丁曉欣， 劉力嘉， 喬嘉寧， 高林帥， 王 群

(1. 吉林建筑大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院， 吉林 長春 130118； 2. 吉林省民航機場集團有限公司 運行指揮中心， 吉林 長春 130000；3. 吉林建筑科技學(xué)院 管理工程學(xué)院， 吉林 長春 130114； 4. 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程學(xué)院， 廣東 深圳 518055)

2020年，我國民航局印發(fā)了《中國民航四型機場建設(shè)行動綱要(2020—2035年)》作為指導(dǎo)性文件，為實現(xiàn)民航強國推進建設(shè)以“安全、綠色、環(huán)保、智慧”為目標(biāo)的四型機場。各地機場旅客吐量持續(xù)增多(如圖1所示)，導(dǎo)致運行安全壓力增大。加強機坪運行安全管理能力，提高管理效率，是重中之重。機坪運行安全管理作為一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，是以飛機保障作業(yè)為管理中心，標(biāo)準(zhǔn)化管理的活動，它是機場安全管理的重要組成部分。

圖1 2017―2020年旅客吞吐量

國內(nèi)外學(xué)者在智能技術(shù)運用于機場管理方面多有研究。宋洋[1]等以某民用機場安全管理中航站樓消防安全管理為例進行分析，并建立了以BIM(Building Information Modeling)技術(shù)提供信息集成的三維可視化建筑模型；李牧聲等[2]建立了基于GIS(Geographic Information System)的民航機場應(yīng)急救援管理系統(tǒng)；Ansola等[3]提出多智能體系系統(tǒng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為機場資源管理提供有效途徑，保證機場安全運行；任杰等[4]指出大數(shù)據(jù)技術(shù)為機場管理中提供各種數(shù)據(jù)信息，支撐機場日常運行安全管理;劉剛等[5]建立機場機坪安全風(fēng)險雙層次灰色評價模型并舉例說明設(shè)施設(shè)備在機坪運行安全作業(yè)時存在不足，其次是人員因素；王燕青等[6]建立了B/S模式的機場不安全事件管理系統(tǒng)，具有一定的指導(dǎo)意義；曾學(xué)[7]提出了基于射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)應(yīng)用與機場行李自動分揀系統(tǒng)的理念，并加以應(yīng)用證實其可行性，保證了行李安全運輸；曾瑩[8]探索將智能技術(shù)運用到航站樓運維管理中；代軍等[9]通過云技術(shù)構(gòu)建機場生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)平臺，提升機場運營水平。

綜上所述，智能技術(shù)在機場安全管理中應(yīng)用較多，在機坪運行安全管理中應(yīng)用較少。機坪運行安全管理中管理人員工作效率低下、設(shè)備設(shè)施操作不規(guī)范等運行安全問題，沒有得到有效改善。因此，智能技術(shù)在機坪運行管理方面的應(yīng)用是極其重要的。隨著智能技術(shù)的發(fā)展及在智慧機場中的應(yīng)用，必將促進機坪運行安全的高質(zhì)量發(fā)展。

1 智能技術(shù)概述

本文借助智能技術(shù)，解決機坪運行安全管理問題。以BIM、GIS、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和云技術(shù)等智能技術(shù)為載體，可實現(xiàn)機場機坪運行安全高效，杜絕安全隱患的發(fā)生，減少航班延誤的同時減少機坪運行時出現(xiàn)的危險事件，提高管理水平，保證高質(zhì)量機坪運行安全管理。

(1)BIM技術(shù)

BIM又稱建筑信息模型，其主要特點就是可以將二維圖紙變成三維可視化，將紙質(zhì)資料變成電子資料閱覽，打破傳統(tǒng)的二維思維的局限，有利于機坪運行全生命周期的安全管理。如北京大興國際機場的航站樓側(cè)的運行維護管理是運用BIM技術(shù)完成的[10]，同時也是首次將BIM技術(shù)運用到機坪航油管線當(dāng)中[11]，這說明了BIM技術(shù)不僅能運用到航站樓的建設(shè)當(dāng)中，對于管道建設(shè)和維護也可以做出突出貢獻。

BIM技術(shù)的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性特點可以對機場機坪運行安全進行全方位管控，便于各單位、各環(huán)節(jié)查漏補缺，系統(tǒng)化管理?？梢詫⒍喾叫畔⒄系揭黄穑瑢崿F(xiàn)機坪運行智能安全管理，提高運行效率，確保各方信息不丟失，保障機坪運行長期安全。

