希斯羅機(jī)場(chǎng)之所以如此強(qiáng)大和高效，全仰仗科技的進(jìn)步。我們通過《《Big, Bigger,Biggest》：London Heathrow Airport》一覽這座具有劃時(shí)代意義的機(jī)場(chǎng)，，敘述手法也是按照時(shí)間線的方式來(lái)展現(xiàn)機(jī)場(chǎng)背后的故事。希斯羅機(jī)場(chǎng)則是集7項(xiàng)開創(chuàng)性的特征于一身，躍身為世界前列的機(jī)場(chǎng)。

圖1：鳥瞰希斯羅機(jī)場(chǎng)

　　倫敦希思羅機(jī)場(chǎng)(Heathrow Airport，IATA：LHR)，通常簡(jiǎn)稱為希思羅機(jī)場(chǎng)，位于英國(guó)英格蘭大倫敦希靈登區(qū)，離倫敦中心有15英里(24千米)遠(yuǎn)。此機(jī)場(chǎng)由BAA負(fù)責(zé)營(yíng)運(yùn)，為英國(guó)航空和維珍航空的樞紐機(jī)場(chǎng)以及英倫航空的主要機(jī)場(chǎng)。

　　希斯羅機(jī)場(chǎng)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(jī)場(chǎng)，也是全英國(guó)乃至全世界最繁忙的機(jī)場(chǎng)之一，2015年以7499萬(wàn)的總客流量在全球眾多機(jī)場(chǎng)中排行第六。不堪重負(fù)的希斯羅機(jī)場(chǎng)又開啟了新一輪擴(kuò)建計(jì)劃，以麥克·戴維斯(Mike Davies)為首席建筑師的團(tuán)隊(duì)開始籌備第五航站樓的計(jì)劃，造價(jià)高達(dá)80億美金的巨大航站樓于2008年3月27日正式啟用。5號(hào)航站樓由3棟建筑組成，主體高達(dá)40米，航站樓內(nèi)還有各種客戶服務(wù)設(shè)施并和地鐵線相連，每年可以滿足3千萬(wàn)旅客的需求，這也直接將希斯羅機(jī)場(chǎng)的年旅客容量提升至億人次俱樂部的標(biāo)準(zhǔn)。

圖2： 西斯羅機(jī)場(chǎng)5號(hào)航站樓

　　NO 1.航空管制安全如何保障?

圖3： 1925年的克羅頓機(jī)場(chǎng)

　　追根溯源，倫敦市郊的一座小機(jī)場(chǎng)帶來(lái)第一項(xiàng)重大突破，這也是航空業(yè)安身立明的法寶，機(jī)場(chǎng)上空的安全性——航空管制(Air Traffic Control)。1920年倫敦的主要機(jī)場(chǎng)還是克羅頓(Croydon，圖3)機(jī)場(chǎng)，當(dāng)時(shí)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(biāo)(海岸線、河流、大型城鎮(zhèn)和道路)來(lái)識(shí)別方向。但有的時(shí)候人的視覺并不靠譜，1922年4月7日，一名從法國(guó)巴黎起飛的飛機(jī)將飛機(jī)降至云層下方以識(shí)別方位，他在掃視地面尋找地標(biāo)時(shí)，沒有發(fā)現(xiàn)另一架從克羅頓機(jī)場(chǎng)飛起的貨機(jī)迎面而來(lái)。這也造成了民航史上首例撞機(jī)事件(圖4)，造成7人喪生。對(duì)于沒有任何預(yù)防措施的飛行活動(dòng)而言，撞機(jī)事故的發(fā)生只是時(shí)間問題。

圖4：1922年克羅頓機(jī)場(chǎng)撞機(jī)事件

　　為了避免機(jī)場(chǎng)附近的撞機(jī)事件再次發(fā)生，克羅頓機(jī)場(chǎng)引入了一項(xiàng)新技術(shù)，所有朝機(jī)場(chǎng)前進(jìn)的飛機(jī)都要發(fā)出無(wú)線電波，克羅頓機(jī)場(chǎng)的無(wú)線電接收機(jī)會(huì)測(cè)量出信號(hào)的角度，這顯示了飛機(jī)的具體方位。但光靠飛機(jī)方位無(wú)法確定其準(zhǔn)確位置，克羅頓機(jī)場(chǎng)又架設(shè)了另外兩架電臺(tái)。此時(shí)克羅頓機(jī)場(chǎng)只要知道飛機(jī)的坐標(biāo)位置便可引導(dǎo)飛機(jī)安全降落在機(jī)場(chǎng)，航空管制就此誕生。

