機場建筑數(shù)據(jù)資產的建立、更新與應用

□ 北京大興國際機場 馬 蔭 賈治國 張炳瀧/文

在數(shù)字經濟時代，數(shù)據(jù)已經成為繼土地、勞動力、資本、技術之后的新型生產要素，正在推動生產方式、生活方式和治理方式發(fā)生著深刻變革?！吨袊窈剿男蜋C場建設行動綱要（2020-2035年）》《智慧民航建設路線圖》明確提出要建設一個全面物聯(lián)、數(shù)據(jù)共享、協(xié)同高效、智能運行的智慧機場，統(tǒng)一機場數(shù)據(jù)定義及交互標準。因此，數(shù)據(jù)生產要素和各項數(shù)字技術，已經成為智慧機場建設發(fā)展的關鍵支撐。機場建筑是支撐實現(xiàn)機場各項業(yè)務服務的空間場所和基礎保障，因此，機場建筑數(shù)據(jù)對于智慧機場的建設與發(fā)展至關重要。

從定義和特征上看，機場建筑數(shù)據(jù)資產是物理資產的三維映射，是指具有固定資產的實物形態(tài)主要以知識形態(tài)存在的重要資源，以建筑信息模型（BIM）、地理信息系統(tǒng)（GIS）等建筑空間數(shù)據(jù)為基礎有組織地描述和集成建筑各級對象及相關業(yè)務數(shù)據(jù)，能直接被數(shù)字化平臺利用，且持續(xù)性維護、積累和更新的建筑相關數(shù)據(jù)、信息與知識的集成，這類集成將數(shù)據(jù)轉化為資產，實現(xiàn)實體資產的數(shù)字孿生，并產生價值。機場建筑數(shù)據(jù)資產具有可編輯、可共享、可更新、可集成、可無限增長、可資產化等特征，能夠與新一代信息技術實現(xiàn)集成應用，在推動智慧機場的建設發(fā)展中具有極大的潛能。

當前，越來越多的企事業(yè)單位開始重視工程數(shù)據(jù)資產的收集與共享。例如許多施工企業(yè)在探索如何有效收集、交付、管理、應用工程數(shù)據(jù)資產，以提高工作效率。也有一些勘察設計單位在探索基于工程數(shù)據(jù)資產的數(shù)字化轉型新路徑。但如何運用機場建筑數(shù)據(jù)資產來推動智慧機場建設與發(fā)展的研究還較少。另外，從建筑數(shù)據(jù)資產在民航業(yè)的應用深度和廣度來看，還處于探索階段，已有研究多為基于BIM的單個階段的單點應用，并未實現(xiàn)建設與運營的數(shù)據(jù)貫通。因此，本文從機場建筑數(shù)據(jù)資產視角出發(fā)，通過構建 “機場建筑數(shù)據(jù)資產建立、更新與應用”的總體技術路線框架，并結合在北京大興國際機場的實踐，總結提出建筑數(shù)據(jù)驅動下的智慧機場建設發(fā)展路線，以期對機場建筑數(shù)據(jù)資產的理論研究和工程實踐提供借鑒。

總體技術路線框架

為了實現(xiàn)民航業(yè)的高質量發(fā)展和構建智慧機場，必然要充分發(fā)揮機場建筑數(shù)據(jù)這類生產要素的價值。以建筑數(shù)據(jù)來驅動和貫通機場全生命周期，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)應用，從而支撐機場建設運營一體化發(fā)展。從數(shù)據(jù)中提取知識、預測未來，推動機場業(yè)務與服務從“傳統(tǒng)經驗驅動”向“智能數(shù)據(jù)驅動”轉變。因此，進行機場建筑數(shù)據(jù)資產的建立、管理更新和應用，并匹配相應的保障體系，是建設智慧機場的必經之路。

機場建筑數(shù)據(jù)資產的建立、管理更新和應用的總體技術路線框架包括四大部分：建立保障體系（包括數(shù)據(jù)標準體系、組織管理機制、數(shù)據(jù)安全體系）、建立機場建筑數(shù)據(jù)資產、機場建筑數(shù)據(jù)資產的管理和更新、機場建筑數(shù)據(jù)資產的應用（總體技術路線框架詳見圖1）。

