| 标题 | 水上飞机码头选址及设计分析 |
| 范文 | 葛春景 摘 要：水上飞机码头是水上机场的生产线，也是水域与陆域的交界线，无论从功能上还是所占水上机场的投资比例上来看，都是水上机场重要的基础设施。我国目前尚无专门针对水上飞机码头的设计标准。由于水上飞机在水面上的滑行和停泊时具有船舶的特性，且机身长度和重量与游艇类似，水上飞机码头的设计可将游艇码头的设计规范作为参考。但同时水上飞机具有机翼、浮筒等不同于游艇的外观结构，不能完全套用游艇码头的设计方法。本文将游艇码头设计规范与水上飞机的特性、水上机场的技术要求相结合，对水上飞机码头的选址及设计要点进行探讨。 关键词：水上飞机码头；水上机场；平面布局；水工建筑物 中图分类号：U656.1 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）9-0049-05 水上机场在西方发达国家已发展比较成熟，如美国共有497个水上机场，加拿大共有336个水上机场，而在我国尚处于发展初期。近年来，随着我国经济的发展，水上机场的建设呈现出方兴未艾的态势。水上飞机码头是水上机场中一项重要的岸线设施，承担着水上飞机停靠、上下乘客服务、装卸货物、作业或系留的功能，是水上机场的生产线以及水上机场功能的重要体现。同时，由于水上机场的设施较为简单，水上飞机码头的建设成本在水上机场的总投资中占有很大比例。因此，水上飞机码头的合理设计与建设对水上机场的建设及安全运行至关重要。 目前，我国水上飞机码头的建设还在探索阶段，并无真正意义上水上飞机码头的设计标准。由于水上飞机在水面上的滑行和停泊时具有船舶的特性，且机身长度和重量与游艇类似，国内水上飞机码头的建设大多参照《游艇码头设计规范》的建设标准。然而，水上飞机具有机翼、浮筒等不同于游艇的外观结构，且具有飞机的属性，水上机场的建设也有不同于游艇码头的技术要求，因此不能完全套用游艇码头的设计方法。本文将民航局组织制定的《水上机场技术要求（试行）》对水上飞机码头的要求与游艇码头的设计规范相结合，探讨水上飞机码头选址、设计的关键，供国内类似水上飞机码头的设计、建设参考和借鉴。 1水上飞机码头选址 水上飞机码头的选址应符合相关规划，能满足水上飞机安全停靠及乘客舒适度的要求，具备水上飞机安全运行的波浪、水流、水深、水域面积条件，同时应尽量减少水上飞机与其他船舶的相互干扰，主要考虑以下四类因素： 1.1与相关规划的协调 水上飞机码头的选址应符合城市总体规划、海洋功能区划、江河流域规划、港口总体规划等相关规划的要求。同时应考虑周边社会经济环境及交通条件，所在岸线最好以公共岸线或生活性岸线为主，岸上用地性质为商业用地、游乐设施用地、交通场站用地的给予优先考虑，以便布置斜坡道、停机坪、机库、航油供应、公共服务区等配套设施。根据各省海洋区划管理规定，沙滩上不允許建设永久性构筑物，只能建设可灵活收放形式为主的浮码头或趸船，不利于岸线设施及岸上设施的建设，水上飞机码头应尽量避免选址于沙滩环境。此外，水上飞机码头宜与其他各类码头相对集中布置，以便综合利用港口配套设施，但也应避免与其他码头之间的相互干扰。水上飞机码头宜与客运码头、游艇码头规划相结合，或与其共用、共同开发，提升码头利用率；或与游艇码头业务相结合，开展多元化的消费娱乐项目。 1.2掩护要求 水上飞机码头应选址于掩护条件良好的水域，同时考虑水上飞机系泊的安全性和乘客上下水上飞机舒适度的要求。沿海建设的水上飞机码头应选在波浪和水流作用较小、泥沙运动较弱的水域，内河建设的水上飞机码头应选在河势稳定、水深适宜的顺直河段或凹岸。从码头本身的抗浪能力与结构的安全性考虑，水位变化超过0.45m，不适合建设固定式码头，一般考虑建设浮动式码头和联系桥；从水上飞机运行的角度，重量在1360kg及以下的浮筒型水上飞机，浪高不得超过0.45m，重量在1360～6800kg的较大浮筒型水上飞机和船身型水上飞机浪高不得超过0.6m。与一般船舶相比，水上飞机的尺度较小、重量轻，对泊稳的要求更为严格，与游艇类似。因此，从水上飞机舒适性的角度，水上飞机泊稳允许0.1～0.3m的浪高范围。 