作者：大兴机场场务管理实验室
注：本文将跑道FOD探测系统简称为FOD系统，将机场外来物简称为fod
机场外来物（fod）是影响航空器运行安全的重大威胁，为有效防范fod，近些年国内多个机场开始引入FOD系统。使用FOD系统监控跑道，对跑道实现全时段全区域的感知，是保障跑道安全能力的一次飞跃式提升。但是综合安全与运行两个层面考虑，原人工查道模式发现fod具有偶然性，占用跑道运行时长相对固定。而FOD系统提高了识别fod的能力，但FOD系统本身不能判断fod对于飞行安全的影响，所以需要建立一套在运行层面上，以安全第一，兼顾跑道使用效能的FOD系统告警处置方案。
笔者认为合理的FOD系统告警处置方案，应先根据fod的自身属性和所在区域，判断其对航空器的潜在威胁的容忍度，而后根据容忍度启动合理的响应措施。于是如何判断fod因自身属性（材质、大小）不同导致的危险性差异、如何判断同种fod因区域不同导致的危险性差异以及在确认fod的种类和位置后应该采取何种措施，是行业在使用FOD系统时，必须要面对的三个课题。我们将分别通过三篇文章向业内同仁分享讨论。本篇文章对如何判断各类fod的危险等级进行初步探究，希望可以抛砖引玉推动行业内对于该问题的深入研究。
一、规章文献对FOD系统和fod相关阐述
1、关于FOD系统的规章文献
目前关于FOD系统美国FAA和国内民航局均下发了管理文件，两份文件的主要内容基本相同。国内文件名称为《机场道面外来物探测设备》，该文件分为前言、术语和定义、技术要求、交付要求四个章节，该文件为FOD探测系统建设提供了参考依据。
2、关于fod的规章文献
国外对fod的规章主要有美国FAA的《AC150/5210-24 机场外来物管理手册》，国内民航局对fod的规章主要有《fod防范手册》。两部规章主要是为防控提供思路，以fod的来源为维度对其进行分类。关于fod的危险性分类，国内有2014年中国民航出版社出版，唐海军主编的《机场外来物防范管理》一书中有所涉及。
FAA《AC150/5210-24 机场外来物管理手册》：
FOD的具体性质各不相同。FOD可以由任何材料组成，可以具有任何颜色和大小。在为期一年的机场研究中。典型的FOD包括以下内容：飞机和发动机紧固件；飞机零件；机械工具；餐饮用品；航班项目；机坪物品；跑道和滑行道材料；建筑碎屑；塑料和/或聚乙烯材料；天然材料；冬天的污染物。
民航局《FOD防范手册》：
机场FOD来源主要为：外来物碎片从石子到行李架，任何可能导致航空器、设备或人员损伤的东西。小东西：破布、钢笔、废电线等。个人物品：相机、发夹、钥匙等。黏糊的东西：油脂、油漆以及接触后会毁坏飞行硬件和控制装置的物质。动物：鸟、鸟巢、小动物等。
中国民航出版社《机场外来物防范管理》：
高危外来物主要自金属物体或体型较大的鸟类，其质地极为坚硬，外缘锋利，轮胎一旦碾压上此类外来物极易被扎伤，引起轮胎甩胎或爆胎，甚至可能导致“协和空难”类似的严重后果。
中危外来物是指碎石块、报纸、包装箱等对飞行安全有一定影响的外来物。
低危外来物是指非金属垃圾、纸屑、树叶等对飞行安全威胁较小的外来物。
3、规章文献内容总结
国内外关于FOD系统的管理文件均是针对设备本身的技术要求，这些文件可以为FOD系统的建设、调试、维护提供依据。但是如何在运行层面上使用FOD系统，在国内外规章中都未涉及。
国内外关于fod的规章中，从航空器零件、机务保障、场地设施、自然环境等方面较为全面的涵盖了外来物的所有类型。为外来物的源头治理提供了思路。
国内关于fod的文献《机场外来物防范管理》一书中，对于外来物的危险等级有高危、中危、低危的分类模式。该分类的描述较为笼统，使用严重后果、一定影响、威胁较小三个词对外来物的危险等级进行定义。从所举的示例中可以看出，作者对于材质和体积都有所考虑，但界定的标准又不够明确，致使该分类标准容易受到判断人员主观经验的影响。
4、规章文献内容对fod危险等级划分的启发
根据《机场外来物防范管理》中的描述，以及航空器损伤事件过往判断经验，决定fod可能对航空器造成危险的程度，主要取决fod的材质及尺寸，所以首先需要对于fod的材质和尺寸进行研究。
根据国内外外来物管理手册，对fod种类枚举，归纳fod材质如下：
通过归纳后，机场fod的主要材质种类有：金属、塑料、土石、橡胶、玻璃、陶瓷、布、纸、动物尸体、木质、液体、冰。
