太空堡壘既視感！全球最大航空樞紐北京新機場這樣建成

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出品| 網易新聞

作者| 須臾千秋，清華大學土木工程博士

　　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，位於北京城南的北京大興國際機場將會建成啟用，在建成之後，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，機場還預留出了到2050年1.3億人次的旅客吞吐量，遠超現在的首都國際機場，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，其餘五條射角均在機場內，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，提供最大數量的近機位，讓機場的運行效率達到最優。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。

　　在飛機的跑道構型方面，新機場初期一共建設4條跑道，採用三縱一橫「全向型」構型，這在國內尚屬首次。

　　這種構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對，距離較遠，可以最大限度地減輕相互干擾，實現空域優化。

　　不僅僅是飛機的布置，北京新機場內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小時以內即可到達河北省中南部的任何一座城市。可以說，北京新機場將依靠巧妙布置和完善配套，成為服務於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體停車樓，實現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）難度極高的鋼結構屋架，專門設計了抗震結構

　　外觀新穎、功能強大的建築，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構全部採用形狀不規則的鋼結構，最大直徑超過1100米，總投影面積36萬平方米。它的結構受力呈高度非線性，在地震、大風作用下的受力都與普通建築結構非常不同。

　　鋼結構屋架整體呈放射形，在結構的中央大廳，設置有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，這會影響結構的整體抗震能力和抗連續性倒塌的能力。

　　因此，在抗震設計時，工程師們根據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計，以確保萬無一失。

　　航站樓的屋頂為不規則的自由曲面，主體為圓鋼管桿件相互連接而成的網架結構，鋼結構網架的節點是力傳遞和轉換的關鍵部位，通常為焊接球或鑄鋼節點。

　　在施工過程中，如果這些桿件與節點的聯結出現了偏差，就會在結構中產生很大的內部應力，使得施工完成後的結構受力狀態與設計預期不一致。在操作中，工程師們採用了局部加粗構件以及分段施工、分步卸載等方法，有效地避免了結構內部的額外應力和超大拉力。

　　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設計外，航站樓還在地下一層柱頂採用了隔震設計，通過「以柔克剛」的設計理念來對抗地震。

　　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構破壞鋼架，又可以通過隔震層的阻尼消解掉地震力，既不一味地增加建築構件的重量和造價，又有效地提高了建築的抗震能力。

（三）北京周邊生態極其脆弱，新機場的環保設計同樣可圈可點

　　不同於幾十年前修建的首都機場，北京新機場在建設過程中除了要解決技術問題外，還必須面對苛刻的環保要求。

　　相比起一般的建設項目，機場的佔地面積要大很多，因此涉及到的土石開挖、堆墊區域的水土流失最為顯著。

　　中國華北地區，尤其是北京周邊的生態環境本就極其脆弱，水資源極度短缺，水土流失嚴重。新機場的佔地面積高達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。在降雨和風的侵蝕力作用下，很容易發生大量的水土流失。

　　在機場這種已經硬化的場地上，90%的水都會沿著地表排走。預計建成後，每年機場新增的排水量高達305萬立方米，這會加劇下遊河道的排洪壓力。因此，工程師們考慮如何能夠將機場中的雨水導出並「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蓄設施，這遠遠超過國家標準規定的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匯入調蓄設施，再運往統一的處理中心進行處理回用。即使遭遇特大降雨，規模龐大的雨水調蓄設施也能將其中的大部分儲存起來留待後續慢慢處理，使得地表僅有小部分徑流，不會對環境造成影響。

　　集雨裝置回收的雨水經處理後，品質相當於「中水」，雖不能飲用，但卻可用於水面景觀，機場植被綠化，跑道路面、地面的沖洗，汽車的沖洗以及衛生設施。

　　此外，機場的工作區、貨運區中的綠地也暗藏玄機。這些綠地是下凹式的，低於路面約10厘米，可以讓路面的雨水迅速匯入綠地中。在機場建築周邊，還通過鋪設透水磚等方式，便於雨水通過地表入滲。

　　這些下滲的雨水被儲存在地埋式儲水模塊中，用於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。

　　機場的建設還會嚴重破壞華北平原本就十分脆弱的地表植被，佔用、破壞大量的耕地、園地、林地，怎麼辦呢？

　　在北京新機場的建設中，這些被佔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。待機場施工結束後，施工期間臨時佔用的土地被釋放了出來，這些土壤可以重新鋪覆，重建植被生態系統。整個工程共保護了表土資源713萬立方米。

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

　　新機場臨近永定河保護區，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修復原則，北京新機場每佔用一塊生態用地，就必須修復等量的相應生態用地，修復後必須在區域內恢復原有的生態功能。

結語

　　北京新機場建設完成後，北京將成為國內繼上海之後第二個面對「一市雙場」挑戰的城市，這也是大城市發展的必然結果。在未來，北京新機場預計將主要負責遠距離國外航線，與原首都國際機場實現完美分工，將常態化的晚點變成歷史。

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編輯| 史文慧