《游艇码头设计规范》从泊稳允许波高兼顾正常系泊条件下的舒适度和极端系泊条件下的游艇安全和浮码头安全的角度，提出顺浪情况下，50年一遇H1%应不大于1.1米，横浪条件下50年一遇H1%应不大于0.5米。水上飞机重量上与游艇码头相似，甚至更轻，因此水上飞机码头选址可以参照执行。当自然条件不能满足码头的掩护要求时，需建设防浪堤。 1.3水深要求 水上飞机码头应建设在天然水深适宜的水域，水上飞机码头的最小水深要求与水上机场的等级和用途有关。《水上机场技术要求（试行）》将水上机场按照水上飞机的基准飞行场地长度和最大起飞全重分为W1、W2、W3、W4四个等级，分别对应不同的建议最小水深（见表1）。《Seaplane Bases》从水上机场用途的角度对最小水深提出建议，单发飞机最小水深至少应达到1.0米，供商业运行的水上飞机最小水深不小于1.2米、建议为1.8米，大规模商业运营最小水深应达3.0米，4.6米的水深对水上飞机运行无限制，与水上机场四个等级的水深要求形成一一对应关系。此外，码头停泊区的最小水深应采用《游艇码头设计规范》中的系泊水域设计水深公式进行复核。 表1 水上飞机最小水深要求 飞行场地指标 基准飞行场地长度（m） 最大起飞全重（kg） 建议最小水深（m） 水上机场的用途 W1 <800 <2730 1.0 （宜1.8） 单发飞机 W2 800～1200（不含） 2730～5700 （不含） 1.2 （宜1.8） 商业运行 W3 1200～1800（不含） ≥5700 3.0 大规模商业运营 W4 ≥1800 ≥5700 4.6 满足所有水上 飞机运行要求 关于码头停泊区水域的水深起算基准面，《水上机场技术要求（试行）》并未给出明确规定。根据《游艇码头设计规范》，沿海游艇码头系泊水域水深起算基准面应采用极端低水位，内河游艇码头港池设计水上起算面宜采用设计最低通航水位。由于水上飞机造价较高，为了避免水上飞机在低水位的时候出现触底，导致水上飞机损坏的情况出现，建议系泊水域的最小水深为当地极端低水位下的水深。 1.4水上飞机运行要求 水上飞机码头位置的选择应结合岸线的走向，充分考虑盛行风向、水流、波浪等的影响，尽量使水上飞机在驶向码头靠泊时为逆风、逆水流的方向；同时，停泊水上飞机的纵轴线宜尽量与风、浪、水流的主导方向一致，尽量避免水上飞机受到横浪的作用。 2水上飞机码头的平面布置 2.1设计机型 水上飞机码头的平面尺寸与设计机型、水上飞机数量直接相关，设计机型的选择应考虑水上机场的功能、周边地区水上飞机拥有现状及未来的发展趋势。目前，在民用领域，水上机场的功能以短途运输、空中游览、航空运动、飞行培训等为主。截至2017年，世界上在役水上飞机7255架，从机型上看，3吨以下轻型飞机占85%，大中型飞机占15%。其中，维京公司的DHC系列飞机和德事隆集团赛斯纳系列飞机是目前全球最常用的水上飞机。根据FUSETRA（ Future Seaplane Traffic）的调查统计结果，全球水上飞机份额见图1。 图1 全球水上飞机市场份额 我国引进的水上飞机机型以塞斯纳208B（两栖式）和双水獭为主，中航通飞自主研发并批量生产了A2C超轻型水上飞机、海鸥300水陆两栖飞机，大型水陆两栖飞机AG600也进入试飞阶段。未来随着海星水上飞机、SeaRey海王水陆两栖飞机生产线的在我国的建成，以及俄罗斯Be-103水陆两栖飞机订单的交付，以上三种机型也将在我国水上飞机市场占据一定份额。因此，水上飞机码头设计应以保障轻型水上飞机为主，兼顾大中型飞机的停靠。表2列出了与码头设计相关的主要水上飞机机型尺寸。 