机场跑道是民用航空运营中最关键的基础设施之一，其工程设计直接影响着航空器的起降安全与运营效率。一条设计优良的跑道需要在多个维度上达到精确的技术指标：既要保证道面具备足够的结构强度承载重型飞机的冲击与摩擦，又要确保在各种气象条件下都能提供稳定可靠的表面特性。本文将从跑道排水系统、标志标线规范以及灯光引导系统三个核心维度，系统阐述跑道工程的设计与实现要点。
跑道排水系统设计原理与工程参数
跑道排水系统是保障跑道表面性能的第一道防线，其设计质量直接关系到道面的使用寿命与飞行安全。根据美国联邦航空管理局（FAA）发布的《机场排水设计咨询通告》（AC 150/5320-5D），跑道排水系统的设计目标是在设计暴雨事件期间，确保车辆能够安全通过或设施正常运行。排水系统失效将导致跑道表面积水，进而引发飞机水飘现象（hydroplaning），显著增加制动距离并降低方向可控性，严重威胁飞行安全。
排水系统设计分为地表排水与地下排水两大类别。地表排水的核心在于精确控制跑道表面的纵横向坡度，使雨水能够在重力作用下快速流向排水设施。根据国际民航组织（ICAO）附件 14 及 FAA 标准的规定，跑道表面应设置纵向坡度与横向坡度。纵向坡度通常控制在 1% 至 1.5% 之间，具体数值取决于跑道长度、当地降雨强度以及地形条件。横向坡度（也称横坡或路拱）则一般设置在 1.5% 至 2% 之间，采用双面坡或抛物线形坡面设计，确保雨水能够均匀地向两侧排出。
地表排水系统的组成要素包括边沟、开放渠道、路缘与边沟、雨水口、检查井以及雨水管道等。在跑道两侧设置的边沟用于收集并输送从道面流出的雨水，其设计需考虑当地暴雨重现期与汇水面积。先进的排水设计还可能采用沟式排水沟（trench drain）或透水性铺装材料，进一步提升排水效率。值得注意的是，排水设施的设计还需考虑防止吸引危险野生动物的问题，因为这同样关乎航空安全。
地下排水系统则负责处理渗透至道面结构层内部的水分，防止其软化基层与路基土。地下排水系统主要由穿孔收集管（underdrains）、法国排水管（French drains）、土工织物滤层以及砂砾滤层等组成。当地下水位较高或土壤渗透性较差时，地下排水系统的设计尤为重要。穿孔收集管通常铺设于道面结构层底部，以一定坡度将汇集的地下水引导至排水设施。土工织物滤层的作用是防止细颗粒土侵入排水材料，保持排水系统的长期有效性。
在管道设计方面，FAA 标准对管道的埋设深度、基础与回填材料都有明确规定。管道顶部至道面的最小覆盖层厚度需满足结构强度要求，而最大覆盖层厚度则需确保后续维护与可能的管道更换操作可行。设计过程中还需综合考虑降雨强度、汇水区域特征、径流系数以及土壤渗透性等因素，借助水文计算与水力设计程序完成系统选型与尺寸确定。
跑道标志标线的规范体系与技术要求
跑道标志标线是飞行员在目视条件下进行起降操作的重要参照，其设计遵循严格的国际与国家标准体系。FAA 发布的《机场标志标准》（AC 150/5340-1M）详细规定了跑道、平行滑行道以及机坪区域标志的尺寸、颜色、位置与材料要求。这些标准同时兼顾了不同类型机场的需求，从小型通用机场到大型国际枢纽机场均有相应的规范指导。
跑道标志主要分为跑道中线标志、跑道边线标志、接地地带标志、瞄准点标志以及跑道号码标志等。跑道中线标志采用等间距的白色虚线形式，沿跑道中心线布置，为飞行员提供跑道走向的视觉引导。虚线的线段长度与间隔距离根据跑道类型与代码有所不同，具体参数需对照相应的标准表格确定。在跑道入口与出口区域，中线标志可能需要采用实线或特殊形式的标志，以提示飞行员即将进入或离开跑道。
跑道边线标志用于标示跑道的实际边界，特别在跑道与周边区域对比度不足时尤为重要。边线标志为连续的白色实线，夜间或低能见度条件下通常配合跑道边灯使用。接地地带标志（ touchdown zone markings）布置在跑道入口后的特定位置，由一对对称的白色条带组成，用于提示飞行员最佳接地区域。瞄准点标志（aiming point markings）则位于接地地带之后，通常为两个显著的白色矩形，中心间隔较大，为飞行员提供目视进近的参考点。
跑道号码标志标示跑道的磁方位角除以 10 后的数值，是飞行员确定跑道方向的主要依据。例如，磁航向为 273 度的跑道，其号码标志为 27。号码标志采用大号字体绘制，颜色通常为白色，在对比度不足的情况下可能使用黄色或黑色背景以增强可识别性。当机场存在平行跑道时，还需通过字母后缀（如 27L、27R）进行区分。
