德国法兰克福国际机场的效率_法兰克福国际机场运营故事

每天都有8百万人通过机场飞赴全球各地，大机场的运作更是像小城市一样，我们通过分析法兰克福国际机场来解开机场运营背后的故事。通过《探索》频道的镜头透过尖端的摄影和电脑成像技术来了解机场运作的秘密。

图1、空中鸟瞰法兰克福机场

庞大的A380型客机如何降落？

机场可能是世界上控制最严密的环境，如何更好地控制系统是运营机场的关键所在。上午7点15分，汉莎航空LH761号航班从新德里机场起飞后即将降落在法兰克福机场，驾驶这架A380型客机的机长是尤金姆，副驾驶是托比亚斯。历史数据显示，降落前半小时是整个航程危险系数最高的阶段，安全降落和机毁人亡往往只有一线之差，而两者的区别就在于如何控制。目前飞机的时速保持在460千米，高度3650米，乘务员也早已做好降落前的准备。航管控制中心告诉飞行员降低速度，航管员协调所有的进场飞机的速度以让他们按序降落，较低的速度也能更好地控制住飞机。副驾驶托比亚斯减少飞机的动力将速度降至425千米/小时，然而在较低的速度下如何控制好高度成为一项挑战。

图2、一架准备降落的A380型客机

飞机的升力来自高速穿过机翼的空气，速度降慢则升力减少，如果其他因素没有改变，这架飞机就会失去高度，下降率为4千米/分钟。因此在降落前8分钟，飞行员要延伸飞机襟翼以获取更多升力。飞行员开启后缝翼从机翼前抬起，襟翼也从机翼后伸出，这可以让表面积增加15%，空气流过更弯曲的机翼可以提供更多的升力。飞机在降落前6分钟已经降低到1200米，尤金姆机长要开始降落前的下一段程序，他必须控制下降的位置，飞机必须在1百米的跑道着陆区域降落才能有足够的跑道长度让飞机安全停止。在法兰克福机场，每年大约有7千架次的飞机在降落的时候看不清楚跑道的具体位置，飞行员只能依赖机场的导航设备进行降落。这种设备是一种发射机，可以向天空中传送雷达信号通道，人们通常称之为：下滑道。如果飞机维持在通道内就可以在最适合的地点着陆，因此这项设备决不能受到其他电子信号的干扰，这也是起飞降落阶段要保持手机处于飞行模式状态的原因。

图3、在云层中做最后的降落

尤金姆机长检查飞机的仪表以确保维持在下滑道内，他们要以最佳位置降落在07跑道上。接下里机长要放下起落架，这个实际也很重要，放下起落架会增加飞机阻力，所以要尽量晚些。同样飞行员只需轻轻一动，液压系统便会放下拥有22个轮胎的起落架装置，每个轮胎重达115千克，造价4500欧元。起落架系统的圆柱支架内的弹簧支撑轮胎就位，缺乏这个部件飞机降落时可能失去重要支撑。

图4、A380型客机起落架的弹簧装置

副驾驶托比亚斯在1千英尺的高度关闭了飞机自动驾驶仪，这也是飞机起飞后飞行员首次纯手工驾驶飞机。他们的位置和最先接触跑道的轮胎，距离高度差7米，长36米，所以这时有雷达扫描仪持续警报并告知他们真正的高度。但是如果尤金姆机长在200英尺的高度看不到跑道灯，他们必须做出复飞的程序。

图5、雷达持续扫描飞机实时离地高度

在模拟飞行的最后降落阶段扫描飞行员的脑部，我们发现有一个区域特别活跃：双侧尾状核，这个部分控制眼球运动和快速决策，在较为困难的降落时这一区域会加速活动，尤其是在侧风降落的时候。当飞机降落时遭遇侧风环境，飞行员的大脑必须努力控制飞机，飞行员使用方向舵和驾驶杆进行微调，脑中的双侧尾状核协调所有动作，还好今天法兰克福机场的环境很好。副驾驶托比亚斯要在跑道上方20英尺的高度进行整个航程中最精巧的操作——拉平飘。他缓慢的将操纵杆向后拉，让飞机放慢下降速度然后平稳着陆，此时拉的过头就会产生太多升力飞机无法着陆，拉的太少飞机也会撞上混凝土跑道，在其中寻找完美的平衡是飞行员需要掌握的技巧。

