趙 海

(中國(guó)民航大學(xué)機(jī)場(chǎng)學(xué)院，天津 300300)

我國(guó)機(jī)場(chǎng)工程技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)跑道性能評(píng)價(jià)提出了高要求。機(jī)場(chǎng)道面的不平整會(huì)加劇道面破壞及飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件疲勞甚至產(chǎn)生損傷，影響飛行員對(duì)儀表的讀數(shù)，對(duì)旅客的舒適度產(chǎn)生一定的影響。作為航空器起降的載體，機(jī)場(chǎng)道面平整度同樣會(huì)影響飛機(jī)滑跑的動(dòng)力性能、滑行質(zhì)量和道面承受動(dòng)力荷載的數(shù)值特征[1]。因此，對(duì)機(jī)場(chǎng)道面平整度進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)是機(jī)場(chǎng)跑道評(píng)估過(guò)程的重要組成部分。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)機(jī)場(chǎng)道面性能和公路路面性能等方面做了許多的研究，取得了豐碩的成果。早期階段美國(guó)最開(kāi)始著手于機(jī)場(chǎng)道面管理評(píng)價(jià)研究。美國(guó)國(guó)防部更新了《運(yùn)行和維護(hù)手冊(cè)：道面損壞狀況調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程》[2]，美國(guó)聯(lián)邦航空局(FAA)先后發(fā)布了多個(gè)相關(guān)文件，主要包括《機(jī)場(chǎng)道面平整度測(cè)量的準(zhǔn)則和程序》[3]《機(jī)場(chǎng)道面武宣檢測(cè)評(píng)估技術(shù)》《機(jī)場(chǎng)道面抗滑測(cè)量、施工和維護(hù)》[4]。

我國(guó)機(jī)場(chǎng)道面評(píng)價(jià)管理標(biāo)準(zhǔn)體系參考借鑒ICAO，F(xiàn)AA的標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)過(guò)自身的發(fā)展，逐漸形成了相對(duì)完善的管理評(píng)價(jià)規(guī)范，主要包括《民用機(jī)場(chǎng)道面評(píng)價(jià)管理技術(shù)規(guī)范》[5]《民用機(jī)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》[6]等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)道面管理評(píng)價(jià)工作起指導(dǎo)作用。

1 路面平整度定義以及評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 路面平整度定義

平整度是路面特性的重要指標(biāo)，也是道面重要功能特性之一。依據(jù)我國(guó)交通部發(fā)布的JTJ 002—87公路建設(shè)工程專業(yè)術(shù)語(yǔ)規(guī)范和國(guó)家信息發(fā)布的GBJ 124—88道路系統(tǒng)工程技術(shù)術(shù)語(yǔ)管理標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于路面的平整度的概念可以定義為：路面縱斷面起伏的凹凸量的差異值，它直接或間接影響行駛舒適性和安全。然而機(jī)場(chǎng)道面平整度具有很大的復(fù)雜性，是一個(gè)涉及到人、航空器、跑道三方面的綜合性指標(biāo)。

1.2 路面平整度評(píng)價(jià)指標(biāo)

針對(duì)路面平整度檢測(cè)，目前我國(guó)主要依照J(rèn)TG E60—2008公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程、《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》等，都作出了嚴(yán)格規(guī)定[8]。為提供可靠的路面平整度評(píng)價(jià)指標(biāo)，考慮到我國(guó)平整度檢測(cè)的歷史習(xí)慣和國(guó)際通用的因素，目前我國(guó)公路規(guī)范使用的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有：三米直尺測(cè)定最大間隙Δh(mm)、路面平整度標(biāo)準(zhǔn)差σ(mm)和國(guó)際通用的國(guó)際平整度指數(shù)IRI(m/km)。

在我國(guó)《民用機(jī)場(chǎng)道面評(píng)價(jià)管理技術(shù)規(guī)范》中，規(guī)定“道面平整度評(píng)價(jià)一般采用國(guó)際平整度指數(shù)(IRI)作為指標(biāo)；不具備測(cè)試條件時(shí)，可采用3 m直尺法進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中IRI以算術(shù)平均值分段評(píng)價(jià)，3 m直尺以最大間隙的平均值進(jìn)行評(píng)價(jià)”[5]。

