摘要：目前，全球科技创新进入前所未有的活跃期，深刻的影响和改变着国家的各个方面。民航业作为国家的重要战略产业，在我国由民航大国向民航强国迈进的关键时期，需要强大的科技创新力量来支撑。本文对我国民用机场发展现状和存在问题进行了分析，对发展趋势进行了预测。在总结目前民用机场领域科技创新工作的基础上，探讨了今后科技创新的方向，提出了推动民用机场领域科技创新的建议与措施。 

一、我国民用机场发展现状 

(一)民航业发展现状及趋势 

目前，我国已发展成为仅次于美国的世界第二大航空市场。2018年我国客运量达6.1亿人次，占全球航空旅客总量的13%。尽管2018年度我国的客运量与美国相比还有差距，但是这种差距正在快速缩小。据相关预测，今后一段时间，我国航空运输需求还将继续保持强劲增长趋势。 

 图1 2018年全球航空旅客构成 图2 中美航空旅客年运输量预测 

(二)民用机场发展现状 

机场作为民航业的一个重要组成部分，在过去的10余年取得了高速的发展，呈现出以下特点： 

一是机场数量持续增加；自1978年改革开放以来，我国民用运输机场数量由78个增加到235个，增幅约2倍。 

图3  我国民用机场数量发展趋势 

二是机场运输量持续快速增长；自1978年改革开放以来，我国民用运输机场年旅客吞吐量由232万人次增长到12200万人次，增幅约525倍；年货邮吞吐量由6.3万吨增长到1477万吨，增幅约233倍。 

图4  我国民用机场旅客和货邮吞吐量发展趋势 

三是机场竞争实力不断增长；截至2018年6月，全球十大机场中，我国占了3个，其中北京首都国际机场以4938.21万人次距第二位。特别是2018年12月28日，北京首都国际机场旅客吞吐量已经过亿，成为全球第二个旅客吞吐量过亿人次的机场。

表1               2018年上半年全球机场旅客吞吐量 

四是机场规模越来越大、运行模式越来越复杂。截至2018年底，全国1000万人次机场达到了37个，而且前十大机场都进入了双跑道运行模式。 

图5  不同年旅客吞吐量机场分布 

五是机场建设的难度越来越大。随着机场建设的发展，一方面机场系统越来越复杂，另一方面建设条件越来越差，“上山下海”（指山顶机场和填海机场）成为新常态，这些变化对机场规划设计与建设提出了新要求。 

二、民用机场发展存在的问题 

我国民用机场在取得快速发展的同时，也暴露了一些问题： 

（一）在机场规划设计方面的创新能力不强，对一些重要指标把握不够科学；一些机场设计不合理，存在先天不足：如塔台视野遮蔽、机坪进出口、滑行道不足、近机位比例偏低、航站楼的流程不合理等。随着机场规模越来越大，综合交通枢纽协同考虑不够。 

（二）受限于空中交通管制和地面运营技术水平，大型机场容量和地面运行效率存在较大的提升空间；另外，地面设施设计与空管运行指挥的结合不紧密，导致建成基础设施效能发挥较低。 

（三）一些施工工艺和质量控制方法相对落后，施工质量存在一定风险。 

上述问题的改变，需要科技创新发挥作用。 

三、目前民用机场领域的科技创新工作 

提高基础设施供给质量、提高系统运行效率目前已成为建设民航强国，推动机场建设与运行的新要求。近年来民航业开展了一系列研究，出现了一批科技创新成果，有力推动了民用机场的发展。 

（一）数字信息技术 

1. 仿真模拟技术 

大型繁忙机场跑道构型多样，运行系统复杂，传统规划设计方法和经验，无法有效预判机场各系统容量及相互匹配情况，往往会导致一些机场建成投运后存在一些问题。仿真模拟技术可尽早发现设施、设备方面的不足，从而指导设计及时进行调整，实现辅助决策和优化设计。 

⑴飞行区地面运行仿真 

飞行区地面运行仿真可准确评估机场整体地面运行效率、航班延误水平和空侧容量，定量分析跑道使用效率、高峰小时起降架次、滑行道及机位使用效率，诊断分析飞行区拥塞点位置及空侧运行瓶颈。 

⑵终端区及航路空域仿真 

大型机场空域结构相对复杂，终端区及航路空域仿真可用于评估终端区空域容量，分析周围空域的航路冲突点、优化飞行程序设计。同时终端区及航路空域仿真结合地面运行仿真用于综合确定机场的空侧容量。

