写 在 前 面
电动垂直起降飞行器(electric Vertical Take-Off and Landing, eVTOL)是全球都在密切关注的一种新型城市空中交通工具。首先,对城市垂直交通系统进行研究,系统介绍了eVTOL的发展历程、技术特点和产品优势,对未来的应用场景和市场规模进行研判。其次,参考国内外的相关技术标准,重点对起降场地分类、选址以及建设要求展开分析,并阐述了未来eVTOL出行的运营服务和城市中低空空域管理的相关要求。最后,分析了eVTOL发展所面临的挑战并提出了发展建议,可为中长期的城市交通规划提供技术参考。
黄子翼
中国城市规划设计研究院 助理工程师
eVTOL飞行器
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基本概念
依赖于航空航天、气动结构、材料能源创新以及通讯导航等新技术的飞速发展,一种不需要跑道滑行即可在市中心垂直起降的载人飞行器正在从科幻概念逐步走入现实的城市交通系统,并由此产生一种全新的城市交通方式——垂直交通。在居民出行范围和出行时耗不断增加、交通拥挤愈发严重、城市可建设空间受限加剧、城市碳排放压力持续上升的背景下,这种新的垂直交通方式,以其高效舒适、快捷直达、低碳低噪、占用城市资源少等诸多优势,可望在未来的城市或城际交通生态系统中占据重要位置,并为未来的城市交通带来更多的解决方案,具有广泛的应用场景。
电动垂直起降飞行器(electric Vertical Take-Off and Landing, eVTOL)是垂直交通系统中最具代表性的一类交通工具。eVTOL由电池提供动力完成起降、悬停和飞行动作,当前较广泛使用的是锂离子电池[1],能量密度可达100~200 Wh·kg-1,续航里程为100 km以内;也有部分产品采用氢燃料电池,能量密度达到500~600 Wh·kg-1,可大幅提高续航里程。与自动驾驶汽车类似,eVTOL也配备激光雷达、毫米波雷达、红外摄像头等多种先进装置,通过融合多种传感器增强飞机的环境感知能力,并最终具备无人驾驶的自主飞行能力。一架典型的eVTOL可搭载2~6名乘客,以200~300 km·h-1的巡航速度持续飞行,以低碳环保的方式实现市内或城际的中长距离出行。
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飞机分类
eVTOL主要有多旋翼、升力巡航复合、矢量推力和倾转涵道[2]四类构型(见图1)。多旋翼构型在飞行速度和载重量方面都有较大的限制,且噪声会随着旋翼增多而加大。升力巡航复合型在性能方面比较均衡,但在运营经济性上表现一般。矢量推力构型为目前各公司主要研发的产品,其建造虽然会带来额外的技术挑战,但有效载荷和巡航速度相比前两种都有显著的提升,这也预示着在运营中会有良好的经济效益。倾转涵道属于倾转构型中的一种,是技术难度最大,同时也是整体性能最强的一类,但目前还没有一家公司成功研制并完成试验(见表1)。

图1 不同类型eVTOL的飞行原理
资料来源:AAM Reality Index (https://www.aamrealityindex.com)。
表1 不同类型eVTOL参数对比

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优势分析
1)安全可靠。
eVTOL的安全系数达到了民航客机(飞机每飞行一小时内因系统发生故障造成飞机灾难性事件的平均概率是10-9)的水平[3]。其高安全性来源于三个方面:①相比于直升机,eVTOL采用整体设计,部件更少,一体化程度更高,有利于提高飞行器的安全性,降低故障率;②eVTOL的多旋翼设计提供了多个动力来源,即使单个旋翼发生意外,其他旋翼仍然可以保障飞行器安全着陆,为电动引擎提供更高的容错率;③eVTOL有一系列的安全设备,如备用电池组、电子稳定系统、冗余系统和紧急降落装置等,可以加强飞行器的稳定性和可靠性,提高突发情况下的应对能力。
2)高效便捷。
eVTOL的飞行速度远高于小汽车在城市道路的行驶速度,在城市地区可以避免道路交叉口的延误和交通拥堵的风险,可提供空中航线的直达服务。因此与地面交通相比,有空中出租汽车之称的eVTOL在运输效率和便捷性上具有无与伦比的优势,真正意义上实现“地下+地面+空中”的城市立体化交通体系。