2 跑道平整度的檢測(cè)方法

2.1 三米直尺法測(cè)定最大間隙Δh

三米直尺法在國(guó)內(nèi)普遍應(yīng)用，是測(cè)量路面平整度最簡(jiǎn)單的儀器。直尺選用硬木或者鋁合金等為制造材料，長(zhǎng)度為3 m，底面做成平直。三米直尺法檢測(cè)步驟具體如下：1)確定測(cè)試段并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記，并保證跑道表面無(wú)污物；2)測(cè)量時(shí)，將三米直尺平放于待測(cè)路面上，目測(cè)確定道面與直尺的最大起伏位置；3)將楔形塞尺塞進(jìn)最大起伏處，測(cè)量出最大間隙處的Δh，多次進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)然后取平均值即得到該測(cè)試段的道面平整度(見(jiàn)圖1，圖2)。三米直尺法簡(jiǎn)單便于操作，但也存在不足之處。

針對(duì)機(jī)場(chǎng)道面而言，4E飛行區(qū)等級(jí)以上的跑道長(zhǎng)度超過(guò)1 800 m，缺乏對(duì)跑道整體發(fā)展統(tǒng)一的測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，工作管理人員強(qiáng)度特別大，不適用于機(jī)場(chǎng)跑道大范圍檢測(cè)，只能針對(duì)跑道某個(gè)局部進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估[8]。

三米直尺法對(duì)應(yīng)的跑道平整度指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 三米直尺法對(duì)應(yīng)的跑道平整度指標(biāo) mm

2.2 國(guó)際平整度指數(shù)IRI

1982年，Sayers等人在巴西進(jìn)行國(guó)際道路平整度試驗(yàn)(IRRE)后提出國(guó)際平整度指數(shù)，后來(lái)世界銀行在1986年發(fā)表的第45號(hào)技術(shù)文件，目前國(guó)際平整度指數(shù)IRI已經(jīng)成為世界上運(yùn)用最廣泛的平整度指標(biāo)。

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)常用的測(cè)試設(shè)備以激光斷面儀為主。激光斷面儀是基于激光的光時(shí)差原理來(lái)測(cè)定路面凸凹狀況，進(jìn)而確定道面平整度。由于機(jī)場(chǎng)跑道長(zhǎng)度大都在3 000 m以上，通常由車載式激光斷面儀來(lái)檢測(cè)(見(jiàn)圖3)，具體檢測(cè)步驟如下：1)基于被測(cè)跑道的長(zhǎng)度利用操作軟件對(duì)儀器進(jìn)行距離標(biāo)定；2)正式檢測(cè)開(kāi)始前，將測(cè)試車在被測(cè)道面前端加速至80 km/h后勻速行駛被測(cè)道面段，并利用激光傳感器每隔相同時(shí)間自動(dòng)采集道面數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖4)；3)數(shù)據(jù)采集完成后導(dǎo)入計(jì)算機(jī)并對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得到各微端平整度數(shù)值，綜合取平均值得到所測(cè)整體跑道的平整度。

綜合來(lái)說(shuō)，車載式激光斷面儀能較好的應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)道面平整度的測(cè)試，計(jì)算機(jī)檢測(cè)技術(shù)的引入，減少了人為因素誤差的影響，并且在保持勻速的同時(shí)，能快速的完成全道面平整度檢測(cè)。激光斷面儀還能夠進(jìn)行橫坡、縱坡，在機(jī)場(chǎng)道面檢測(cè)工作中具有廣泛的應(yīng)用性。

根據(jù)我國(guó)MH/T 5024—2019民用機(jī)場(chǎng)道面評(píng)價(jià)管理技術(shù)規(guī)范規(guī)定,機(jī)場(chǎng)道面平整度應(yīng)以調(diào)查區(qū)域內(nèi)IRI的算術(shù)平均值進(jìn)行分段評(píng)價(jià)。平整度等級(jí)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 國(guó)際平整度指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) m/km