(2)GIS技術(shù)

GIS地理信息系統(tǒng)，有空間信息和位置信息準(zhǔn)確的特點，且具有前瞻性和廣闊的發(fā)展前景，如首都國際機場運用GIS技術(shù)搭建機場地理空間信息服務(wù)系統(tǒng)，將空間信息、基礎(chǔ)信息、系統(tǒng)信息等納入平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享管理[12]。

BIM技術(shù)和GIS技術(shù)的有機結(jié)合，有助于機坪空間管理能力的提升，對后期運維管理有著重要作用，可以降低機坪運行安全中不安全事件的頻率。

(3)大數(shù)據(jù)技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，智慧機場建設(shè)也離不開大數(shù)據(jù)，汪偉等[13]指出為解決運行資源的合理化，大數(shù)據(jù)在機場運行管理當(dāng)中充當(dāng)著重要角色，如保障飛行環(huán)境，海量的數(shù)據(jù)分析，航班延誤再安排，合理分配等。

其數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)整合能力較強，海量的數(shù)據(jù)分析給機坪運行管理數(shù)據(jù)提供新的管理思路，便于工作人員更加直觀地分析問題。能夠及時反饋信息，減少機坪運行風(fēng)險的發(fā)生。

(4)物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)技術(shù)可以實現(xiàn)物品向人類傳遞信息。通過無線射頻識別(RFID)、傳感器等可以對車輛、設(shè)備信息感知、定位、收集等，并反饋給系統(tǒng)，通過與互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)系，進行實時管理。運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以精準(zhǔn)化管理，解決航空器降落到再次起飛時，機坪上需要的車輛、設(shè)備、人員以及復(fù)雜流程的安全問題，減少危險事件的發(fā)生，智能技術(shù)給機坪運行安全帶來了便利條件。

(5)云技術(shù)

云計算(Cloud Computing)是將大量的數(shù)據(jù)群體通過“云”進行處理，擁有強大的數(shù)據(jù)分析處理能力，然后通過服務(wù)器各端傳輸給用戶。機坪運行安全過程中有海量的數(shù)據(jù)，需要對這些數(shù)據(jù)進行分析。通過云計算技術(shù)可以打造一個云平臺，減少運行成本，提高運行安全效率[14]。

2 機坪運行安全現(xiàn)狀與存在的問題

我國機坪運行安全管理是依據(jù)其必須遵循的規(guī)章制度、法律法規(guī)來約束工作者的行為。用事故樹的方法對國內(nèi)某機場近五年的機坪事故數(shù)據(jù)進行定性分析時指出，機坪資源、車輛、地面標(biāo)志物，以及工作環(huán)境都對機坪運行安全管理產(chǎn)生影響[15]。機坪運行安全過程中需要特種車輛進行保障作業(yè)，發(fā)生車輛事故的原因主要有人為操作錯誤、管理不到位等[16]。機坪運行要按照其規(guī)章準(zhǔn)則，明確工作范圍所對應(yīng)的職責(zé)[17]。目前，傳統(tǒng)的機場機坪安全管理模式都是在SMS(Safety Management System)安全管理體系之下，事后分析事故的原因，容易忽略涉及各個單位之間的協(xié)調(diào)能力且監(jiān)管難度大，智能技術(shù)使用較少，已經(jīng)不能適應(yīng)智慧機場的發(fā)展。一方面，工作人員的業(yè)務(wù)能力低下導(dǎo)致工作低效[18]，設(shè)備老化、更新慢影響日常工作效率；運行保障流程復(fù)雜，保障單位較多易出現(xiàn)危險[19]，外來物侵犯風(fēng)險大[20]，設(shè)施設(shè)備等維護成本高；另一方面，由于機坪場地面積大，出現(xiàn)問題時追蹤溯源不及時，數(shù)據(jù)信息不準(zhǔn)確，機坪監(jiān)管部門管理難度大[21]。機坪運行安全具有特殊性，從以上來看這些都不同程度地影響著機坪運行安全，要想合理解決這些問題，就要引入智能技術(shù)為機坪運行安全做好堅實的基礎(chǔ)。

