福州长乐国际机场机坪泛光照明设计优化

张永锋

（元翔（福州）国际航空港有限公司，福州 350000）

因机场停机坪机位组合较为复杂，为满足机坪工作区域泛光照明需求，需配置数量较多的高杆灯。为打造价值工程，统筹建设投资、后期运维、停机坪运行安全、机位使用效率等，寻找既满足规范要求又能对高杆灯布局进行合理优化的方案。采用仿真模拟的方式，深入研究福州长乐国际机场二期机坪泛光照明布局方案，优化高杆灯设计、节约工程建设投资、降低后期运维成本。

1 机坪泛光照明

机坪泛光照明作为保障机场运行的重要基础设施之一，为旅客登机、货物装卸、飞机检修、加油、飞机停放等业务提供照明。因此，停机坪是否能拥有良好的照明条件十分重要。机坪泛光照明工作载体为高杆灯，其高度、数量、位置应根据机坪工作区尺寸、机位布局、飞机活动区、滑行道布局、服务车道、塔台位置、机场净空障碍物限制面、遮挡管制塔台人员视线等因素统筹布设。

2 机坪泛光照明设计中的常见问题

根据《民用机场飞行区技术标准》（MH 5001—2021）[1]，机坪泛光灯照明必须满足照度要求、泛光灯灯具与滑行道最小间距要求，灯杆高度必须满足机场净空要求。

2.1 照度要求

机位：水平照度应不低于30 lx，均匀比不大于4:1；垂直照度应高出机坪2 m，平均照度不低于20 lx。

停机坪其他区域：水平照度不低于机位上的1/2，均匀比不大于4:1。

2.2 泛光灯灯具与滑行道最小间距要求

规范要求当飞行区指标II为F时，泛光灯与机位滑行道中线间距最小为50.5 m。

2.3 灯杆高度应满足机场净空要求

机坪泛光灯不应超过机场障碍物限制面中的过渡面高度

式中：H为泛光灯高度，W为升降带宽度，h为泛光灯所在地面标高减去过渡面底边标高之差，D为泛光灯至跑道中线的距离。

为满足停机坪照度规范要求，设计单位在进行机位泛光照明设计时，通常在E类机位设置2基高杆灯，BC类机位设置1基高杆灯。按此设计，通常机坪能满足平均照度要求。但在工程实施过程中发现，停机坪部分区域亮度过高导致资源浪费，不符合绿色机场发展要求。同时，在光衰和损耗等冗余度方面，机位照度过高也会引发关于节能、投资、运维等一系列问题。分析原因为设计单位缺乏统筹意识和创新思维，“硬分离”或已成为业内定式，因此，设计时需充分考虑以下需求。

1）运行需求

每基高杆灯设置均须配置机务配电亭。机务配电亭既可满足高杆灯电源与控制终端安装要求，也可为机务航空器维修保障工作提供400 Hz电源及空调插座。如图1所示，高杆灯和机务配电亭均设置在飞机机头前，当飞机离港作业时，机务顶推车需将顶推杆与飞机前起落架固定，由机务顶推车推动飞机退出停机位，在顶推至滑行道后，飞机方能滑行、起飞；同时，对于行李拖车、要客摆渡车等地勤保障车辆，均停靠在机头区域。作为机坪固定物体的高杆灯和机务配电亭造成机坪作业整体空间过于局促和拥堵，特别是大型机场的航站楼构型均为港湾式布局，将极大影响地勤和机务等单位的勤务保障效率，浪费机坪资源而且不利于安全管理，存在机坪通行车辆与固定的高杆灯或机务配电亭发生刮擦的潜在风险，也导致服务车道通行能力降低。

图1 高杆灯和机务配电亭

图2 中心点法测量网格图

2）运维需求

高杆灯和机务配电箱数量变多，维护人员和维修工作量亦会相应增加。通常情况下，高杆灯维护需要一定空间保持其灯盘升降不受影响，但这将影响航空器的保障运行，进而影响机位使用效率。同时，灯具维修、升降机保养、相关配电系统维护等工作耗时耗力。

3）投资需求

新建高杆灯涉及灯具基础、管线电缆保护管、电缆井、电缆敷设、机务配电箱等停机坪管线工程，以及高（低）压配电系统、变电站建设等一系列工作，资金投入大。

3 机坪泛光照明照度要求

3.1 规范要求

根据《民用机场机坪泛光照明技术要求》[2]，福州长乐国际机场新建机坪照度需大于30 lx。

3.2 照度计算方法

《照明设计手册（第三版）》[3]提供了利用系数法和逐点计算法两种照度计算方法。

1）利用系数法计算工作面平均照度

式中：Eav为工作面上的平均照度，lx，A为工作面面积，㎡，N为光源数量，φ为光源光通量，lm，U为利用系数，为投射到工作面上的光通量与光源投射出的光通量的比值，K为维护系数，在灯具使用一定时间后，光源发光能力的衰减、光源表面及工作面反射面的污染会造成照度降低。

