《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）——第一部分公铁水《严寒和寒冷地区大型枢纽机场建设工程关键技术研究》

1. 项目名称: 严寒和寒冷地区大型枢纽机场建设工程关键技术研究

2. 完成单位: 天津滨海国际机场有限公司、清华大学、 中国民航机场建设集团有限公司等

3. 主要完成人: 高志斌、 刘岩、 来勇、 王鹏、 高泽宁、 赵川、 刘少宁、 彭跃军、 孙士博、 王跃、 柯卫

　　(一)项目背景

　　严寒和寒冷地区面积占我国国土面积的70%,国家定位的中国航空交通体系中,大型枢纽机场半数以上都处于我国严寒和寒冷地区。我国严寒和寒冷地区自然环境恶劣,在机场建设和运行中诸多典型技术问题日益突出,如:严寒和寒冷地区机场道面耐久性破坏与开裂劣化严重,直接威胁飞机起降安全;严寒地区机场建筑能耗巨大,绿色机场建造技术储备不足;机场道面积雪与结冰极易造成重大安全事故;缺乏因地制宜,展现地方特色的人文机场相关研究成果等。项目组针对严寒和寒冷地区大型枢纽机场建设面临关键技术难题,开展严寒和寒冷地区大型枢纽机场建设工程关键技术研究。

　　(二)技术概况

　　按照平安、绿色、智慧、人文“四型冶机场建设要求,以耐久型抗裂机场道面技术、严寒地区绿色机场设计建造技术、机场智能融雪道面关键技术与严寒地区机场航站楼欧式彩石混凝土艺术饰面工程关键技术等为重点研究分项,形成集严寒和寒冷地区大型枢纽机场的材料研发、结构设计及建造技术的综合技术体系,为严寒和寒冷地区机场“四型冶机场建设提供指导。

　　(三)适用范围

　　本项目按照平安、绿色、智慧、人文“四型冶机场建设要求,针对严寒和寒冷地区机场建设和运行中暴露的典型突出的技术难题开展专项技术攻关,形成的关键技术研究适用于我国严寒和寒冷地区大型枢纽机场的建设等领域,同时也对我国其他地区的“四型冶机场建设具有重要的参考价值。

　　(四)获奖情况

　　中国交通运输协会科学技术进步奖二等奖。

　　(1)创新点一:研发了具有我国自主知识产权的高耐久高抗裂机场道面混凝土材料,开发了适用于超高频振捣施工工艺的混杂改性合成纤维高耐久高抗裂机场道面水泥基复合材料制备技术以及干硬性混凝土工作性测试技术,创造性地提出了干硬性混凝土预设开裂的堆成外扩型设备及裂缝成像处理面积计算技术,延长了道面在恶劣环境作用下服役寿命,填补了我国该技术领域的空白。

　　(2)创新点二:创新提出了贴临建设一体化运行的设计和超大面积平屋面的建筑形式,开发了单层TPO防9郾3kPa风揭体系,研发了TPO屋面自防水体系、考虑太阳照射角度的三银Low-E玻璃设计技术,实现了严寒地区绿色机场建设。

　　(3)创新点三:国际上首次研发出基于碳纤维格栅的机场道面融雪除冰复合结构材料,建立了机场自融雪道面复合结构模型,提出了智能融雪机场道面材料和结构一体化设计方法,开发了基于能量转化的智能道面融雪系统,创建了机场道面融雪除冰智能监控系统,揭示了不同环境参数和设计参数下的融雪除冰影响规律,提升了机场道面冰雪实时处治的技术水平,填补了碳纤维格栅机场道面融雪除冰材料、技术领域空白。

　　(4)创新点四:研发了彩石混凝土复合材料+纤维水泥夹心岩棉保温板的复合结构体系,并应用于大型枢纽机场的超大面积欧式建筑外饰面;研发了采用劈裂混凝土砌块,实现罗马柱建造的工艺。