2.3 激光斷面儀與三米直尺法的比較

較三米直尺法相比，激光斷面儀檢測(cè)是一種先進(jìn)的路面平整度檢測(cè)技術(shù)，存在一定的優(yōu)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)設(shè)備存在的某些缺陷：

1)車載式激光斷面儀上都安裝若干激光器，它可以在大范圍內(nèi)掃描到機(jī)場(chǎng)跑道的表面狀況，避免了像傳統(tǒng)方法那樣只用局部范圍內(nèi)的道面狀況來(lái)代表整條跑道的特征而引起的數(shù)據(jù)不可靠。

2)激光斷面儀利用計(jì)算機(jī)可以直接輸出國(guó)際平整度指標(biāo)(IRI)，甚至高精度的縱斷面以及幾何參數(shù)，如坡度值、曲率半徑或曲率數(shù)據(jù)等。而三米直尺法做不到這一點(diǎn)。

3)激光斷面儀都以國(guó)際平整度指標(biāo)IRI作為輸出數(shù)據(jù)，其他測(cè)試手段得出的指標(biāo)都可以通過(guò)回歸分析轉(zhuǎn)化為IRI，為測(cè)設(shè)者評(píng)定不同測(cè)試設(shè)備的性能提供了依據(jù)，同樣測(cè)試結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)在不同部門間復(fù)制，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可重復(fù)性。

3 機(jī)場(chǎng)道面平整度檢測(cè)技術(shù)的適用性分析

三米直尺法測(cè)定最大間隙Δh和國(guó)際平整度指數(shù)(IRI)指標(biāo)方便了對(duì)機(jī)場(chǎng)道面的平整度等級(jí)的檢測(cè)，在促進(jìn)民航機(jī)場(chǎng)發(fā)展方面有一定的作用，但是也存在一些不足之處。一是僅能代表局部范圍內(nèi)或者二維空間一段長(zhǎng)度內(nèi)的平整度狀況，用以評(píng)估普通公路尚且滿足。然而，與普通交通工具相比，飛機(jī)的起落架間隔非常大，因跑道不平飛機(jī)在地面滑行時(shí)引起顛簸是所有起落架下機(jī)輪受到路面起伏共同作用的結(jié)果，是大范圍道面，單一測(cè)線的平整度不能完全表征這種狀況。二是飛機(jī)在起降過(guò)程中，飛機(jī)滑行姿態(tài)受到偶然因素的影響，如飛行員操作習(xí)慣、地面?zhèn)蕊L(fēng)等，導(dǎo)致飛機(jī)主起落架的左右兩個(gè)輪跡帶并不與滑行中線處于同一平面內(nèi)。因此，飛機(jī)在跑道上滑行時(shí)顛簸效應(yīng)實(shí)際上是所有機(jī)輪下道面起伏狀況共同耦合作用的結(jié)果，而三米直尺法和IRI不能完備表示這種狀況。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了兩種我國(guó)機(jī)場(chǎng)道面平整度檢測(cè)技術(shù)，并分析了兩種技術(shù)存在的優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上設(shè)想我國(guó)機(jī)場(chǎng)工程中跑道平整度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向：

1)民航局相關(guān)部門頒布相關(guān)文件提高機(jī)場(chǎng)道面平整度評(píng)價(jià)的綜合性和科學(xué)性；

2)要研究制造與民用飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)相匹配的機(jī)場(chǎng)道面平整度檢測(cè)儀器，可在保證凈空安全的前提下，以無(wú)人機(jī)為載體，利用三維線激光技術(shù)對(duì)全跑道平整度進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)估，并提出與之相適合的平整度評(píng)價(jià)指標(biāo)。由此，兩者結(jié)合能夠表征全范圍的道面起伏狀況下對(duì)飛機(jī)滑行中的顛簸效應(yīng)，對(duì)民航場(chǎng)務(wù)部門有一定的指導(dǎo)意義。