🚀 模块化与可扩展性 未来垂直起降场 Vertiport 设计与建设的新范式

【摘要】随着eVTOL技术走向成熟，传统航空基础设施已无法满足城市空中交通（UAM）的灵活需求。未来垂直起降场（Vertiport）正转向以模块化、可扩展性为核心的新范式。通过预制化快速部署、分层分级网络布局、存量设施改造与智能绿色功能集成，构建起一个能够适应多样化机型与场景的、广覆盖的城市低空交通基础设施网络，为“15分钟通勤圈”的实现奠定坚实基础。

引言

低空经济，这个曾经遥远的概念，正以前所未有的速度被提升至国家战略性新兴产业的高度。在这场浪潮的核心，电动垂直起降飞行器（eVTOL）凭借其环保、高效、低噪的特性，被视为解锁城市空中交通（UAM）未来的关键钥匙。从拥堵的地面解放出来，在三维空间中实现快速通勤、高效物流与即时应急响应，这幅图景令人心驰神往。

但是，飞行器本身只是故事的一半。正如汽车离不开道路与停车场，eVTOL的规模化运营同样离不开一个全新的基础设施体系——垂直起降场（Vertiport）。若沿用传统机场的建设思路，动辄数年的建设周期、巨大的土地占用与高昂的固定成本，无疑会成为城市空中交通发展的沉重枷锁。

所以，一场围绕垂直起降场设计与建设的范式革命已然拉开序幕。这场革命的核心，正是模块化与可扩展性。它要求我们彻底抛弃“大而全”的固定式思维，转向一种更轻盈、更灵活、更智慧的建设模式。未来的垂直起降场不再是孤立的“空中港口”，而是深度融入城市肌理的、可快速部署、随需扩展的“微型枢纽网络”。本文将深入探讨这一新范式的内涵、关键技术、实施路径及其对未来城市形态的深远影响。

一、新范式基石：模块化与可扩展性的双轮驱动

传统基础设施建设的痛点在于其“刚性”。一旦建成，规模和功能便难以更改，面对快速迭代的技术和变化莫测的市场需求，往往显得力不从心。eVTOL产业恰恰具备技术更新快、机型多样化、应用场景不断拓展的特点。这就决定了其配套基础设施必须具备与之匹配的“柔性”。模块化与可扩展性，正是赋予垂直起降场这种柔性的两个关键驱动力。

1.1 模块化设计：从“年”到“周”的建设革命

模块化设计的核心思想，是将一个复杂的系统拆解为若干个功能独立、接口标准的子模块。这些模块在工厂预制生产，运至现场后像搭积木一样快速拼装。这种模式彻底颠覆了传统的现场浇筑与施工。

它的优势是显而易见的。 首先是建设速度的指数级提升。传统机场或直升机坪的建设周期通常以年为单位，而模块化垂直起降场可以将其压缩至数周。例如，英国考文垂的Air One垂直起降场，作为全球首个功能齐全的eVTOL枢纽，仅用11周便完成部署。广州亿航智能的模块化方案，更是宣称可将建设周期缩短至45天。这种“即插即用”的能力，使得运营商能够快速响应市场需求，抢占先机。

其次，模块化带来了质量控制与成本效益的优化。工厂环境下的标准化生产，相比复杂的现场施工，能更好地保证构件质量，同时减少天气等不确定因素的影响。规模化生产还能有效摊薄成本。

更重要的是，模块化不仅限于物理结构。一个完整的垂直起降场，其功能模块可以全面标准化，包括：

• 起降平台模块：采用高强度、轻量化的预制钢结构或复合材料。

• 能源补给模块：集成了快速充电桩、电池更换系统或“光储充”一体化单元。

• 导航通信模块：标准化的塔台、通信天线、气象传感器等。

• 乘客服务模块：预制的候机厅、安检通道、休息区等。

• 运控管理模块：集成了自动化调度与UTM（无人驾驶航空器交通管理）系统的“控制方舱”。

表1：传统建设模式 vs. 模块化建设模式对比

德国Volocopter公司在新加坡滨海湾浮动平台上展示的VoloPort，其标志性的六边形模块化设计，不仅美观，更重要的是其紧凑布局和可拼接性，使其能够灵活嵌入城市建筑屋顶或现有交通枢纽，极大地提升了土地利用效率。

1.2 可扩展性：随需而变的弹性基础设施

如果说模块化解决了“从无到有”的速度问题，那么可扩展性则解决了“从小到大”的成长问题。可扩展性意味着垂直起降场能够根据运营流量的增长、新机型的引入或新业务的拓展，像乐高积木一样灵活地增加或调整功能模块。