3)低碳环保。
eVTOL均为电力驱动,即使部分产品采用混合动力,也是通过内燃机发电推动[4]。密歇根大学在2019年做过一项研究,当eVTOL和小汽车的平均载客数量分别为3人和1.54人,行驶100 km时,eVTOL的人均温室气体排放量最低,比内燃机电动汽车(ICEV)低52%,比纯电动汽车(BEV)低6%。其零碳排放的特点也与中国的“双碳”战略目标相吻合。
4)成本可控。
相关研究资料显示,同等条件下,eVTOL的运营和维护成本远低于部件复杂、使用燃油的直升机,平均每个座位单位里程的成本可降低26%[5]。当然,与小汽车出行比较,eVTOL依然属于高成本的交通方式。根据Joby aviation提供的数据[6],运营初期eVTOL每座位每英里的定价约为3美元。这与Uber豪华车型的价格大致持平,与eVTOL提供的速度和体验也是相匹配的。未来随着eVTOL的普及以及运营维护成本的进一步降低,可以预期乘坐eVTOL的价格还会有一定的下降空间,总体来说,成本是可控的。
在城市地区以存量发展为主的大环境下,相对于其他交通方式,eVTOL无须大规模的基础设施建设投入,通过高效利用城市低空资源和既有的高层建筑屋顶平台、绿地开敞空间等,可快速融入当前的城市交通体系中。
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国内外发展情况
eVTOL的发展历程如图2所示。作为一种新型的垂直交通工具,中国高度重视eVTOL的技术和市场研究。截至2022年10月,全球有近400家公司正在参与eVTOL的研发,而在中国就有超过200家的机构投身其中,主要参与研发和投资的群体包括初创公司、政府部门、科研机构、传统航空设计公司(波音、空客)、物流公司、网约车公司和新能源汽车公司。

图2 eVTOL发展历程
研究机构MarketsandMarkets[14]表示,到2030年,eVTOL市场价值预计将超过234亿美元,预测期内复合年增长率为52.0%。在外部条件不变的情况下,摩根士丹利(国际金融服务公司)[15]预测2040年eVTOL的全球市场空间达到1.5万亿美元,同时指出,无论在哪种情况下中国都会成为全球最大的eVTOL市场。
总的来说,eVTOL的发展历程是一个不断探索和创新的过程。随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展,在不远的未来,eVTOL在全球发达国家的多个城市将会得到日益广泛的应用,并为城市空中交通和可持续发展带来更多的可能性。这种以eVTOL为代表的垂直交通新模式,对城市交通系统的规划、建设和运营管理来说,既是机会,更是挑战。
eVTOL的应用场景和市场规模分析
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应用场景及适用人群
eVTOL在城市交通中具有丰富的应用场景,大致分为以下几类:1)城市内部或城际交通,如城市内部的通勤或商务出行、机场和高铁站的抵离出行、都市圈或城市群地区的城际交通出行等;2)旅游交通,如景区的抵离出行、景区低空旅游观光等;3)应急交通,如消防救援、医疗救助等。
前两类应用场景中eVTOL乘客的主要特征为:对出行的便捷性、可靠性和舒适性有较高要求,时间价值较高,但对出行费用不敏感。其出发地和目的地附近均应配置eVTOL起降场地。
相对于常规的城市交通方式,eVTOL在以下三个方面更为突出:1)可靠性,可以实现零堵车风险,将乘客准时准点送到目的地;2)可达性,可完成几乎“点到点”的出行体验,省去了换乘和“最后一公里”的烦恼;3)时效性,平均飞行速度达250 km·h-1,高于所有城市内的交通工具,在城际出行方面,因为没有停站的需求,可以媲美高铁。
eVTOL可望成为未来城市高端出行的重要交通方式,是按需响应满足多元化、个性化出行需求的重要补充方式。
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发展阶段划分