图6、轮胎刚落地时擦起的青

副驾驶托比亚斯在飞机即将触地时关闭发动机，将飞机速度下降到低于正常速度的1/30，我们可以看到轮胎触地时从静止状态加速到900转/分钟而冒出的青烟。此时飞机的速度依然很快，就像350头成年大象一起奔跑的动力，这个时候就需要启动一套刹车系统，车轮中的刹车臂抓住刹车皮，这种防滑技术的原理和汽车的一样，刹车系统会振动以防止锁死和侧滑，热成像摄像机显示飞机在着陆的时候轮胎的温度会升高到400摄氏度，刹车皮是由碳纤维复合材料制成，这足以承受超过900摄氏度的高温。除此之外这架A380还会启动另外一套刹车系统，机翼内的液压系统将16块减速板推出，这些扰流板可以增加额外的阻力，让飞机速度减慢并将飞机的重量压向跑道。通过这两套系统的协同合作，A380能从240千米/小时降至30千米/小时只花费36秒钟，汉莎航空LH761号航班平稳着陆。乘客在数分钟内走出飞机，相关工作人员则开始卸下行李，并将下一航程的行李送上飞机。

图7、降落在法兰克福机场的国泰波音747型客机。

机场每天都需要处理10万件行李，他们如何确保每一件行李都能在限定的时间内到达正确的地点？

图8、法兰克福机场1号航站楼

机场的目标是在登记手续办理完45分钟内将目标行李送上正确的飞机货舱位置，机场内庞大而又繁杂的行李处理系统是完成整个任务的关键。机场的行李处理系统长达80千米，里面布满了轨道、隧道和卸货区。机场的每一个网络都经过精心设计，这可以保证98.7%的行李都能在正确的时间内登上飞机。行李处理员先要取得行李信息，高效处理的关键就在于行李标签，上面除了显示姓名和目的地之外还有数十位条码信息，其中3位数字代表航班代码，6位数字代表行李的专用数字，还有1位数字显示特殊信息。行李被贴上标签之后就进入机场的地下通道，里面是庞大轨道网络包含2万3千个马达和超过10万个轮子，全天无休的以9千米/小时的速度运送行李。

图9、法兰克福机场下庞大而又复杂的行李运输系统

在如此庞大而又复杂的系统中，处理员通过行李的塑料托盘来追踪每一件行李，托盘下面还有金属地盘，这可以在高速运行中防止在轨道上飞离。托盘和地盘两侧还有可扫描代码，机场电脑系统可以将这些代码和行李标签相联系，找到托盘的位置就知道行李的位置。行李进入系统数秒钟后就会经过轨道分叉的连接点，整个系统拥有1500个，每个连接点都有激光扫描器。中央电脑传来指令以在连接点转换方向，这让托盘沿着设定好的路线前进。整个系统最大的威胁便是发生零件损坏，工程师在中央行李控制室监控轨道上的行李运营状态，整套行李系统被设计为多路运行网络，一旦检测到部件顺坏，中央处理系统会在运行途中随机转换多个不一样的通道，这时即使有部分轨道出现问题，也只有部分行李会受到影响，这个时间差也是工程师维护的时间。最后行李还需要经过一项重要的安全检查——爆炸物检查。1988年泛美公司103号航班在洛克比小镇上空爆炸，造成270人遇难，而炸弹则被藏在行李中，在历经的所有机场中包括法兰克福机场，而这个包含炸弹的行李并不属于任何机上的乘（详见:空难改变航空史33——炼狱洛克比泛美航空103号航班）。现在当旅客到达登机口会有人扫描登机牌，中央处理系统会将这个信息和行李进行连接，当行李处理人员发现行李的主人没有登机的时候就会将行李取下。

