智能技术在机坪运行安全管理中的应用

丁晓欣， 刘力嘉， 乔嘉宁， 高林帅， 王 群

(1. 吉林建筑大学 经济与管理学院， 吉林 长春 130118； 2. 吉林省民航机场集团有限公司 运行指挥中心， 吉林 长春 130000；3. 吉林建筑科技学院 管理工程学院， 吉林 长春 130114； 4. 深圳职业技术学院 建筑工程学院， 广东 深圳 518055)

2020年，我国民航局印发了《中国民航四型机场建设行动纲要(2020—2035年)》作为指导性文件，为实现民航强国推进建设以“安全、绿色、环保、智慧”为目标的四型机场。各地机场旅客吐量持续增多(如图1所示)，导致运行安全压力增大。加强机坪运行安全管理能力，提高管理效率，是重中之重。机坪运行安全管理作为一个复杂的系统工程，是以飞机保障作业为管理中心，标准化管理的活动，它是机场安全管理的重要组成部分。

图1 2017―2020年旅客吞吐量

国内外学者在智能技术运用于机场管理方面多有研究。宋洋[1]等以某民用机场安全管理中航站楼消防安全管理为例进行分析，并建立了以BIM(Building Information Modeling)技术提供信息集成的三维可视化建筑模型；李牧声等[2]建立了基于GIS(Geographic Information System)的民航机场应急救援管理系统；Ansola等[3]提出多智能体系系统和无线传感器网络为机场资源管理提供有效途径，保证机场安全运行；任杰等[4]指出大数据技术为机场管理中提供各种数据信息，支撑机场日常运行安全管理;刘刚等[5]建立机场机坪安全风险双层次灰色评价模型并举例说明设施设备在机坪运行安全作业时存在不足，其次是人员因素；王燕青等[6]建立了B/S模式的机场不安全事件管理系统，具有一定的指导意义；曾学[7]提出了基于射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术应用与机场行李自动分拣系统的理念，并加以应用证实其可行性，保证了行李安全运输；曾莹[8]探索将智能技术运用到航站楼运维管理中；代军等[9]通过云技术构建机场生产运行管理系统平台，提升机场运营水平。

综上所述，智能技术在机场安全管理中应用较多，在机坪运行安全管理中应用较少。机坪运行安全管理中管理人员工作效率低下、设备设施操作不规范等运行安全问题，没有得到有效改善。因此，智能技术在机坪运行管理方面的应用是极其重要的。随着智能技术的发展及在智慧机场中的应用，必将促进机坪运行安全的高质量发展。

1 智能技术概述

本文借助智能技术，解决机坪运行安全管理问题。以BIM、GIS、大数据、物联网和云技术等智能技术为载体，可实现机场机坪运行安全高效，杜绝安全隐患的发生，减少航班延误的同时减少机坪运行时出现的危险事件，提高管理水平，保证高质量机坪运行安全管理。

(1)BIM技术

BIM又称建筑信息模型，其主要特点就是可以将二维图纸变成三维可视化，将纸质资料变成电子资料阅览，打破传统的二维思维的局限，有利于机坪运行全生命周期的安全管理。如北京大兴国际机场的航站楼侧的运行维护管理是运用BIM技术完成的[10]，同时也是首次将BIM技术运用到机坪航油管线当中[11]，这说明了BIM技术不仅能运用到航站楼的建设当中，对于管道建设和维护也可以做出突出贡献。

BIM技术的可视化、协调性、模拟性、优化性特点可以对机场机坪运行安全进行全方位管控，便于各单位、各环节查漏补缺，系统化管理。可以将多方信息整合到一起，实现机坪运行智能安全管理，提高运行效率，确保各方信息不丢失，保障机坪运行长期安全。

(2)GIS技术

GIS地理信息系统，有空间信息和位置信息准确的特点，且具有前瞻性和广阔的发展前景，如首都国际机场运用GIS技术搭建机场地理空间信息服务系统，将空间信息、基础信息、系统信息等纳入平台，实现数据共享管理[12]。

BIM技术和GIS技术的有机结合，有助于机坪空间管理能力的提升，对后期运维管理有着重要作用，可以降低机坪运行安全中不安全事件的频率。

(3)大数据技术

随着物联网的迅速发展，智慧机场建设也离不开大数据，汪伟等[13]指出为解决运行资源的合理化，大数据在机场运行管理当中充当着重要角色，如保障飞行环境，海量的数据分析，航班延误再安排，合理分配等。

