2015.9.30 機場設計第3周學習日誌

機場設計 2015.9.30

• 課堂大意

        這堂課，我們先觀賞「工程大突破，香港新機場」這部影片。香港新國際機場之所以興建，主要是考量到舊的香港國際機場—啟德機場—因位於市區中，機場附近高樓太過密集，提高飛機起降時的危險，且機場本身貨運流量不夠，也不利於香港未來的發展。但興建新香港國際機場碰到的第一個大難題，在於在高樓林立、建築密度極高的香港，已找不到足夠的土地興建，當時工程師突發奇想，以填海造陸的方式，創造一塊專屬於機場的土地。但接下來，工程師還得思考機場聯外交通的問題，由於機場的位置離市區有段距離，因此講求人流、物流便捷、高效率的機場，就必須對聯外交通有縝密的規劃。即便困難重重，但都還不是最困難的部分，興建香港新國際機場最大的困難，莫過於「時間」的考驗，香港預定於1997年回歸中國管轄，在那之前，必須把機場興建完成，換句話說，英國政府只有約「7年」的時間完成包括填海造陸、機場本體的興建、聯外道路的興建(包含高速公路、吊橋、機場捷運系統、海底隧道…)，這有可能嗎？

        香港新國際機場，的確於驚人的速度，於1998年開幕！課堂上，對於如此高效率的建造除了驚嘆外，心中也留下了許多問號。第一、興建機場的資金來源為何？第二、興建效率如何高速提升？第三、機場興建(例如：炸山)是否引起住民反對？第四、工程介面如何整合？...等等，除此之外，對於新香港機場的細部設計，也有提出問題討論：例如香港機場的跑道是否獨立作業？香港機場的屋頂結構設計為何？以下針對「香港機場的跑道是否有獨立作業」的問題討論。

• 香港國際機場的跑道是否獨立作業？

此問題問得不夠精確，應問：香港國際機場的雙跑道是否採行混合起降模式？

在雙跑道的系統下，有兩種模式：混合起降模式(Mixed Mode of Operation)與獨立分隔起降模式(Segregated Mode of Operation)[1]。前者即兩條跑道都可以獨立地起飛與降落；後者即一條跑道只供降落，另一條跑道只供起飛。根據研究以及過去的統計資料，皆指出雙跑道的最大吞吐量出現於混合起降模式。[2]以下的討論皆以設計混合起降模式的雙跑道為前提。

增加機場跑道吞吐量(Runway capacity)方法，其中之一就是建造第二條跑道。根據FAA的估計，單一跑道系統(Single-runway system)在VFR的狀況下，每小時可以運作51～98次(飛機降落加上起飛，算運作一次)，在IFR的狀況下，每小時可以運作50～59次。如果增加一條平行的跑道，在VFR的情況下，每小時可以運作94～197次，在IFR的情況下，每小時可以運作99～199次[3]。

單跑道系統與雙跑道系統之跑道吞吐量比較。(資料來源：Airport Engineering :Planning, Design, and Development of 21^st Century Airports, p.259)

        但要達到雙跑道估計下的吞吐量，有先決要件：跑道的間距需達一定的標準。根據FAA的建議，在VFR的狀況下，跑道的間距[4]至少要213公尺，兩架飛機才准許同時且同方向進場(Simultaneous landings in the same direction)，在IFR的狀況下，對於跑道間距有更嚴格的要求，即跑道間距至少要1311公尺，兩架飛機才准許同時且同方向進場。[5]而對於雙跑道的間距有一定要求的其中原因是，避免飛機降落到錯誤的跑道上。[6]

根據ICAO的建議，雙跑道間距的要求(在IFR的條件下)，可以依機場的「次要監控雷達」(SSR, Secondary Surveillance Radar)的精密度不同，而有不同的間距要求。例如，若機場的次要監控雷達，其羅盤角度(Azimuth)的誤差值在0.06度(Degree)以下、雷達更新的時間若能在2.5秒以下，且有高解析度的螢幕，跑道的間距可以設計在1305～1310公尺之間；反之，若次要監控雷達的羅盤角度的誤差值有0.3度、每5秒才更新一次雷達資訊，且螢幕的解析度較低，則跑道間距就不能少於1525公尺。[7]順道一提，這些針對跑道間距規範的制定，是建立在兩架飛機同時且同方向進場的假設下。