表2 与码头设计相关的主要水上飞机机型尺寸 飞机型号 翼展（m） 机身长（m） 主起落架浮筒外侧间距（m） 空机重（kg） 最大起飞重量（kg） 塞斯纳208B （两栖式） 15.9 12.92 4.318 1979 4111 双水獭DHC-6（两栖式） 19.8 15.8 4.1 3121 5670 A2C 11.28 6.641 —— 520 海鸥300 12.463 8.988 8 1060 1680 AG600 38.8 36.94 31.068 53500 海星 水陆两栖飞机 17.74 12.70 2.73 3800 5100 海王/SeaRey水陆两栖飞机 6.83 9.4 —— 449 650 Be-103 水陆两栖飞机 12.72 10.65 —— 1730 2270 2.2水上飞机码头平面布置形式的选择 水上飞机码头的平面布置应在深入分析自然条件的基础上，合理利用自然条件，充分利用岸线与水陆域资源。水上飞机码头的平面布置形式可以根据与岸线的相对关系，分为顺岸式、突堤式和混合式三类，应根据岸线条件、可用水域的尺寸、停泊的水上飞机数量等进行选择。 顺岸式码头，是指与岸线平行的码头，水上飞机一般停靠在码头的外侧，码头内侧可供船舶停靠。如两侧均停放水上飞机，码头宽度需适当加宽，或设计为“H”型。这种码头占用自然岸线较长、可停放水上飞机数量较少，但是占用河道的宽度较少，对其他船只的通行影响较小，一般适用于位于内陆河流、且运营规模较小的水上机场。 突堤式码头，是指从岸线向水域延伸、与岸线正交或斜交的码头，交角一般不小于45°和不大于135°。突堤式码头两侧均可停靠水上飞机，其长度一般不超过120米，每侧水上飞机机位一般不超过5个。突堤式码头比顺岸式码头所占用自然岸线少，布置紧凑，停靠水上飞机多。故在岸线较短的条件下，宜优先考虑突堤式。但是在河道上，由于突堤的突出，破坏了原有的水流流态，易引起淤积，且过多地占用河道宽度，易对船只通航产生影响。因此，突堤式码头适用于水面宽度较大、自然岸线少、水上机场运营规模较大的情况，通常在广泛应用于海港建设的水上机场。 混合式码头，顺岸式码头和突堤式码头的组合，在大型的水上机场较为常见。混合式码头可以利用有限的水域资源，停靠尽可能多的水上飞机，但在设计时应注意留有足够的水上飞机回转掉头区域。 2.3码头平面尺寸 水上飞机码头的平面构型一般有“一”字形、“H”型和双“H”型，如图5所示。水上飞机码头的长度根据靠泊的水上飞机数量及机型尺寸确定，同时要满足前后停放两飞机净距不小于一个机身长度或6m（取大值）的要求。水上飞机码头的宽度与码头的构型和長度有一定关联。 对于“一”字形码头，当仅有一侧停靠水上飞机时，可作为游艇码头的主浮桥考虑，码头的宽度根据其长度确定，最小值不得低于表3。但如果两侧均停放水上飞机，还要同时满足两架飞机翼尖净距至少不小于3m的要求，则码头的宽度要相应加宽，因此码头的自重和造价会相应增加。 表3 游艇码头主浮桥宽度最小宽度表 主浮桥长度（m） 最小宽度（m） <100 2.0 100～200 2.5 200～300 3.0 >300或行走电车 4.0 “H”型码头既可满足两侧均停靠水上飞机时的翼尖净距要求，又可达到节省码头材料、减小自重的效果，大大节省了投资。建议该码头两条平行甲板的宽度参照表3的要求执行，如温哥华港湾水上机场“H”型码头长度在100～200米之间，单条甲板宽度为3.5米，满足主浮桥最小宽度的要求。 双“H”型码头一般用于旅客吞吐量较大、码头长度较长的水上机场。中间布置一条较宽的竖向甲板，方便乘客和货物的快速通行，或允许行走电瓶车通过，两侧的竖向甲板稍窄，供乘客登机使用，三条竖向甲板之间以短距横向甲板相连接，便于人流、物流的集散。一般中间竖向甲板的宽度为4～4.5米，两侧竖向甲板及短距横向甲板的宽度为2～2.5米，竖向甲板之间距离在5米左右。 2.4水域布置 2.4.1系泊水域 系泊水域的设置是为了确保水上飞机停靠码头的安全性及便利性，系泊水域的尺度取决于水上飞机的设计机型，同时考虑因风、浪、海流等引起水上飞机的偏移。《水上机场技术要求（试行）》并未对系泊水域的概念进行明确规定，鉴于水上飞机在水中停泊具有船的特性，本文参照游艇码头关于系泊水域的规定，并结合水上飞机的停靠方式、净距要求，同时考虑水上飞机浮筒、机翼等特有结构，对水上飞机的系泊水域进行探讨。 游艇的泊位布置分为单泊位、双泊位和顺岸泊位，除了供私人使用的水上飞机简易泊位与游艇单泊位类似，其余水上飞机在码头的停靠与游艇的顺岸泊位类似，本文仅考虑水上飞机顺岸泊位的情形。 