近年来，中国民航机场发展建设取得了举世瞩目的成就。2019年，我国运输机场建设使用总数达238座，全行业完成运输总周转量1292.7亿吨公里，千万级机场增至39座(不含港澳台地区)。依靠大量投入的基础设施建设，民航业在产业发展速度与规模上取得了辉煌的成绩。但是在这样的成绩背后，飞速发展的航空运输业也对机场的设施规划、设计、建设、运维、管理带来了与日俱增的压力，不断挑战着机场的可持续运营与服务和安全保障能力。
以往，依靠加强基础设施建设来满足运行需求爆炸式增长的方式，使得机场变成了日益庞大和复杂的设施巨兽。公共区、飞行区、航站楼分区的管理越来越复杂，安检、消防、动力、机电设备支持的工作越来越繁重，市场化经营与服务质量要求越来越高。对庞大且繁重的设施运维的高效管理和良好服务能力，现已成推动机场可持续发展的第一动力。
机场设施管理是一个强位置关系的领域，无论是机场跑道、航站楼及机坪、楼内服务设施等核心资产管理，还是通过位置监控、指引以保障人、车、航空器的安全有序移动的机场运营管理，都和位置紧密相关，因此将GIS关键技术引入到机场行业来解决运维管理的问题再合适不过。
超图软件基于BIM+GIS技术构建的“数字孪生机场”，可成为新型机场数字化管理的基础操作系统。整个系统以“2库1平台+N应用”的方式构成，通过整合机场“空中、地上、地表、地下、室内、室外”六位一体的数据资源，构建了全数字化的“虚拟机场”地理信息数据库。同时在此基础上整合机场建设全生命周期的各类资料，形成工程图档案库。利用GEO-ESB、BIM、GIS、物联网、室内定位等多种关键技术，建成一个机场工程地理信息公共服务平台，实现机场空间信息与数字化设施资源以及设施运维管理业务的深度融合和共享，实现跨部门业务协同与智慧化管理。
数字化孪生机场总体架构示意图
01 “数字孪生”实现机场管理数字化
•设施数字化，构建数字管理基底
机场是一个高度复杂的城市综合体，是一个缩微的、高效的“城市”。机场飞行区、航站楼公共区面积大，设施数据资源种类多、分布广、数据更新快(如航站楼内经常调整)、存储格式不一。由于管理部门众多且没有统一的数字基底支撑，常常出现在施工时找不到与现状一样的工图图纸、在安防管理时没有能够匹配套合的平面图与设备位置分布、在巡检时现状设备与台帐描述不一致、在设计客流动线时没有真实的数据支撑等问题。各类信息互通不足，信息相互矛盾，严重影响到机场运行、安全、维护、服务等管理工作，也制约着管理和决策部门的工作质量和安全管理效果。
机场公共地理信息数据库与工程图档库是建立数字化智慧机场的基础，数据库以高分辨率影像、地形图为基础数据，通过对机场公共区、航站楼、飞行区进行三维精细建模，整合航站楼与重要设施BIM数据，集成设施台帐，挂接设施设备运行动态数据，整合机场建设过程中产生的图文资料，从而形成一套全生命周期，覆盖地上地下、室内室内，二三维一体的“一张图”。在此基础之上，建立长效更新与共享机制，确保各部门信息的唯一、一致。
高精度虚拟机场模型
•服务平台化，构建管理基础环境
机场工程地理信息公共服务平台是在机场地理信息数据库基础上，基于GEO-ESB总线技术，将机场地理信息实体进行在线服务发布，实现机场部门之间数据的共享交换，实现跨部门业务协同。除此之外，平台还提供个性化应用的二次开发接口，可以方便、灵活而又规范地与机场现有的各业务系统和未来可能出现的系统进行连接，从而保证各种信息可以顺畅地流动和交换，提供地理信息数据支撑。
•综合可视化，建设设施运行监管操作系统
随着机场的规模逐渐扩大，生产运行指挥体系也随之发生动态演化，以适应安全、高效指挥调度的目的。当前大型机场大都已建立综合运行控制中心。通过将生产运行与管理、协调的流程整合，形成高度集成的运行控制体系。而机场各类设施的运行监控是安全生产运营的必要保障。在航站楼、飞行区、公共区三大区域的二三维精细化数据及BIM模型的支撑下，利用GPS、视频监控、物联网等技术，实现对机场飞行区道面、航站楼、地下管网等机场设施设备的可视化呈现，集成机场生产运行各类系统信息，包括电扶梯、建筑设备监控(空调/排风)、电力、GPS车辆监控系统，建成机场运行综合信息可视化管理系统。该系统让航站楼管理部、物业公司等机场各部门直观、全面、精细地掌握机场内每一处设施设备的分布情况、运行情况、工程施工情况、巡检情况和各个区域的视频监控情况等，解决了机场运营数据采集和管理的难题，为机场生产运行管理人员提供统一的可视化“一站式”运维管理平台，实现多部门业务协同，有效提升机场生产运行管理的智能化水平，提高机场生产、运行安全性。