圖5： 初期的機(jī)場(chǎng)航空管制技術(shù)

　　在1921年時(shí)，克羅頓機(jī)場(chǎng)每周約有60個(gè)航班起降，現(xiàn)如今希斯羅機(jī)場(chǎng)每小時(shí)都有上百架航班起降。航空管制員引導(dǎo)飛機(jī)降落，然后將飛機(jī)交予地面管制員，而地面管制員要看到地面上的所有飛機(jī)，5號(hào)航站樓的建設(shè)便會(huì)帶來(lái)一些問題。由于5號(hào)航站樓過于龐大，導(dǎo)致地面管制員會(huì)看不到遠(yuǎn)處的飛機(jī)。所以他們需要在機(jī)場(chǎng)中央建設(shè)一座新的塔臺(tái)，這對(duì)于繁忙的希斯羅機(jī)場(chǎng)而言這會(huì)讓機(jī)場(chǎng)陷入一片混亂。折中的方法便是在機(jī)場(chǎng)邊緣建設(shè)新塔臺(tái)，建成之后再遷移到預(yù)訂位置。塔臺(tái)的重量接近1千噸，搬家計(jì)劃還不能影響航班的起降，工程人員決定在某個(gè)周五的傍晚進(jìn)行。希斯羅機(jī)場(chǎng)被關(guān)閉后，新的塔臺(tái)(圖6)便開始了1.2英里的“喬遷之旅”，依靠3部運(yùn)送航天飛機(jī)傳送機(jī)，整個(gè)工程按計(jì)劃順利完成。

圖6： 飛機(jī)背景中的新塔臺(tái)

　　空管技術(shù)可以讓更多的飛機(jī)安全落地，但是當(dāng)機(jī)場(chǎng)停滿飛機(jī)后，旅客安全的上下機(jī)會(huì)變得愈發(fā)的困難。倫敦蓋特威(Gatwick)希望能為2萬(wàn)名旅客提供服務(wù)，它必須拉近飛機(jī)和乘客之間的距離，同時(shí)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(jì)20年代，飛機(jī)旅行只是少數(shù)人能享受到的服務(wù)，當(dāng)時(shí)的登機(jī)環(huán)境不僅簡(jiǎn)陋，還很危險(xiǎn)，這遠(yuǎn)不能滿足“權(quán)貴”乘客的需求。工程師莫里斯在1933年時(shí)突發(fā)奇想，引入了圓形航站樓(圖7)的概念。他的設(shè)計(jì)理念在當(dāng)時(shí)非常先進(jìn)，圓形的航展樓設(shè)計(jì)對(duì)乘客和飛機(jī)都有利。飛機(jī)滑至登機(jī)門，可以提供旅客上下機(jī)和飛機(jī)加油等成套的服務(wù)。蓋特威蜂巢式的航站樓也是世界上首座運(yùn)營(yíng)的機(jī)場(chǎng)航站樓。

圖7： 圓形航站樓

　　希斯羅機(jī)場(chǎng)則將快速服務(wù)里的理念發(fā)揮到極致，飛機(jī)從落地到再度起飛所停留的時(shí)間很少超過90分鐘。對(duì)于希斯羅機(jī)場(chǎng)而言，圓形航站樓的設(shè)計(jì)已經(jīng)落伍。較大的圓形航站樓的確可以容納更多的飛機(jī)，但這樣的設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致大部分的空間閑置(俗稱攤大餅)，希斯羅機(jī)場(chǎng)6號(hào)航站樓改用吐司架(圖8)的新型結(jié)構(gòu)，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(shè)計(jì)