据2022年8月美国垂直飞行协会(Vertical Flight Society, VFS)发布的最新统计数据,全球有超过700个eVTOL设计研发项目,其中约25%的eVTOL项目处于飞行测试阶段,50%左右的eVTOL项目处于概念设计阶段。综合判断,eVTOL在中国的发展大致将分为以下3个阶段:
1)起步阶段:2025年之前。前期仍以技术研发和测试为主,中期将在政府、医疗、应急等公共领域得到应用,后期将在少数城市启动局部试点,并对商业模式进行验证。
2)普及阶段:2025—2035年。技术和商业模式趋于成熟,逐步在中国一二线城市的城际出行、机场抵离以及城市内部的中长距离出行中得到普及推广。美国联邦航空管理局(Federal Aviation Administration, FAA)提出将在2028年洛杉矶奥运会期间大规模使用eVTOL[16]。
3)成熟阶段:2035年之后。技术和商业服务进入成熟期,在各大中城市得以普遍应用,客流大幅提升,运营成本大幅下降,成为城市高端出行中的一种重要交通方式。
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市场规模分析
市场规模分析基础
3.1
多个机构对全球和中国的eVTOL市场规模进行过分析,但结论差距较大。保时捷管理咨询发布的《2023中国垂直出行市场展望报告》[17]通过匹配eVTOL的高净值人群比例以及对比不同交通方式,对eVTOL的替代比例进行分析,最终得出在现有条件下2030年中国预计有500架eVTOL。
基于相关数据,未来的城市交通可能呈现以下几个特征:1)随着城镇化进程的不断推进,尽管中国人口总规模已出现拐点,但主要大城市、特大城市、超大城市的人口规模仍将保持增长,城市出行总量也将持续增加;2)城市居民出行范围进一步扩大,通勤距离增加,交通拥堵未见明显缓解,出行时耗成为出行方式选择的重要影响因素;3)京津冀、长三角、珠三角3个城市群的城际客运出行量从2015年的54.0亿人次增加到2018年的60.9亿人次,出行量增加了12.7%,可以预见随着都市圈、城市群加速发展,城际联系将明显增加,城市群城际客运出行量稳中有升;4)国家统计局提供的近30年(1989—2019)4种主要交通方式年旅客周转量的变化情况表明,航空旅客周转量增速明显高于其他3种方式,显示出航空出行市场的强劲增长趋势。
基于以上分析,结合eVTOL的技术特点和优势,预判eVTOL在城市交通中将具备较好的应用外部条件。但是,eVTOL的发展将受制于飞行器本身及其配套条件,包括其自身的技术成熟性和安全性、营运成本、服务频次、出发地和目的地至起降场地的便捷性等多个因素。
本文基于以下假设粗略分析eVTOL在中国部分城市中的大致市场规模:1)分析时间点为2030年前后,即eVTOL普及阶段前期;2)应用推广地区包括北京、上海、广州、深圳及其所在的京津冀、长三角和珠三角地区。
主要出行场景包括:1)京津冀、长三角、珠三角城市群内部主要城市中心城区之间的城际出行,出行距离约为40~200 km;2)北京、上海、广州、深圳4个城市中6座主要机场的旅客抵离出行,出行距离约为20~80 km;3)北京、上海、广州、深圳4个城市中内部商务和通勤出行,出行距离约为20~80 km。表2对比了eVTOL和小汽车、公共交通在超大城市火车站与机场之间的出行时耗,可见eVTOL具有明显优势。
表2 北上广深3 种交通方式从火车站到机场的出行时间对比(晚高峰)

按上述3类出行场景,分析出行者的消费能力和eVTOL出行意愿,分别预测2030年应用推广地区的潜在客流规模和对应的eVTOL飞行器规模。
市场规模预测
3.2
1)城际出行客流。
根据各城市群的城市出行总量以及城际出行比例,得到城际出行总量;剔除城市群的对外出行量,即得到城际出行中的城市群对内出行量;仅考虑中心城区之间的客流,假设客流中的2%采用eVTOL出行,得到每日采用eVTOL的城际出行客流约为29 640人。假设每架次eVTOL平均载客4人,日均载客飞行10次,则每日运能为40人。基于上述计算得到eVTOL飞行器总需求量为741架。计算参数和结果见表3和表4。
表3 三大城市群基本信息及出行比例

注:表中人口、经济为2020 年统计数据,表中出行比例源于2016 年6 月百度地图数据《中国城市群出行分析报告》。
表4 三大城市群的eVTOL规模预估