荷兰鹿特丹港为无人机物流设计的垂直起降站，就采用了“模块化拼接”理念。初期可能只部署一个起降位和简单的货物处理模块，随着货运量的增加，可以方便地增加更多的起降位、自动分拣线和仓储模块。这种**“按需生长”**的模式，完美匹配了新兴市场发展的规律。

在国内，广州、深圳等先行城市提出的分层分级体系，本身就是可扩展性理念在城市宏观规划层面的体现。一个区域可以先从一个简单的“起降点”开始，随着需求的成熟，逐步升级为拥有多个起降位和更完善服务的“起降场”，最终发展为功能完备的“起降基地”。

这种设计理念确保了基础设施投资的经济性与前瞻性。它避免了在市场尚不成熟时进行过度投资，造成资源浪费；也避免了当市场爆发时，基础设施容量不足而错失发展良机。运营商可以根据实际的现金流和业务发展节奏，分阶段、有计划地进行扩容，实现了投资风险与发展机遇的平衡。

1.3 存量激活与新建并举：双轨并行的务实路径

在城市中，尤其是核心区域，土地资源极其宝贵。从零开始建设全新的垂直起降场，面临着选址、审批等诸多挑战。因此，激活和改造现有设施，成为一条极具吸引力的捷径。

全球范围内存在大量的直升机停机坪，尤其是在高层建筑屋顶、医院和交通枢纽。这些设施具备了天然的净空条件和结构基础，通过适当的改造，可以快速适配eVTOL的运营需求。这种改造并非简单的“换个牌子”，而是需要针对eVTOL的特性进行系统性升级，主要包括：

• 消防系统升级：eVTOL采用锂电池作为动力源，其火灾风险与传统燃油直升机截然不同。需要配备专门针对电池火灾的冷却系统和灭火剂。

• 充电设施加装：增设大功率快充桩或电池更换设备。

• 气流管理：eVTOL的多旋翼设计产生的下洗气流模式与直升机不同，可能需要对坪面进行特殊处理或加装导流装置。

• 安全隔离：设置旋翼停转锁定区、乘客安全通道等，确保地面操作安全。

但是，存量改造也并非万能。部分老旧设施的承重能力、消防标准可能无法满足要求，改造的成本有时甚至不亚于新建。所以，存量激活与模块化新建必须双轨并行。在有条件的地点，优先改造存量设施，实现快速网络覆盖；在关键节点或存量设施无法满足需求的区域，则采用模块化方式快速新建。这种“两条腿走路”的策略，兼顾了速度、成本与质量，是推动垂直起降场网络从蓝图走向现实的最务实路径。

二、谋篇布局：构建多层次、广覆盖的城市空中网络

单个的垂直起降场无论多么先进，都无法形成有效的交通能力。只有当足够多的起降场科学地分布在城市各处，并连接成网，城市空中交通的价值才能真正显现。这就对垂直起降场的选址与网络布局提出了极高的要求。

2.1 选址的艺术：精准落子城市棋盘

垂直起降场的选址，是一项需要平衡多方因素的复杂决策，堪称一门“艺术”。它不仅要考虑技术可行性，更要考虑市场需求与社会接受度。一个理想的选址，需要在一张复杂的清单上拿到高分。

表2：垂直起降场选址关键因素评估清单

基于以上考量，未来的垂直起降场将优先出现在以下几类地点：

1. 大型交通枢纽：机场、高铁站、港口客运站。这是实现“空地联运”的黄金节点，能够为长途旅客提供“门到门”的无缝衔接服务。

2. 城市核心功能区：中央商务区（CBD）、金融城、会展中心。满足高时效性的商务出行需求。

3. 重要公共服务节点：大型医院、应急指挥中心。为医疗转运、应急救援提供快速通道。

4. 大型社区与商业综合体：服务于居民日常通勤和消费娱乐出行，鼓励在商业用地、屋顶花园、停车场等进行复合开发，提升土地的综合利用价值。

5. 旅游景点与度假区：开辟低空观光航线，提升旅游体验。

2.2 分层分级：从“点”到“网”的立体覆盖

为了在有限的资源下实现最大化的网络覆盖，城市需要构建一个多层次、差异化的起降设施网络。这种网络不是均质的，而是根据不同位置的功能定位，配置不同等级的设施。广州市提出的“三级分类体系”是一个极具代表性的创新实践。

