希斯羅機場之所以如此強大和高效，全仰仗科技的進步。我們通過《《Big, Bigger,Biggest》：London Heathrow Airport》一覽這座具有劃時代意義的機場，，敘述手法也是按照時間線的方式來展現(xiàn)機場背后的故事。希斯羅機場則是集7項開創(chuàng)性的特征于一身，躍身為世界前列的機場。

圖1：鳥瞰希斯羅機場

　　倫敦希思羅機場(Heathrow Airport，IATA：LHR)，通常簡稱為希思羅機場，位于英國英格蘭大倫敦希靈登區(qū)，離倫敦中心有15英里(24千米)遠。此機場由BAA負責營運，為英國航空和維珍航空的樞紐機場以及英倫航空的主要機場。

　　希斯羅機場擁有兩條平行的東西向跑道及五座航站樓，為倫敦最主要的聯(lián)外機場，也是全英國乃至全世界最繁忙的機場之一，2015年以7499萬的總客流量在全球眾多機場中排行第六。不堪重負的希斯羅機場又開啟了新一輪擴建計劃，以麥克·戴維斯(Mike Davies)為首席建筑師的團隊開始籌備第五航站樓的計劃，造價高達80億美金的巨大航站樓于2008年3月27日正式啟用。5號航站樓由3棟建筑組成，主體高達40米，航站樓內(nèi)還有各種客戶服務設施并和地鐵線相連，每年可以滿足3千萬旅客的需求，這也直接將希斯羅機場的年旅客容量提升至億人次俱樂部的標準。

圖2： 西斯羅機場5號航站樓

　　NO 1.航空管制安全如何保障?

圖3： 1925年的克羅頓機場

　　追根溯源，倫敦市郊的一座小機場帶來第一項重大突破，這也是航空業(yè)安身立明的法寶，機場上空的安全性——航空管制(Air Traffic Control)。1920年倫敦的主要機場還是克羅頓(Croydon，圖3)機場，當時航空業(yè)處于起步階段，飛行員降落全憑感覺，他們利用地標(海岸線、河流、大型城鎮(zhèn)和道路)來識別方向。但有的時候人的視覺并不靠譜，1922年4月7日，一名從法國巴黎起飛的飛機將飛機降至云層下方以識別方位，他在掃視地面尋找地標時，沒有發(fā)現(xiàn)另一架從克羅頓機場飛起的貨機迎面而來。這也造成了民航史上首例撞機事件(圖4)，造成7人喪生。對于沒有任何預防措施的飛行活動而言，撞機事故的發(fā)生只是時間問題。

圖4：1922年克羅頓機場撞機事件

　　為了避免機場附近的撞機事件再次發(fā)生，克羅頓機場引入了一項新技術，所有朝機場前進的飛機都要發(fā)出無線電波，克羅頓機場的無線電接收機會測量出信號的角度，這顯示了飛機的具體方位。但光靠飛機方位無法確定其準確位置，克羅頓機場又架設了另外兩架電臺。此時克羅頓機場只要知道飛機的坐標位置便可引導飛機安全降落在機場，航空管制就此誕生。

圖5： 初期的機場航空管制技術

　　在1921年時，克羅頓機場每周約有60個航班起降，現(xiàn)如今希斯羅機場每小時都有上百架航班起降。航空管制員引導飛機降落，然后將飛機交予地面管制員，而地面管制員要看到地面上的所有飛機，5號航站樓的建設便會帶來一些問題。由于5號航站樓過于龐大，導致地面管制員會看不到遠處的飛機。所以他們需要在機場中央建設一座新的塔臺，這對于繁忙的希斯羅機場而言這會讓機場陷入一片混亂。折中的方法便是在機場邊緣建設新塔臺，建成之后再遷移到預訂位置。塔臺的重量接近1千噸，搬家計劃還不能影響航班的起降，工程人員決定在某個周五的傍晚進行。希斯羅機場被關閉后，新的塔臺(圖6)便開始了1.2英里的“喬遷之旅”，依靠3部運送航天飛機傳送機，整個工程按計劃順利完成。

圖6： 飛機背景中的新塔臺

　　空管技術可以讓更多的飛機安全落地，但是當機場停滿飛機后，旅客安全的上下機會變得愈發(fā)的困難。倫敦蓋特威(Gatwick)希望能為2萬名旅客提供服務，它必須拉近飛機和乘客之間的距離，同時又要將他們之間隔離。這就引入了航站樓(Terminal)的概念