3 智能機坪運行安全管理系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)以revit模型為基礎(chǔ)，以物聯(lián)網(wǎng)為載體，形成智能機坪運行安全管理系統(tǒng)，從各個模塊實現(xiàn)對機坪運行安全的管控，旨在為機場管理機構(gòu)提供高效便捷的工作方式，降低運行安全成本，減少事故的發(fā)生，讓機坪更加暢快地運行工作。系統(tǒng)設(shè)計如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 BIM模型的構(gòu)建

根據(jù)智能機坪運行安全管理系統(tǒng)需求，將機場機坪這個既有建筑通過以往的CAD圖紙、點云技術(shù)等將信息進行翻模，從而得到BIM模型數(shù)據(jù)庫，包括：幾何信息、設(shè)施設(shè)備維護信息等。實現(xiàn)機坪全生命周期的信息共享，提高機坪運行安全管理水平及效率。

3.2 BIM模型輕量化

模型輕量化處理可減少BIM模型中的數(shù)據(jù)過多造成瀏覽卡頓現(xiàn)象，使得可視化模型信息更清晰、完全，減少智能機坪運行安全管理系統(tǒng)的負擔(dān)，保障運行安全管理數(shù)據(jù)安全穩(wěn)定。

3.3 系統(tǒng)的組成

智能機坪運行安全管理系統(tǒng)是以BIM技術(shù)的可視化特點為載體搭建而成的。系統(tǒng)通過GIS技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等智能技術(shù)統(tǒng)籌資源最大化利用，與已有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)等相結(jié)合使得各個工作流程協(xié)同運作實現(xiàn)對機坪人員、機坪車輛、機坪設(shè)施設(shè)備等的集成管理，解決運行安全當(dāng)中遇到的難點問題，打破信息孤島，及時了解機坪運行情況，為后期機坪運行安全的成本管理和維護管理打下堅實的基礎(chǔ)。系統(tǒng)組成如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)組成

3.3.1 機坪人員安全管理系統(tǒng)

機坪人員管理包括工作信息、獎懲情況、個人信息等。機坪人員管理將運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的有機結(jié)合來實現(xiàn)，便于清晰掌握工作范圍，并直接影響到機坪運行安全的保障。通過將場地BIM模型導(dǎo)入平臺，可使得工作人員進行模擬作業(yè)，減少機坪運行安全隱患的發(fā)生，從而保證機坪運行安全。工作人員身份信息查看、工作信息的采集以及整理匯總形成電子版信息，通過大數(shù)據(jù)可以將大量的數(shù)據(jù)整理在一起，形成數(shù)據(jù)庫以便進行隨時調(diào)取，為機坪運行安全的日常管理提供便利條件。

3.3.2 機坪作業(yè)保障車輛安全管理系統(tǒng)

機坪上的保障車輛一般分為特種作業(yè)車輛和一般車輛，其最重要的是車輛信息是否準(zhǔn)確，保障作業(yè)分配是否合理，這一部分管理當(dāng)中就要借助智能技術(shù)，通過無線射頻技術(shù)、GPS(Global Positioning System)系統(tǒng)等獲取車輛運行信息，并且GIS技術(shù)對于空間管理占據(jù)優(yōu)勢，使工作人員實時監(jiān)督車輛運行的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。保證車輛使用安全，減少車輛與人、車輛與車輛、車輛與航空器之間的碰撞，并將每次保障車輛的信息車形成電子版文檔上傳到云平臺以便后期調(diào)取。通過BIM技術(shù)可以了解車輛行駛路徑是否準(zhǔn)確，是否符合規(guī)章制度。

3.3.3 機坪設(shè)備設(shè)施安全管理系統(tǒng)

首先場地BIM模型要進行輕量化處理、其次與傳感器和物聯(lián)網(wǎng)進行對接，實時傳送設(shè)施設(shè)備使用情況和維修巡檢情況。設(shè)施設(shè)備的維護信息及時記錄形成電子信息，及時反饋到管理層，有利于提高設(shè)施設(shè)備運行使用率，增強設(shè)施設(shè)備耐久性和可靠性，保證各類設(shè)施設(shè)備在工作期間始終處于適用狀態(tài)，避免事故的發(fā)生，提高設(shè)施設(shè)備的使用壽命，降低運行成本。

3.3.4 機坪標(biāo)志安全管理系統(tǒng)

《民用機場飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》精準(zhǔn)地規(guī)定了建設(shè)要求，對于機場規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)是標(biāo)準(zhǔn)性的參考文件。機坪上的標(biāo)志需要時刻保持清晰，不能處于遮蔽狀態(tài)。BIM技術(shù)可視化的特點可以將機坪上的標(biāo)志準(zhǔn)確表達，并且工作人員通過三維模型提前知道工作區(qū)域位置及路線，防止產(chǎn)生工作錯誤和危險事件的發(fā)生。

