多跑道机场周边噪声敏感点减噪措施研究

郭雅迪

（中国民航大学交通科学与工程学院，天津 300300）

机场自规划建设直至运行，环境评估一直贯穿其中，因此机场环境问题一直受到高度重视。随着近年来中国民航运输业的迅速发展以及城市的快速扩张，多跑道机场数量增多，机场航空噪声问题日益突出，与周边噪声敏感人群形成了不可调和的矛盾，已成为制约航空运输业发展的重要因素之一。因此如何合理地减少机场噪声对周边环境的影响，成为机场规划与管理过程中需考虑的关键问题，研究该问题对机场与所在城市协调发展，实现机场运营与周边环境友好具有重要意义和实用价值。

关于机场噪声影响问题，目前国内外已有一定的研究。Boško Josimović等[1]提出了一种基于战略环境评估（SEA）来评估机场噪声影响的特定方法，通过使用多准则评估方法，整合了用于评估机场噪声对人口影响的目标、指标和标准，适用于针对城市发展规划的SEA 编制工作。王维等[2]构建了飞行架次-推力-距离（N-F-d）进近航线噪声敏感点规避计算模型，并提出了通过基于PBN 的进近航线的改进规避噪声敏感点，从而达到降噪效果的方法。桂荔等[3]探讨了基于性能导航对机场噪声的影响。吴锋昭[4]评估了机场噪声监测系统的减噪效用，并提出了改进方案。目前的研究大多集中在机场噪声评估和特定情形下的减噪措施方面，缺少针对多跑道机场周边噪声敏感点减噪的实用性研究。

本文通过考虑影响机场噪声的全要素和跑道构型，提出了相应的减噪方法，并基于INM 软件评估该方式的优劣程度，可为机场设计者和运营管理者提供决策依据和参考。

1 多跑道机场噪声影响分析

1.1 多跑道机场构型

跑道构型指的是跑道数量、方位、使用方式以及航站区与跑道相对位置的关系。跑道构型，尤其是跑道数量，主要取决于机场设计和改扩建时的预测交通需求量，而跑道方位则主要由当地的气象条件，尤其是当地盛行风向决定。除此之外，跑道构型还受当地的地形、周围环境等的影响。跑道基本构型主要有以下4 种：单条跑道、平行跑道、交叉跑道和开口Ⅴ形跑道。其中，平行跑道包括2 条平行跑道、多条平行跑道，其中根据跑道之间的距离又有近距平行跑道以及其他不同间距的平行跑道之分。多跑道机场是指含有2 条以上（包含2 条）跑道的机场，目前全球各机场的跑道构型也是由这几种基本构型组成或复合而成。

平行跑道是2 条或多条跑道中线平行，或近似平行，即两中线延长线的夹角小于15°的非交叉跑道[5]。目前，国内的大中型机场大都采用的平行跑道构型布局，如上海浦东国际机场。根据2 条跑道中线间距的大小，平行跑道又分为近距、中距和远距跑道。平行跑道方向相同，飞机地面滑行路径较短，滑行耗油较少，产生的航空器噪声和污染物排放较少，占用土地面积也较少，因此相对而言，能够实现节能环保的效果。

交叉跑道是指机场有2 条或更多的跑道以不同方向互相交叉的跑道构型。该种构型的机场在国外较为常见，在国内多见于新建机场，如大兴机场的“三纵一横”的全向型跑道构型。此种构型可以避免相对强烈的风从一个以上的方向吹来时，单条跑道由于侧风过大而关闭，从而保障机场得以继续运行。

1.2 多跑道机场噪声影响

机场跑道数量增加，跑道构型、飞机机型、起降架次、分布时间、飞行程序等的组合更为繁杂，而机场噪声影响情况也会更为复杂。基于INM 软件，对典型的跑道构型的机场输出噪声等值线图，主要包括单跑道、近距平行跑道、远距平行跑道和交叉跑道，其中远距平行跑道根据其起降模式，又将其分为独立平行仪表进近模式、相关平行仪表进近模式、独立平行离场模式以及隔离平行运行模式。由噪声等值线图的生成结果（图1～图7）可看出，跑道的布局、间距以及运行模式对周边环境造成的噪声影响具有相对显著的差异。

