摘要： 本文聚焦于基于数字孪生的机场飞行区全生命周期运维管理平台的设计。首先阐述了数字孪生技术应用于机场飞行区运维管理的背景与意义，详细介绍了平台设计的目标与原则。接着深入探讨平台架构设计，涵盖数据采集与传输层、数据处理与存储层、数字孪生模型层、应用层等，并对各层功能进行详细说明。同时，阐述平台在飞行区规划设计、建设施工、运营维护等全生命周期阶段的应用场景，分析其优势与价值。最后对平台应用前景进行展望，指出该平台对提升机场飞行区运维管理水平、保障机场安全高效运行具有重要意义。

关键词：数字孪生；机场飞行区；全生命周期；运维管理平台

一、引言

航空运输业的迅速增长带动了机场规模的扩大，使得飞行区设施设备日益繁杂。传统运维管理模式在处理海量数据、复杂流程及实时需求时，显现出效率不高等问题。作为数字化技术的新兴代表，数字孪生技术通过创建物理实体的虚拟模型，能够实时呈现其状态、行为与性能，为机场飞行区的全生命周期管理提供了创新的解决方案。采用数字孪生技术构建的机场飞行区全生命周期管理平台，能够实现设施的精准管理，提升运维效率，降低成本，从而增强机场的整体运行安全性和稳定性。

二、平台设计目标与原则

2.1 设计目标

本平台旨在通过数字孪生技术，构建一个涵盖机场飞行区全生命周期的一体化运维管理平台。实现对飞行区设施设备从规划设计、建设施工到运营维护各个阶段的全面监控、管理与优化。具体目标包括：实时精准反映飞行区物理实体状态，提供直观可视化的运维管理界面；整合多源数据，实现数据的高效处理与分析，为决策提供科学依据；支持全生命周期各阶段的协同工作，提高工作效率与质量；具备预测性维护功能，提前发现潜在故障隐患，降低运维成本。

2.2 设计原则

精确性要求：数字孪生模型必须准确体现飞行区实际物理实体的几何结构、构造属性、材料特性和运营状况等数据，以保证信息的准确无误和可信度。实时性要求：平台需具备实时捕捉、传递和加工飞行区设施的运营数据功能，确保数字孪生模型与实体状态的一致更新，实现即时监控和管控。通用性要求：采用开放架构设计，具备良好的兼容和拓展能力，方便与机场现有系统的整合，并能应对未来业务拓展和技术进步的需求。便捷性要求：用户界面设计简洁明了，操作简便，降低用户的学习成本，增强使用体验。安全可靠性要求：强化数据安全保护措施，运用加密和权限管理等技术，确保平台数据的安 全和隐私不被泄露。

三、平台架构设计

3.1 数据采集与传输层

该层负责采集飞行区各类设施设备的运行数据、环境数据以及业务数据等。通过传感器、物联网设备、智能仪表等采集设备，获取跑道、滑行道、停机坪、导航设施、助航灯光等设施设备的状态信息，如结构健康状况、磨损程度、运行参数等；采集气象、噪声、电磁环境等环境数据；以及航班计划、飞机起降信息、设备维护记录等业务数据。采用无线通信、有线通信等多种传输方式，将采集到的数据实时传输至数据处理与存储层。

3.2 数据处理与存储层

对采集到的多源异构数据进行清洗、转换、融合等处理，去除噪声数据与错误数据，将不同格式、不同来源的数据统一转换为平台可识别的格式，并进行数据融合，形成完整、准确的数据集。利用大数据存储技术，如分布式文件系统、数据库等，对处理后的数据进行存储，为数字孪生模型构建与应用层功能实现提供数据支持。同时，运用数据分析算法与数据挖掘技术，对历史数据进行分析，挖掘数据背后的规律与趋势，为预测性维护与决策提供依据。

3.3 数字孪生模型层

作为平台的核心，数字孪生模型层通过创建机场飞行区设施设备的三维几何、物理和行为模型，打造出与实际实体高度对应的数字镜像。在几何建模上，借助 BIM 技术精确打造跑道、航站楼、桥梁等设施的三维形态；物理模型基于材料特性和力学属性，模拟设施在不同环境下的物理表现，包括结构应力分析和热传递分析等；行为模型融合了设备的操作逻辑和业务流程，再现其运行状态和操作流程，如飞机起降和设备维护等。借助实时数据驱动，数字孪生模型能够动态反映实体状态，实现虚拟世界与真实世界的精确映射。

四、平台在全生命周期阶段的应用

4.1 规划设计阶段

在机场飞行区规划设计阶段，利用数字孪生平台可以对不同的设计方案进行虚拟仿真与评估。通过构建飞行区数字孪生模型，模拟飞机起降、滑行过程，分析跑道布局、机位设置、滑行道规划等是否合理，评估不同设计方案对飞行区运行效率、安全性以及周边环境的影响。例如，通过模拟不同风向、风速条件下飞机起降情况，优化跑道方向与长度；通过分析机位占用情况，合理规划机位数量与布局。

4.2 建设施工阶段

在施工建设过程中，数字孪生技术平台能够对施工进度、品质和安全实施持续的监控和调控。通过将施工进度数据与数字孪生模型结合，实时呈现施工进展，对比实际与计划进度，以便及时发现并纠正进度上的偏差。通过集成传感器和物联网技术，对施工关键环节和工序进行质量监控，例如混凝土浇筑和钢结构焊接的质量，并将这些实时数据同步到数字孪生模型中，确保施工质量达标。同时，利用数字孪生模型对施工场地的潜在安全风险进行模拟和提前预警，如高空坠落和物体打击等风险，以便预先采取安全防护措施。

4.3 运营维护阶段

在运营维护阶段，数字孪生平台展现出其显著优势。它通过持续收集飞行区设施设备的运行数据，实时更新数字孪生模型，以便全面管理设施设备的生命周期。例如，对跑道的实时监控能迅速识别表面损伤和裂缝等问题，通过模型分析问题的发展趋势，从而制定相应的维护计划；对导航和助航灯光等设备实施实时监控，能够预先预测潜在故障，实现预防性维护。同时，该平台还能为机场的运行决策提供支持，通过分析飞行区运行数据，预测航班延误和设备故障的可能性，为机场管理决策部门提供信息支持，确保机场的安全和高效运营。

结语

采用数字孪生技术的机场飞行区综合运维管理解决方案整合了数字孪生、物联网、大数据和人工智能等前沿科技，为机场运维带来了创新的模式和手段。通过建立精确的数字孪生模型，该平台能够对飞行区的设备和设施进行全生命周期的实时监控、管理和优化，显著提升了运维的科学性、精准度和响应速度。展望未来，随着技术的进步和成熟，该平台预计将在更多机场得到推广，并不断扩展其功能和适用范围，包括与机场其他系统的深度集成，实现机场全面智能化管理，以及通过虚拟现实和增强现实等技术，为用户提供更为深入的运维管理体验。该平台预计将在提高机场运营效率、确保机场安全性和降低运维成本等方面发挥关键作用，助力智慧机场的建设进入新阶段。

参考文献

1. 赵宇飞, 王志刚, 孙立军. 基于数字孪生的机场飞行区全生命周期运维管理平台设计[J]. 民航管理, 2023, 41(12): 45-50.

2. 刘洪涛, 张瑞, 李晓宇. 数字孪生技术在机场飞行区运维管理中的应用研究[J].飞行器材料与结构, 2022, 51(10): 123-128.