　　NO 2. 航站樓的故事

　　在上世紀20年代，飛機旅行只是少數(shù)人能享受到的服務，當時的登機環(huán)境不僅簡陋，還很危險，這遠不能滿足“權貴”乘客的需求。工程師莫里斯在1933年時突發(fā)奇想，引入了圓形航站樓(圖7)的概念。他的設計理念在當時非常先進，圓形的航展樓設計對乘客和飛機都有利。飛機滑至登機門，可以提供旅客上下機和飛機加油等成套的服務。蓋特威蜂巢式的航站樓也是世界上首座運營的機場航站樓。

圖7： 圓形航站樓

　　希斯羅機場則將快速服務里的理念發(fā)揮到極致，飛機從落地到再度起飛所停留的時間很少超過90分鐘。對于希斯羅機場而言，圓形航站樓的設計已經(jīng)落伍。較大的圓形航站樓的確可以容納更多的飛機，但這樣的設計會導致大部分的空間閑置(俗稱攤大餅)，希斯羅機場6號航站樓改用吐司架(圖8)的新型結構，并利用地鐵相連，極大的提高了航站樓的利用效率。

圖8： 吐司架型設計

　　希斯羅機場5號航站樓看似簡單，但建筑過程卻相當復雜，工地面積超過140萬平方米，夾雜在全球最繁忙的跑道之間，西邊還與高速公司相鄰。工程師為了利用航站樓的內(nèi)部空間，他們在建筑之上加了一座等斜雙坡屋頂，屋頂面積等同于5座足球場。如何吊起這座巨大的屋頂是整個工程團隊面臨的艱巨挑戰(zhàn)，僅一塊屋頂部件(圖9)的重量便超過了6架巨無霸(Jumbo Jet)客機的總和。

圖9 ： 屋頂部件

　　由于高度的限制，工程師只能利用數(shù)部小型起重機(圖10)在地面組裝屋頂部件，然后用多股鋼絞繩吊起屋頂截面，這些鋼絞繩穿過多股鋼絞繩千斤頂，每部液壓系統(tǒng)的起重量高達185噸，一共有16部多股鋼絞線千斤頂同時運作，這一過程耗費了一年時間，并用去了1萬8千噸鋼材。當然他們這些花費是值得的，懸浮式的屋頂給航站樓提供了最大的內(nèi)部空間。

圖10 ： 鋼絞繩起重系統(tǒng)

　　航站樓的發(fā)明極大的加快了旅客登機和飛機休整的效率，運量瓶頸很快便由地面轉移到了空中，螺旋槳式的客機很快便無法滿足運力，直至進入噴氣機時代。但這同樣給機場帶來革命性的改進——機場跑道強度的革新。

　　No 3. 如何滿足A380型客機的停放?

　　芝加哥奧黑爾(O’HARE)機場為了建造容納15萬名乘客的機場， 他們必須對跑道進行大規(guī)模的更新。噴氣客機可以在搭載更多乘客的前提下飛的更快、更遠，但他們同樣需要高等級的跑道標準。波音707客機的發(fā)動機比道格拉斯公司生產(chǎn)的DC-3客機重3倍，燃油裝載多19倍，載客量增加8倍，客機重量為13倍，傳統(tǒng)跑道無法滿足如此重量的降落任務。芝加哥機場為了迎接噴氣客機，重新翻修了機場跑道。工程師將鋼制框架預埋在混凝土中，但這種人力操作的方法很不劃算。后來他們發(fā)明了一種鋪設混凝土的機械設備——滑動模塊鋪路機，這種設備可以連續(xù)鋪設很長的跑道距離，效率和質(zhì)量都能達到極高標準。

圖11 ： 滑動模塊鋪路機

　　空客A380的問世又對機場跑道帶來了新標準，滿載的A380可以達到580噸的重量，這款飛機也將混凝土的要求推向了極致。設計5號航站樓的停機坪時，工程師不能使用普通的混凝土進行鋪設。普通的混凝土含有水，無法和混合料中的石頭進行黏合，A380在通過時很輕易的便將混凝土碾裂。唯一的解決方法便是鋪設將近1米厚的混凝土，即使是最先進的鋪路機也不能滿足這種標準。5號航站樓四周的路面面積超過1百座足球場的面積總和，所需的混凝土高達6萬2千多工程車量，這也遠超預算。工程師決定采用一種新型的混凝土來鋪設路面，這種混凝土中用一種類似肥皂的液體取代水的作用，用以提高混凝土的黏合性，更重要的是此混凝土可以滿足A380的停載功能，而厚度則降低到60厘米。