1)选择eVTOL出行者的比例为2%;2)单架日均运能40 人次;3)日均出行次数2.4次·d-1。
2)民用运输机场的抵离出行。
北上广深4地的6个主要民用运输机场中,仅考虑小部分的高端旅客选择eVTOL出行。根据国际航空运输协会(International Air Transport Association, IATA)数据,2023年航空运输客运需求预计将恢复到疫情前2019年水平的85.5%。因此,预计中国民航客运需求在2025年将恢复为2019年的客流水平,并从2025年起考虑年均4%的增速至2030年,以此估算2030年的吞吐量。
相关研究[18]显示,中国国航飞机的头等舱和商务舱的配置比例分别为3%和14%,南方航空公司头等舱和商务舱的配置比例分别为1%和11%,由此估计民航旅客中大约8%属于高端旅客,这部分民航旅客将作为使用eVTOL的潜在客户。在2030年eVTOL普及阶段的初期,预计民航客流中将有10%的高端旅客采用eVTOL抵达机场,同时有5%的高端旅客采用eVTOL离开机场,二者比例的差异主要是考虑抵达机场具有较强的时间约束。在机场的eVTOL运营中,可考虑为离开机场的高端旅客提供更优惠的eVTOL票价,吸引更多的客流,以此降低eVTOL离开机场时的空驶率。计算参数和结果见表5。
表5 北上广深6 座主要机场的eVTOL规模预估

1)考虑了10%的接送客比例;2)抵离港选择eVTOL比例分别设定为10%和5%;3)单架飞行器日均运能为40人次。
3)城市内部的通勤和商务出行。
根据2021年胡润中国高净值家庭财富40强城市排行榜,北上广深4地超过1亿元资产的家庭数量为47 700户,匡算人数为119 250人。在2030年eVTOL普及阶段的初期,初步预计这些高净值家庭成员中的10%在每天的商务或通勤中采用eVTOL出行,则每日的eVTOL客流量为11 925人次,对应eVTOL的数量为298架。
4)小结。
综上,估算2030年3个城市群地区eVTOL的客流总规模约为48 220人次·d-1,对应eVTOL的市场规模约为1 205架,考虑一定的备用飞行器,估算eVTOL总量约为1 300~1 500架(见表6)。
表6 2030 年的eVTOL规模预估(单位:架)

eVTOL站场选址与建设要求
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站场功能定位和选址
未来eVTOL要维持正常的出行服务,需要配套建设必要的站场设施。站场是为eVTOL提供起飞、降落、停放以及维修保养的场地,同时也是为旅客和飞行器管理人员提供站务服务的场所。一个典型的eVTOL站场应包含至少一个供eVTOL飞行器起飞和降落的起降坪,另外根据场地大小和功能需要,还包含用于eVTOL停放和充电的停机位以及方向风速仪、照明、消防等其他设施,功能较综合的站场还需要配套场站运营管理和乘客服务相关的设施和用房,如维修保养场、售票处、候机室、行李寄存区、安全检查区等。
eVTOL站场选址时应注意以下基本要求:
1)站场尽量与周边土地利用相协调。eVTOL作为一种较高消费的交通方式,其营运站场应优先布设在潜在客户的周边,这些地区可能包括中高端的居住区和商务办公区、总部基地、CBD地区、异地城市航站楼以及交通枢纽(主要是机场和高铁站)等地区。
2)站场选址应确保具备适宜的空域、航路和风向等条件。应避免有限制垂直起降和航行的建筑物、障碍物或电力线等,应同时满足eVTOL安全起降的相关技术规范要求。
3)营运站场应在城市内部相对分散分布,并保持一定的服务间距和可达性。应提供乘客方便抵达和离开的交通衔接服务,如无邻近的公共交通服务,站场应有便捷的市政道路连接并配置必要的小汽车临停或长时停放场地。
4)eVTOL起降时的噪声小于65 dB[19],已明显低于传统直升机约85 dB的噪声水平,但站场选址仍然需要注意可能的噪声影响,特别是布置于高端居住区和办公区附近的站场需要保持足够的安全间距。
2
站场分类
结合功能配置、占地规模以及布设位置需求,参照类似交通站场的分类方法,建议eVTOL站场分为起降点、起降站、综合服务区三类设施。
