机场建筑数据资产的建立、更新与应用

□ 北京大兴国际机场 马 荫 贾治国 张炳泷/文

在数字经济时代，数据已经成为继土地、劳动力、资本、技术之后的新型生产要素，正在推动生产方式、生活方式和治理方式发生着深刻变革。《中国民航四型机场建设行动纲要（2020-2035年）》《智慧民航建设路线图》明确提出要建设一个全面物联、数据共享、协同高效、智能运行的智慧机场，统一机场数据定义及交互标准。因此，数据生产要素和各项数字技术，已经成为智慧机场建设发展的关键支撑。机场建筑是支撑实现机场各项业务服务的空间场所和基础保障，因此，机场建筑数据对于智慧机场的建设与发展至关重要。

从定义和特征上看，机场建筑数据资产是物理资产的三维映射，是指具有固定资产的实物形态主要以知识形态存在的重要资源，以建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）等建筑空间数据为基础有组织地描述和集成建筑各级对象及相关业务数据，能直接被数字化平台利用，且持续性维护、积累和更新的建筑相关数据、信息与知识的集成，这类集成将数据转化为资产，实现实体资产的数字孪生，并产生价值。机场建筑数据资产具有可编辑、可共享、可更新、可集成、可无限增长、可资产化等特征，能够与新一代信息技术实现集成应用，在推动智慧机场的建设发展中具有极大的潜能。

当前，越来越多的企事业单位开始重视工程数据资产的收集与共享。例如许多施工企业在探索如何有效收集、交付、管理、应用工程数据资产，以提高工作效率。也有一些勘察设计单位在探索基于工程数据资产的数字化转型新路径。但如何运用机场建筑数据资产来推动智慧机场建设与发展的研究还较少。另外，从建筑数据资产在民航业的应用深度和广度来看，还处于探索阶段，已有研究多为基于BIM的单个阶段的单点应用，并未实现建设与运营的数据贯通。因此，本文从机场建筑数据资产视角出发，通过构建 “机场建筑数据资产建立、更新与应用”的总体技术路线框架，并结合在北京大兴国际机场的实践，总结提出建筑数据驱动下的智慧机场建设发展路线，以期对机场建筑数据资产的理论研究和工程实践提供借鉴。

总体技术路线框架

为了实现民航业的高质量发展和构建智慧机场，必然要充分发挥机场建筑数据这类生产要素的价值。以建筑数据来驱动和贯通机场全生命周期，实现数据共享和数据应用，从而支撑机场建设运营一体化发展。从数据中提取知识、预测未来，推动机场业务与服务从“传统经验驱动”向“智能数据驱动”转变。因此，进行机场建筑数据资产的建立、管理更新和应用，并匹配相应的保障体系，是建设智慧机场的必经之路。

机场建筑数据资产的建立、管理更新和应用的总体技术路线框架包括四大部分：建立保障体系（包括数据标准体系、组织管理机制、数据安全体系）、建立机场建筑数据资产、机场建筑数据资产的管理和更新、机场建筑数据资产的应用（总体技术路线框架详见图1）。

图1：建筑数据资产的建立、更新和应用的路线框架

保障体系的建立

（一）数据标准体系

为规范机场建筑数据资产的建立、存储、管理、信息交换与共享应用，建立数据标准体系至关重要。在参照工业基础类IFC（Industry Foundation Classes）标准、COBie（Construction Operation Building information exchange）标准、建筑信息模型相关的国家标准和民航标准的基础上，从机场数据资产建立、表达、管理和应用角度出发，将数据标准框架进行逻辑分层，将数据标准内容进行详细分类，以推动建筑数据的标准化，提升数据质量和应用流转效率。

数据标准是指对数据定义、使用和交换的一致性、准确性和完整性的约束，即机场建筑数据资产建立、更新与应用的标准化指导。机场建筑是一个多专业信息交叉的集合体，不同专业视角会存在对于数据定义或分类方法的差异，数据标准会明确建筑数据含义，保障各类人员对于机场建筑数据资产的统一认识，保障数据在不同系统、应用下的统一口径。此外，数据标准将保障数据资产的兼容性和可操作性，技术上易于机器和人的理解和使用，实现跨系统敏捷交互和融合分析，减少转换和清洗。业务上助力消除部门间的数据壁垒，降低交换成本，保障数据更有效地服务于机场各项业务。再之，数据标准有助于规范管理，提升数据质量，进而从整体上为机场的数据治理和应用奠定基础。

数据标准一般包含以下内容：一是数据的组织结构，例如数据模型、实体关系图、数据表结构等；二是数据元素的名称、含义、类型、单位等属性；三是各类数据的格式；四是数据对象的命名规则，例如对象名、属性名、表名、字段名等；五是数据的分类方法，例如数据字典、术语表、词汇表等；六是数据的编码方式，例如字符编码、数字编码、条形码、二维码等；七是数据的交换格式和协议，例如XML、CSV、JSON、EDI等。