由于硬质物体与软质物体对于航空器的威胁有明显差异，所以将两种物体分开进行讨论：
二、大兴机场fod危险等级划分的经验
北京大兴国际机场是国内首家所有跑道安装FOD系统的机场。西区两条跑道分别使用国产民航二所自主研制的塔架和边灯式FOD系统，东跑道和北跑道使用以色列进口的边灯式FOD系统。FOD系统建设阶段已告一段落，下一步如何合理使用该系统，大兴机场飞行区管理部对前文中提出的三个问题进行了仔细思考，并在试运行之前编订了《FOD探测系统试运行方案》，该方案对fod自身的危险等级、fod所处位置的危险等级、响应等级（容忍度）进行了初步探索，本文着重讨论fod自身的危险性分类。
大兴机场在这个问题上采取的思路是：以现有国内外规章文献为依托，结合本场fod统计数据，对fod的材质和尺寸进行综合考虑，对fod的危险等级进行分类。
根据2013-2017年不安全事件数据，千万级运量机场的轮胎损伤事件和外来物损伤事件的万架次率分别为2.8和0.47，本场去年轮胎损伤事件和外来物损伤万架次率0.23和0。证明本场运行平稳安全，高危fod所占整体比例较低。同时根据管理学中的二八法则，相同材质的外来物，对安全性影响较大的关键数量适宜在20%以内。
1、硬质物体的危险性分类
在讨论硬质物体对于航空器的危险性之前，首先对于引入下面两起案例：
案例一：2005年1月，某B737-700准备离港时左发前方有火星闪出。经查，飞机左发吸入小水泥碎块，多个叶片被打坏，飞机停场更换叶片。
案例二：2017年10月，某A320飞机进行检查时，地勤人员不慎将写字夹板遗漏在右侧的发动机里。经查，发动机风扇叶和用于抑制噪音的摩擦衬垫也出现轻微损坏。
通过以上两起案例可以看出同为硬质物体，水泥碎块和木质品对于发动机所造成的损伤是不同的，木质物体仅造成轻微损坏，水泥碎块造成的损坏导致了发动机叶片更换。硬质物体的硬度是考虑硬质fod的危险等级的主要考虑因素。
关于物体的硬度，有莫氏、维氏、詹氏等多种评判方式。莫氏硬度起源于早期的矿物研究，设定了10种矿物质作为硬度标准，通过其他物体是否可以在标准矿物质表面留下划痕，来判断其他物体的硬度。莫氏硬度法在所有硬度评判标准中是最为简单的一种评判方法，得益于此可以使用该方法评判的物质种类极广，而其他硬度评判方法则对物质种类有诸多限制。
本文通过莫氏硬度法作为评判fod硬度的主要标准，由于不同物体脆度的评价方法各异，所以本文暂不讨论脆度物体。根据莫氏硬度表，水泥混凝土硬度值为3-4左右，下表为硬质fod不同材质莫氏硬度值。
由上表可知，水泥混凝土硬度值为3-4，动物尸体（哺乳动物）、陶瓷、玻璃、金属硬度值均大于水泥混凝土。所以以上材质均应归纳为高危外来物。鸟类由于需要飞行骨骼密度较低，冰块硬度值较低，木质硬度最低。所以以上三种外来物应归纳为中危fod，可随着尺寸增大适当增加危险等级。
由于本文是为探索FOD系统使用规则，所以为便于目视观察报警图像，文中提到的尺寸，均为物体在道面上自然呈现的形态距离最大两点间的长度。
鸟类动物的危险性在CFR（美国联邦法规）14 part25和part33中有所涉及，part25中要求航空器主体和风挡应能承受4磅（约1.8kg）鸟类的撞击，尾翼应能承受8磅（约3.6kg）鸟类的撞击。part33中规定，当发动机吸入大鸟（4-8磅）时不得产生对发动机的危害性后果。当发动机吸入中、小鸟（小于4磅）时最高不得损伤发动机功率或者推力的25%。本场常见鸟类种类中雕鸮体重近似4磅左右，其体型（从头到脚）约为46-64CM，所以鸟类尸体以45CM为中、高危之间的分界线较为合理。
本场冰块类fod出现频次较少，雨雪天气产生的冰块大多体积小且散碎。大体积冰块多为航空器空掉落，直径约在15CM-25CM左右，所以冰块类外来物，以15CM为冰块类外来物高、中危之间的分界线。本场木质fod多为植物枝干，多为20-30CM不等，天然植物枝干对航空器运行安全影响较小。但土面区有部分木质井盖，此类木质较厚且尺寸较大，针对此类物体以30CM为木质物体高、中危之间的分界线较为合理。以上述尺寸为fod的高、中危分界，则高中危鸟类动物尸体、木质、冰块类外来物比例不超过20%，相对现场运行情况较为合理。
2、软质物体的危险性分类
软质物体不易以碰撞的方式损伤航空器，但其若材质强度过高则有吸入发动机后阻塞进气口的风险。著名的协和空难便是由于金属外来物扎爆轮胎后，轮胎碎片吸入发动机所导致。