　　希斯羅機(jī)場(chǎng)5號(hào)航站樓看似簡(jiǎn)單，但建筑過程卻相當(dāng)復(fù)雜，工地面積超過140萬(wàn)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?cè)诮ㄖ�之上加了一座等斜雙坡屋頂，屋頂面積等同于5座足球場(chǎng)。如何吊起這座巨大的屋頂是整個(gè)工程團(tuán)隊(duì)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(wú)霸(Jumbo Jet)客機(jī)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(jī)(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(dá)185噸，一共有16部多股鋼絞線千斤頂同時(shí)運(yùn)作，這一過程耗費(fèi)了一年時(shí)間，并用去了1萬(wàn)8千噸鋼材。當(dāng)然他們這些花費(fèi)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(jī)和飛機(jī)休整的效率，運(yùn)量瓶頸很快便由地面轉(zhuǎn)移到了空中，螺旋槳式的客機(jī)很快便無(wú)法滿足運(yùn)力，直至進(jìn)入噴氣機(jī)時(shí)代。但這同樣給機(jī)場(chǎng)帶來(lái)革命性的改進(jìn)——機(jī)場(chǎng)跑道強(qiáng)度的革新。

　　No 3. 如何滿足A380型客機(jī)的停放?

　　芝加哥奧黑爾(O’HARE)機(jī)場(chǎng)為了建造容納15萬(wàn)名乘客的機(jī)場(chǎng)， 他們必須對(duì)跑道進(jìn)行大規(guī)模的更新。噴氣客機(jī)可以在搭載更多乘客的前提下飛的更快、更遠(yuǎn)，但他們同樣需要高等級(jí)的跑道標(biāo)準(zhǔn)。波音707客機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)比道格拉斯公司生產(chǎn)的DC-3客機(jī)重3倍，燃油裝載多19倍，載客量增加8倍，客機(jī)重量為13倍，傳統(tǒng)跑道無(wú)法滿足如此重量的降落任務(wù)。芝加哥機(jī)場(chǎng)為了迎接噴氣客機(jī)，重新翻修了機(jī)場(chǎng)跑道。工程師將鋼制框架預(yù)埋在混凝土中，但這種人力操作的方法很不劃算。后來(lái)他們發(fā)明了一種鋪設(shè)混凝土的機(jī)械設(shè)備——滑動(dòng)模塊鋪路機(jī)，這種設(shè)備可以連續(xù)鋪設(shè)很長(zhǎng)的跑道距離，效率和質(zhì)量都能達(dá)到極高標(biāo)準(zhǔn)。

圖11 ： 滑動(dòng)模塊鋪路機(jī)

　　空客A380的問世又對(duì)機(jī)場(chǎng)跑道帶來(lái)了新標(biāo)準(zhǔn)，滿載的A380可以達(dá)到580噸的重量，這款飛機(jī)也將混凝土的要求推向了極致。設(shè)計(jì)5號(hào)航站樓的停機(jī)坪時(shí)，工程師不能使用普通的混凝土進(jìn)行鋪設(shè)。普通的混凝土含有水，無(wú)法和混合料中的石頭進(jìn)行黏合，A380在通過時(shí)很輕易的便將混凝土碾裂。唯一的解決方法便是鋪設(shè)將近1米厚的混凝土，即使是最先進(jìn)的鋪路機(jī)也不能滿足這種標(biāo)準(zhǔn)。5號(hào)航站樓四周的路面面積超過1百座足球場(chǎng)的面積總和，所需的混凝土高達(dá)6萬(wàn)2千多工程車量，這也遠(yuǎn)超預(yù)算。工程師決定采用一種新型的混凝土來(lái)鋪設(shè)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(hào)航站樓外的旅客通道

　　但噴氣客機(jī)給機(jī)場(chǎng)帶來(lái)另外一個(gè)難題，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)距離地面太近，任何吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的異物都可能造成嚴(yán)重的后果。2000年7月25日，世界上唯一商業(yè)運(yùn)行的超音速噴氣式協(xié)和客機(jī)便因跑道上一小塊金屬物而發(fā)生墜機(jī)事故。為了保障客機(jī)的安全飛行，機(jī)場(chǎng)也必須保持跑道的干凈。噴氣客機(jī)龐大的體量也將航站樓跟著變大，這逐漸演變成對(duì)旅客體力的一種考驗(yàn)，不斷增大的內(nèi)部空間不得不讓工程師們考慮到機(jī)場(chǎng)內(nèi)的機(jī)動(dòng)性。

圖13：鳥瞰5號(hào)航站樓

　　No 4. 如何讓旅客更加快捷的登機(jī)?

