利用数字孪生打造未来机场
2023-03-24 来源：Bentley 软件公司城市和园区代理行业营销总监 作者：Steve Cockerell
本文摘要：航空业为全球提供了8,700多万个就业岗位，对全球GDP的贡献超过4%。我们的机场全年无休，是全球交通系统中连通各个国家、社区和企业的重要纽带。
航空业为全球提供了8,700多万个就业岗位，对全球GDP的贡献超过4%。我们的机场全年无休，是全球交通系统中连通各个国家、社区和企业的重要纽带。
面对不断变化的需求、不同的运营条件和不断增加的成本，机场业主及其供应链提供的服务质量是影响乘客体验的关键因素。随着旅行限制的取消和人们对飞行的担忧日益缓解，许多机场变得拥挤，而很少有机场建设了备用或多余空间。
与其他交通运输业主运营商一样，机场行业正朝着“数据驱动”企业的方向发展。其中，获取可靠信息、清楚地了解所管理数据的背景以及对数据进行更改产生的影响，对于实现高效运营和在及时扩建现有设施或新建机场时做出正确决策至关重要。
面对这一系列复杂的挑战，业主及其供应链必须保持敏捷的响应能力。在这种动态环境中，面向未来的技术将是关键，其中包括数字孪生解决方案，该解决方案支持高度协作的流程，这对业主平衡乘客满意度、容量波动和持续盈利能力至关重要。
数据是问题根源还是解决方法？
由于机场园区内的数据体量大、多样且成熟，因此需要在资产、流程和系统的全生命周期内进行管理，这表明在利用数据和数字孪生提供的技术方面潜藏着巨大机遇。
然而，由于这些数据大都存储在孤立的系统中，因此管理、访问和验证所涉及的不同数据类型和来源成为一项重大的能力挑战。完成这项任务通常需要多种工具，这些工具为相关组织和团队带来了IT方面的难题和持续成本，远远超出与他们在世界各地运输乘客和/或货物的主要角色直接相关的成本。
更棘手的是，所有机场工作的团队，无论大小，都由各种各样的技术和商业知识组成。负责交付新的或维护现有基础设施资产的工程师和勘察员将熟悉BIM和施工模拟等术语，并习惯处理GIS数据和三维建模。但对于零售或物业经理以及那些高层管理人员来说，这可能就像一门外语。因此，重要的是每个用户都能以对他们和手头任务有意义的方式，掌握他们可以信任的数据，无论其角色或职能是什么。
随着世界数字化互连程度的加深，通过物联网设备提供改进业务成果所面临的挑战和机会均呈指数级增长，而这些设备现在可以随时提供项目状态、资产状况和性能的近乎实时或实时更新。那么，数据是产生这些问题的原因还是这些问题的解决方法呢？
与所有数字化工具和技术一样，克服前文强调的各种数据挑战只是达到目的的一种手段。然而，当数字孪生与最新的数据分析和计算机模拟相结合时，用户可以获得更高的可见性和洞察力，从而改善机场生命周期各个方面的决策，以及所有相关专业和公众在内的所有利益相关方的决策。
什么是数字孪生？
为了探索机场数字孪生的潜力，首先需要了解什么是数字孪生。对于许多人来说，数字孪生的定义是实物资产的三维模型，例如跑道、航站楼、桥梁或隧道。然而，由于数字版本与现实世界中的实物版本之间没有连接起来，数字孪生只是资产在给定时间点的数字快照。
在这种情况下，无论快照是模型、报告、维护记录还是一套操作说明，这些信息的用户都面临与对方不同步，导致返工、延误和/或增加成本的风险。此外，他们也无法看到资产设计、施工进度或历史维护的背景信息，且无法利用这种宝贵的洞察力做出更好的决策。
Bentley将数字孪生定义为人造环境或自然环境中实物资产、流程或系统的真实动态数字化表示。数字孪生连通现实世界和数字世界，数字世界能动态地反映现实世界的变化，从而代表其实体对应物的近乎实时或实时状态、工况或位置。
BIM工作流和标准在过去的20年间被广泛采用，而且机场园区全生命周期中涉及的资产和专业数量众多，通过我们最新的数字孪生技术实现现实世界和数字世界之间的连通，才能真正带来变革。
助力机场的未来发展
当然，我们不知道自己在哪些方面有所欠缺，因此，由于数据类型和数量的不同，再加上技术的快速发展，很难预测未来机场的数字孪生将包括什么或可能实现什么。然而，我认为我们可以选择生命周期中的一些关键阶段来进行尝试，并看看其他行业的经验。
例如，想象一下，如果作为一名机场规划人员，您可以在相关交通资产上或拟建航站楼内模拟未来的交通流量和/或行人移动，以告知并优化新设施的位置和设计。
如果您的多专业设计和工程团队无论身在何处都能无缝协作，那他们就可以交换数据以探索不同的替代方案，模拟和优化施工进度，然后将“可用于施工的”数据移交给现场的承包商。
更进一步，数字孪生已经助力监测公路和铁路项目的交付，因此，期望项目经理使用它们来跟踪整个机场的现场进度，以确保正在进行的工程不会对运营产生不利影响或使机场用户面临风险，并不算是巨大的飞跃。
具体到机场运营，想象一下，如果维修工程师可以远程监控跑道路面的恶化情况，包括查看数据趋势，并使用机器学习来查看可能变得不安全的裂缝，然后利用这些数据在正确的时间和地点进行路面重铺工作。