1)起降点。一般设置1个起降坪,并配备必要的候机用房,占地较小,但起降点数量较多,可分散分布于城市各个地区,为旅客就近提供出行服务。起降点可分散设置于城市CBD、重要的政府部门、公共交通站场、高铁站、高速公路服务区、医院、景区等地,可在地面设置,也可在高架结构、屋顶或水面平台设置。
2)起降站。一般配置2~4个起降坪和更多的停机位,可同时供多架eVTOL起降和充电停放,此外还有较为完善的配套服务用房和设施,可为乘客和司乘管理人员提供更好的服务。起降站占地规模相对较大,飞行器起降频次更高,具备更强的客流服务能力。起降站可独立占地设置,也可设置于通用航空机场、民用运输机场和景区内。
3)综合基地。主要承担eVTOL下线后的集中停放、日常检查和维修保养等工作,同时eVTOL运营所需的行政、技术以及后勤保障等设施也在此布置。综合基地一般可在城市外围地区设置,占地规模更大,配置更多的起降坪、停机位以及所需的检修和管理用房。
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场地布局和建设标准
目前中国还没有针对eVTOL起降坪的技术标准,本文参阅《民用直升机场飞行场地技术标准》(MH 5013—2023)(以下简称《直升机行标》)以及2022年9月美国联邦航空管理局发布的《公共和私人垂直起降场设计指南(暂行)》(Engineering Brief No. 105, Vertiport Design,以下简称《FAA指南》)[20],对未来中国的eVTOL起降场进行初步分析,为eVTOL场站选址提供技术依据。
eVTOL起降坪场地主要涉及三个区域,由内向外分别是:
1)接地和离地区(Touchdown and Lift-Off Area, TLOF),也称着陆和升空区域,是以最终进近和起飞区(Final Approach and Take-Off Area, FATO)为中心的承载区域,飞机在此着陆或升空;
2)最终进近和起飞区(FATO),飞机在该区域上空完成进近的最后阶段,悬停或着陆,或从该区域开始起飞;
3)安全区,位于最终进近和起飞区周围的一块指定的无障碍物(航行必需的设施、装置除外)区域,以降低飞机意外偏离最终进近和起飞区时受损的风险。
起降场可为圆形或矩形,三个分区关系如图3所示。图3a场地的尺寸标准参照的是《直升机行标》,图3b场地的尺寸标准参照的是《FAA指南》。在中国正式出台eVTOL技术标准之前,建议参照《FAA指南》开展相关的基础设施规划研究。图3中的D是指飞行器的控制尺寸,即当eVTOL处于起飞或着陆构型,且旋翼/螺旋桨转动时,其在水平面上的投影所包围的最小圆的直径,也即飞机上两个最外侧相对点之间的最长距离,2D即为上述最长距离的2倍。

图3 eVTOL起降坪尺寸示意
位于民用运输机场的eVTOL站场,应尽可能将起降坪设置于远离固定翼飞机活动区的位置。按照《FAA指南》的要求,机场跑道进近中心线与eVTOL起降坪进近中心线的间距应为300~700英尺(约为91.44~213.36 m),具体间距要求与机场不同的飞机尺寸相关。
各分区的技术要点和尺寸如表7所示。《FAA指南》中三个区域的尺寸均比《直升机行标》略大,其原因是美国联邦航空管理局目前还没有足够的经过验证的eVTOL飞机性能数据,因此在《FAA指南》中采取偏于保守的技术数据。另外,《直升机行标》针对的是直升机,并非eVTOL,从飞行器尺寸上看,eVTOL一般都小于直升机,例如中国较常见的Z-9直升机全尺寸为10.5 m,而首个获得中国民航局认证合格型号的亿航智能EH216-S型号eVTOL,其宽度为5.73 m,因此即使按《FAA指南》较大的起降场尺寸,一个eVTOL起降场的面积依然还是小于直升机的起降场。这一点对于主要在城市地区布置的eVTOL起降场非常重要。
表7 eVTOL起降坪各区技术要点和尺寸

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站场建设要求
结合《FAA指南》和《直升机行标》的技术标准,表8对未来eVTOL站场参数和使用场景提出建议。
表8 不同类别的eVTOL站场配置

1)按飞行器6 m的控制尺寸(D)估算起降坪面积,并以此推算站场的占地面积。