　　最先考慮到機(jī)動(dòng)性的是美國(guó)達(dá)拉斯沃斯堡機(jī)場(chǎng)，沃斯堡機(jī)場(chǎng)在開始建造時(shí)有一條半公里長(zhǎng)的走廊，機(jī)場(chǎng)的管理者察覺他們必須讓乘客以更加輕松的方式登機(jī)。加州的采石場(chǎng)帶給了他們的靈感，這座采石場(chǎng)擁有長(zhǎng)達(dá)9英里的運(yùn)輸帶，將石塊運(yùn)送到遠(yuǎn)處的水壩。沃斯堡機(jī)場(chǎng)的工程師將運(yùn)輸石料的運(yùn)輸帶改良之后引入到了機(jī)場(chǎng)內(nèi)部，他們?cè)谙鹉z運(yùn)輸帶下的軌道上鋪設(shè)了木制托板，這也被稱之為電動(dòng)步道(圖14)。整個(gè)系統(tǒng)由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，在沃斯堡機(jī)場(chǎng)啟用時(shí)吸引了20萬(wàn)名游客前來(lái)參觀。

圖14：電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的步道

　　現(xiàn)在運(yùn)送旅客的問題已不僅限于機(jī)場(chǎng)內(nèi)部，而是如何高效快捷將旅客送至航站樓。希斯羅5號(hào)航站樓對(duì)此架設(shè)了一套頗具實(shí)驗(yàn)性的運(yùn)輸系統(tǒng)：PRT(個(gè)人捷運(yùn)系統(tǒng))，電腦系統(tǒng)控制的個(gè)人捷運(yùn)系統(tǒng)采用“豆莢式”式的車廂(圖15)設(shè)計(jì)，每3秒可運(yùn)送4名旅客到航站樓，因?yàn)橛袑?dǎo)軌限制，它既不需要司機(jī)也不會(huì)相互碰撞。運(yùn)營(yíng)前期將投放18輛“豆莢車”往返于停車場(chǎng)和5號(hào)航站樓之間。相比于公交車而言，“豆莢車”可以提高一倍的運(yùn)力。

圖15：個(gè)人捷運(yùn)系統(tǒng)

　　越來(lái)越多的乘客搭乘飛機(jī)旅行，這也成為恐怖分子眼中理想的目標(biāo)。亞特蘭大機(jī)場(chǎng)為了保障1400萬(wàn)旅客的安全措施，不得不采取更為先進(jìn)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(jī)，將客機(jī)帶往約旦沙漠地帶。此后美國(guó)政府決定在飛機(jī)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(jī)體造成爆炸性減壓的災(zāi)難性后果。必須將劫機(jī)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(jī)場(chǎng)帶來(lái)了極大的困擾，這次工程師們?cè)阡從緩S尋找到了解決方法。價(jià)值上千美金的剖木機(jī)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(jìn)入剖木機(jī)之間都要接受金屬探測(cè)器的檢驗(yàn)，工人們經(jīng)常會(huì)在木材中發(fā)現(xiàn)子彈和釘子，而這兩項(xiàng)正是機(jī)場(chǎng)安保人員的頭等大患。金屬探測(cè)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(shí)會(huì)反射電磁回波，這將觸發(fā)警鈴。這種儀器在運(yùn)用到機(jī)場(chǎng)當(dāng)中，即使不用搜身也能發(fā)現(xiàn)違禁物品。

圖16： 金屬探測(cè)工作原理

　　但金屬探測(cè)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(jī)上引爆土制炸彈的嫌疑人，這名嫌疑人在他的鞋子中埋設(shè)了塑膠炸彈，并成功躲過安檢順利登機(jī)。現(xiàn)在則有一種專門的儀器來(lái)應(yīng)對(duì)這種問題，拱門式檢測(cè)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(cè)到的偵測(cè)器中�？植婪肿庸�擊機(jī)場(chǎng)不僅僅會(huì)傷害到民眾，還會(huì)重創(chuàng)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)和形象。5號(hào)航站樓采用新型特殊X光掃描儀，每天檢查8萬(wàn)多旅客，X光掃描儀利用多束X光測(cè)量每件行李的原子量，然后自動(dòng)顯示可疑物品，進(jìn)而加速整個(gè)檢測(cè)進(jìn)程。

圖17： 拱門式檢測(cè)器工作原理

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

　　No 6. 如何處理更為龐大的行李問題?