水上飞机系泊水域宽度（图6）可按下列公式确定： 图6 水上飞机系泊水域宽度 W=0.5B+0.5M+d 式中：W——水上飞机系泊水域宽度（m）；B——对于浮筒型水上飞机，为主起落架浮筒外侧间距（m）；对于船身型水上飞机，为船身的宽度（m）；M——水上飞机的翼展（m）；d——水上飞机系泊水域富裕宽度（m），参照游艇的系泊水域富裕宽度表的数值。 表4 系泊水域富裕宽度表 设计水上飞机机身长度L（m） L≤12 12< L≤24 24< L≤36 L>36 系泊水域富裕宽度d（m） 0.8 1.2 1.6 2.0 注：①泊位受横流作用或常风向为横风时，富裕宽度适当加大。②当码头设置连续橡胶护舷时，富裕宽度应增加护舷高度。 水上飞机系泊水域长度（图7）应满足水上飞机前后停放时，两飞机之间的安全净距要求，可按下列公式确定： 单个顺岸泊位：Lb=L+2da 端部顺岸泊位：Lb=L+1.5da 中间顺岸泊位：Lb=L+da 式中：Lb——水上飞机系泊水域长度（m）； L——设计水上飞机机身长度（m）； da——水上飞机前后停放时，两飞机前后之间的净距，应不小于一个机身长度或6m（取大值）。 此外，水上飞机系泊水域的布置还应考虑避免机翼之间的相互碰撞，当水上飞机在码头两侧停泊或在码头一侧平行停放时，两个水上飞机系泊水域的距离应能使两架飞机翼尖净距至少不小于3米。 2.4.2无障碍水域及掉头区 在码头停泊水上飞机的一侧应具备至少宽30米的无障碍水域，满足水上飞机转弯掉头的需要；如果码头两侧均停泊水上飞机，则码头两侧均应具备宽度至少为30米的无障碍水域。码头停泊区宜设置掉头区（回旋水域），掉头区应设置在方便水上飞机进出水上跑道和靠近码头的水域，当水上飞机泊位一字型连续布置时，掉头区宜连片设置，其尺度应考虑当地风、浪、流等条件，水上飞机自身的性能、水上飞机掉头的方式等因素。游艇码头的回旋水域直径为2.0～2.5倍设计船长，一般情况取50米；水上飞机的掉头区与游艇码头的回旋水域类似，直径不小于水上飞机机身长度或翼展宽度（取大值）的3倍，且不小于60米。 3水工建筑物 水上飞机码头按照结构形式可分为浮动式码头和固定式码头，由于我国适于水上机场建设的水域水位变化一般较大，水上机场多选用浮动式码头。根据《游艇码头设计规范》，浮动式码头可分为趸船式、浮桥式和拼装浮箱式。其中，趸船式为一个大型平底浮箱，上部填充轻质材料产生浮力，底部填充配重材料；浮桥式码头为若干个体积较小的浮箱通过顶部浮桥框架结构连接在一起，并在浮桥框架的上表面铺设木材、水泥等面板；拼装浮箱式由若干个充气浮箱单元组成，通过螺旋等连接器使浮箱连接。 水上飞机码头多采用浮桥式，码头平台面板材料可采用水泥、木材、复合甲板等，面板铺装板块之间宜留1.3cm的间隙，供排水和膨胀用；浮桥框架可采用铝合金结构、钢结构或者钢筋混凝土结构；浮箱可采用钢结构空心浮箱、钢筋混凝土浮箱或塑料浮箱，浮箱内的空腔应填满密度较小的填充物，填充物的体积吸水率不得大于3%。浮桥式码头可采用定位桩、弹性锚绳、锚链、导槽或撑杆等锚定方式，定位桩桩顶高程应不低于极端高水位以上1.0m，抱桩器应设滑块或导辊，其与定位桩的间隙宜0.1～0.3m，且水位差较大时宜适当增大。 4结语 随着我国经济社会的发展，科技的进步，以及水上机场相关标准、规范的不断完善，水上机场具有广阔的发展前景。水上飞机码头是水上机场一项重要的基础设施。本文针对水上飞机码头的特点，在水上飞机码头选址方面，探讨了与相关规划的协调、掩护要求、水深要求、水上飞机运行要求等选址应考虑的因素；在水上飞机码头的平面布置方面，对水上飞机码头平面布局、码头构型及尺寸给出了相关建议，并且提出水上飞机系泊水域的设置方法；在水工建筑物方面，闡述了水上飞机码头的一般结构型式。对同类水上飞机码头的选址、设计以及建设具有一定的参考价值。 参考文献： [1] 水上机场技术要求（试行）（AC-158-CA-2017-01）[S]. 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