以北京市为例,2030年北京市单日eVTOL客流量约为1万人次,需要大约300架飞行器,可考虑布置2处综合基地,10~15处起降站以及50~60个起降点。其中,位于五环内的起降点和起降站约60处,如按3.5 km间距均匀布设,60个站场约覆盖五环内700 km2的范围,理论上五环内的任意地点都可以在2 km左右的距离内抵达最近的起降点(站)。在实际站场布设时,应根据潜在的乘客地域分布特征进行选址,乘客抵达周边起降点(站)的距离还会更近。
依据相关的技术规范,eVTOL站场还应配备完善的附属设施设备,主要包括电力基础设施和充电设备、必要的视觉辅助设备和支持夜间飞行的照明设备、可测量并自动播报所在起降点当前天气状况的自动气象观测设备和风锥等。
同时设置安全屏障。基于eVTOL站场的安全考虑,应确保操作区内没有无关人员、动物、碎片、其他无关的设备和车辆进入。对于地面起降坪,可通过设置隔离栅或围墙在安全区外围形成安全屏障;屏障应注意保持合理的高度,既可以有效发挥隔离作用,又不至于对eVTOL的飞行作业带来风险。
利用建筑物顶层平台设置的起降点应提供实时响应的垂直交通服务,以便及时把旅客送至起降点或带至地面换乘其他交通工具。
运营服务和管理要求
1
高水平的旅程服务
eVTOL是一种成本较高的小众交通方式,eVTOL乘客对于出行的时效性、可靠性和出行体验有更高的要求。因此,高水平的旅程服务是推动eVTOL商业化运营并获得市场认可的关键因素,应重点关注以下3个方面。
1)提供“门到门”的全过程出行服务。如果只是保证eVTOL中间飞行段的快捷,会让这一出行方式的吸引力大打折扣。因此,eVTOL出行应纳入城市出行即服务(Mobility as a Service, MaaS)系统中,确保飞行段两端的衔接交通得到妥善解决。运营商应提供专门的接送车或与出租汽车公司进行合作,将其作为服务的一部分,为乘客提供“最后一公里”接驳服务。
2)提供完善的出行平台APP服务。应用程序可提供旅程相关的全方位出行信息,包括航线、航班、起降点分布等运营信息,设备实时状态、起降点周边路况、航路天气,以及民用运输机场动态等实时情况。平台可在出发前及时响应乘客对行程过程的中间调整需求,到达后可提供专用通道指引(如高架起降点的VIP电梯、机场安检的VIP通道等),让乘客快速抵达最终目的地。
3)满足个性化的出行需求。运营商可充分响应乘客的出行偏好,为乘客提供更多的个性化选择。如根据需求提供定制航班和专机服务,在某些热点线路为常旅客提供通勤优惠、里程优惠、与航空出行打包销售等优惠服务。
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高效的空域与航线管理
作为城市空中交通(Urban Air Mobility, UAM)概念的重要内涵,eVTOL将对城市交通系统带来深刻影响。要确保这些低空飞行的新型飞行器的安全,城市交通管理的范畴将从地面、地下、水上延伸到天空,高效、安全的城市低空空域管理将变得尤为重要。
民航飞机的巡航高度一般为3 000 m以上的空域,由空中交通管控中心统一管理;载人垂直起降飞行器和载货物流垂直起降飞行器属于低空通用航空范畴;eVTOL的活动范围属于中低空空域,一般在300 m以下的高度进行飞行作业;而120 m以下高度属于载物运输无人机的工作范围[21]。在正式的eVTOL商业化运作前应对中低空空域进行更加精细化的分区,并制定城市空中交通相关的法规,这对于eVTOL无缝融入城市环境,同时保持安全和效率至关重要。
依据城市空中交通的飞行安全标准和空域管理要求,建立全面的eVTOL监管框架,选择城市低空飞行走廊,制订飞行路线规划,进而创建灵活机动、富有韧性的城市中低空航线网络系统,均是eVTOL商业运营前应开展的重要工作。中低空飞行走廊的选择需要考虑飞行噪声的影响,并且应注意避开一些超高层建筑和敏感地区。一般而言,城市地区的河流、带状绿化廊道上空都是飞行走廊不错的选择,而在一些超高层建筑鳞次栉比的大城市中心区——实际上这也是eVTOL客户集中的地区,城市道路的上部空域则是很重要的空域资源。
eVTOL的发展对于政府制定低空经济政策推动相关产业链(包括飞行器制造、智能交通管理、电池技术等领域)发展具有重要意义。因此,政府可以通过出台相关政策支持eVTOL产业,鼓励技术创新和产业升级,推动低空经济的蓬勃发展;同时,通过财政补贴、税收优惠等方式,扶持环保型交通工具的推广应用,促进城市交通环境的改善。