图1 单跑道机场噪声等值线图

图2 近距平行跑道机场噪声等值线图

图3 远距平行跑道机场——独立平行仪表进近模式噪声等值线图

图4 远距平行跑道机场——相关平行仪表进近模式噪声等值线图

图5 远距平行跑道机场——独立平行离场模式噪声等值线图

图6 远距平行跑道机场——隔离平行运行模式噪声等值线图

图7 交叉跑道机场噪声等值线图

2 减噪措施

机场周边易受噪声影响并对噪声干扰较为敏感的区域构成了噪声敏感点，如学校、医院、住宅区和办公楼等。近年来，随着城市不断向外缘发展，用地趋于紧张，许多机场已从原来的远离城市中心，到如今毗邻城市，或被城市包围，导致越来越多的敏感点暴露在机场噪声之下，受机场噪声影响人数也不断增多。现行GB 9660—88《机场周围飞机噪声环境标准》规定一类区域（特殊住宅区，居住、文教区）的LWECPN应不大于70 dB，除一类区域外的生活区不得大于75 dB。

因此，削减机场对周边噪声敏感点的影响势在必行，但通常实施减噪措施，则会影响到机场运行、与航空公司和空管方面的协调、航班波分布、机场收益和旅客吞吐量等，属于牵一发而动全身。所以，对于减噪措施的选择，应该从多个方面综合考虑，选取最优方案，使减噪效果最佳，其他方面影响降到最低。

选取X 机场，根据表1～表4 的数据和图8，通过INM 软件绘制出噪声等值线图，并得到噪声敏感点和噪声影响范围的相关数据，如图9 和表5 所示。然后，分别采取下述措施，改变相关条件，生成噪声等值线图，并进行周边噪声敏感点LWECPN的对标分析。

表1 飞行程序

表2 起降方向比例统计表（单位：%）

表3 机型组合统计表

表4 噪声敏感点位置表

图8 噪声敏感点

图9 X 机场噪声等值线图

表5 噪声敏感点评价值统计表

2.1 调整时间分布

机场航空噪声评价指标包含多种，各国使用的不尽相同，而中国使用的则是国际民航组织推荐的计权等效连续感觉噪声级LWECPN，它是考虑了白天、晚上、夜间不同时间的影响，经修正后的有效感觉噪声级评价指标，其公式为：

因此，由上述公式可知，调整机场航班时间分布对降低机场周边噪声敏感点的噪声影响具有重要意义。保持总航班量及其他数据不变，将X 机场所有时段的航班飞行架次全部移入白天（07：00—19：00）运行，得到结果如图10 和表6 所示。由输出结果可得，调整时间分布后降噪效果明显，但关于航班起降时间的调整是一个系统工程，特别是对于繁忙机场而言，有些航班由于机场容量和空域流量的限制，只能安排在夜晚，因此在时间分布的调整方面存在一些不可调和的因素。

图10 调整时间分布后的噪声等值线图

表6 噪声敏感点评价值统计表

2.2 改变机型组合

机场机型组合的改变需要机场当局和机场驻地航空公司协调商议，引进飞机和发动机噪声相对较小的机型，调整机场机型组合，从而控制噪声排放，以从源头减少航空器噪声对机场周边环境的影响。由于将X 机场的飞机机型转换为低噪声机型，将B737 替换为A319，将B767 替换为A330，B747 替换为B777，4种机型比例不变，如表7 所示，且其他相关因素保持不变，得到结果如图11 和表8 所示。由图表可看出，机型组合的改变对机场周边噪声敏感点的噪声削弱是显著的，但对于短期降噪而言，并不是成效良好的措施，因为更换机型对于航空公司而言可能意味着花费巨大的成本，甚至遭受巨大的损失，因此改变机型组合从而达到降噪的目的需要从长计议，还需航空器生产制造厂家的技术进步以及航空公司的大力配合。