總而言之，若要設計混合起降模式的雙跑道，依據FAA的建議，跑道的間距至少要1311公尺(採取保守設計，假設IFR的情況)，若依據ICAO的建議，跑道的間距至少要1525公尺(採取保守設計，假設IFR的情況，且對次要監控雷達精密度的期待不高)。以上並非設計混合起降模式雙跑道的全部考量，混合起降模式雙跑道除了要能夠應付「兩架飛機同時且同方向進場」的情況外，在設計上也要考量「兩架飛機同時且同方向離場」的情況，不過通常若雙跑道已能應付「兩架飛機同時且同方向進場」的狀況，跑道的設計就已能應付「兩架飛機同時且同方向離場」的情況，只需再要求例如機場配有能夠監控距機場盡頭2公里內的飛機的雷達，以及要求兩架飛機在離開跑道時，兩架飛機的飛行軌跡夾角能調整到45度[8]。

ICAO規定，兩架飛機同時且同方向離場時，兩架飛機的飛行軌跡夾角須調整到45度。(資料來源：ICAO, Manuel On Simultaneous Operations On Parallel Or Near-Parallel instrument Runways(SOIR), p.25)

要讓混合起降模式的雙跑道在現實世界可實際運作，跑道的間距只是必要條件，但並非充分條件，還需考量機場的設施佈置(Landside/Airside infrastructure)、機場附近的地理環境、降落於機場的飛機種類…等等因素，因為這些限制，一個機場的最大吞吐量，可能只能藉由獨立分隔起降模式才能達到[9]。香港國際機場即為一例，香港國際機場的雙跑道間距有1540公尺，但仍採取獨立分隔起降模式，原因在於機場附近的地形限制，以及進場分隔距離的限制[10]。

參考文獻：

1.      International Civil Aviation Organization (ICAO), Manuel On Simultaneous Operations On Parallel Or Near-Parallel Instrument Runways(SOIR),2004.

2.      Paul H. Wright, Norman J. Ashford, Transportation Engineering: Planning and Design, Wiley, 1997.

3.      Norman J. Ashford, Saleh Mumayiz, Paul H. Wright, Airport Engineering: Planning, Design, and Development of 21^st Century Airports, Wiley, 2011.

4.       新聞公報，立法會四題：香港機場2030規劃大綱，2011年7月6日。網址連結：http://www.info.gov.hk/gia/general/201107/06/P201107060099.htm。

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[1] 當然也有介於兩者的模式，例如一條跑道為混合起降跑道，另一條專供起飛或是降落，本文不討論此種模式。

[2] ICAO, Manuel On Simultaneous Operations On Parallel Or Near-Parallel Instrument Runways(SOIR),p.26.

[3] 參考Paul H. Wright, Norman J. Ashford, Transportation Engineering: Planning and Design, p.521~522。

[4] 「跑道間距」是指跑道中心線(Runway centerline)到跑道中心線的距離。

[5] 參考Paul H. Wright, Norman J. Ashford, Transportation Engineering: Planning and Design, p.522。

[6] 參閱ICAO, Manuel On Simultaneous Operations On Parallel Or Near-Parallel Instrument Runways(SOIR), p.13.

[7] 參閱ICAO, Manuel On Simultaneous Operations On Parallel Or Near-Parallel Instrument Runways(SOIR),p.14.

[8] 參閱ICAO, Manuel On Simultaneous Operations On Parallel Or Near-Parallel Instrument Runways(SOIR),p.24.

[9] 參閱ICAO, Manuel On Simultaneous Operations On Parallel Or Near-Parallel Instrument Runways(SOIR),p.26.

[10] 新聞公報，立法會四題：香港機場2030規劃大綱，2011年7月6日。網址連結：http://www.info.gov.hk/gia/general/201107/06/P201107060099.htm。