圖12：5號航站樓外的旅客通道

　　但噴氣客機給機場帶來另外一個難題，飛機發(fā)動機距離地面太近，任何吸入發(fā)動機的異物都可能造成嚴重的后果。2000年7月25日，世界上唯一商業(yè)運行的超音速噴氣式協(xié)和客機便因跑道上一小塊金屬物而發(fā)生墜機事故。為了保障客機的安全飛行，機場也必須保持跑道的干凈。噴氣客機龐大的體量也將航站樓跟著變大，這逐漸演變成對旅客體力的一種考驗，不斷增大的內(nèi)部空間不得不讓工程師們考慮到機場內(nèi)的機動性。

圖13：鳥瞰5號航站樓

　　No 4. 如何讓旅客更加快捷的登機?

　　最先考慮到機動性的是美國達拉斯沃斯堡機場，沃斯堡機場在開始建造時有一條半公里長的走廊，機場的管理者察覺他們必須讓乘客以更加輕松的方式登機。加州的采石場帶給了他們的靈感，這座采石場擁有長達9英里的運輸帶，將石塊運送到遠處的水壩。沃斯堡機場的工程師將運輸石料的運輸帶改良之后引入到了機場內(nèi)部，他們在橡膠運輸帶下的軌道上鋪設了木制托板，這也被稱之為電動步道(圖14)。整個系統(tǒng)由電動馬達驅動，在沃斯堡機場啟用時吸引了20萬名游客前來參觀。

圖14：電動馬達驅動的步道

　　現(xiàn)在運送旅客的問題已不僅限于機場內(nèi)部，而是如何高效快捷將旅客送至航站樓。希斯羅5號航站樓對此架設了一套頗具實驗性的運輸系統(tǒng)：PRT(個人捷運系統(tǒng))，電腦系統(tǒng)控制的個人捷運系統(tǒng)采用“豆莢式”式的車廂(圖15)設計，每3秒可運送4名旅客到航站樓，因為有導軌限制，它既不需要司機也不會相互碰撞。運營前期將投放18輛“豆莢車”往返于停車場和5號航站樓之間。相比于公交車而言，“豆莢車”可以提高一倍的運力。

圖15：個人捷運系統(tǒng)

　　越來越多的乘客搭乘飛機旅行，這也成為恐怖分子眼中理想的目標。亞特蘭大機場為了保障1400萬旅客的安全措施，不得不采取更為先進的安防措施。

　　No 5：如何在大客流量下保證安全性(Security)?

　　1970年，巴勒斯坦恐怖分子劫持3架噴氣式客機，將客機帶往約旦沙漠地帶。此后美國政府決定在飛機上派駐攜帶武器的安保人員，但以暴制暴的形式在空中行不通，流彈既可能傷及旅客，又能打穿機體造成爆炸性減壓的災難性后果。必須將劫機的恐怖分子留在地面才能真正的解決問題。逢人必檢的安全措施也給亞特蘭大機場帶來了極大的困擾，這次工程師們在鋸木廠尋找到了解決方法。價值上千美金的剖木機刀片是伐木的重要工具，木材內(nèi)含有的小型金屬物都有可能弄壞昂貴的刀片，因此在木材進入剖木機之間都要接受金屬探測器的檢驗，工人們經(jīng)常會在木材中發(fā)現(xiàn)子彈和釘子，而這兩項正是機場安保人員的頭等大患。金屬探測器(圖16)利用巨大電圈產(chǎn)生電磁脈沖，電磁脈沖遇到金屬物時會反射電磁回波，這將觸發(fā)警鈴。這種儀器在運用到機場當中，即使不用搜身也能發(fā)現(xiàn)違禁物品。

圖16： 金屬探測工作原理

　　但金屬探測器不能解決所有安全問題，這反而引爆了安保人員和恐怖分子之間的科技攻防戰(zhàn)。2001年12月22日，F(xiàn)BI逮捕了一名企圖在客機上引爆土制炸彈的嫌疑人，這名嫌疑人在他的鞋子中埋設了塑膠炸彈，并成功躲過安檢順利登機。現(xiàn)在則有一種專門的儀器來應對這種問題，拱門式檢測器(圖17)利用空氣噴出的氣流移除頭發(fā)和衣物上的粒子，然后將粒子吸入到微量爆炸物都能偵測到的偵測器中。恐怖分子攻擊機場不僅僅會傷害到民眾，還會重創(chuàng)國家的經(jīng)濟和形象。5號航站樓采用新型特殊X光掃描儀，每天檢查8萬多旅客，X光掃描儀利用多束X光測量每件行李的原子量，然后自動顯示可疑物品，進而加速整個檢測進程。

圖17： 拱門式檢測器工作原理

　　解決了安保問題的機場將旅客量帶入了新高度，這同樣引來的新的難題——更多的行李量。這次的參照物則是洛杉磯機場。

　　No 6. 如何處理更為龐大的行李問題?