标志材料的选用同样关乎其功能发挥与使用寿命。机场标志漆需要具备良好的附着力、耐磨性、抗紫外线性能以及在潮湿条件下的反光能力。现代机场普遍采用热熔型道路标线涂料或高固体分溶剂型涂料，并通过掺加玻璃微珠实现反光效果。标志的维护周期与重绘频率取决于交通流量、气候条件以及材料性能，需要建立系统的检查与维护制度。
跑道灯光引导系统的工程实现
跑道灯光系统是保障夜间与低能见度条件下飞行安全的关键设施，其设计、安装与维护均有详细的技术标准。FAA 发布的《跑道中线与接地地带照明系统安装细则》（AC 150/5340-4C）对道面嵌入式灯光系统的设计、材料、安装、检测与维护程序做出了全面规定。这些灯光系统根据跑道的精密进近类别（Category I、II、III）有不同的配置要求。
跑道中线灯光系统沿跑道中心线布置，为飞行员提供跑道中心位置的连续视觉引导。根据 FAA 标准，跑道中线灯的间距为 15 英尺（约 4.57 米），在跑道入口前需设置一定长度的入口中线灯以提供预引导。跑道中线灯的颜色编码具有重要的功能指示意义：跑道入口至最后 3000 英尺至 1000 英尺区间采用红白交替的灯光；跑道最后 1000 英尺区间则全部使用红色灯光，向飞行员明确提示跑道末端的位置。这一颜色渐变设计使飞行员能够在夜间或低能见度条件下准确判断可用跑道长度，及时做出复飞或着陆决断。
接地地带灯光系统（ touchdown zone lighting）由对称布置于跑道中线两侧的横向光条组成，主要服务于着陆操作。根据标准配置，接地地带灯光的第一排位于跑道入口后 100 英尺处，随后按一定间距延伸至 3000 英尺或更远的位置。接地地带灯光采用白色颜色，在飞行员进近过程中提供明确的接地区域视觉提示。对于精密进近跑道（尤其是 Category II 与 III 跑道），道面嵌入式灯光系统是标准配置；而对于 Category I 跑道，当其用于低于 2400 英尺跑道视程（RVR）的着陆操作时，同样需要配置此类灯光。
道面嵌入式灯光系统的安装方式对系统的可靠性与维护便利性有重要影响。FAA 标准推荐采用整体式安装方法，即在新建道面或道面加盖层时将灯光系统与道面结构同步施工，使用 L-857 型变压器基座与导管系统。这种安装方式能够有效保护灯具与电缆，减少未来维护时的停机时间。对于既有道面的改造项目，可采用嵌入式安装方法，通过钻孔与切割形成灯具安装槽位，但这种方式的施工难度与维护成本相对较高。
灯光系统的组成组件包括灯具（L-850 型用于跑道中线、L-851 型用于接地地带）、变压器（L-844 型）、调光器（L-828 型）以及控制面板（L-821 型）等。这些组件均需通过 FAA 标准的认证与检测，确保其光学性能、结构强度以及环境适应性满足要求。跑道灯光系统的供电通常采用独立回路设计，并配备备用电源或应急发电机，以确保在主电源失效时仍能维持基本运行。此外，灯具的密封性能与排水设计对于防止水分侵入导致的光学性能下降或电气故障至关重要。
跑道灯光的亮度与光强需要根据环境条件与运行需求进行调节。现代机场普遍采用五级调光系统，在黄昏、夜晚、降雨或雾天等不同条件下提供适度的光强，既保证足够的目视引导效果，又避免过强灯光造成眩光或能量浪费。跑道灯光系统的集中控制通常在塔台或场务管理楼内完成，操作人员可根据实时气象条件与运行需求调整灯光配置。
工程设计中的综合考量
跑道工程设计是一项需要多专业协同的系统工程，排水系统、标志标线与灯光系统虽各有独立的技术规范，但在实际工程中需要统筹考虑其相互影响。例如，排水设施的布置需避开道面嵌入式灯光系统的安装位置；标志的设置需与灯光系统协调，确保在各种条件下都能提供一致清晰的视觉引导；跑道表面的坡度设计既要满足排水需求，也要考虑灯光系统的安装精度要求。
维护与可持续性同样是跑道工程设计中不可忽视的要素。排水系统的定期清淤与检查、标志的周期性重绘、灯光系统的更换与调试，这些维护活动都需要在设计阶段预留相应的条件与通道。采用模块化设计与标准化组件能够有效降低维护成本与停机时间，而材料的选用则需综合考虑初始投资、生命周期成本与环境适应性等因素。
参考资料
- FAA Advisory Circular 150/5320-5D: Airport Drainage Design
- FAA Advisory Circular 150/5340-4C: Installation Details for Runway Centerline and Touchdown Lighting Systems
- ICAO Annex 14: Aerodromes — Volume I, Aerodrome Design and Operations