圖1：建筑數(shù)據(jù)資產的建立、更新和應用的路線框架

保障體系的建立

（一）數(shù)據(jù)標準體系

為規(guī)范機場建筑數(shù)據(jù)資產的建立、存儲、管理、信息交換與共享應用，建立數(shù)據(jù)標準體系至關重要。在參照工業(yè)基礎類IFC（Industry Foundation Classes）標準、COBie（Construction Operation Building information exchange）標準、建筑信息模型相關的國家標準和民航標準的基礎上，從機場數(shù)據(jù)資產建立、表達、管理和應用角度出發(fā)，將數(shù)據(jù)標準框架進行邏輯分層，將數(shù)據(jù)標準內容進行詳細分類，以推動建筑數(shù)據(jù)的標準化，提升數(shù)據(jù)質量和應用流轉效率。

數(shù)據(jù)標準是指對數(shù)據(jù)定義、使用和交換的一致性、準確性和完整性的約束，即機場建筑數(shù)據(jù)資產建立、更新與應用的標準化指導。機場建筑是一個多專業(yè)信息交叉的集合體，不同專業(yè)視角會存在對于數(shù)據(jù)定義或分類方法的差異，數(shù)據(jù)標準會明確建筑數(shù)據(jù)含義，保障各類人員對于機場建筑數(shù)據(jù)資產的統(tǒng)一認識，保障數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)、應用下的統(tǒng)一口徑。此外，數(shù)據(jù)標準將保障數(shù)據(jù)資產的兼容性和可操作性，技術上易于機器和人的理解和使用，實現(xiàn)跨系統(tǒng)敏捷交互和融合分析，減少轉換和清洗。業(yè)務上助力消除部門間的數(shù)據(jù)壁壘，降低交換成本，保障數(shù)據(jù)更有效地服務于機場各項業(yè)務。再之，數(shù)據(jù)標準有助于規(guī)范管理，提升數(shù)據(jù)質量，進而從整體上為機場的數(shù)據(jù)治理和應用奠定基礎。

數(shù)據(jù)標準一般包含以下內容：一是數(shù)據(jù)的組織結構，例如數(shù)據(jù)模型、實體關系圖、數(shù)據(jù)表結構等；二是數(shù)據(jù)元素的名稱、含義、類型、單位等屬性；三是各類數(shù)據(jù)的格式；四是數(shù)據(jù)對象的命名規(guī)則，例如對象名、屬性名、表名、字段名等；五是數(shù)據(jù)的分類方法，例如數(shù)據(jù)字典、術語表、詞匯表等；六是數(shù)據(jù)的編碼方式，例如字符編碼、數(shù)字編碼、條形碼、二維碼等；七是數(shù)據(jù)的交換格式和協(xié)議，例如XML、CSV、JSON、EDI等。

（二）組織管理機制

通過組織管理機制的建立，建立統(tǒng)一的制度規(guī)章約束，規(guī)范多個工作流程，理清各方角色和職責等，可以有效保障機場建筑數(shù)據(jù)資產的建立、存儲、管理、更新、應用等的執(zhí)行與協(xié)同。管理機制貫穿數(shù)據(jù)資產建立、管理和應用的整個過程，其目的是協(xié)調建立者、管理者、使用者與平臺系統(tǒng)管理者等之間的關系，保證需求方能及時且準確地獲取數(shù)據(jù)資源和服務，為機場建筑數(shù)據(jù)資產管理的準確性、一致性、完整性、安全性提供機制上的保證。

（三）數(shù)據(jù)安全體系

建立數(shù)據(jù)安全體系，保障數(shù)據(jù)資產全流程的安全。主要涉及不同級別與類型用戶權限的授權，數(shù)據(jù)的加密保護，不同保密等級的數(shù)據(jù)查詢管理，以及數(shù)據(jù)資產的備份等，以防止數(shù)據(jù)的非法訪問、破壞和丟失。

