談機(jī)場道面平整度檢測技術(shù)

趙 海

(中國民航大學(xué)機(jī)場學(xué)院，天津 300300)

我國機(jī)場工程技術(shù)的快速發(fā)展，對跑道性能評價提出了高要求。機(jī)場道面的不平整會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，影響飛行員對儀表的讀數(shù)，對旅客的舒適度產(chǎn)生一定的影響。作為航空器起降的載體，機(jī)場道面平整度同樣會影響飛機(jī)滑跑的動力性能、滑行質(zhì)量和道面承受動力荷載的數(shù)值特征[1]。因此，對機(jī)場道面平整度進(jìn)行檢測和評價是機(jī)場跑道評估過程的重要組成部分。

國內(nèi)外學(xué)者對機(jī)場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。早期階段美國最開始著手于機(jī)場道面管理評價研究。美國國防部更新了《運(yùn)行和維護(hù)手冊：道面損壞狀況調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程》[2]，美國聯(lián)邦航空局(FAA)先后發(fā)布了多個相關(guān)文件，主要包括《機(jī)場道面平整度測量的準(zhǔn)則和程序》[3]《機(jī)場道面武宣檢測評估技術(shù)》《機(jī)場道面抗滑測量、施工和維護(hù)》[4]。

我國機(jī)場道面評價管理標(biāo)準(zhǔn)體系參考借鑒ICAO，F(xiàn)AA的標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)過自身的發(fā)展，逐漸形成了相對完善的管理評價規(guī)范，主要包括《民用機(jī)場道面評價管理技術(shù)規(guī)范》[5]《民用機(jī)場現(xiàn)場測試規(guī)程》[6]等標(biāo)準(zhǔn)，對道面管理評價工作起指導(dǎo)作用。

1 路面平整度定義以及評價指標(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)我國交通部發(fā)布的JTJ 002—87公路建設(shè)工程專業(yè)術(shù)語規(guī)范和國家信息發(fā)布的GBJ 124—88道路系統(tǒng)工程技術(shù)術(shù)語管理標(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)場道面平整度具有很大的復(fù)雜性，是一個涉及到人、航空器、跑道三方面的綜合性指標(biāo)。

1.2 路面平整度評價指標(biāo)

針對路面平整度檢測，目前我國主要依照J(rèn)TG E60—2008公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程、《公路技術(shù)狀況評定標(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價指標(biāo)，考慮到我國平整度檢測的歷史習(xí)慣和國際通用的因素，目前我國公路規(guī)范使用的評價指標(biāo)主要有：三米直尺測定最大間隙Δh(mm)、路面平整度標(biāo)準(zhǔn)差σ(mm)和國際通用的國際平整度指數(shù)IRI(m/km)。

在我國《民用機(jī)場道面評價管理技術(shù)規(guī)范》中，規(guī)定“道面平整度評價一般采用國際平整度指數(shù)(IRI)作為指標(biāo)；不具備測試條件時，可采用3 m直尺法進(jìn)行評價，其中IRI以算術(shù)平均值分段評價，3 m直尺以最大間隙的平均值進(jìn)行評價”[5]。

2 跑道平整度的檢測方法

2.1 三米直尺法測定最大間隙Δh

三米直尺法在國內(nèi)普遍應(yīng)用，是測量路面平整度最簡單的儀器。直尺選用硬木或者鋁合金等為制造材料，長度為3 m，底面做成平直。三米直尺法檢測步驟具體如下：1)確定測試段并對其進(jìn)行標(biāo)記，并保證跑道表面無污物；2)測量時，將三米直尺平放于待測路面上，目測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，測量出最大間隙處的Δh，多次進(jìn)行測量數(shù)據(jù)然后取平均值即得到該測試段的道面平整度(見圖1，圖2)。三米直尺法簡單便于操作，但也存在不足之處。

針對機(jī)場道面而言，4E飛行區(qū)等級以上的跑道長度超過1 800 m，缺乏對跑道整體發(fā)展統(tǒng)一的測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，工作管理人員強(qiáng)度特別大，不適用于機(jī)場跑道大范圍檢測，只能針對跑道某個局部進(jìn)行檢測和評估[8]。

三米直尺法對應(yīng)的跑道平整度指標(biāo)見表1。

表1 三米直尺法對應(yīng)的跑道平整度指標(biāo) mm

2.2 國際平整度指數(shù)IRI

1982年，Sayers等人在巴西進(jìn)行國際道路平整度試驗(IRRE)后提出國際平整度指數(shù)，后來世界銀行在1986年發(fā)表的第45號技術(shù)文件，目前國際平整度指數(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)階段國內(nèi)常用的測試設(shè)備以激光斷面儀為主。激光斷面儀是基于激光的光時差原理來測定路面凸凹狀況，進(jìn)而確定道面平整度。由于機(jī)場跑道長度大都在3 000 m以上，通常由車載式激光斷面儀來檢測(見圖3)，具體檢測步驟如下：1)基于被測跑道的長度利用操作軟件對儀器進(jìn)行距離標(biāo)定；2)正式檢測開始前，將測試車在被測道面前端加速至80 km/h后勻速行駛被測道面段，并利用激光傳感器每隔相同時間自動采集道面數(shù)據(jù)(見圖4)；3)數(shù)據(jù)采集完成后導(dǎo)入計算機(jī)并對原始數(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整體跑道的平整度。

綜合來說，車載式激光斷面儀能較好的應(yīng)用于機(jī)場道面平整度的測試，計算機(jī)檢測技術(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，能快速的完成全道面平整度檢測。激光斷面儀還能夠進(jìn)行橫坡、縱坡，在機(jī)場道面檢測工作中具有廣泛的應(yīng)用性。

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

表2 國際平整度指數(shù)評價標(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，激光斷面儀檢測是一種先進(jìn)的路面平整度檢測技術(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)激光斷面儀利用計算機(jī)可以直接輸出國際平整度指標(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)激光斷面儀都以國際平整度指標(biāo)IRI作為輸出數(shù)據(jù)，其他測試手段得出的指標(biāo)都可以通過回歸分析轉(zhuǎn)化為IRI，為測設(shè)者評定不同測試設(shè)備的性能提供了依據(jù)，同樣測試結(jié)果可以實現(xiàn)在不同部門間復(fù)制，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可重復(fù)性。

3 機(jī)場道面平整度檢測技術(shù)的適用性分析

三米直尺法測定最大間隙Δh和國際平整度指數(shù)(IRI)指標(biāo)方便了對機(jī)場道面的平整度等級的檢測，在促進(jìn)民航機(jī)場發(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度內(nèi)的平整度狀況，用以評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，單一測線的平整度不能完全表征這種狀況。二是飛機(jī)在起降過程中，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)在跑道上滑行時顛簸效應(yīng)實際上是所有機(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

本文介紹了兩種我國機(jī)場道面平整度檢測技術(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)想我國機(jī)場工程中跑道平整度檢測技術(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)場道面平整度評價的綜合性和科學(xué)性；

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