面临的挑战
作为一种新型的交通工具,eVTOL未来要成为城市常态化和规模化的交通方式,仍然面临诸多挑战。
1)技术与安全:电池寿命和重量是限制eVTOL续航和载重能力的关键因素,此外飞行控制、自主导航、智能避障等关键技术也需要持续突破和改进;飞行器的安全设计、运营流程以及完善的安全监管体系仍需要进一步完善和验证。
2)基础设施建设:eVTOL的规模化商用需要配套建设一定规模的基础设施,包括以起降坪为核心的eVTOL站场、充电站、运营中心等,对用地规模、周边环境、电力配置等都有一定的技术要求,应在交通规划中提前考虑。
3)法规和政策:目前城市空中交通相关的法规和政策制定尚在起步阶段,还需要政府、行业组织和监管机构共同努力,加快相关法规和政策的研究制定工作。
4)环境和社会风险:eVTOL在城市的规模化使用会带来飞行噪声、安全隐患、空域管理等方面的城市环境和社会风险,需要通过一定时间的运营推广获得公众更高的接受度。
当然,随着技术的不断进步和社会的逐步成熟,通过政府、企业和监管机构的共同努力,以及行业组织和公众的积极参与,这些挑战将被逐步克服,基于eVTOL的城市垂直交通必将成为未来城市交通系统的重要组成部分。
发展建议
eVTOL已进入加速发展期,中国参与eVTOL的研发机构众多,首飞成功的机型也在接连出现。因此,建议尽快制定相关法规制度,启动eVTOL场地技术标准的研究。借鉴美国联邦航空管理局的经验,可先期发布临时技术指南,以便为eVTOL更大规模的应用试点以及城市交通的相关研究提供技术支撑。
城市交通规划应提前研究垂直交通对城市交通体系的影响,并在交通基础设施布局、交通系统衔接、交通政策制定中进行针对性考虑,包括合理划定eVTOL飞行路径和起降场地,考虑与街道和建筑物的协调,确保垂直交通不会对公共空间的正常使用造成负面影响。
eVTOL与MaaS的结合可以代表创新技术和服务模式在城市交通领域的融合。eVTOL可以作为多种交通方式组合出行旅程的一部分,实现最优路线规划、定制出行等服务。随着技术和服务的不断发展,eVTOL与MaaS平台的整合将提供高效、便捷和可持续的城市内部及城际的出行解决方案。
eVTOL的商用试点可考虑首先在城市航站楼与民用运输机场两端建立起降点,以先期提供市区到机场的“空中出租汽车”服务。其好处是应用场景较为成熟,两端的起降场地容易落实,试点难度较小。此后的起降点可逐步在具有用地条件的景区、高端商务区建筑体楼顶进行选址。在用地较为紧张的城市,一方面随着长途客运、加油服务需求的逐步减少,中远期可将长途汽车客运站、加油站置换为eVTOL的起降场地;另一方面,可将eVTOL起降场地纳入城市平急两用的公共基础设施体系,利用城市的一些开敞空间布设eVTOL起降点,平时用于eVTOL的日常起降,在遇到重大公共突发事件时则可立即进行转换,起降坪成为应急飞行的起降场所和紧急避难场地,增强城市应急资源的储备和调配能力。
结束语
本文系统介绍了eVTOL的主要技术特点,并分析了未来在城市的三类主要应用场景。2030年前后,eVTOL将进入普及阶段前期,在京津冀、长三角和珠三角等地区逐步获得应用推广。本文以交通规划师的视角对未来eVTOL站场的分类和建设要求进行研究,梳理了eVTOL起降坪各分区的技术要点和不同类别eVTOL场站的配置要求,将对eVTOL配套基础设施的规划布局和建设管理起到指导作用。此外,还针对未来eVTOL的运营服务和空域管理给出了建议。
低空经济已列入新兴产业范畴,eVTOL的相关研发正在快速推进当中。未来5~10年将是eVTOL进入城市商用飞行的关键时期,城市交通规划应为这种新的城市交通方式提前开展相关配套研究。本文受限于既有的资料和数据,后期将结合eVTOL最新的技术数据以及多个城市正在进行的试飞情况,进一步对应用场景、市场规模以及配套设施技术要求进行深化研究,并重点补充其经济可行性相关分析内容。
《城市交通》2024年第4期刊载文章
作者:黄子翼

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2024158期
编辑 | 张斯阳 张宇
审校 | 耿雪
排版 | 张斯阳
原文始发于微信公众号(城市交通):黄子翼 | 基于eVTOL 的城市垂直交通系统构建