杜風 38 期 專題報導

為飛航安全考量，機場於跑道終點需保留特定長度之跑道安全區域，使飛機於突發狀況必須採取迫降或放棄起飛時，能有足夠之煞停空間以確保人員及飛機安全，然而，部分航空站因受限於都市發展或天然環境的限制，如河流、鐵路、公路等，使得跑道終點無足夠空間滿足安全區域之設置，為了降低航機滑出跑道之損害及人員傷害，FAA於1998年提出「工程材料阻擋系統」（Engineered Materials Arresting Systems（EMAS） for Aircraft Overruns）公告，用以發展新型之飛機攔截系統。

為仿效軍用機場攔截索之功能，FAA與Engineered Arresting Systems Corporation（ESCO）公司於1999年開始合作研究與發展適用在民用機場之民航機緊急跑道攔截系統，實際測試柔性地面攔截系統所使用之新材料與方法，稍後於該年11月在FAA技術中心測試以一座混凝土預鑄單元建構之柔性地面攔截床，使用波音727型飛機以35節（約64公里/小時）之速度進入該攔截床，並以15節（約27.6公里/小時）的速度退出攔截床，試驗結果顯示該材料吸能效果極佳，但承受衝擊之強度並不均勻。ESCO為此專案成立實驗室，藉由研究與實驗之方式，製造出強度均勻之混凝土材質預鑄構件，並在1995年6月於FAA技術中心進行測試，結果顯示航機撞擊攔截床的深度與施行力量相當均勻，並藉此材料作為後續研發之基礎，FAA並於1998年公告AC 150/5200-22「工程材料阻擋系統」（Engineered Materials Arresting Systems（EMAS） for Aircraft Overruns），詳細說明此設備之設計與材料特性。

工程材料阻擋系統（EMAS）是由柔性地面攔截系統發展演化而來，通常安裝於距跑道終點某一定之後退距離的範圍內，利用一種易粉碎性的混凝土材質預鑄構件組成，透過能量的吸收使得航機得以減速，又因其使用材料強度較弱，航機陷入EMAS系統後並不會對航機本身造成損害，降低航機損害可能產生之危險性於人員的傷害。EMAS材料主要透過精確的配比公式，用水泥、水與特殊的泡沫摻合，以預鑄方式製成套件，並規劃不同尺寸供現場安裝整體攔截床之設計要求，其所安裝之位置與尺寸則隨各機場之跑道長度、設計機型與滑出跑道速度而有所不同。FAA與ESCO共同發展的電腦程式可以完整的計算與評估所使用的材料、安裝位置及所需長度，於攔截床前構築一定位梁，由電腦計算出攔截床的尺寸及位置，用以決定鋪築之長度與寬度，藉此可將人工作業減至最少，並有效提升安裝之效率，設備安裝完成如下圖1、圖2所示。

圖1 EMAS設計、安裝示意圖

圖2 EMAS安裝完成圖

EMAS所使用之原理為物理能量轉換之概念，利用材料吸收飛機動能使其於設計範圍內安全減速停止，如圖3所示，與傳統利用鋪面摩擦作用反應作功，使航機煞停之原理不同，最大的差異點在於環境因素之影響，道面之摩擦能力會因降雨、下雪、結冰或積水等現象而降低，但EMAS系統則不因其環境因素的改變，影響其成效，於降雨或積水嚴重之天候狀況，仍可以有效的使航機減速於安全區域中，且當航機發生滑出跑道之狀況時，待人員疏散後，即可將航機拖離跑道範圍，並可於短時間內開放跑道之使用，降低對後續機場營運之影響。

圖3 航機減速於EMAS系統

EMAS所使用之材料具有強度小、材質輕等特性，研究指出，為了避免EMAS對航機之損害，所使用之材料強度應低於100psi（0.69MPa）；選用材質較輕的材料則方便預鑄構件之安裝與後續之置換作業，其密度應小於30lb/ft3（480kg/m3）。EMAS所需之設計長度則隨設計機型有所不同，一般而言，若EMAS安裝起點距離跑道終點越遠，EMAS所需之長度將可以減少。

EMAS裝設與否之決策，則須依生命週期成本之概念，分析比較傳統跑道安全區域設置與EMAS系統設置之生命週期成本及其財物可行性。EMAS系統之生命週期成本分析共分為三大部分，第一部分為材料安裝費用，包含選址準備工作、材料安裝、跑道終點替換、滑行道之重新佈設與整建及跑道延伸等所需費用；第二部分則考量EMAS之置換費用，可分為材料損害之部分置換與長期使用之整體置換等；第三部分則為定期檢查與保養之費用，包含人員定期檢查與材料面層及接縫保養等費用。

統計目前全球機場，在美國部份已有20個機場、共計25條跑道安裝EMAS系統，在中國黃龍機場及西班牙馬德里Barajas國際機場跑道亦已完成EMAS的裝設。其中，紐約甘迺迪國際機場共有三次利用EMAS系統成功攔截滑出跑道之航機，並預防了航機的損害與人員之傷害。