表3：广州市垂直起降设施三级分类体系

这种分层体系的好处在于：

• 成本效益高：用大量低成本的“起降点”实现广泛覆盖，解决“最后一公里”问题；用少量高规格的“起降场”和“起降基地”承担骨干运输和保障功能。

• 网络韧性强：分布式网络结构，某个节点出现问题不会导致整个网络瘫痪。

• 部署灵活性大：可以根据城市发展和市场需求，灵活地增设或升级不同等级的站点。

深圳则采用了类似的“核心枢纽+微型站点”的分布式网络模式。这些规划的共同目标，是最终形成如广州、深圳等地提出的**“15分钟低空通勤圈”**。在这个圈内，市民从任何一个地方出发，都能在15分钟内到达最近的起降设施，让空中出行像打车一样便捷。这需要城市内拥有超过100个起降场点，并由强大的UTM系统进行统一协同调度。

2.3 试点先行与分阶段推进：稳扎稳打的实施策略

尽管全球已规划了超过1500个垂直起降场，但实际落地的数量仍然有限。这背后的主要原因是标准尚在完善、审批流程复杂。在这种情况下，**“试点先行、以点带面”**成为最明智的策略。

实施路径可以遵循以下分阶段的逻辑：

1. 第一阶段：验证与探索。以机型适航取证和初期商业运营为牵引，优先利用现有直升机坪进行改造验证，同时建设少量高标准的模块化示范站。这个阶段的重点是跑通技术、验证商业模式、收集运营数据，并与监管部门共同探索审批流程。

2. 第二阶段：网络骨架构建。在试点成功的基础上，锁定城市中的关键交通枢纽和高价值区域，建设一批“起降场”级别的骨干节点，初步形成网络的“主动脉”。

3. 第三阶段：全面覆盖与加密。随着市场成熟和公众接受度提高，大规模推广建设“起降点”，加密网络，并逐步将航线从“先货后客”、“先郊区后中心”的模式，向覆盖全城的载客服务拓展。

这种分阶段推进的方式，可以有效避免“建好场、没飞机”或“有了飞机、没处落”的两难困境，让基础设施的建设与市场的发展节奏保持同步。

三、功能集成：打造智能、绿色、多元的“微型空中小枢纽”

未来的垂直起降场绝不仅仅是一个起降平台，它是一个高度集成各种先进技术与服务的“微型空中小枢纽”。智能化、绿色化和多元化是其最显著的三个特征。

3.1 智慧大脑：自动化调度与UTM系统

当城市上空同时有成百上千架eVTOL和无人机在飞行时，依赖人工进行指挥调度是不可想象的。自动化调度系统是保障高密度、高频次飞行的“智慧大脑”。

这个“大脑”通常以后端UTM系统为核心，集成在垂直起降场的运控模块中。其核心功能包括：

• 智能排序与调度：根据航班计划、飞行器状态、乘客/货物准备情况，自动进行起降排序，并将指令发送给飞行器。

• 空域协同与防撞：与城市级UTM平台实时交互，获取周边空域的飞行器动态，规划无冲突的进离场路径。

• 气象与风险预警：集成高精度气象传感器和风险评估模型，实时预警场站及航路上的恶劣天气、电磁干扰等风险。

• 飞行器健康监控：远程接收eVTOL的关键参数，进行健康状态评估，提前预警潜在故障。

• 应急响应自动化：一旦发生紧急情况（如飞行器故障、场站火警），系统能自动启动应急预案，如清空空域、引导备降、联动消防等。

通过引入数字孪生（Digital Twin）技术，可以在虚拟空间中对整个起降场的运行进行仿真和优化。这使得起降间隔有望被压缩至90秒以内，一个设计良好的起降场，其单小时处理的起降架次可达60架次以上，效率远超传统直升机坪。

3.2 绿色心脏：能源系统的前沿探索

eVTOL的“电动”属性，决定了其能源补给系统必须高效、绿色。这不仅是运营效率的要求，也是低空经济可持续发展的内在要求。

“光储充”一体化能源系统正成为未来垂直起降场的标配。它通过在候机楼顶棚或起降平台边缘铺设光伏板，将太阳能转化为电能；多余的电能储存在储能电池中；在用电高峰或夜间，由储能系统为充电桩供电。这套系统不仅能实现部分能源自给，降低运营成本，还能通过智能电网的峰谷调节，为城市电网提供支持。部分对可靠性要求极高的起降基地，甚至会配备氢燃料电池作为备用电源，确保在电网中断的情况下仍能离网运行48小时以上。