图10、法兰克福机场1号航站楼登机廊桥

坐飞机不花钱的技巧

航空里程是航空公司主导的奖励计划，搭乘客机就可以赚取里程积分，积分还可以兑换另一次航班的机票，然而大多数旅客并不了解其中的很多细节。班是一名旅行作家，他采用乘机赚积分的方式累计了500万航空里程。赚取航空里程的方式就是搭乘便宜的客机，然后用积分换取昂贵的机票。班在一周内要搭乘30次有折扣的航班，总共花费700欧元，这可以赚取62500里程积分。然后他用这些积分购买飞往日本的头等舱机票（价值12000欧元）。飞行并不是累计里程的唯一方式，班拥有40张不同的信用卡，通过信用卡消费可以获取5~10万里程积累（美国航空和花旗银行提供办卡人10万里程的福利奖励，班一口气办了五张。），由于班掌握了里程消费的技巧，当他走向登机口的时候不用给航空公司支付任何钱。

图11、1号航站楼附近的铁路车站

机场大厅每小时会涌入4千人，麦克博士负责监控客流区域，为了保证机场内的有序，他开始研究旅客流动的规律，并用巧妙的方法引导旅客的行动。精确的调度时间很重要，乘客会因为在航站楼内迷路或者安全检查而延误时间。麦克博士发现商务旅客会以最快最直接的路线走到登机口，而普通旅客则会慢慢悠悠晃到登机口。麦克的视觉化大数据更能发现其中隐藏的规律，从中能看到男人走路的速度比女人快10%，四人成行比两人慢，一群乘客常常以V字形前进以便彼此交流，对于反方向走来的乘客来说他们就像滚动的路障一样。文化的冲突也会干扰流动性，欧洲人通常会靠右躲避对方，亚洲游客会靠左，当欧洲人碰到亚洲人的时候就会发生问题。现在麦克知道乘客流动的模式之后就开始控制他们，就自动人行道而言，它的功能不局限于让人更省力，而是利用不同旅客的不同移动速度的流量控制模式，自动人行道建立3中不同流动速度的单向系统，一种是乘客不适用自动人行道，第二种是乘客站在缓慢向前移动的自动人行道上，第三种是快速通道以提供给追求效率的乘客。自动人行道将单一速度的单一通道转换成3种速度模式。

图12、一群旅客并排行走就会给对方带来阻碍。

如果乘客搞不清楚方向的话，再快也没有办法提高效率。格雷格负责避免乘客陷入迷路的困境，他负责机场的7千个标志，他的标志设计理念很简单——信息越少越好。简单招牌最适用与象形图，这种设计图案适用于各种语言，不过这是建立在大家对图案的理解能力一致，某些乘客会把法兰克福机场的电梯和厕所的图案搞混淆。即使有最完美的标识系统还是避免不了排队现象，萨尔瓦多使用数百台闭路电视监控航站楼的每个角落，他能很快发现机场的任何堵塞情况，如果不立刻处理问题乘客有可能错过航班。萨尔瓦多发现1号航站楼的一个检查点出现了排队现象，他立刻在控制中心改变标识上的信息引导乘客到不同的检查点，不到10分钟这个小小的变化开始发挥神奇的作用，排队现象消失了，萨尔瓦多的团队为机场的顺畅性起到了重要作用。

图13、文化的冲突同样也会带来交通堵塞

如何保持环境的整洁？

在过去的16个小时，有15万名乘客经过法兰克福机场，每天都会产生17吨的垃圾。1号航站楼的服务区，拉尔斯和他的团队负责清理63万平方米的地板，660名清洁员要让整个机场保持洁净，这也是一项艰巨的任务。拉尔斯和团队要清理的不仅仅是能看到的垃圾，还有只有透过粉末和紫外线灯看到的手印和污迹遗留在桌子、椅子上，人类的手平均携带超过100种细菌，机场是国际旅客大交汇的地方，这也很有可能成为传播疾病的通道。控制机场的清洁不仅仅为了美观，这里也是对抗全球流行疾病的前沿阵地。晚上10点25分，最后一架航班离境，拉尔斯团队即将展开行动，他们将在7个小时内让整个机场打扫一遍，抛光机大队在八楼开始工作，他们的利器是带有涡轮增压装置的坦南特T15型骑士清洗机用来洗刷整个通道路面。另一组则是电动清洁手推车，它会保持10公里/小时的速度清理垃圾。早晨6点，拉尔斯的清洁团队完成整个任务。