　　1975年，洛杉磯國(guó)際機(jī)場(chǎng)每年需要為2400萬(wàn)名旅客提供服務(wù)和兩倍于此的行李數(shù)。航空公司一直希望能夠?qū)⑿欣罘謷�的作業(yè)自動(dòng)化，但他們卻找不到能讀取行李標(biāo)簽的機(jī)器，一直到1974年一包口香糖帶動(dòng)了行李分揀作業(yè)的進(jìn)步。口香糖是最先采用條碼的產(chǎn)品，這種產(chǎn)品的相關(guān)信息通過黑白線條來(lái)加密，線條會(huì)通過反射激光掃描儀的光線傳輸?shù)诫娔X，接著會(huì)解析信息并顯示產(chǎn)品的價(jià)格，這種儀器改進(jìn)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(shù)

　　但在條碼技術(shù)引入機(jī)場(chǎng)的初期應(yīng)用時(shí)并不順利，條碼標(biāo)簽可能出現(xiàn)在行李上的任何一個(gè)地方，因此機(jī)器從各個(gè)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(lái)中央電腦會(huì)處理標(biāo)簽上的資料，然后將行李分別送往正確的飛機(jī)上。但即使是最先進(jìn)的機(jī)器依然會(huì)犯錯(cuò)，目前光是美國(guó)的航空公司每年依然會(huì)誤送300多萬(wàn)件行李。

圖19：行李標(biāo)簽掃描系統(tǒng)

　　希斯羅機(jī)場(chǎng)5號(hào)航站樓每小時(shí)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(jī)場(chǎng)在行李配送之前一直“聲名狼藉”，因此5號(hào)航站樓期望通過新系統(tǒng)打一個(gè)翻身仗。5號(hào)航站樓擁有業(yè)內(nèi)最大的行李系統(tǒng)(當(dāng)時(shí))價(jià)值近5億美元，內(nèi)部擁有5英里長(zhǎng)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(lái)建造(圖20)，系統(tǒng)工程師耗費(fèi)13年來(lái)打造這套系統(tǒng)，最后又經(jīng)過8個(gè)月時(shí)間來(lái)測(cè)試。最終的考驗(yàn)是在4小時(shí)內(nèi)處理1.2萬(wàn)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(chǎng)不能失敗的“戰(zhàn)役”。

圖20 ： 5號(hào)航站樓的分揀系統(tǒng)圖

　　1993年，丹佛機(jī)場(chǎng)開始采用全自動(dòng)行李處理系統(tǒng)，本來(lái)能給機(jī)場(chǎng)帶來(lái)極大效率提升的系統(tǒng)卻引發(fā)了一場(chǎng)災(zāi)難，不斷有行李從輸送帶上飛出并卡住主運(yùn)輸帶。丹佛機(jī)場(chǎng)不得不延期一年才投入使用。為了以防萬(wàn)一，5號(hào)航站樓還設(shè)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(jī)器會(huì)將慢速輸送帶上的行李送到平臺(tái)車上

　　希斯羅機(jī)場(chǎng)還需要處理一個(gè)特殊的行李問題——過境機(jī)場(chǎng)旅客的行李。

　　早期的行李儲(chǔ)存設(shè)備可以容納4千件行李，并且由機(jī)器人進(jìn)行操作，機(jī)器會(huì)自動(dòng)取回行李然后將行李送上飛機(jī)。為確保行李能及時(shí)登上飛機(jī)，機(jī)器會(huì)將慢速輸送帶上的行李送到平臺(tái)車上，平臺(tái)車則將行李送到位于航站樓地下室的傳輸系統(tǒng)上，平臺(tái)車(圖21)完全依靠磁加速器前進(jìn)，時(shí)速可以達(dá)到18英里，這臺(tái)系統(tǒng)的終極目標(biāo)就是在15分鐘內(nèi)將柜臺(tái)上的行李送上客機(jī)，在測(cè)試中1.2萬(wàn)件行李無(wú)一丟失。

圖22：移動(dòng)中的平臺(tái)車

　　希斯羅機(jī)場(chǎng)和其他機(jī)場(chǎng)一樣，原本是一片草地，通過不斷地?cái)U(kuò)建和科技的加持讓希斯羅機(jī)場(chǎng)保持了競(jìng)爭(zhēng)力。5號(hào)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(shí)順應(yīng)將來(lái)機(jī)場(chǎng)內(nèi)部作業(yè)形態(tài)的變化。一步步的科技進(jìn)展打造了新世代機(jī)場(chǎng)——倫敦希斯羅機(jī)場(chǎng)。

圖23：西斯羅機(jī)場(chǎng)5號(hào)航站樓內(nèi)景

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