在能源补给的具体方式上，多种技术路线正在并行发展。

表4：eVTOL能源补给技术对比

目前来看，快充与换电相结合的混合模式可能是近期的主流选择。在航班间隔较长的站点采用快充，在需要极高周转率的核心枢纽采用换电。

3.3 多元服务：超越起降的价值创造

垂直起降场不仅服务于载人eVTOL，还必须兼容无人机物流、应急救援、医疗转运等多元化场景。这种“一站多用”的设计，最大化了基础设施的社会与经济价值。

为了在有限空间内高效、安全地处理不同类型的业务流，**“三通道分离”**成为一项重要的设计原则：

• 乘客通道：独立的候机区、安检通道和登机口，确保舒适、安全的乘客体验。

• 货物通道：独立的货物装卸区、自动分拣线和暂存区，实现物流操作与客运分离。

• 应急通道：为医疗担架、应急物资预留的快速绿色通道，确保在紧急情况下能够第一时间响应。

此外，垂直起降场本身也是一个商业空间。通过引入零售、餐饮、广告等非航空收入，可以有效改善其盈利模式，降低对飞行运营收入的依赖。一个功能完善的起降场，还会配备小型的维修保养区（Line Maintenance），处理日常的检修工作，保障机队的高出勤率。

3.4 安全基石：全方位的冗余与应急机制

安全是航空业永恒的生命线。垂直起降场作为新型航空基础设施，其安全设计必须考虑得比传统设施更周全。除了常规的消防、安防系统，还需要针对eVTOL的特性建立多层防护。

• 物理层防护：

  • 电池火灾应对：配备专门的电池热失控冷却系统，如高压细水雾或浸没式冷却方案，并有独立的应急供水。

  • 异物入侵/坠物感知（FOD）：通过毫米波雷达或视觉传感器，实时监测起降坪上的异物，并具备快速处置机制。

  • 物理隔离：坚固的防护网和安全走道，防止人员误入危险区域。

• 电子层防护：

  • 网络安全：防止自动化调度和通信系统被黑客入侵。

  • 电磁兼容：确保场站内的大功率设备不会干扰飞行器的导航和通信。

  • 冗余供电：采用双路市电+UPS+备用电源（如储能或发电机）的多重冗余，确保核心系统永不断电。

• 程序层防护：

  • 标准化操作流程（SOP）：为所有岗位制定详细、清晰的操作规程。

  • 应急预案与演练：针对各种可能的突发事件制定详细预案，并定期组织演练。

  • 人员培训与认证：确保所有地勤、安保、运控人员都经过专业培训并持证上岗。

通过物理、电子、程序三个层面的紧密结合，构建一个纵深防御的安全体系，是确保垂直起降场能够长治久安的根本。

四、落地之路：标准、政策与实践的协同

有了先进的设计理念和技术方案，如何将其顺利地从蓝图变为现实，则需要标准、政策与工程实践的紧密协同。

4.1 标准先行：统一“语言”与“标尺”

没有统一的标准，大规模的网络化建设就是空谈。标准为设计、建设、审批和运营提供了统一的“语言”和“标尺”。值得庆幸的是，中国在这一领域走在了世界前列。由中国民航局发布的**《电动垂直起降航空器（eVTOL）起降场技术要求》**，作为全球首份针对eVTOL起降场的官方技术规范，为行业发展奠定了重要基础。

这份标准详细规定了垂直起降场的各项技术参数。

表5：《eVTOL起降场技术要求》核心参数概览

这份标准的出台，极大地降低了行业摸索的成本，为地方政府规划、企业设计提供了明确的依据。未来，还需要在此基础上，根据技术发展和运营实践，动态更新标准，并积极参与国际标准的制定，推动全球范围内的标准协同。

4.2 政策协同：扫清“空中高速”的障碍

基础设施的建设离不开强有力的政策支持。这需要跨部门的协同，打通规划、土地、建设、空管、消防等多个环节的“堵点”。

• 审批流程优化：建立针对垂直起降场的“一站式”审批通道，发布地方性的技术指引和**“正负清单”**。明确哪些区域鼓励建设（正清单），哪些区域限制建设（负清单）；明确消防、能评、噪声、接驳等方面的具体门槛和豁免条件，压缩审批周期。