機場建筑數(shù)據(jù)資產的建立

在建筑數(shù)據(jù)資產的建立過程中，既有機場建筑與新建機場建筑存在不同的技術操作環(huán)節(jié)。對于新建機場，以數(shù)據(jù)資產系列標準為指導，在規(guī)劃設計階段，基于BIM技術進行三維協(xié)同設計，得到圖模一致的設計成果，有效地支撐招采工作；在施工階段，運用設計階段的數(shù)字成果指導施工；若有施工變更，及時根據(jù)建筑施工情況調整模型和數(shù)據(jù)；開展模型的深度處理，重點涉及精裝表達、設備安裝落位等，形成模實一致的建筑數(shù)據(jù)資產，完成竣工交付（詳見圖2）。

圖2：新建機場建筑數(shù)據(jù)資產的建立流程

對于既有機場建筑，以數(shù)據(jù)資產系列標準指導，首先要收集與整理相關藍圖、文本等竣工圖檔資料，然后進行現(xiàn)狀踏勘、模型建立與現(xiàn)場復測，保障和現(xiàn)場實際的一致性，最后進行模型深化與信息加工等，轉交給機場運營部門，后續(xù)依據(jù)實際需求，支持運營動靜態(tài)數(shù)據(jù)的接入和掛載，實現(xiàn)機場建筑多階段有用建筑數(shù)據(jù)的生產建立、深化加工、匯集加載，形成可視化、可交互、可應用的機場建筑數(shù)據(jù)資產（大興機場的相關流程詳見圖3）。

圖3：既有機場建筑數(shù)據(jù)資產的建立流程——以大興機場為例

機場建筑數(shù)據(jù)資產的建立采用了創(chuàng)新的組織管理方式，其核心是構建了對象化的數(shù)據(jù)結構以及分級分類的標準。數(shù)據(jù)結構作為組織、集成和管理建筑數(shù)據(jù)信息的基本框架，若其層級清晰、架構合理，則可有效地提高寫入、存儲、檢索數(shù)據(jù)的能力和效率。建筑數(shù)據(jù)的分級分類管理優(yōu)勢在于，可以根據(jù)不同的數(shù)據(jù)應用需求，將彼此相互獨立的數(shù)據(jù)信息按照一定的維度進行關聯(lián)和整合，有利于數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)籌管理，減少數(shù)據(jù)信息脫節(jié)，提高數(shù)據(jù)調用效率，優(yōu)化信息的利用價值和處理效率。

將建筑數(shù)據(jù)資產對象化，機場建筑數(shù)據(jù)資產分為七個對象層級，具體如下：園區(qū)、建筑單體、樓層、系統(tǒng)、區(qū)域、空間和構件，各類資產對象之間的關系如圖4所示。

圖4：機場建筑數(shù)據(jù)資產各對象間的關系

針對各類資產對象，數(shù)據(jù)結構和分級分類標準可以將相對零散的數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)籌管理。下面以構件級對象的數(shù)據(jù)結構為例闡釋相互關系。根據(jù)圖5所示，機場建筑數(shù)據(jù)資產的模型構件通常以實體形式存在，與之相關的非結構化數(shù)據(jù)組成的文件庫和結構化數(shù)據(jù)組成的屬性集則是依附和關聯(lián)于模型構件。結構化數(shù)據(jù)能借助二維表結構來表達，方便將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中。非結構化數(shù)據(jù)不能通過二維表結構表達，不能直接存儲在數(shù)據(jù)庫中，而是以文件形式歸檔于文件庫中并作為各類資產對象的附件進行存儲，例如圖紙、圖像、音視頻、文檔等。

圖5：建筑數(shù)據(jù)資產數(shù)據(jù)結構組成方式

在結構化數(shù)據(jù)中，屬性集包含模型基礎數(shù)據(jù)和業(yè)務擴展數(shù)據(jù)，模型基礎數(shù)據(jù)是以構件屬性的參數(shù)形式存儲于模型中；業(yè)務擴展數(shù)據(jù)則是以一種特定的中間數(shù)據(jù)格式進行存儲，來滿足機場業(yè)務系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)的不同應用需求，保障數(shù)據(jù)的可操作性和兼容性，輔助實現(xiàn)對于數(shù)據(jù)的有效組織管理和廣泛應用。