3.3.5 機坪消防防火安全管理系統(tǒng)

安全問題一直是每個民航工作者最關(guān)心的問題，從航站樓側(cè)的消防管理到機坪運行的消防管理都是關(guān)鍵。通過BIM技術(shù)可以進行火災(zāi)模擬，讓工作人員更好地了解消防通道，增強消防意識，保障機坪運行安全。

3.3.6 航空器機坪運行安全管理系統(tǒng)

航空器進港和離港流程都是需要人員和保障車輛等的運用，可以通過人員、車輛定位進行航空器機坪運行安全管理。通過運用相應(yīng)的BIM軟件做出教學(xué)視頻，進行有效學(xué)習(xí)，使得工作人員熟悉保障作業(yè)流程，防止工作中出現(xiàn)失誤。

3.3.7 機坪環(huán)境衛(wèi)生安全管理系統(tǒng)

機坪環(huán)境衛(wèi)生管理系統(tǒng)當(dāng)中最重要的就是機場外來物(Fod)管理，按照機場日常管理規(guī)則進行機坪外來物管理。設(shè)施設(shè)備在機坪上的擺放位置規(guī)范，統(tǒng)一調(diào)配解決了機坪上使用設(shè)施設(shè)備雜亂無章的現(xiàn)象，通過工作人員的定時清理和監(jiān)控視頻的及時查看有助于提升外來物防范的意識。

3.4 系統(tǒng)功能模塊實現(xiàn)路徑

(1)系統(tǒng)總體構(gòu)架

智能機坪運行安全管理系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其層級的組織架構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、展現(xiàn)層和用戶層。系統(tǒng)總體構(gòu)架如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)總體構(gòu)架

1)數(shù)據(jù)層：包括BIM模型數(shù)據(jù)庫、人員信息、設(shè)施設(shè)備信息、視頻數(shù)據(jù)、圖紙信息和民航局頒布的規(guī)章、制度、標(biāo)準(zhǔn)及法律法規(guī)。主要通過傳感器等手段對機坪運行需要的基礎(chǔ)信息進行全面感知。利用物聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換收集。數(shù)據(jù)層的建立便于信息共享和日常管理的文件查找。設(shè)施設(shè)備和車輛數(shù)據(jù)通過接口處理對接傳感器、監(jiān)控設(shè)備等獲取數(shù)據(jù)。

2)應(yīng)用層：包括各個子系統(tǒng)的管理以及通過BIM可視化軟件做出的場景展示管理、對BIM模型的瀏覽查詢，滿足基層人員學(xué)習(xí)需求，為機坪運行安全管理帶來更大的價值。

3)展現(xiàn)層：通過物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)等智能技術(shù)，對系統(tǒng)各個模塊通過終端進行展示，通過微信公眾號和PC端實施管理，實時提供所需信息。充分展示了智能技術(shù)的優(yōu)勢，便于監(jiān)管部門工作人員監(jiān)管，細化管理細則。

4)用戶層：方便從上級到下級工作人員檢查，信息查找，有效提供數(shù)據(jù)信息，管理系統(tǒng)全面安全可靠。在機坪運行管理當(dāng)中，人員管理占據(jù)重要一部分，運用智能技術(shù)將信息收集整合到一起，用可視化貫穿整個運行周期有效提高管理水平，最終達到統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，保證機坪安全運行。

(2)系統(tǒng)實現(xiàn)功能模塊

1)數(shù)據(jù)信息的集成化管理：對于人、設(shè)備、車輛等信息的收集整理，建立電子信息庫。對設(shè)施設(shè)備運行情況進行記錄，細化管理，解決以往信息數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。機坪運行安全貫穿機場運行的全過程，智能技術(shù)能準(zhǔn)確高效地將數(shù)據(jù)信息有效梳理，便于管理，促進機坪運行安全暢通，減少航班延誤。平臺收集各方資料進行內(nèi)部整合，數(shù)據(jù)信息清晰明了，查找問題時方便快捷，利于日后的整改。對于設(shè)備管理，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，快速進行運行決策，資源合理配置，資源最大化利用，利于掌控全局。