　　1975年，洛杉磯國際機場每年需要為2400萬名旅客提供服務和兩倍于此的行李數(shù)。航空公司一直希望能夠將行李分揀的作業(yè)自動化，但他們卻找不到能讀取行李標簽的機器，一直到1974年一包口香糖帶動了行李分揀作業(yè)的進步。口香糖是最先采用條碼的產(chǎn)品，這種產(chǎn)品的相關信息通過黑白線條來加密，線條會通過反射激光掃描儀的光線傳輸?shù)诫娔X，接著會解析信息并顯示產(chǎn)品的價格，這種儀器改進之后成為行李分揀系統(tǒng)的最佳解決方案。

圖18 ： 激光掃描條碼技術

　　但在條碼技術引入機場的初期應用時并不順利，條碼標簽可能出現(xiàn)在行李上的任何一個地方，因此機器從各個角度朝向行李發(fā)射激光，甚至包括底部發(fā)射(圖19)，接下來中央電腦會處理標簽上的資料，然后將行李分別送往正確的飛機上。但即使是最先進的機器依然會犯錯，目前光是美國的航空公司每年依然會誤送300多萬件行李。

圖19：行李標簽掃描系統(tǒng)

　　希斯羅機場5號航站樓每小時能處理4千多件行李，將形狀各異的行李送到正確的去處也是一件極其繁重的后勤作業(yè)。希斯羅機場在行李配送之前一直“聲名狼藉”，因此5號航站樓期望通過新系統(tǒng)打一個翻身仗。5號航站樓擁有業(yè)內(nèi)最大的行李系統(tǒng)(當時)價值近5億美元，內(nèi)部擁有5英里長的高速行李軌道和11英里普通的輸送帶。整座航站樓也是圍繞行李系統(tǒng)為中心來建造(圖20)，系統(tǒng)工程師耗費13年來打造這套系統(tǒng)，最后又經(jīng)過8個月時間來測試。最終的考驗是在4小時內(nèi)處理1.2萬件行李，這也是行李系統(tǒng)處理的極限。整套系統(tǒng)的基石仍是傳統(tǒng)的條碼掃描系統(tǒng)，中央電腦系統(tǒng)追蹤控制行李的走向，這是一場不能失敗的“戰(zhàn)役”。

圖20 ： 5號航站樓的分揀系統(tǒng)圖

　　1993年，丹佛機場開始采用全自動行李處理系統(tǒng)，本來能給機場帶來極大效率提升的系統(tǒng)卻引發(fā)了一場災難，不斷有行李從輸送帶上飛出并卡住主運輸帶。丹佛機場不得不延期一年才投入使用。為了以防萬一，5號航站樓還設有另一套行李分揀系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)的規(guī)模一樣大。

圖21：機器會將慢速輸送帶上的行李送到平臺車上

　　希斯羅機場還需要處理一個特殊的行李問題——過境機場旅客的行李。

　　早期的行李儲存設備可以容納4千件行李，并且由機器人進行操作，機器會自動取回行李然后將行李送上飛機。為確保行李能及時登上飛機，機器會將慢速輸送帶上的行李送到平臺車上，平臺車則將行李送到位于航站樓地下室的傳輸系統(tǒng)上，平臺車(圖21)完全依靠磁加速器前進，時速可以達到18英里，這臺系統(tǒng)的終極目標就是在15分鐘內(nèi)將柜臺上的行李送上客機，在測試中1.2萬件行李無一丟失。

圖22：移動中的平臺車

　　希斯羅機場和其他機場一樣，原本是一片草地，通過不斷地擴建和科技的加持讓希斯羅機場保持了競爭力。5號航站樓更是一座高科技建筑，內(nèi)部空間也有極高的再塑性，并可隨時順應將來機場內(nèi)部作業(yè)形態(tài)的變化。一步步的科技進展打造了新世代機場——倫敦希斯羅機場。

圖23：西斯羅機場5號航站樓內(nèi)景

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