BIM设施可视化集成管理
02 GIS+构建机场管理应用生态群
•飞行区(AOC)设施管理
飞行区道面是机场重要区域，传统的道面管理存在数据信息化程度不高、道面性能评价量化指标缺乏，以及道面维护决策主要以道面技术人员的经验为主，机场道面缺乏比较直观、准确的位置参考，日常道面巡检和维护现场定位困难等问题。
飞行器起落吹蚀、地面车辆行驶碾压、除雪除冰等作业日复一日地消耗着跑道、滑行道、机坪、巡场路等道面板块的强度，机场几十万个道面板块的巡检、维护和保养工作是决定着航空器安全起降的关键要素之一。
飞行区道面管理系统通过进行大比例电子地图数据采集，提供道面基础数据信息管理、GIS地图交互、业务流程管理、道面性能分析、道面维护辅助决策等功能，实现机场道面信息的可视化交互、共享、更新、存储、统计和分析，通过提高道面管理的信息化、精细化和智能化水平，形成了有力的机场道面决策支持，保障飞行安全。
飞行区精细化管理
飞行区中作业车辆是影响航空器滑行的较高风险源，精准的定位车辆位置，避免与航空器抢道、入侵跑道，避免刮蹭是飞行区安全运行管理的要务之一。在准入管理的基础之上，利用飞行区三维可视化对在车辆驾驶人员进行培训管理，使作业人员快速地熟悉工作区情况，通过GPS定位技术快速跟踪和管理车辆位置，可以显著提高飞行区安全管理水平。
•航站区(TOC)设施管理
机场安全管理工作有着点多、面广、量大的特点，传统一线安全巡查大多仍采取人工检测、人工控制的方式，缺乏系统及科技化支持，大量的工作台帐不仅缺乏统一规划，且几乎完全靠手工在纸上记录，工作方式粗放、后期统计困难、管理难度和成本较高;此外，后台安全管理人员对一线人员履职情况及工作质量的管控能力有限，缺乏对安全运行态势的宏观数据获取及管理决策支持。
航站楼资源巡检系统利用智能信息、无线通信、GPS和GIS等技术手段，创新巡查管理模式，对巡查员的安全巡查活动进行可视化、流程化、标准化的监管，确保巡查员按规范要求开展日常巡查和问题处置工作，对巡查发现的各类问题、隐患实现系统督办闭环管理，并基于大数据建立关键设备设施病历式档案，实现前瞻性、预防式管理，落实安全职责最后一公分，全面提升一线巡查质量和效率，为各层级管理人员提供实时的、精确的机场安全态势信息，协助各部门更好地进行管理决策及资源分配，全面规范和提升机场安全巡查管理工作。
公共区建、构筑物与管线设施管理
•公共区(POC)设施管理
地下管线是机场重要的基础设施，机场地下管线种类繁多，管理任务复杂和分析统计工作量大，采用传统分散的方式进行管理，使得本身就隐蔽且难于管理的管线设施信息不全、资料老化、精度低、更新慢、现势性差，管线竣工验收归档数据不准确，常常造成施工中挖断管线的问题，给机场的运行管理带来了巨大的安全隐患。
机场综合管网管理系统利用三维管线自动构建等技术，支持对上万公里管线进行集中存储和管理，实现集地下管网采集、处理、管理、查询、更新和综合应用等功能，可解决日常可视化管网运维难题，消除重大工程事故，保障机场正常运行，为机场管网日常管理、维护、分析统计、规划决策提供可靠依据，保障机场正常运行。
机场电力、给排水、冷/热源(供热站、制冷站与供暖站)、燃气的供应设备设施分布广，管理复杂，有效的监控和进行巡检、维护是确保安全运行的基础工作。动力能源设施管理基础大比例尺精准地形图，叠加各类设施设备与线路，通过可视化的手段有效地解决了日常巡检和维护的难题。通过系统可以直观地看到各类设备的分布情况、运行情况、维护和保养状态。
利用GPS定位技术和移动巡检终端，可以实时定位巡检人员位置，指导设施巡检人员开展巡检工作;对于巡检过程中发现的各类问题，第一时间上报处理;对于周边施工可以通过服务平台查询施工作业内容、施工范围边界等信息。
