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　　作者| 須臾千秋，清華大學(xué)土木工程博士

　　你是否曾為在北京機場排隊四個小時等待起飛感到厭倦？你是否曾為坐3個小時地鐵才能從南城趕到順義的機場感到疲憊？放心，等到明年夏天，所有這些問題都將不再是問題。

　　2019年，位于北京城南的北京大興國際機場將會建成啟用，在建成之后，這座世界最大的航站樓可以容納每年4500萬人次的客流量，瞬間將北京市的民航旅客發(fā)送能力提高50%，北京市航空的嚴重擁堵將會成為歷史。

　　此外，機場還預(yù)留出了到2050年1.3億人次的旅客吞吐量，遠超現(xiàn)在的首都國際機場，可堪稱真正的“百年大計”。

　　2016年開始修建，預(yù)計2019年國慶前交付使用，如此世界級工程，僅用1218天就將建設(shè)完畢，可以說是很“中國特色”了。下面我們就來看看這座機場的特別之處。

　　（一）外型酷似“派大星”，看似張揚卻實用性極強

　　新機場的航站樓為一個放射狀的六角星，其中一條射角為機場外的通道，其余五條射角均在機場內(nèi)，82個登機口沿著射角的每條邊依次布置。

　　這個造型看起來張揚，但卻絕非華而不實。它可以將航站樓的周長最大化，提供最大數(shù)量的近機位，讓機場的運行效率達到最優(yōu)。旅客從航站樓中心步行到達任何一個登機口所需的時間都不超過8分鐘。

　　在飛機的跑道構(gòu)型方面，新機場初期一共建設(shè)4條跑道，采用三縱一橫“全向型”構(gòu)型，這在國內(nèi)尚屬首次。

　　這種構(gòu)型適合京津空中運行特點，為空管運行提供了多種可行方案，最大限度地利用了北京地區(qū)緊張的空域資源，減少航空器地面滑行時間。它與既有的首都國際機場南北向?qū)?，距離較遠，可以最大限度地減輕相互干擾，實現(xiàn)空域優(yōu)化。

　　不僅僅是飛機的布置，北京新機場內(nèi)還會集成為多種交通工具的換乘中心，其中包括公路、高鐵、公交以及與機場同步建設(shè)的、時速高達120公里的快速地鐵。

　　下了飛機，只需不到半小時即可直達北京市中心，2小時以內(nèi)即可到達河北省中南部的任何一座城市?？梢哉f，北京新機場將依靠巧妙布置和完善配套，成為服務(wù)于整個河北省的交通樞紐。

　　機場的停車場布置也十分巧妙。

　　它是由八座單獨的停車樓組成的一座聯(lián)體停車樓，實現(xiàn)停車樓的多入口和多出口，保證車輛快速進出停車樓，同時，行車通道的布置可以實現(xiàn)停車樓的每個車位使用幾率均等。

　　在停車樓里，旅客從電梯到達每一個停車位都有專門的人行道，在停車樓里，人行道與車道完全分開，不存在交叉與相互干擾。

　　（二）難度極高的鋼結(jié)構(gòu)屋架，專門設(shè)計了抗震結(jié)構(gòu)

　　外觀新穎、功能強大的建筑，同時往往也意味著極高的實施難度。

　　北京新機場的屋頂及支承結(jié)構(gòu)全部采用形狀不規(guī)則的鋼結(jié)構(gòu)，最大直徑超過1100米，總投影面積36萬平方米。它的結(jié)構(gòu)受力呈高度非線性，在地震、大風(fēng)作用下的受力都與普通建筑結(jié)構(gòu)非常不同。

　　（中央大廳屋頂結(jié)構(gòu)單元編號）

　　鋼結(jié)構(gòu)屋架整體呈放射形，在結(jié)構(gòu)的中央大廳，設(shè)置有6組C型柱，形成了180米直徑的無柱空間。

　　這些C型柱與普通的直筒型柱子不同，它們是屋頂鋼架的一部分，經(jīng)過加密和變形進而形成柱子，可以給屋頂提供豎向支撐及抗側(cè)向地震力的剛度。這些C形柱的形狀各不相同，高度差異也很大，這會影響結(jié)構(gòu)的整體抗震能力和抗連續(xù)性倒塌的能力。

　　因此，在抗震設(shè)計時，工程師們根據(jù)C形柱的具體受力情況，專門對每個C型柱各個角度的地震力做了專門的設(shè)計，以確保萬無一失。

　?。–形柱的受力）

　　航站樓的屋頂為不規(guī)則的自由曲面，主體為圓鋼管桿件相互連接而成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的節(jié)點是力傳遞和轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部位，通常為焊接球或鑄鋼節(jié)點。

　　在施工過程中，如果這些桿件與節(jié)點的聯(lián)結(jié)出現(xiàn)了偏差，就會在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生很大的內(nèi)部應(yīng)力，使得施工完成后的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)與設(shè)計預(yù)期不一致。在操作中，工程師們采用了局部加粗構(gòu)件以及分段施工、分步卸載等方法，有效地避免了結(jié)構(gòu)內(nèi)部的額外應(yīng)力和超大拉力。

