【总院智库】贯彻“四型机场”理念 助力民航高质量发展
为更好地推进民用机场建设、运行和管理的高质量发展，总结机场建设发展经验，民航总院工会开展了“推进四型机场建设 贡献民航总院智慧”主题征文活动，现开设【总院智库】专栏，分期推送优秀论文，欢迎广大读者来稿交流。
基于设计创新理念的“四型机场”建设实践探讨
作者：马力
【摘 要】本文阐述了设计创新在助力民航建设工程高质量发展中的重要性，以民航总院在“四型机场”实践中的成果为例，从设计的角度论述了践行“四型机场”建设理念的切入点和若干建议。
【关键词】四型机场 设计创新 研究型设计
1.引言
随着新时代民航高质量发展和民航强国建设战略的推进，民航局于2020年完成了关于“四型机场”建设的顶层设计，明确了四型机场建设的目标、任务和路径，为全行业描绘了四型机场建设蓝图。四型机场建设将围绕机场从规划、设计、施工到运营进行全方位优化，提升机场治理体系和治理能力现代化水平，以实现规划建设科学有序、安全根基扎实牢固、资源保障可靠有力、业务运行协同经济、信息系统集成共享、环境友好绿色低碳等目标。可以说，四型机场建设给民航工程建设行业提出了更深入、更全面、更科学的发展目标和要求。
工程设计是一项智力创造过程，它要求设计师根据工程的具体需求，运用专业理论知识，依照规范和标准，结合最新的技术和材料，创造性完成设计文件。规划设计是工程建设的灵魂，规划设计的灵魂在于思考，勤于思考才能有创新和突破。沧海横流，大浪淘沙，唯有激流勇进，不断挑战，方能成就卓越。
2.民航工程设计创新的几点建议
苟日新，日日新，又日新。为响应国家提出的高质量发展的要求，民航设计行业要探索质量变革、效率变革和动力变革，思考如何创新升级、开辟新路径。
（1）注重新理念融入。工程的设计理念离不开时代和社会的要求。在过去的几十年中，设计单位所遵循的理念是“适用、安全、经济、美观”。随着社会经济的发展，资源和环境问题日益突出，设计理念也增加了“环境友好、资源节约”等新要求。现在，社会经济正向高质量发展转变，社会更加注重客户体验，强调以人为本，这就要求设计理念更具人文关怀。近年来，互联网、物联网、人工智能等高科技快速发展，这既为工程设计提供了新的解决问题的手段，又对工程设计提出了新的场景应用要求。所以，设计理念不仅是一脉相承的，同时也是创新发展的，要一直紧跟时代脚步，践行时代的要求。
新时期可持续发展观念进一步深化，生态环保、以人为本成为社会发展的主题，更是民航工程高质量发展的重要体现，设计人员要结合新时期民航行业发展的总体趋势，将新时期民航发展的内在要求积极融入到设计思路和方案中去。
（2）多方培养，锻造人才。为提高民航工程整体设计水平，发挥出预期设计功能，设计人员应注意积累经验，使其综合素质得到有效提升。加强对设计人员的相关培训，探索设计要求和技术要点，培养具有专业精神、工匠精神、职业精神和创新精神的专业团队。将先进科技积极引进民航工程设计中，以BIM技术、模拟仿真、数字化、物联网、全面感知、能源管控等为代表的新技术逐步应用于机场规划设计中，使工程设计达到高质量效果。为做好空地一体化规划设计，采用无人机等先进技术，全面准确掌握工程环境条件。为使工程设计提高效率及质量，应对信息技术方面加强建设，工程设计采用BIM技术等信息技术手段提供有效途径，设计人员应用该技术模拟呈现工程设计，并验证及改进设计方案的合理性。
（3）开展“研究型设计”。从“研究”的角度去做每一项工程设计，把“做设计”转换成“先研究，再设计”，将“研究”贯穿在每一个项目和每一个过程中去。“研究型设计”是系统地、有计划地收集、分析和解读设计要素，运用科学方法探索设计对策的理性设计过程，研究型设计，就是强调设计过程中要有理性研究，有分析过程，不能拍脑袋做决定。首先，要查摆以前在设计方面存在的不足，摒弃对规范标准研究不足、死板掌握的弊端，从思想观念上把设计工作当作创作过程，其次，要研究制定一套完整的设计流程、制度和技术要求：一是提升设计人员的专业理论知识水平；二是做好现场踏勘，吃透现状、基础资料；三是深入掌握建设需求与目标，根据项目特点、规范要求，结合新技术、新材料、新工艺，提出有针对性的设计方案；四是深入现场解决问题，重视经验积累和设计总结。