（二）组织管理机制

通过组织管理机制的建立，建立统一的制度规章约束，规范多个工作流程，理清各方角色和职责等，可以有效保障机场建筑数据资产的建立、存储、管理、更新、应用等的执行与协同。管理机制贯穿数据资产建立、管理和应用的整个过程，其目的是协调建立者、管理者、使用者与平台系统管理者等之间的关系，保证需求方能及时且准确地获取数据资源和服务，为机场建筑数据资产管理的准确性、一致性、完整性、安全性提供机制上的保证。

（三）数据安全体系

建立数据安全体系，保障数据资产全流程的安全。主要涉及不同级别与类型用户权限的授权，数据的加密保护，不同保密等级的数据查询管理，以及数据资产的备份等，以防止数据的非法访问、破坏和丢失。

机场建筑数据资产的建立

在建筑数据资产的建立过程中，既有机场建筑与新建机场建筑存在不同的技术操作环节。对于新建机场，以数据资产系列标准为指导，在规划设计阶段，基于BIM技术进行三维协同设计，得到图模一致的设计成果，有效地支撑招采工作；在施工阶段，运用设计阶段的数字成果指导施工；若有施工变更，及时根据建筑施工情况调整模型和数据；开展模型的深度处理，重点涉及精装表达、设备安装落位等，形成模实一致的建筑数据资产，完成竣工交付（详见图2）。

图2：新建机场建筑数据资产的建立流程

对于既有机场建筑，以数据资产系列标准指导，首先要收集与整理相关蓝图、文本等竣工图档资料，然后进行现状踏勘、模型建立与现场复测，保障和现场实际的一致性，最后进行模型深化与信息加工等，转交给机场运营部门，后续依据实际需求，支持运营动静态数据的接入和挂载，实现机场建筑多阶段有用建筑数据的生产建立、深化加工、汇集加载，形成可视化、可交互、可应用的机场建筑数据资产（大兴机场的相关流程详见图3）。

图3：既有机场建筑数据资产的建立流程——以大兴机场为例

机场建筑数据资产的建立采用了创新的组织管理方式，其核心是构建了对象化的数据结构以及分级分类的标准。数据结构作为组织、集成和管理建筑数据信息的基本框架，若其层级清晰、架构合理，则可有效地提高写入、存储、检索数据的能力和效率。建筑数据的分级分类管理优势在于，可以根据不同的数据应用需求，将彼此相互独立的数据信息按照一定的维度进行关联和整合，有利于数据资源的统筹管理，减少数据信息脱节，提高数据调用效率，优化信息的利用价值和处理效率。

将建筑数据资产对象化，机场建筑数据资产分为七个对象层级，具体如下：园区、建筑单体、楼层、系统、区域、空间和构件，各类资产对象之间的关系如图4所示。

图4：机场建筑数据资产各对象间的关系

针对各类资产对象，数据结构和分级分类标准可以将相对零散的数据信息进行统筹管理。下面以构件级对象的数据结构为例阐释相互关系。根据图5所示，机场建筑数据资产的模型构件通常以实体形式存在，与之相关的非结构化数据组成的文件库和结构化数据组成的属性集则是依附和关联于模型构件。结构化数据能借助二维表结构来表达，方便将数据存储在数据库中。非结构化数据不能通过二维表结构表达，不能直接存储在数据库中，而是以文件形式归档于文件库中并作为各类资产对象的附件进行存储，例如图纸、图像、音视频、文档等。

图5：建筑数据资产数据结构组成方式

在结构化数据中，属性集包含模型基础数据和业务扩展数据，模型基础数据是以构件属性的参数形式存储于模型中；业务扩展数据则是以一种特定的中间数据格式进行存储，来满足机场业务系统对于数据的不同应用需求，保障数据的可操作性和兼容性，辅助实现对于数据的有效组织管理和广泛应用。

机场建筑数据资产的管理和更新

机场建筑数据资产是多源异构的数据资源集合，如何更好地实现机场建筑数据资产管理至关重要。基于平台技术，构建机场建筑数据资产管理平台（以下简称“管理平台”），匹配管理机制，可以有效实现机场建筑数据资产的承载、存储、管理、可视化、及时更新与快速共享。面向不同用户，方便数据使用部门准确快速地了解、检索和导出机场建筑数据资产，方便数据管理部门或系统管理者及时维护和更新机场建筑数据资产。为机场各部门提供标准统一、更低成本、更高效、更安全的建筑数据，赋能机场业务服务，实现降本增效。

管理平台应具备以下几种功能：

（一）数据管理服务

管理平台应提供集中、统一的数据管理方式，帮助建筑数据管理者轻松管理和了解建筑数据全貌，包括对全量数据的浏览、查询、编辑、下载、维护和更新等。

（二）模型管理服务

管理平台应提供针对模型文件的管理功能，例如支持BIM模型上传、模型地图配置、模型文件查看、模型版本更新、模型文件删除、模型与其他文件的关联等。也支持对于模型结构、模型构件及属性的查看，支持模型测距，支持模型的沉浸式浏览，支持模型剖切、快速截图、批注、模型视角标记等一系列模型操作。