2)可視化的運維管理，可視化展示提高工作人員安全意識：通過數(shù)據(jù)信息模型可視化表達并結(jié)合VR、AR進行展示，清晰直觀全方位地表述，有效降低未來發(fā)生風(fēng)險的可能性。減少機坪內(nèi)事故發(fā)生造成的經(jīng)濟損失和時間成本，進而有效提高機坪運行安全。

3)提高工作人員工作效率，實行視頻培訓(xùn)課程：將機坪上發(fā)生的規(guī)章制度、不安全事件等通過草圖大師軟件建模，導(dǎo)入Lumion當(dāng)中進行渲染，做成三維動畫，使用PR等軟件進行后期處理，指派專人講解(如圖5所示)。既能避免類似不安全事件的發(fā)生，又能讓員工熟記工作內(nèi)容的規(guī)章制度，也可作為教材在員工入職培訓(xùn)中使用。能有效提高工作人員認(rèn)真學(xué)習(xí)的積極性；并且通過視頻案例講解，能夠預(yù)防此類事件的再度發(fā)生，培養(yǎng)智能型機坪運行人員，有利于機坪運行安全的文化建設(shè)。

圖5 視頻培訓(xùn)流程

4 案例分析

4.1 項目介紹

以某機場項目為例，探討本文提出的智能技術(shù)應(yīng)用在機坪運行安全的可行性。該機場有T1和T2兩個航站樓，占地20.1萬m2，跑道材質(zhì)為水泥，長3200 m，寬45 m。21世紀(jì)初期機場通航，隨著經(jīng)濟的增長、人流量的增多，機場也在不斷擴建，2018年T2航站樓投入使用，設(shè)計容量1600萬人次。機場機坪人員、車輛、設(shè)備多，流動性大，流程復(fù)雜，對機坪運行安全管理提出挑戰(zhàn)。課題組利用草圖大師(Sketchup)、Autodesk Revit等軟件繪制機場模型形成數(shù)字化的機坪建筑，如圖6所示。

圖6 機坪revit模型

4.2 項目智能運行安全管理

以機場機坪三維模型以及各種設(shè)施設(shè)備屬性信息為基礎(chǔ)載體構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，形成數(shù)字駕駛艙；人員、車輛等的運行數(shù)據(jù)實時更新，通過云計算、大數(shù)據(jù)等儲存數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，打造可視化管理平臺，使得機坪運行安全更加智能化、信息化，提高了綜合價值。結(jié)合各個智能技術(shù)與機坪運行安全管理中的應(yīng)用點，制定如圖7所示的工作流程圖。

圖7 工作流程

4.3 項目應(yīng)用

(1)以三維可視化模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建智能機坪運行安全管理系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)，協(xié)同管理工作，達到模型與實際相符，打造機坪運行安全管理工作準(zhǔn)確率性。

(2)在BIM模型中，記錄著機坪中各類信息，方便工作人員隨時調(diào)取信息。將最終信息匯總到模型當(dāng)中，讓模型始終保持與實際運行狀態(tài)數(shù)據(jù)同步。設(shè)備設(shè)施、車輛的維護信息通過傳感器上傳到平臺上進行匯總，更加便捷的記錄方式為后期的運行維護提供保障。

(3)為了提高機坪運行效率，降低事故發(fā)生率，通過三維模型導(dǎo)入到Lumion軟件，剪輯生成動畫視頻，用于安全教育培訓(xùn)、風(fēng)險防范培訓(xùn)、規(guī)章制度安全學(xué)習(xí)培訓(xùn)等。提高了機坪運行安全效率，保證機坪運行安全可靠(如圖8所示)。

圖8 機坪場景

(4)智能機坪運行安全管理系統(tǒng)平臺，以可視化為目的，隨時處理可能出現(xiàn)的問題，降低運行成本，提高機坪運行安全管理能力。

5 結(jié) 語

建設(shè)智慧機場，在機坪運行管理中運用智能技術(shù)是大勢所趨。在實際工作當(dāng)中，面對高消耗人力、低效率問題，能夠充分發(fā)揮智能技術(shù)作用，構(gòu)建機坪運行安全管理系統(tǒng)，形成正確的工作方式，打造高質(zhì)量、高品質(zhì)、高運行的機坪運行管理模式。提高工作人員的積極性和學(xué)習(xí)性，降低機坪運行中的資源浪費，從而打造機坪運行智能安全管理平臺，實現(xiàn)運行安全、智能，達到機坪運行長治久安。