　　作為重要工程，新機場的航站樓抗震能力高達8度，除鋼架本身高標準的力學(xué)設(shè)計外，航站樓還在地下一層柱頂采用了隔震設(shè)計，通過“以柔克剛”的設(shè)計理念來對抗地震。

　　隔震層由鉛芯隔震支座、普通橡膠隔震支座、彈性滑板支座和阻尼器組成。通過設(shè)置這樣一層剛度很低，可以在地震來臨時大幅移動或變形的隔震層，既可以避免地震力被傳入上部結(jié)構(gòu)破壞鋼架，又可以通過隔震層的阻尼消解掉地震力，既不一味地增加建筑構(gòu)件的重量和造價，又有效地提高了建筑的抗震能力。

　?。C場的隔震布置）

　　（三）北京周邊生態(tài)極其脆弱，新機場的環(huán)保設(shè)計同樣可圈可點

　　不同于幾十年前修建的首都機場，北京新機場在建設(shè)過程中除了要解決技術(shù)問題外，還必須面對苛刻的環(huán)保要求。

　　相比起一般的建設(shè)項目，機場的占地面積要大很多，因此涉及到的土石開挖、堆墊區(qū)域的水土流失最為顯著。

　　中國華北地區(qū)，尤其是北京周邊的生態(tài)環(huán)境本就極其脆弱，水資源極度短缺，水土流失嚴重。新機場的占地面積高達29.43平方公里，土石開挖量達3935萬立方米，是一般機場的10倍大。在降雨和風(fēng)的侵蝕力作用下，很容易發(fā)生大量的水土流失。

　　（建設(shè)中的新機場）

　　在機場這種已經(jīng)硬化的場地上，90%的水都會沿著地表排走。預(yù)計建成后，每年機場新增的排水量高達305萬立方米，這會加劇下游河道的排洪壓力。因此，工程師們考慮如何能夠?qū)C場中的雨水導(dǎo)出并“變廢為寶”，加以利用。

　　與北京新機場配套，修建了一座容積高達165萬立方米的雨水調(diào)蓄設(shè)施，這遠遠超過國家標準規(guī)定的67.76萬立方米。

　　機場中接收的降雨首先通過遍布機場四處的雨水收集系統(tǒng)匯入調(diào)蓄設(shè)施，再運往統(tǒng)一的處理中心進行處理回用。即使遭遇特大降雨，規(guī)模龐大的雨水調(diào)蓄設(shè)施也能將其中的大部分儲存起來留待后續(xù)慢慢處理，使得地表僅有小部分徑流，不會對環(huán)境造成影響。

　　集雨裝置回收的雨水經(jīng)處理后，品質(zhì)相當(dāng)于“中水”，雖不能飲用，但卻可用于水面景觀，機場植被綠化，跑道路面、地面的沖洗，汽車的沖洗以及衛(wèi)生設(shè)施。

　　此外，機場的工作區(qū)、貨運區(qū)中的綠地也暗藏玄機。這些綠地是下凹式的，低于路面約10厘米，可以讓路面的雨水迅速匯入綠地中。在機場建筑周邊，還通過鋪設(shè)透水磚等方式，便于雨水通過地表入滲。

　　這些下滲的雨水被儲存在地埋式儲水模塊中，用于補充水系或綠地灌溉。僅這些下凹式就可以蓄存13萬噸雨水，可以做到五年一遇的大暴雨不外排。

　　機場的建設(shè)還會嚴重破壞華北平原本就十分脆弱的地表植被，占用、破壞大量的耕地、園地、林地，怎么辦呢？

　　在北京新機場的建設(shè)中，這些被占用耕地有一定肥力的土壤被收集起來，它們沒有被簡單地廢棄，而是暫時保留。待機場施工結(jié)束后，施工期間臨時占用的土地被釋放了出來，這些土壤可以重新鋪覆，重建植被生態(tài)系統(tǒng)。整個工程共保護了表土資源713萬立方米。

　　不僅機場區(qū)域本身，北京新機場這樣的巨型工程還要將整個周邊區(qū)域看作一個整體，考慮到周邊的生態(tài)安全格局。

　　新機場臨近永定河保護區(qū)，其中生活的大白鷺和綠頭鴨都是保護動物。本著占補平衡原則和生態(tài)修復(fù)原則，北京新機場每占用一塊生態(tài)用地，就必須修復(fù)等量的相應(yīng)生態(tài)用地，修復(fù)后必須在區(qū)域內(nèi)恢復(fù)原有的生態(tài)功能。

　?。▍^(qū)域綜合生態(tài)安全格局分析圖）

　　結(jié)語

　　北京新機場建設(shè)完成后，北京將成為國內(nèi)繼上海之后第二個面對“一市雙場”挑戰(zhàn)的城市，這也是大城市發(fā)展的必然結(jié)果。在未來，北京新機場預(yù)計將主要負責(zé)遠距離國外航線，與原首都國際機場實現(xiàn)完美分工，將常態(tài)化的晚點變成歷史。

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　　編輯| 史文慧