图14、机械化的垃圾清扫装备

如何保证避免鸟击事件？

接下来则是艾伯特的团队出场了，他们的工作是控制附近的动植物，让他最头疼的是鸟类。艾伯特介绍机场每1万次降落会有2~3次鸟类撞机事件。通常一只鸟和飞机撞击后，鸟类的下场很悲惨，但是有时候这类撞机会破坏飞机的机械结构。2009年1月15日，全美航空1549号航班遭遇鸟击造成双发失效，幸运的是沙林博格机长成功迫降在哈迪逊河中。（详见：空难改变航空史2——哈迪逊河奇迹全美1549号航班）。艾伯特有什么高招来控制鸟类？他的第一个策略是不要让他们在这里感觉很舒服，动物和鸟类通常需要捕食、休息和繁殖，所以要让附近的鸟类没有食物来源和地方筑巢。可以产生果实的树木已经被移除，让杂草长得很高确保老鹰和隼看不到老鼠和其他猎物，机场2千公顷范围内也没有开放式水域，灯光和标志上的尖刺装置也让鸟类不能降落休息，对于更为“坚定”的鸟类艾伯特还有烟火应对。除此之外艾伯特还要面对掠食性鸟类的侵扰，它们会在空中盘旋以寻找地面上的猎物，为了摆脱这些鸟类，艾伯特重新设计了整个生态系统。所以法兰克福机场还养了一群狐狸，这些动物可以捕食老鼠，老鼠少了就会让更少的鸟类“造访”，机场还计划建造人工狐狸窝，将5座狐狸窝策略性的放置在机场周围，这些狐狸则会日夜无休的捕食鸟类的食物。

图15、法兰克福机场附近的5个人工狐狸养殖点

机场外1公里的美茵河（RiverMain）也成为一种威胁，候鸟就是用这条河流作为导航标示，发明家沃格尔采用热成像塔来侦测候鸟群，这个装置可以精确的预测候鸟来临的时间。三座热成像塔设立在美茵河沿岸每一座都有两具热成像摄像机，一旦摄像机发现群鸟，系统会自动判断鸟类的大小、高度和航向，然后计算这些鸟类是否会对降落的飞机产生威胁，这可以给飞行员预留出2~7分钟的准备时间，这也是全球唯一预测机场附近鸟类的装置。

图16、美茵河畔的3个热成像摄像机

现代航空科学还需要掌握的一个环境便是客机的内部空间，航空科技的进步本身便是一种奇迹，想象一下身处12千米高空以900公里的时速向前飞驰，而只有咫尺之遥的机舱外部则是人类禁区（零下57摄氏度），那里的气温过低，空气又太稀薄，不足以提供人类生存的最基本条件。大家能够坐在机舱内拥有较为舒适的状态，多拜几十年间航空科学研究的成果。来到瑞卡罗赛车座椅工厂，他们同样也是汉莎航空公司的座椅供应商，设计客机座椅的首要任务便是舒适，乘客要在客机的座椅上待上数小时。1950年，飞机座椅的设计可以在坠毁时承受9G的力量，现在则可以承受16G的力。经济舱中的座椅每一英寸都经过精心设计，比如在餐桌放下时刚好有3°的倾斜，这可以让飞机在某个角度飞行时保证餐桌的平稳。航空座椅可以使用超过12年，每天高达20小时的负荷。生产厂商设计了一系列测试用以检查座椅是否牢固。

17、航空座椅的破坏性试验

再回到航站楼，乘客们都已经登上下一班的客机。检查旅客流量的团队依然兢兢业业的将乘客引导到登机口，行李团队不知疲倦的将行李送到它们应该到达的地方，甚至户外的狐狸捕捉老鼠的动作都是为了航站楼更加有效的运转。机场的所有细节都在科学的掌握当中。

图18、法兰克福机场鸟瞰图