其数据管理和数据整合能力较强，海量的数据分析给机坪运行管理数据提供新的管理思路，便于工作人员更加直观地分析问题。能够及时反馈信息，减少机坪运行风险的发生。

(4)物联网

物联网(Internet of Things)技术可以实现物品向人类传递信息。通过无线射频识别(RFID)、传感器等可以对车辆、设备信息感知、定位、收集等，并反馈给系统，通过与互联网的联系，进行实时管理。运用物联网技术可以精准化管理，解决航空器降落到再次起飞时，机坪上需要的车辆、设备、人员以及复杂流程的安全问题，减少危险事件的发生，智能技术给机坪运行安全带来了便利条件。

(5)云技术

云计算(Cloud Computing)是将大量的数据群体通过“云”进行处理，拥有强大的数据分析处理能力，然后通过服务器各端传输给用户。机坪运行安全过程中有海量的数据，需要对这些数据进行分析。通过云计算技术可以打造一个云平台，减少运行成本，提高运行安全效率[14]。

2 机坪运行安全现状与存在的问题

我国机坪运行安全管理是依据其必须遵循的规章制度、法律法规来约束工作者的行为。用事故树的方法对国内某机场近五年的机坪事故数据进行定性分析时指出，机坪资源、车辆、地面标志物，以及工作环境都对机坪运行安全管理产生影响[15]。机坪运行安全过程中需要特种车辆进行保障作业，发生车辆事故的原因主要有人为操作错误、管理不到位等[16]。机坪运行要按照其规章准则，明确工作范围所对应的职责[17]。目前，传统的机场机坪安全管理模式都是在SMS(Safety Management System)安全管理体系之下，事后分析事故的原因，容易忽略涉及各个单位之间的协调能力且监管难度大，智能技术使用较少，已经不能适应智慧机场的发展。一方面，工作人员的业务能力低下导致工作低效[18]，设备老化、更新慢影响日常工作效率；运行保障流程复杂，保障单位较多易出现危险[19]，外来物侵犯风险大[20]，设施设备等维护成本高；另一方面，由于机坪场地面积大，出现问题时追踪溯源不及时，数据信息不准确，机坪监管部门管理难度大[21]。机坪运行安全具有特殊性，从以上来看这些都不同程度地影响着机坪运行安全，要想合理解决这些问题，就要引入智能技术为机坪运行安全做好坚实的基础。

3 智能机坪运行安全管理系统设计

该系统以revit模型为基础，以物联网为载体，形成智能机坪运行安全管理系统，从各个模块实现对机坪运行安全的管控，旨在为机场管理机构提供高效便捷的工作方式，降低运行安全成本，减少事故的发生，让机坪更加畅快地运行工作。系统设计如图2所示。

图2 系统设计

3.1 BIM模型的构建

根据智能机坪运行安全管理系统需求，将机场机坪这个既有建筑通过以往的CAD图纸、点云技术等将信息进行翻模，从而得到BIM模型数据库，包括：几何信息、设施设备维护信息等。实现机坪全生命周期的信息共享，提高机坪运行安全管理水平及效率。

3.2 BIM模型轻量化

模型轻量化处理可减少BIM模型中的数据过多造成浏览卡顿现象，使得可视化模型信息更清晰、完全，减少智能机坪运行安全管理系统的负担，保障运行安全管理数据安全稳定。

3.3 系统的组成

智能机坪运行安全管理系统是以BIM技术的可视化特点为载体搭建而成的。系统通过GIS技术、物联网、大数据等智能技术统筹资源最大化利用，与已有的视频监控系统等相结合使得各个工作流程协同运作实现对机坪人员、机坪车辆、机坪设施设备等的集成管理，解决运行安全当中遇到的难点问题，打破信息孤岛，及时了解机坪运行情况，为后期机坪运行安全的成本管理和维护管理打下坚实的基础。系统组成如图3所示。