為充分了解EMAS實際之生產、裝設及使用的情況，以及機場裝設EMAS之研擬與評估流程，國立台灣大學土木系周家蓓老師之研究團隊曾於98年5月至四川省成都市四川九寨黃龍機場有限公司及四川省松潘縣九寨黃龍機場參訪，並於同年7月至位於美國之EMAS專利生產公司ESCO進行參訪。

九寨黃龍機場（簡稱九黃機場）為亞洲首座且唯一裝設EMAS的機場，其位於海拔3400公尺的山地上，跑道長3200公尺，寬60公尺，可起降波音757、737-700、A319等中大型飛機。由於九黃機場自2003年正式通航以來旅客流量迅速增長，機場原有設施已遠不能滿足實際運行需求，又由於跑道兩側皆為懸崖峭壁，如圖4所示，遂於2006年5月8日至6月23日啟動擴建工程，其中即包括增設EMAS。

圖4 九黃機場二期擴建後之機場空照圖

九黃機場之EMAS分別於跑道南北端裝設，九黃機場之跑道安全攔阻材料系統準則為依照FAA Advisory Circular AC150/5220-22而設計，以在跑道末端飛機衝出速度為70節設計EMAS所需之尺寸。南端為距延長後跑道94.3m處，EMAS鋪設長55.5m及寬52m，共1890塊材料，另一端則裝設於跑道北端88.7m處，EMAS鋪設長58.4m及寬52m，共3024塊材料，每塊材料尺寸為4ft×4ft，厚度則約17~69cm之發泡性混凝土材料，可滿足在九黃機場運行的各類飛機。圖5為九黃機場安裝EMAS後之照片。

圖5 安裝EMAS後之20端跑道

研究團隊在抵達四川後首先至九黃機場四川成都辦事處參訪，聽取九黃機場跑道攔阻系統情況簡介，並與ESCO公司駐中國代表和九黃機場工程設備部代表進行討論。合影如圖6。從中，研究團隊獲得大量珍貴資訊，包括九黃機場興建EMAS之計畫自規劃評估起的流程、決策，資金籌措，以及興建過程所面臨之阻礙、工程之艱鉅、驗收之困難等，但在工程團隊的努力下，最終仍在預定的期限內順利完成，其施工期間之短暫與完工成果之完善，獲得了大量工程獎項。

圖6 ESCO公司駐中國代表、九黃機場工程設備部代表及台灣大學研究團隊於九寨黃龍機場有限責任公司合影

研究團隊此行中並至九黃機場及其備料及廢料置放站進行EMAS系統實地觀察。由於九黃機場之EMAS系統興建過程中曾有小型車誤闖其中，導致部分原件損壞，因此，EMAS廢料置放站即是置放此意外事件所更替之廢棄料。EMAS系統是由許多塊狀元件所組成，厚度也因位置設計而有各種不同尺寸，若僅在跑道觀察EMAS系統之成品，將無法觀察得材料內部之特性，因此，能藉此機會觀察得EMAS內部之材料特性，對了解EMAS系統實有莫大幫助。

而於九黃機場鋪設完成之EMAS實地觀察中，可觀察得其安裝於機場跑道末端之設計位置和竣工全貌，並可觀察得其系統間鋪設有管線以供排水，且於元件接合處有增黏膠布等防水處理。另外，機場工程人員並建議盡量避免兩人站立於同一元件上，顯示EMAS材料為避免航機及人員損害所採用乃係強度極低之材料。以上參訪情況如圖7至圖9。

圖7 於備料站進行觀察之情景

圖8 於跑道上之EMAS系統進行觀察之情景，EMAS材料強度低，觀察時請盡量避免兩人站立於同一元件上。

圖9 ESCO公司駐中國代表、九黃機場工程設備部代表及台灣大學研究團隊於九寨黃龍機場合影

本團隊另於98年7月至專利生產EMAS之美國ESCO公司參訪，所學則又與參訪九黃機場不同。在九黃機場的參訪經驗中，主要係針對EMAS系統之規畫評估及興建流程進行學習，並得實際參訪EMAS於機場完工後之情況；本次參訪ESCO公司，則是透過參觀工廠及倉庫，並在專業工程人員帶領解說下，而能對其生產流程及材料特性有更深入的了解。如圖10、圖11。

圖10 參訪ESCO公司新建之EMAS元件

圖11 與ESCO公司專業工程人員合影

透過此二參訪，研究團隊獲得大量珍貴資訊，除對EMAS系統實務經驗有所體認外，亦並對此新材料、新技術有了更深入的了解，這些資訊可用以協助檢視國內機場跑道安全區域之安全性和EMAS系統裝設與否之評估，尤其是比較跑道長度、年旅客量、使用機型和機場功能性，九黃機場營運等級約與我國金門機場和馬公機場相等，故此經驗更可用以協助評估台灣各機場裝設EMAS之適切性，提升國內飛航安全。

雖然EMAS目前在世界各地之應用仍以美國本土為主，此外僅西班牙及中國各有一處安裝，然台灣台北松山機場因兩岸通航及台北-羽田、台北-金浦及台北-虹橋機場互航，擔心28跑道端外之安全區域不足，故已於99年度完成採購一整套EMAS系統，並預定於近期內安裝完成，相信將有效增加我國松山機場之飛航安全。