空障碍灯系统视觉效果Fig.1 The visual effect of aeronautic impediment lights in city

在城市建筑群中穿梭的直升机速度为0～250km/h(约合0～70m/s)，人类反应时间一般在0.15s～0.4s，由此得出航空障碍灯的安全辨识距离极限为30m左右，而目前大城市中很多高层建筑间隔不过几十米，已经接近人类反应的极限。若相邻建筑的航空障碍灯闪烁频率相同，又恰好同步，这样易使飞机驾驶员判断错误，进而导致事故。如图2，两相邻建筑物航空灯恰好同时亮起，使得右侧的16盏障碍灯形成一个连续的平面，增加了对障碍物的辨识难度。在高亮度状态下 (图2(a))，可以很容易的辨识出建筑物立面与建筑间空域，但当亮度下降后 (图2(b))，便需要增加对建筑立面与建筑物间空域辨识的反应时间。图3只是示意性的描述，而夜晚光环境亮度可能更低，导致飞行事故的隐患也更大。

图2 航空障碍灯使用安全隐患分析 (图中黑点表示航空障碍灯)Fig.2 Security problem analysis of aeronautic impediment lights(the dotted points shown in the diagram)

4 航空障碍灯系统提升方案

4.1 通过改善航空障碍灯的组合方式，向飞行员提供更丰富的引导信息，从而提高飞行安全度

以十字形航空障碍灯 (如图3所示)代替点状发光的传统障碍灯，此种形状的障碍灯可形成类似照相机的取景框以标示建筑立面 (如图4所示)。“取景框”以内为建筑立面，以外则为建筑间空域。由此可避免现行航空障碍灯布置方式导致的障碍面难以辨别的情况。十字形航空障碍灯发光带的合理长度有待进一步试验研究确定。

图3 十字形航空障碍光带示意Fig.3 The diagram of aeronautic impediment criss-cross light band

图4 建筑立面图 (粗黑线表示十字形光带)Fig.4 Building facade(bold lines show the criss-cross light band)

4.2 航空障碍灯眩光解决方案

①完善灯具设计

航空障碍灯的灯罩应按3～7度的垂直光束伸展角度设计，使最大光能集中射向天空，减少对低层居民的影响。

②采用LED光源

低光强的航空障碍灯一般设置在建筑的较低处(30～90米)，住宅楼一般不会超过这一高度。LED光源功率相对较小，光强集中，便于控光，将此种光源用于低光强的航空障碍灯，可最大程度的减小对周围居民的影响。

4.3 航空障碍灯规划设计

随着我国城市化进程的发展，城市规模不断扩大，城市间的往来更加密切、频繁。空中交通与道路交通一样，需要合理的引导系统，便于驾驶员到达目的地。可以结合航空障碍灯系统对城市空中交通进行规划设计，具体方案如下:

①通过颜色向飞行员传递建筑物相关信息，如对城市不同行政区域内的高层建筑设置不同颜色的航空障碍灯，由此可从空中直观地辨别出城市行政区划，便于发现目的地，如图5所示，图中三个区域分别为三个独立的行政区，每一行政区内使用一种颜色的航空障碍灯，以区别其他行政区;又如可以对不同高度的建筑物采用不同颜色的障碍灯，通过障碍灯的颜色辨识建筑物的高低，使飞行员提早对障碍物高度做出判断。

图5 航空障碍灯通过颜色进行城市夜晚行政区划示意图Fig.5 Diagram of administrative divisions by color of aeronautic impediment lights in city

②航空标志物的设置 (如高层建筑顶层部位安装公司LOGO，并配合相应的照明)，进一步便于飞行员在不熟悉的城市辨别单体建筑或构筑物。

［1］ MH/T60121999:国际标准和建议措施机场，附件十四.

［2］GB 50034－2004建筑照明设计标准 ［S］.

［3］JGJ 16－2008民用建筑电气设计规范 ［S］.

［4］孙作五.航空障碍灯的安装及检验.建筑电气，1999，第1期:40～44.

［5］周荔.浅谈航空障碍灯在民用工程中的设置.四川建筑，2010，第30卷1期:38～39.

［6］朱丽华.航空障碍灯绕不过四道坎.中华建筑报，2004.