图3 系统组成

3.3.1 机坪人员安全管理系统

机坪人员管理包括工作信息、奖惩情况、个人信息等。机坪人员管理将运用物联网技术和大数据技术的有机结合来实现，便于清晰掌握工作范围，并直接影响到机坪运行安全的保障。通过将场地BIM模型导入平台，可使得工作人员进行模拟作业，减少机坪运行安全隐患的发生，从而保证机坪运行安全。工作人员身份信息查看、工作信息的采集以及整理汇总形成电子版信息，通过大数据可以将大量的数据整理在一起，形成数据库以便进行随时调取，为机坪运行安全的日常管理提供便利条件。

3.3.2 机坪作业保障车辆安全管理系统

机坪上的保障车辆一般分为特种作业车辆和一般车辆，其最重要的是车辆信息是否准确，保障作业分配是否合理，这一部分管理当中就要借助智能技术，通过无线射频技术、GPS(Global Positioning System)系统等获取车辆运行信息，并且GIS技术对于空间管理占据优势，使工作人员实时监督车辆运行的标准化、规范化。保证车辆使用安全，减少车辆与人、车辆与车辆、车辆与航空器之间的碰撞，并将每次保障车辆的信息车形成电子版文档上传到云平台以便后期调取。通过BIM技术可以了解车辆行驶路径是否准确，是否符合规章制度。

3.3.3 机坪设备设施安全管理系统

首先场地BIM模型要进行轻量化处理、其次与传感器和物联网进行对接，实时传送设施设备使用情况和维修巡检情况。设施设备的维护信息及时记录形成电子信息，及时反馈到管理层，有利于提高设施设备运行使用率，增强设施设备耐久性和可靠性，保证各类设施设备在工作期间始终处于适用状态，避免事故的发生，提高设施设备的使用寿命，降低运行成本。

3.3.4 机坪标志安全管理系统

《民用机场飞行区技术标准》精准地规定了建设要求，对于机场规划、设计、建设是标准性的参考文件。机坪上的标志需要时刻保持清晰，不能处于遮蔽状态。BIM技术可视化的特点可以将机坪上的标志准确表达，并且工作人员通过三维模型提前知道工作区域位置及路线，防止产生工作错误和危险事件的发生。

3.3.5 机坪消防防火安全管理系统

安全问题一直是每个民航工作者最关心的问题，从航站楼侧的消防管理到机坪运行的消防管理都是关键。通过BIM技术可以进行火灾模拟，让工作人员更好地了解消防通道，增强消防意识，保障机坪运行安全。

3.3.6 航空器机坪运行安全管理系统

航空器进港和离港流程都是需要人员和保障车辆等的运用，可以通过人员、车辆定位进行航空器机坪运行安全管理。通过运用相应的BIM软件做出教学视频，进行有效学习，使得工作人员熟悉保障作业流程，防止工作中出现失误。

3.3.7 机坪环境卫生安全管理系统

机坪环境卫生管理系统当中最重要的就是机场外来物(Fod)管理，按照机场日常管理规则进行机坪外来物管理。设施设备在机坪上的摆放位置规范，统一调配解决了机坪上使用设施设备杂乱无章的现象，通过工作人员的定时清理和监控视频的及时查看有助于提升外来物防范的意识。

3.4 系统功能模块实现路径

(1)系统总体构架

智能机坪运行安全管理系统利用物联网技术，其层级的组织架构分为数据层、应用层、展现层和用户层。系统总体构架如图4所示。

图4 系统总体构架

1)数据层：包括BIM模型数据库、人员信息、设施设备信息、视频数据、图纸信息和民航局颁布的规章、制度、标准及法律法规。主要通过传感器等手段对机坪运行需要的基础信息进行全面感知。利用物联网进行数据交换收集。数据层的建立便于信息共享和日常管理的文件查找。设施设备和车辆数据通过接口处理对接传感器、监控设备等获取数据。

2)应用层：包括各个子系统的管理以及通过BIM可视化软件做出的场景展示管理、对BIM模型的浏览查询，满足基层人员学习需求，为机坪运行安全管理带来更大的价值。

3)展现层：通过物联网大数据等智能技术，对系统各个模块通过终端进行展示，通过微信公众号和PC端实施管理，实时提供所需信息。充分展示了智能技术的优势，便于监管部门工作人员监管，细化管理细则。