（4）平台助力，科研引领。科学研究站在行业发展的前沿，掌握科技最新信息，是工程设计强有力的推手。结合市场需求及行业发展趋势，确定未来科研发展目标及研发领域，明确研发战略定位。通过现有科研平台，联合高校及科研机构，扩大科研的专业广度，加深专业研究深度。
（5）发扬“人民航空为人民”的行业宗旨。机场规划设计在满足公共交通属性和基本功能的同时，注重以“人文关怀和文化彰显”为主线，在机场全领域、全流程和全周期发展中持续提升客户、用户与员工的人文体验。把旅客放在突出位置，着力提升机场运行品质和人文品味，提供人本化服务。在航站楼及综合交通枢纽、场区、飞行区、进出场道路等区域的装饰风格及文化空间设置，最终形成系统的、全方位文化主题展示。
3.四型机场设计创新实践
3.1 贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”方针，建设平安机场
3.1.1 “空地一体化”——协同设计系统
机场选址科学合理，不仅有助于提升机场自身运行效率、提高收益，还有利于发挥机场对周边相关产区的聚集效应，对区域经济发展能产生巨大的带动作用。
图1 基于Google Earth 的障碍物评估系统V1.0
从机场的选址开始，需要考虑地理位置、空域条件、地形地貌、气象水文、鸟类活动、服务距离等诸多因素，这些因素就决定着机场在建设、运营时候的风险。如靠近边境线的机场，空防安全形式就严峻；极端天气频发的地方，运行环境则异常复杂；鸟类活动较多的地区，航空器安全运行存在的风险较大；高原山区或地质复杂区域，机场的建设和发展则面临诸多安全实施上的困难；空域结构复杂则会含有潜在空域冲突，空中防相撞压力就会变大。
图1为基于Google Earth 的障碍物评估系统，可有效提高机场前期工作效率，改善呈现效果，增强直观性和沉浸感。
3.1.2 A-SMGCS、仪表着陆Ⅲ类B——低能见度运行的有力保障
大兴机场设计时采用新型空管导航设备方案，使其成为国内首个具备仪表着陆系统III类B运行能力的机场，能够保障大兴机场在50米左右的低能见度条件下起降。大兴机场设计的A-SMGCS系统是我国首套符合国际民航组织规定四级运行标准的系统。A-SMGCS能够给机场地面运行带来更安全的保障和更高效的运行效率，是具有里程碑性的开创意义。
3.2 坚持可持续协同发展，建设绿色机场
3.2.1构建全体系化绿色雨水管理系统，打造海绵机场
在北京大兴机场设计时，根据场址处在地下水源漏斗区的现状，提出构建海绵机场的设计目标，对全场水资源收集、处理、回用等统一规划，综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，实现雨水的自然积存、自然渗透、自然净化和可持续水循环，回收雨水用于绿化、环卫用水及景观湖补水，不但调节了机场内小气候，也形成了人、水、自然和谐相处的美好生态环境，为缓解地下水位持续下降做了技术措施。
图2 北京新机场全体系化绿色雨水管理系统
3.2.2 以机场仿真模拟技术抓手，让规划设计与运行管理更精细
大型机场跑道构型多样，飞行区、航站楼、陆侧交通系统及终端区进离场航线结构复杂，单纯依靠传统的规划设计方法与运行管理经验，难以对机场规划设计与运行管理中遇到的问题进行定量分析和精细化决策。
民航总院在国内机场规划设计领域率先实现了机场仿真模拟技术的应用与自主二次开发，目前已开展的仿真研究涵盖飞行区、航站楼、陆侧交通、终端区等，有效解决了规划设计方案比选、优化及运行效率和容量分析等问题。
北京大兴机场和成都天府机场在选址之初，都是基于“全平行跑道构型”。随着研究工作的深入，采用空地一体的仿真模拟对跑道构型进行优选，其中“带侧向跑道构型”模式更契合新机场的空域条件和航线网络结构，大大减少空域飞行冲突；且以东西向侧向跑道作为主起飞跑道，使机场起飞对相关城市的噪声影响大幅减弱，践行了环境友好型的理念，更有利于新机场的长远发展。
图3 北京新机场飞行区仿真模拟分析
3.3 坚持理念创新、技术创新，打造智慧机场