通过基于物联网一体化集成的设备管理系统，大型油料设施的液位、压力、泵房的运转情况、视频监控可以实时在图上反映。设备一旦出现异常情况，工作人员可以第一时间获取问题设备的精准位置，周边现状情况，可以为日常监管、应急抢险、综合指挥调度提供方便可靠的管理工具。
大型设备设施管理
•机场土地与资源运营管理
土地及附属物管理系统，为机场的土地规划管理、宗地基础信息管理、地籍基础信息管理、权属变更管理、土地登记管理提供可靠依据。系统通过图形化的方式，确定土地及附属物的高精准坐标，从而帮助机场厘清现有土地权属关系，保障机场权益，全面管理每一宗土地的来源和流转历史与现状，提高机场土地利用水平。
土地信息管理系统通过对土地历史数据的统一整合建库，以及对日常登记单元调查成果数据的测绘采集-审核-审批-入库的流程化管理，实现单元调查图形处理、属性处理、单元代码编制等信息的处理功能，实现土地权籍数据房地一体化管理，为土地登记提供调查数据基础。
规划管理信息系统可实现土地利用总体规划的展示、规划成果与规划实施的管理，包括数据交换、工程管理、专题研究、文本管理和方案比较、指标管理、用地结构和布局调整、专项规划、查询统计、图件管理与输出等功能模块。
资源管理系统主要面向资源项目的申报审批、资源基础信息的管理、资源工作总体查看和系统提醒的管理与执行，围绕相关主管部门审核办理，和申报部门之间的交互流程、完成审核的执行过程，以及日常管理的报备、登记环节等工作核心，建立资源的租赁档案和运营档案，提供立项决策、需求管理等审批和监督手段。
面向资源管理主管部门及集团公司领导层，系统可以提供资源业务全过程监督管理功能，通过资源日常管理执行过程和日常运营管理过程中产生相关信息数据、工作进度提示等，进行数据的查询和应用，基于业务数据的生产，为管理层级对资源管理情况进行总体和宏观的分析，资源需求确定调整和经营策略提供辅助支撑。
机场土地资源与规划管理
•机场工程施工管理
施工登记管理系统是在机场施工管理流程基础上，结合施工登记、施工会签、工程巡检、竣工数据移交等环节建设的。通过可视化的地图，明确了工程施工的具体范围，以及施工区域的相关设施情况，从而减少了越界施工的问题和工程风险。
工程图档管理系统整合机场改扩建工程区域内地下综合管线、飞行区道面、航站楼单体建筑，以及配套建设的机械、电子、信息等各个工程项目的规划，勘测、设计、施工、竣工验收等各个阶段的管理控制及工程技术类资料，满足机场改扩建工程质量过程管理、交付验收、档案交接和后续维护的需求，解决30多类施工登记、审批、查询和统计难题，破解工程质量一体化管理及图档资料一致性难题，实现对机场建设全过程图档跟踪管理，达到工程的全生命周期全息文档管理的目的。
•机场应急管理
综合应急管理系统利用地理信息技术、全球卫星定位技术、无线通信技术等高新技术，为机场、园区、学校、企业等单位提供一套标准化、快速的应急管理工具，能够快速对辖区内的各类应急设施进行加工整理、编码和管理，实现对应急预案的录入、更新、审批等工作的动态、可视化的管理，最大程度地实现资源整合、信息共享，形成一个系统集成化、信息一体化、办公自动化、管理动态化、决策科学化的机场综合应急管理运行机制。
系统的建成，使得应急日常工作管理电子化，实现了应急反应处置案例数据的规范管理、应急预案的快速查询和匹配、应急物资的动态调度和日常异常事件的登记管理;实现了跨部门、跨单位以及不同系统之间的资源共享，统一指挥协调，使应急反应、管理、实战从原来分散、独立、被动的管理模式转向信息高效沟通和立体式协同作战的统一管理模式，切实的提高了突发事件的应急处置能力，降低了危害和影响，创造了良好公共安全环境。
小结
“数字孪生机场”通过GIS+BIM+IoT+高精度定位等技术，实现了智慧机场的数字化孪生管理，为机场提供了统一的时空信息大数据，以及全寿命周期的设施工程数据服务；在全域的实时可视化的平台支撑下，帮助机场改进了“区域化管理”和“专业化支持”的管理和服务能力，更为“四型”和“未来机场”的建设提供了可以用于镜像模拟、分析、评估的底层基础平台。系统实现了从规划、设计、建设再到运行维护和经营与管理的全周期覆盖，推动了智慧机场的设施数字化管理，提高了机场设施运维效率，解决了机场全可视化设施运行监管的问题。