想象一下，如果航站楼资产上的物联网传感器向机场管理人员提供能源消耗或环境条件的实时数据，使他们能够预测或应对温度或湿度的严重变化或意外变化，进而改善员工和乘客的舒适度。
虽然这些场景看起来像是未来几年数字孪生助力机场发展的使用案例，但实际上这些在今天都是可能实现的。为了在机场场景中充分发挥数字孪生的潜力，我们还应该把目光投向机场之外的相关基础设施资产，例如为其服务的快速/公共交通运输系统。
在这里，数字孪生可能已经在帮助轨道养护工程师优化预算和资源，以提高服务、安全性和可靠性。然而，作为数字孪生互连生态系统的一部分，在发生可能导致乘客不能及时抵达或航班正常起飞的网络拥堵或故障时，铁路数字孪生中的数据可视化可以及时通知机场运营管理人员。
将成熟的技术与许多业主已经拥有的数据结合使用，并利用他们提供当前服务水平所依赖的工作流，数字孪生的可用性意味着其用户可以随时随地查看、监测和收集所需的洞察，以利用数据推动更合理的决策。这些决策能够提高效率、可靠性、安全性和可持续性，以及增强机场园区用户的客户体验。
在机场运营和扩建中利用数字孪生
我们近年的基础设施数字化光辉大奖赛参赛作品越来越清晰地表明，数字孪生的效益远超其成本，尤其是在计算时纳入资产全生命周期的话。
在今年的“设施、园区和城市”类别中，悉尼机场凭借Maps@SYD入围决赛，展示了许多使用数字孪生技术节省时间和人工时、提高工作效率、设计效率和交付成果质量以及降低成本的实例。
悉尼机场既是世界上历史最悠久也是澳大利亚最繁忙的机场之一，它位于BotanyBay，占地906公顷。悉尼机场拥有三条跑道、三个航站楼和400多栋建筑，其团队已经开始使用Bentley的OpenCities开发其数字孪生模型，内部称为Maps@SYD。
升级为悉尼机场的“GoogleMaps”后，Maps@SYD成为从多个来源获取历史信息和实时数据的门户，可为悉尼机场超200个现有用户提供机场园区的全貌，而无需在整个组织的每台计算机上安装专用软件。
项目经理可以使用Maps@SYD即时访问所有当前和计划好的开发项目，覆盖洪水研究、环境重要区域和遗址地，从而帮助他们了解项目对拟议工作的潜在影响，每周为空间设计团队节省约65人工时。
Maps@SYD可以将财务应用程序中的数据叠加到GIS数据上，使机场的商业租赁团队直观地访问最新租户名称、租约到期日期、每平方米销售额和酒类销售许可证详细信息，而无需前往数字打印室或向空间设计团队请求数据。
Maps@SYD还增强了消防设备、航班信息屏幕和密闭空间的定期审计工作流。以前，承包商在演示过程中会将信息记录在纸上然后将其上传到CAD文件中，这可能会导致错误。现在，使用平板电脑进行审计，直接在空间信息系统中更新信息，从而将标准审计所需的时间从133个小时缩短为56个小时。
去年的另一个例子是ClarkConstruction参与的西雅图—塔科马机场国际到达大厅设施项目，这是拥有69年历史的西雅图机场迄今为止最复杂的资本开发项目，该项目赢得了我们“数字化施工”类别的大奖。
该项目位于太平洋西北部最繁忙的机场之一，建造工程包括一栋三层楼的建筑、一条空中走廊，以及位于忙碌的机场滑行道上方的世界最长人行道。项目的最复杂之处在于远程组装一座重300万磅、长320英尺的中跨人行天桥，并将其运送至项目现场。
通过使用Bentley的BIM和实景建模技术及SYNCHRO4D，ClarkConstruction将模型与施工进度关联起来，从而开发了数字孪生模型，使施工顺序完全可视化。
数字孪生模型帮助团队协调规划，并且可在讨论过程中计划发生变化时轻松做出调整。他们使用该应用程序模拟了在繁忙的机场如何跨越三英里运输这座人行天桥，从而实现了精确的规划和执行。
尽管需要在一个晚上之内而且是恶劣天气的情况下进行运输，但该团队安全地交付了这座人行天桥，在八分之三英寸的误差范围内成功地安装和调试了标志性的人行道，没有造成机场服务中断。未来，西雅图港口将使用数字孪生模型进行设施管理。
利用数字孪生共创美好明天
通过数字孪生，利用数据和技术来改善我们的工作方式和我们在资产生命周期每个阶段所交付的内容，并不总是一个简单的过程。
数字孪生是我们行业的下一个重大数字化变革，这种变革正在世界各地的机场业主及其供应链上演。
正如我们许多人所认为的那样，如果数字孪生成为“新常态”的一部分，那么每个组织都需要立即对其采用和部署进行投资，并制定清晰的战略。正如以前出现颠覆性技术的例子一样，那些不投资于实现和管理这种数字化转型的企业，失败的可能性更大。
在我们不断变化的世界中，为交付更佳的业务成果，必须采用数字孪生技术及其实现的流程。虽然我知道这对许多企业来说还刚开始，但我很清楚，与许多其他基础设施部门一起，在我们用户的引领下，数字孪生技术将改变我们规划、设计、建造和运营未来机场的方式。
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