表7 机型种类改变后的组合比例

图11 机型组合改变后的噪声等值线图

表8 噪声敏感点评价值统计表

2.3 调整起降方向比例

由于敏感点分布于机场各个方向上，因此可根据敏感点的数量、位置和距机场的距离，调整跑道起降方向比例，从而改善敏感点人群的噪声感知，使尽可能少的人群受到噪声的影响。保持其他因素不变，仅改变起降方向比例，如表9 和表10 所示，由于20L 和20R 的敏感点受噪声影响较为严重，因此减小这两条跑道的进离场比例，得到结果如表11 和图12 所示。调整起降方向比例，降低了敏感点5、7、10 的噪声，但同时其他方位敏感点处噪声提高。该种减噪措施只适用于距离市中心较远、周边只有一两个方向噪声敏感点较为密集的机场。

表9 起降方向比例统计表（单位：%）

表11 噪声敏感点评价值统计表

图12 机型组合改变后的噪声等值线图

2.4 采用减噪飞行程序

PBN 导航技术的使用使得飞行程序的设计更加灵活，能够实现更优的航路，改变进离场航迹以避开更多的噪声敏感点，减少对机场周边的噪声影响。因此，不改变其他条件，仅改变飞行程序，如表12 所示，得到减噪结果如图13 和表13 所示。

表13 噪声敏感点评价值统计表

图13 飞行程序改变后的噪声等值线图

表12 基于PBN 飞行程序表

本例中着重减小P1、P2 和P6 的噪声敏感点值，数据结果证明改变飞行程序的措施收到了较为良好的效果。且该方法有一点是别的方法难以达到，即基于PBN飞行程序能够有针对性地改变某些特定噪声敏感点的指标值，这使得机场当局能够根据周围敏感点的反映情况进行实时调整，也能够使得成本最低，灵活性更强。

表12（续）

3 实例分析

调整时间分布和改变飞行架次的降噪措施，对于当前机场交通容量已满负荷运营的情况下，操作性并不够强。而高噪声机型的淘汰，并引进低噪声飞机对于航空公司而言也非一朝一夕之事，机场更无法做主。因此基于PBN 的飞行程序调整是最简单可行、省时省力的方法。

以X 机场为例，该机场有2 条平行跑道，属于典型的多跑道机场。表14 显示了X 机场周围的噪声敏感点位置信息，图14 显示了其飞行程序和相对噪声敏感点的位置关系。通过对基础数据的收集，得到了X 机场的噪声等值线图和机场周边噪声敏感点的LWECPN值。

图14 噪声敏感点和航迹关系

表14 X 机场周围敏感点信息表

由于PBN 程序使得飞行程序的改变更加灵活，因此，对某些对敏感点有强烈影响的航迹进行调整，调整内容如图15、图16、表15 和表16 所示。由于跑道36L 的D1、D2 和D3 航迹以及36R 的D1 航迹经过多个噪声敏感点，因此对其进行航迹调整，新生成的噪声等值线图如图17 所示。将2 种程序下的噪声敏感点的数据进行对比，如表17 所示，可以发现大部分机场周边噪声敏感点的LWECPN值得以减小，降噪效果明显，由此可得调整飞行程序是机场周边噪声敏感点减噪的有效可行措施。

图17 PBN 飞行程序下的X 机场噪声等值线图

表16 改变后的36R 跑道离场飞行程序

表17 噪声敏感点评价值对比

图15 X 机场噪声等值线图

图16 PBN 程序下的噪声敏感点和航迹关系图

4 结论

降低机场噪声对周边敏感点的影响对实现机场与周边环境协调发展具有重要意义。本文通过对不同减噪措施的对比分析，得出在短期降噪的措施中，采用改变飞行程序是最有效，且成本相对较低的措施，即结合PBN 导航的特点，利用新飞行引导系统的优势，更灵活地更改航线，达到规避噪声敏感点的效果。其他的减噪措施，需要机场、空管和航空公司以及当地政府的重视和协商来达成，持续时间较长，应将其纳入长期的机场周边噪声敏感点减噪目标，将本文中提到的所有方法根据未来城市和机场发展情况进行推演预测后，进行整合，以期达到机场周边噪声敏感点降噪的最佳效果。