表1 机坪各区域泛光照度表

2）中心点法平均水平照度

式中：Ehave为平均水平照度，lx；M为纵向网格数，无量纲；N为横向网格数，无量纲；Ei为第i个测点上的照度，lx。

逐点计算法通过计算工作面采样点的照度，求得工作面平均照度。测量水平照度时，照度计光度探头应平放在场地上，并确保无阴影遮盖照度计光度探头。通常宜用 5～10 m 的正方形网格划分检测场地，测量照度梯度时应采用 5 m 正方形网格。采用中心点法测量照度时应将照度计光度探头放在网格的中心点上，见图 2。

但在本项目中，由于停机坪面积大且机位组合较复杂，想通过前两种手工计算的方法来设计高杆灯的布置方案可操作性比较低。

通过专业照明软件DIALux，设计工作者可导入世界各地主要照明厂商灯具数据，建立设计模型并对模型的反射面、阴影进行仿真模拟，生成3D效果图、伪色图，查看照明效果，导出计算结果报表，从中得到的各项仿真数据与计算数据基本相符。因此，DIALux被广泛用于照明设计工作。通过使用DIALux计算软件仿真模拟，可得到照度等值线和均匀度等参数，使用者可将之与规范进行对比。

4 照度方案对比

4.1 原设计照度

在原设计28 个近机位中，高杆灯共45 组。以“201-203”3个机位作为研究样例，原设计高杆灯LED光源为400 W、9盏灯，在CAD上的布置如图3所示。

图3 201-203机位原设计平面图

原设计机位高杆灯照度如表2所示。

表2 201-203机位原设计高杆灯照度表

4.2 照度优化方案

在设计优化工作中，高杆灯的位置设置既要遵守《民用机场飞行区技术标准》中“泛光灯与机位滑行道中线的最小间距为50.5 m”的设计要求，也要避免因灯具距机位过远而导致照度浪费，由此方可得到高杆灯较为适宜的安装位置，使各机位及机位外的区域均达到规范要求。通过计算机技术对高杆灯位置、投射方向、照射角度等参数的仿真模拟，统筹作业空间和光源照射角度等方面因素，得到优化位置如图4所示。

图4 201-203机位设计优化平面图

对比图3和图4，可以看到高杆灯和机务配电亭由原来8组减少至5组，极大程度地释放了停机坪空间，勤务保障压力得以缓解。

此外，还应对每一组高杆灯所使用的光源数量进行模拟分析，优化设计[4]，为使各机位以及机位外的区域都达到规范照度要求，以201号机位为例，利用专业照明软件，分别带入400 W、500 W、600 W、700 W灯进行模拟分析。照度如表3所示。

表3 201机位高杆灯照度表

通过模拟分析发现，光源在600 W以上时，平均照度、最小照度、最大照度以及均匀度分别为34.1、21.4、119、0.63，照度均已得到提高，故选择光源瓦数为600 W的方案较为合适。在对所有机位进行仿真模拟后，照度数据如表4所示。

表4 600 W各机位照度数据表

上述数据说明，在本次设计优化中机位均符合规范要求。

5 高杆灯设计优化总结

通过对28个近机位泛光照明布局进行设计优化，共计减少了11组高杆灯和机务配电箱。此优化不仅释放了机坪作业空间、减少了日常维护工作量，也减少了相配套的停机坪管线和变电站等设备的投资。经测算，高杆灯和机务配电箱节约费用约50万/组，共计节省投资550万元。

在通过拉大高杆灯间距、减少高杆灯灯杆数量时，宜采取以下措施保证照度满足规范要求：

1）在满足净空要求限制下提升高杆灯高度，本次高杆灯采用30 m高灯杆；

2）增加灯头数量，单向灯由9个灯头增加至11个灯头，全向灯采用18个灯头；

3）设备宜选用功率大、射程远的LED光源[5]。

6 结论

在优化福州长乐机场二期扩建工程泛光照明设计方案的过程中，针对当前业内常见问题，提出节省建设投资、减少机坪占地面积、促进新技术应用、赋能智慧机场建设一体化设计的改进方案。在满足机坪照度要求的基础上，对高杆灯布局进行优化调整，不仅大幅降低工程建安及后期运维成本，而且也为进一步打造民航绿色机场与建设价值工程提供宝贵经验。