• 空域管理改革：逐步开放低空空域，建立灵活、高效的空域申请和使用机制，为高密度的UAM运营提供保障。

• 财政与金融支持：对于作为公共属性较强的新型基础设施，政府可在初期给予适当的建设补贴、税收优惠或引导社会资本参与的PPP模式。

• 配套法规完善：加快完善适航认证、运营许可、噪音防护、保险机制等相关法规，为商业化运营提供完整的法律框架。

4.3 工程实践：从蓝图到现实的行动清单

在工程实践层面，需要将宏观战略转化为可执行的行动清单。

1. 建立模块化“套件库”：设计公司和制造商应合作开发一系列标准化的垂直起降场功能模块“套件”。这些套件拥有通用的接口和标准化的安装工序，能够支撑45-90天交付级别的快速部署能力。

2. 推广“中性宿主”（Neutral Host）模式：由第三方投资建设垂直起降场，作为共享基础设施，向多家eVTOL运营商提供服务。这种模式类似电信领域的铁塔公司，可以避免各家运营商重复建设，大幅提升资产利用率和投资回报率，是推动网络快速形成的关键商业模式。

3. 前置化现场评估：在选址确定后，必须进行精细化的现场条件评估，包括微气象风场模拟、噪声传播仿真、电磁环境测试、障碍物精细测绘等，确保设计方案与本地环境完美适配，将潜在风险消灭在萌芽状态。

五、展望未来：技术演进与产业生态的共生

垂直起降场的新范式，不仅是对当前技术的回应，更开启了通向未来的无限可能。

5.1 技术创新驱动的未来形态

随着技术的持续突破，垂直起降场的形态和功能还将不断演进。

• 三维立体化：在土地极度稀缺的城市核心，可能会出现多层、立体的垂直起降场综合体，将起降、充电、维保、商业等功能垂直整合在一栋建筑内。

• 高级气流控制：通过主动式吹风或结构设计，更精准地控制起降坪上方的气流，提升在恶劣天气下的运行能力。

• AI深度赋能：AI将不仅用于调度，还将用于预测性维护、能耗优化、乘客行为分析等，实现整个场站的自我优化和进化。

• 能源多元化：除了电力，氢能源等更高效、更清洁的能源形式也可能被整合进垂直起降场的能源体系中。

5.2 产业链协同与生态构建

垂直起降场的建设，将催生一个庞大而复杂的产业生态。这个生态涵盖了从上游的材料、设备供应商，到中游的规划设计、工程建设公司，再到下游的运营服务商、数字平台公司。

未来的竞争，不再是单个企业之间的竞争，而是生态系统之间的竞争。一个成功的UAM生态，必然是eVTOL制造商、基础设施提供商、能源供应商、UTM服务商和政府监管部门高效协同、利益共享的结果。标准统一与生态整合，将是实现规模化运营的两个关键抓手。

5.3 全球趋势与本地化适配

放眼全球，垂直起降场的发展正朝着**“网络化、标准化、生态化”**的方向迈进。无论是欧洲的U-space，还是美国的AAM（先进空中交通），其核心都是构建一个统一标准下的、互联互通的空中交通网络。

但在拥抱全球趋势的同时，本地化适配同样至关重要。每个城市的地理环境、交通格局、文化背景都独一无二。将全球领先的设计理念和技术标准，与本地的具体情况相结合，进行创造性的应用和改造，才能真正让垂直起降场在城市中“生根发芽”，服务于本地居民的真实需求。

结论

从固定到灵活，从孤岛到网络，从单一功能到智能集成，垂直起降场的设计与建设范式正在经历一场深刻而彻底的变革。以模块化与可扩展性为核心的新范式，是应对eVTOL技术快速发展和多样化应用场景的必然选择，也是推动低空经济从概念走向现实的关键基石。

通过科学的选址与分层网络布局，我们可以在城市中构建起一个广覆盖、高效率的空中交通网；通过集成自动化调度、绿色能源系统和多元化服务功能，我们可以将每一个起降场打造成智能、高效的“微型枢纽”。

这条道路并非坦途，它需要标准、政策、技术和资本的协同发力。但方向已经明确，步伐已经迈出。一个由无数智能垂直起降场连接而成的、安全、高效、绿色的城市空中交通网络，正在从科幻的想象，一步步走进我们的现实生活。它不仅将重塑城市的出行方式，更将为物流、应急、文旅等千行百业注入新的活力，为我国低空经济的高质量发展，铺就坚实的起飞跑道。

📢💻 【省心锐评】

抛弃机场思维，拥抱“乐高”模式。Vertiport的未来不在于建多大，而在于建多快、多灵、多聪明。网络化、标准化、智能化，三者缺一，低空经济便飞不起来。