飞行区内常见的软质物体有橡胶、塑料、纸、布、液体。关于液体对航空器运行的影响，可遵循机场司发布的《运输机场跑道表面状况评估和报告规则》开展。
场内常见的典型橡胶材料有飞机轮胎和嵌缝料两种。飞机轮胎的材质通常为硫化橡胶，根据GB/T12834-2001硫化橡胶的撕裂强度可达到110MPA，硫化橡胶撕裂强度大至少应为中危外来物，而嵌缝料强度未有统一标准，但普遍偏低，应为低危外来物，并随尺寸增大适当调高外来物危险等级。去年大兴机场发现的橡胶类外来物大部分小于15CM，最大38CM，所以橡胶类外来物以15CM为中低危分界线、40CM为中高危分界线较为合理。根据以上分类标准，去年本场中高危橡胶类fod占比如下，与现场运行情况基本相符。
场内常见的布制品有两类，一为口罩、手套等普通织物，第二是场内施工时可能遗留的土工布。
由上表可知，不同种类的布制品强度有较大的差异，所以土工布应至少归纳为中危外来物，普通织布应至少归纳为低危外来物，随尺寸增大适当调高外来物等级。
布制品中手套、帽子、口罩等外来物尺寸均在30CM以下，所以30CM为中低危布制品fod分界线较为合理。一件反光背心的最大面（背部）尺寸约为60CM，将60CM定为高中危布制品fod的分界线较为合理。
场内常见的纸制品主要有两类，一是普通纸张，二是硬纸板，布和纸制品的强度调查情况见下表：
由上表可知，不同种类的纸类强度有较大的差异，所以硬纸板应至少归纳为中危外来物，普通木浆纸应至少归纳为低危外来物，并应根据尺寸适当调过外来物等级。
纸制品尺寸较为固定，A4纸对角线约为不到40CM，邮政标准一号纸箱最大面约为70CM，以上述两种典型纸张的尺寸分别为纸制品中低危和中高危外来物的分界线较为合理，同时方便于现场辨识。
场内的塑料制品主要有两类，一类为普通塑料布塑料袋，另一类为机务保障所用的硬塑料标签或绑扎带。塑料袋由于强度低在国际关于塑料材料的法规中并为明确其强度标准，在外来物分类中应归纳为低危外来物，并应根据尺寸适当调过外来物等级。硬塑料合成材料不同，强度有所差异，在外来物分类中至少应归纳为中危外来物。2020年全年大兴机场平稳运行，根据去年运行数据塑料类外来物小于40CM占80%以上，大于40CM小于60CM占16%，大于60CM占1%，40厘米为中低危分界线、60CM为中高危分界线较为合理。
三、总结及展望
综合前文所述，《FOD探测系统试运行方案中》外来物的分类标准如下：
本文从现有规章文献出发，结合本场fod使用数据，对不同种类fod的危险程度进行了讨论。
随着FOD探测系统在国内的推广，如何使用好该系统成为行业内急需解决的新课题。根据fod种类进行危险程度分类，使一线员工能通过探测视频辅助，快速判断外来物的危险程度，对指导一线处置外来物有着重要意义。
同时，关于如何判断相同fod在不同区域的危险等级和确认fod告警信息后应该采取何种措施两个问题，大兴机场飞行区管理部也进行了深入思考，相关内容将在近期与大家分享。
参考文献：
[1]FederalAviation Administration. AC 150/5210-24. Airport Foreign ObjectDebris(FOD)Management.September 30,2010
[2]中国民航航空器机场司管理文件.机场外来物管理规定（AP-140-CA-2011-2）
[3]民航局机场司，民航局安全技术中心.FOD防范手册.2009
[4]民航局机场司. IB-CA-2016-01机场道面外来物探测设备.2016.7.1
[5]唐海军 谢明立.机场外来物防范管理.中国民航出版社.2014
[6]Codeof Federal Regulations. Title 14 Part 33.76 Bird ingestion
[7]Codeof Federal Regulations. Title 14 Part 25.631 Bird strike damage
[8]国家石油和化学工业局.GB/T12834-2001硫化橡胶性能优选等级
[9]中国质量监督检验检疫总局.GB/T20039涤与棉混纺色织布
[10]中国质量监督检验检疫总局.GB/T17641土工合成材料裂膜丝机织土工布
[11]中国质量监督检验检疫总局.GB/T1913.2印制板用漂白木浆纸
[12]中国质量监督检验检疫总局.GB/T22815封套纸板
来源：民航基建，作者：大兴场务