3.3.1 BIM技术全过程应用——打造机场全过程信息化平台
民航总院BIM中心率先在民航机场设计领域引入BIM技术，以工程设计、建设、运营全生命周期管理BIM应用为目标，以标准化管理为抓手，以BIM标准体系为主要技术框架，努力打造统一开放的机场设计信息化应用平台。采用成熟稳定的协同平台软件作为设计协同的基础，开发了一套适用于民航专业设计的BIM辅助设计工具，大幅提高了模型设计质量和效率，优化了设计图纸，提高了设计质量，充分体现了BIM技术的优势。
鄂州民用机场工程中首次将BIM技术应用于机场全域全专业设计，探索并落实有机场建设行业特色的全生命周期BIM应用路线。
图4 湖北鄂州民用机场工程BIM构建信息总表（试行版）
3.3.2 智慧跑道与智能监测预警系统——保障机场安全运行
“智能监测预警系统”平台，以三维建模、高精度DEM为基础，融合PS-InSAR监测数据、全球卫星定位系统（GNSS）监测数据，进行高效的可视化展示可全方位、多维度展示全场跑滑系统、站坪、航站楼等场内建、构筑物的变形情况，并对监测点未来变化趋势进行推演，提前发出预警信息，有效提升机场管理水平，在运行期间可以避免对机场运行的影响，保障机场安全运行。
图5 大兴机场变形监测预警系统实施路径图
3.4 围绕文化彰显和人文关怀，打造人文机场
3.4.1 远机位登机厅——贴心服务旅客
目前的远机位流程只能在机坪上通过客梯车上下飞机，拥挤、等待、提拉手提行李都是旅客必须面对的现实问题，如遇雨、雪、大风等天气将更是苦不堪言；另外随着中国社会渐渐进入老龄化，无障碍通行需求越来越多，通过客梯车上下飞机缺少人文关怀。
民航总院研制的装配式远机位登机厅将显著提高远机位流程的服务品质，将旅客出行受天气影响的因素显著降低；将机场无障碍系统进一步延伸，体现更加周到细致的人文关怀；将降低机坪安全运行的管理风险；将旅客的出行体验提升至新的高度，展现机场以人为本的服务品质。
图6 远机位登机厅
3.4.2 机场行李处理系统——流程高效、无缝衔接
民航总院针对机场航站楼行李处理、交运行李安检工艺流程关键技术研究与应用等技术进行了攻关研究，使旅客更便捷更高效更舒适。先后完成了涉及行李、行李安检、自助托运行李等科技创新成果十余项，其中获得国家专利6项。拥有独立自主知识产权的托运行李处理、交运行李安检流程先后在北京大兴国际机场、天津滨海、哈尔滨太平、长春龙嘉等大中型机场得到推广应用。
3.5 四型机场设计创新小结
“四型机场”建设不是简单的设备设施的堆砌，而是机场全生命周期过程中，持续不断要实现的目标，需要统筹兼顾长远与近期的关系，分解各阶段的实施目标。设计工作要考虑“建设、运营一体化”。
利用电子信息技术，提高机场安保水平和航空保障能力，践行“平安机场”。利用信息集成技术，采集机场、空管、油料、航司的各种数据，建立统一的运行管理平台，提高机场整体运营效率，践行“智慧机场”。设计过程中，积极采用绿色环保的新技术、新材料、新产品，认真落实绿色机场的各项指标，践行“绿色机场”。利用数字信息技术，减低机场运维人员劳动强度，努力减员增效；利用信息技术手段，简化旅客乘机流程，航空动态信息迅捷、透明，使乘机旅程舒适、愉快，给予运维人员和乘机旅客人文关怀，践行“人文机场”。总之，设计的各个环节都要围绕“四型机场”来开展。
4.结语
在工程设计咨询市场国际化、专业化、创新化竞争日趋激励的时代背景下，随着四型机场建设由顶层设计阶段转入全面推进阶段，民航工程设计将面临着越来越多理念上、技术上的革新，越来越多的设计项目难以通过常规的类型化的生产完成，设计实践中需要引入更强的、更专业、更精细的设计创新策略来主动应对，坚持设计创新将是工程设计行业铸就未来高质量发展的必然趋势，也是助力四型机场建设稳定、健康发展的选择。
参考文献
[1] 中国民航四型机场建设行动纲要（2020-2035年）；
[2] 中国民用航空局 四型机场建设导则：MH/T5049-2020[S]. 北京 中国民航出版社有限公司，2020；
[3] 设计作为研究，张路峰 《新建筑》2017 年第3期；
[4] 研究型设计-主题沙龙，康健 《城市建筑》2017.10