　　本项目聚焦于严寒和寒冷地区大型枢纽机场建设工程关键技术,按照“四型冶机场建设要求,分为耐久型抗裂机场道面技术、严寒地区绿色机场设计建造技术、机场智能融雪道面关键技术与严寒地区机场航站楼欧式彩石混凝土艺术饰面工程关键技术等四大重点分项。

　　(一)平安机场———耐久型抗裂机场道面关键技术

　　针对我国严寒和寒冷地区气候严酷,机场道面耐久性破坏与开裂劣化严重,直接威胁飞机起降安全的现状,以高抗裂、高韧性与高耐久性机场道面材料制备技术为依托,研究机场道面材料抗裂性能、变形能力、裂缝控制能力提升关键技术,研究纤维组份对机场道面材料抗冲击能力、抗断裂性能的影响,揭示材料增韧增强机制,并研究材料在冻融循环、冲击荷载作用下的损伤劣化规律,延长道面在恶劣环境作用下的服役寿命,综合提高机场道面运行安全程度。

　　(二)绿色机场———严寒地区绿色机场建设关键技术

　　严寒地区绿色机场建设关键技术研究目标是严寒地区机场全寿命期内最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染,为使用者提供健康、适用和高效的机场使用空间,同时将机场打造成为与自然和谐共生的建筑。主要包括节地规划与建筑设计研究、节能与能源综合利用研究、节水与水资源综合利用研究及节材与材料资源综合利用研究。

　　(三)智慧机场———严寒和寒冷地区机场道面智能融雪关键技术

　　严寒与寒冷地区大型机场道面设施缺乏高效智能融雪除冰技术,道面积雪与结冰严重危及飞机起降安全,极易造成重大安全事故。因此研发智能控制高效快速的机场道面智能融雪除冰系统,能够在冰雪恶劣气候条件下,快速自动融化机场道面上冰雪,使道面始终自动保持无积雪与无积冰状态,飞机正常起降不受冰雪影响。

　　(四)人文机场———严寒地区机场航站楼欧式彩石混凝土艺术饰面工程关键技术

　　我国严寒和寒冷地区大型枢纽机场建设工程缺乏因地制宜展现地方特色的人文机场相关研究成果,相关研究亟待开展。因此项目组以哈尔滨国际机场新航站楼为研究对象,开展彩石混凝土建造欧式造型的工艺研究,劈裂混凝土砌块现场组砌欧式罗马柱工艺研究及彩石纤维混凝土艺术板建造大型机场欧式建筑技术研究。通过上述综合研究将机场航站楼打造成具有鲜明地方特色的文化载体和城市名片。

　　同类项目比较情况见表1。

　　项目研究成果在哈尔滨、北京以及天津三个具有代表性的我国严寒和寒冷地区城市开展工程应用,工程效果良好,大幅提高了机场道面质量安全和结构稳定性,延长了机场道面使用寿命,实现了严寒地区自融雪道面冰雪天气智能融雪化冰;实现了机场全寿命期内最大限度地节约资源的绿色机场建设和机场航站楼体现地方特色的人文机场建设,填补了我国严寒和寒冷地区“四型冶机场建设的技术空白,取得了良好技术经济效果。

　　项目贯彻了以“平安、绿色、智慧、人文冶为核心的“四型冶机场建设原则,为严寒和寒冷地区大型枢纽机场高质量建设提供了技术保障。项目成果大幅提升了冰雪条件下机场道面智能运行安全性,降低了机场道面耐久性破坏风险,实现了机场全寿命期内最大限度地节约资源的绿色机场建设,通过具有地方特色的欧式彩石纤维混凝土艺术板的实现了人文机场建设,社会效益显著。

　　项目研究成果应用在北京新机场飞行区场道工程、哈尔滨太平国际机场扩建工程项目、天津滨海国际机场飞行区场道工程等。项目累计节支总额39565.32万元,社会经济效益显著。