4)用户层：方便从上级到下级工作人员检查，信息查找，有效提供数据信息，管理系统全面安全可靠。在机坪运行管理当中，人员管理占据重要一部分，运用智能技术将信息收集整合到一起，用可视化贯穿整个运行周期有效提高管理水平，最终达到统一协调管理，保证机坪安全运行。

(2)系统实现功能模块

1)数据信息的集成化管理：对于人、设备、车辆等信息的收集整理，建立电子信息库。对设施设备运行情况进行记录，细化管理，解决以往信息数据不准确。机坪运行安全贯穿机场运行的全过程，智能技术能准确高效地将数据信息有效梳理，便于管理，促进机坪运行安全畅通，减少航班延误。平台收集各方资料进行内部整合，数据信息清晰明了，查找问题时方便快捷，利于日后的整改。对于设备管理，可以实现数据信息共享，快速进行运行决策，资源合理配置，资源最大化利用，利于掌控全局。

2)可视化的运维管理，可视化展示提高工作人员安全意识：通过数据信息模型可视化表达并结合VR、AR进行展示，清晰直观全方位地表述，有效降低未来发生风险的可能性。减少机坪内事故发生造成的经济损失和时间成本，进而有效提高机坪运行安全。

3)提高工作人员工作效率，实行视频培训课程：将机坪上发生的规章制度、不安全事件等通过草图大师软件建模，导入Lumion当中进行渲染，做成三维动画，使用PR等软件进行后期处理，指派专人讲解(如图5所示)。既能避免类似不安全事件的发生，又能让员工熟记工作内容的规章制度，也可作为教材在员工入职培训中使用。能有效提高工作人员认真学习的积极性；并且通过视频案例讲解，能够预防此类事件的再度发生，培养智能型机坪运行人员，有利于机坪运行安全的文化建设。

图5 视频培训流程

4 案例分析

4.1 项目介绍

以某机场项目为例，探讨本文提出的智能技术应用在机坪运行安全的可行性。该机场有T1和T2两个航站楼，占地20.1万m2，跑道材质为水泥，长3200 m，宽45 m。21世纪初期机场通航，随着经济的增长、人流量的增多，机场也在不断扩建，2018年T2航站楼投入使用，设计容量1600万人次。机场机坪人员、车辆、设备多，流动性大，流程复杂，对机坪运行安全管理提出挑战。课题组利用草图大师(Sketchup)、Autodesk Revit等软件绘制机场模型形成数字化的机坪建筑，如图6所示。

图6 机坪revit模型

4.2 项目智能运行安全管理

以机场机坪三维模型以及各种设施设备属性信息为基础载体构建数据库，形成数字驾驶舱；人员、车辆等的运行数据实时更新，通过云计算、大数据等储存数据、分析数据，打造可视化管理平台，使得机坪运行安全更加智能化、信息化，提高了综合价值。结合各个智能技术与机坪运行安全管理中的应用点，制定如图7所示的工作流程图。

图7 工作流程

4.3 项目应用

(1)以三维可视化模型为基础，构建智能机坪运行安全管理系统的各个子系统，协同管理工作，达到模型与实际相符，打造机坪运行安全管理工作准确率性。

(2)在BIM模型中，记录着机坪中各类信息，方便工作人员随时调取信息。将最终信息汇总到模型当中，让模型始终保持与实际运行状态数据同步。设备设施、车辆的维护信息通过传感器上传到平台上进行汇总，更加便捷的记录方式为后期的运行维护提供保障。

(3)为了提高机坪运行效率，降低事故发生率，通过三维模型导入到Lumion软件，剪辑生成动画视频，用于安全教育培训、风险防范培训、规章制度安全学习培训等。提高了机坪运行安全效率，保证机坪运行安全可靠(如图8所示)。

图8 机坪场景

(4)智能机坪运行安全管理系统平台，以可视化为目的，随时处理可能出现的问题，降低运行成本，提高机坪运行安全管理能力。

5 结 语

建设智慧机场，在机坪运行管理中运用智能技术是大势所趋。在实际工作当中，面对高消耗人力、低效率问题，能够充分发挥智能技术作用，构建机坪运行安全管理系统，形成正确的工作方式，打造高质量、高品质、高运行的机坪运行管理模式。提高工作人员的积极性和学习性，降低机坪运行中的资源浪费，从而打造机坪运行智能安全管理平台，实现运行安全、智能，达到机坪运行长治久安。