（三）数据资产视图服务

机场建筑数据资产复杂多样且有不同的使用场景，那么数据视图这一项功能是指针对某一具体的机场业务场景，从建筑数据库中选取一部分数据，并对这些数据进行加工处理，形成建筑数据集合。建筑数据视图可以根据机场各部门用户的需求进行定制，方便用户快速看到需要的建筑数据，赋能机场业务。此外，通过数据视图统一进行数据分发，可保证用户端数据资产的一致性、及时性和准确性。

（四）数据资产更新与维护服务

数据更新至关重要，管理平台应能支持数据管理者或系统管理者，依据机场实际的建筑改扩建和运营维护情况，准确、有效、有序地进行数据资产的定期维护和更新，确保数据资产与现场物理资产的一致性。

机场建筑数据资产的应用

机场建筑数据资产是机场各项业务服务的统一基础设施数据基底。可充分发挥其数据资源优势与价值，结合物联网、大数据、云计算、人工智能等数字技术，在机场运行、管理、改扩建工程等多方面赋能，构建智慧机场。

（一）设备管理

基于机场建筑数据资产与物联网（IoT）技术的综合应用，运维人员可直观地对机场设备设施（例如新风机组、空调机组、水泵、送排风机等）进行精准定位、基础参数概览统计、运行管控、实时监测、报警处理、巡检或保养提示、历史数据调阅和实时状态录入等，极大地提高运维人员的工作效率，赋能机场设备设施的全生命周期管理。例如，报警处理是指通过预设报警定义，对设备运行异常、设备故障进行报警、影响范围评估、工单派发、报警处理跟踪等。

（二）空间管理

基于机场建筑数据资产，可以直观、高效地查询、记录、更新和导出机场空间布局、基础数据、使用情况、租赁情况等，赋能管理者和物业人员，实现机场建筑空间的高效利用和便捷管理。也支持对于机场空间的多维度信息查询和筛选，例如按照功能业态、空间面积、防火分区等维度。

（三）能效管理

基于机场建筑数据资产，融合物联网技术，助力机场实现可视化的能效管理，赋能机场节能减排、低碳建设。例如，可对建筑供能数据进行实时采集、监测，实现能源的三维可视化管理。此外，可对能耗数据进行分类、分项、分区域等多维度的统计和展示，监控设备运行过程中的能耗漏洞。也可设置能耗、温度、湿度等参数预警阈值，当超出预警阈值时，自动触发产生警报提示并支持定位信息显示，赋能管理。

（四）旅客流程模拟仿真

机场建筑数据资产提供BIM数字模型基底，运用仿真技术，基于机场的运行管理方案，可实现对于机场旅客流程（例如值机、安检、中转等）的量化、直观和高精度的仿真分析、效果评估和优化提升。为机场运行资源的规划调配、旅客流程的引导管理、旅客排队方式的管理等提供支撑，可以有效提升大兴机场航站楼的安全管理能力和运行能力，实现机场资源节约、效率提高与服务提升等。

（五）安全教育培训

以机场建筑数据资产为基底，结合虚拟现实（VR）技术，可以构建沉浸漫游式的安全教育培训场景，例如可以营造真实的火灾场景，让机场管理人员或运维物业人员身临其境地感受危险场景，并实操应对预案，模拟逃生过程，增强培训学员的代入感，有效提升培训效果。

（六）虚拟布置

基于机场建筑数据资产BIM模型基底，结合虚拟布置与可视化等技术，可以预先查看与评估机场营销展览活动的布展效果。也可进行机场标识的虚拟布置，结合数据资产BIM模型的人视漫游功能，赋能机场标识系统的数字化管理和更新。

（七）隐蔽工程可视化

在机场建筑改扩建工程的规划设计前期，建筑数据资产可以提供与现状一致的机场建筑数据，尤其是隐蔽工程类建筑数据，可极大减少设计前和施工前的现状摸排工作，进而提高项目效率和质量，降低项目风险。例如建筑内机电系统比较复杂，多存在现场情况跟原设计图不一致的问题，图纸无法用于明确路由，现场拆看则会造成较大工作量，而建筑数据资产可直观地反映机场建筑空间、管线路由、设备位置等情况，给管理带来极大便利。

（八）不停航施工模拟

不停航施工是机场改扩建工程的重难点，基于机场建筑数据资产进行施工总平面布置，开展人员和车辆进出路线模拟、作业面工序交叉及作业时间模拟、车辆故障和航空器提前降落等特情/险情的处理模拟、施工机械对航空器净空影响的模拟等，前置考虑施工可能影响的内容和范围，评估和优化施工方案，规避风险，实现精细化管理，确保工程质量、安全与成本。

未来，随着技术进步，机场建筑数据资产和新一代数字技术不断融合与计算，将持续赋能机场运营、运维、服务、安全等各类场景，不断推动机场由“传统经验驱动”到“智能数据驱动”的转变，助力智慧机场建设和民航高质量发展。