機場建筑數(shù)據(jù)資產的管理和更新

機場建筑數(shù)據(jù)資產是多源異構的數(shù)據(jù)資源集合，如何更好地實現(xiàn)機場建筑數(shù)據(jù)資產管理至關重要?；谄脚_技術，構建機場建筑數(shù)據(jù)資產管理平臺（以下簡稱“管理平臺”），匹配管理機制，可以有效實現(xiàn)機場建筑數(shù)據(jù)資產的承載、存儲、管理、可視化、及時更新與快速共享。面向不同用戶，方便數(shù)據(jù)使用部門準確快速地了解、檢索和導出機場建筑數(shù)據(jù)資產，方便數(shù)據(jù)管理部門或系統(tǒng)管理者及時維護和更新機場建筑數(shù)據(jù)資產。為機場各部門提供標準統(tǒng)一、更低成本、更高效、更安全的建筑數(shù)據(jù)，賦能機場業(yè)務服務，實現(xiàn)降本增效。

管理平臺應具備以下幾種功能：

（一）數(shù)據(jù)管理服務

管理平臺應提供集中、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理方式，幫助建筑數(shù)據(jù)管理者輕松管理和了解建筑數(shù)據(jù)全貌，包括對全量數(shù)據(jù)的瀏覽、查詢、編輯、下載、維護和更新等。

（二）模型管理服務

管理平臺應提供針對模型文件的管理功能，例如支持BIM模型上傳、模型地圖配置、模型文件查看、模型版本更新、模型文件刪除、模型與其他文件的關聯(lián)等。也支持對于模型結構、模型構件及屬性的查看，支持模型測距，支持模型的沉浸式瀏覽，支持模型剖切、快速截圖、批注、模型視角標記等一系列模型操作。

（三）數(shù)據(jù)資產視圖服務

機場建筑數(shù)據(jù)資產復雜多樣且有不同的使用場景，那么數(shù)據(jù)視圖這一項功能是指針對某一具體的機場業(yè)務場景，從建筑數(shù)據(jù)庫中選取一部分數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行加工處理，形成建筑數(shù)據(jù)集合。建筑數(shù)據(jù)視圖可以根據(jù)機場各部門用戶的需求進行定制，方便用戶快速看到需要的建筑數(shù)據(jù)，賦能機場業(yè)務。此外，通過數(shù)據(jù)視圖統(tǒng)一進行數(shù)據(jù)分發(fā)，可保證用戶端數(shù)據(jù)資產的一致性、及時性和準確性。

（四）數(shù)據(jù)資產更新與維護服務

數(shù)據(jù)更新至關重要，管理平臺應能支持數(shù)據(jù)管理者或系統(tǒng)管理者，依據(jù)機場實際的建筑改擴建和運營維護情況，準確、有效、有序地進行數(shù)據(jù)資產的定期維護和更新，確保數(shù)據(jù)資產與現(xiàn)場物理資產的一致性。

機場建筑數(shù)據(jù)資產的應用

機場建筑數(shù)據(jù)資產是機場各項業(yè)務服務的統(tǒng)一基礎設施數(shù)據(jù)基底?？沙浞职l(fā)揮其數(shù)據(jù)資源優(yōu)勢與價值，結合物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等數(shù)字技術，在機場運行、管理、改擴建工程等多方面賦能，構建智慧機場。

（一）設備管理

基于機場建筑數(shù)據(jù)資產與物聯(lián)網（IoT）技術的綜合應用，運維人員可直觀地對機場設備設施（例如新風機組、空調機組、水泵、送排風機等）進行精準定位、基礎參數(shù)概覽統(tǒng)計、運行管控、實時監(jiān)測、報警處理、巡檢或保養(yǎng)提示、歷史數(shù)據(jù)調閱和實時狀態(tài)錄入等，極大地提高運維人員的工作效率，賦能機場設備設施的全生命周期管理。例如，報警處理是指通過預設報警定義，對設備運行異常、設備故障進行報警、影響范圍評估、工單派發(fā)、報警處理跟蹤等。

（二）空間管理

基于機場建筑數(shù)據(jù)資產，可以直觀、高效地查詢、記錄、更新和導出機場空間布局、基礎數(shù)據(jù)、使用情況、租賃情況等，賦能管理者和物業(yè)人員，實現(xiàn)機場建筑空間的高效利用和便捷管理。也支持對于機場空間的多維度信息查詢和篩選，例如按照功能業(yè)態(tài)、空間面積、防火分區(qū)等維度。

（三）能效管理

基于機場建筑數(shù)據(jù)資產，融合物聯(lián)網技術，助力機場實現(xiàn)可視化的能效管理，賦能機場節(jié)能減排、低碳建設。例如，可對建筑供能數(shù)據(jù)進行實時采集、監(jiān)測，實現(xiàn)能源的三維可視化管理。此外，可對能耗數(shù)據(jù)進行分類、分項、分區(qū)域等多維度的統(tǒng)計和展示，監(jiān)控設備運行過程中的能耗漏洞。也可設置能耗、溫度、濕度等參數(shù)預警閾值，當超出預警閾值時，自動觸發(fā)產生警報提示并支持定位信息顯示，賦能管理。

（四）旅客流程模擬仿真

機場建筑數(shù)據(jù)資產提供BIM數(shù)字模型基底，運用仿真技術，基于機場的運行管理方案，可實現(xiàn)對于機場旅客流程（例如值機、安檢、中轉等）的量化、直觀和高精度的仿真分析、效果評估和優(yōu)化提升。為機場運行資源的規(guī)劃調配、旅客流程的引導管理、旅客排隊方式的管理等提供支撐，可以有效提升大興機場航站樓的安全管理能力和運行能力，實現(xiàn)機場資源節(jié)約、效率提高與服務提升等。

（五）安全教育培訓

以機場建筑數(shù)據(jù)資產為基底，結合虛擬現(xiàn)實（VR）技術，可以構建沉浸漫游式的安全教育培訓場景，例如可以營造真實的火災場景，讓機場管理人員或運維物業(yè)人員身臨其境地感受危險場景，并實操應對預案，模擬逃生過程，增強培訓學員的代入感，有效提升培訓效果。

（六）虛擬布置

基于機場建筑數(shù)據(jù)資產BIM模型基底，結合虛擬布置與可視化等技術，可以預先查看與評估機場營銷展覽活動的布展效果。也可進行機場標識的虛擬布置，結合數(shù)據(jù)資產BIM模型的人視漫游功能，賦能機場標識系統(tǒng)的數(shù)字化管理和更新。

（七）隱蔽工程可視化

在機場建筑改擴建工程的規(guī)劃設計前期，建筑數(shù)據(jù)資產可以提供與現(xiàn)狀一致的機場建筑數(shù)據(jù)，尤其是隱蔽工程類建筑數(shù)據(jù)，可極大減少設計前和施工前的現(xiàn)狀摸排工作，進而提高項目效率和質量，降低項目風險。例如建筑內機電系統(tǒng)比較復雜，多存在現(xiàn)場情況跟原設計圖不一致的問題，圖紙無法用于明確路由，現(xiàn)場拆看則會造成較大工作量，而建筑數(shù)據(jù)資產可直觀地反映機場建筑空間、管線路由、設備位置等情況，給管理帶來極大便利。

（八）不停航施工模擬

不停航施工是機場改擴建工程的重難點，基于機場建筑數(shù)據(jù)資產進行施工總平面布置，開展人員和車輛進出路線模擬、作業(yè)面工序交叉及作業(yè)時間模擬、車輛故障和航空器提前降落等特情/險情的處理模擬、施工機械對航空器凈空影響的模擬等，前置考慮施工可能影響的內容和范圍，評估和優(yōu)化施工方案，規(guī)避風險，實現(xiàn)精細化管理，確保工程質量、安全與成本。

未來，隨著技術進步，機場建筑數(shù)據(jù)資產和新一代數(shù)字技術不斷融合與計算，將持續(xù)賦能機場運營、運維、服務、安全等各類場景，不斷推動機場由“傳統(tǒng)經驗驅動”到“智能數(shù)據(jù)驅動”的轉變，助力智慧機場建設和民航高質量發(fā)展。