   图6 飞机地面运行仿真    图7 终端空域仿真 

⑶航站楼内部流程仿真 

大型枢纽机场的航站楼规模越来越大，内部进出港流程也越来越复杂，航站楼内部流程仿真已越来越多的用于比选航站楼不同布局方案及服务流程，确定值机柜台、海关、安检等关键设施的合理数量，统计旅客在航站楼内行走距离及各类用时，评估各设施的实际服务水平等方面。 

 图8航站楼内部流程仿真  图9航站楼行李流程仿真 

目前国内机场仿真运行模拟主要应用于针对某一具体需求的辅助决策中，未来仿真运行模拟将逐步向涵盖机场空侧地面运行、终端区及航路空域、航站楼内部流程、机场陆侧交通组织等机场全系统的综合模拟方向发展。 

2. BIM技术 

BIM技术整合了建筑从设计、施工、运行直至建筑全寿命周期终结的所有建筑信息，其核心在于信息共享和交换，其建筑信息之间相互关联，数据库中任何信息的修改都会引起与其相关联的其他信息的同步变化。它可应用于工程勘察、设计、经济分析和运营管理等各个领域。管线综合是BIM技术在工程设计领域最典型的应用，它能够建立统一的平台供建筑、结构、暖通、给排水及电气专业协调沟通，进行可视化的管线综合，通过不同专业之间碰撞检测实现管线综合方案的最优化。 

图10  基于Bentley Navigator平台的管线综合BIM建模实例 

3. 机场辅助设计系统 

目前机场辅助设计系统中，以中国民航机场建设集团有限公司开发的智帆场道辅助设计软件最为著名。该系统已发展成为包括机场土方地势设计、道面设计和排水设计三大完整模块的机场工程设计软件，未来将发展成为机场工程BIM的设计框架。该体统不但大大提高了设计进度和效率，而且实现了设计方案的和参数的实施调整与成果三维展示。图11~14是其应用成果展示。

=            

图11云南某机场地势设计高程分析  图12 山西某机场场区地势设计三维分析  

图13 2012年建成投入的云南某机场 图14 2014年建成投入的山西某机场 

4. 数字化施工控制技术 

数字化施工采用信息化手段对现有的工程建设管理模式进行的改造，它是以“互联网+”为基础，通过GPS卫星定位将施工过程数据以电子形式保存下来，并远程传输到“数字化施工质量监控平台”内。该技术为质量管理提供了实时、连续、自动和高精度的施工质量过程信息，有效保证了工程质量；在项目管理中，实现了施工过程质量和事后质量检测的“双重控制”，提高了管理水平和效率；此外，数字化技术也使得施工企业具备了“自证”能力。 

成都天府国际机场是民用机场数字化施工全面应用的典范，纵览交通建设领域，无论是铁路还是公路，进场全部机械如此大规模的开展数字化施工还是首次。可以说，民航在基础建设数字化施工领域实现了弯道超车，具有重要的示范意义。 

15 数字化施工技术原理图 图16 成都新机场数字化施工监控中心 

（二）新材料及新技术 

1 工程拦阻材料（EMAS） 

EMAS系统采用特殊工程材料，其在飞机一旦冲出跑道驶入的情况下，被飞机起落架碾压破碎，通过吸收飞机的动能，使飞机逐渐减速并最终停止在拦阻床内，确保飞机起落架、结构、发动机和乘客不受到严重损伤。在一些端安全区不足或飞行区外地形复杂的机场铺设EMAS，相当于延长跑道安全区长度，对于保证飞行安全，减少工程难度和造价有着至关重要的意义。目前，我国是世界上第二个研制出EMAS系统的国家，国内一些复杂机场如九寨、攀枝花、林芝等陆续都安装了该系统。 

  图17  攀枝花机场EMAS系统 

2 地基增强系统（GBAS） 

GBAS作为新一代机场飞机导航、进离场引导支持系统，利用卫星导航信息，为飞机进离场提供更安全、更可靠的引导信息。与传统ILS系统信号易受干扰、需定期飞行校验、维护成本高，周围配套的场地条件要求极为严格，安装位置需严格按照计算确定相比，其信号更稳定，精度远高过ILS。GBAS支持不同机型多种下滑角度和下滑路径的进近程序，在飞机避开障碍物和敏感地区提高飞行安全性的同时，还可减少飞机尾流对排队飞机的影响。一套GBAS可为整个机场所有跑道提供进近引导，从而提高管制运行和飞行运行的效率。 

图18 华东某机场GBAS系统试验  图19  GBAS系统接收机实景 

目前我国已自主全面掌握了GBAS技术，首套GBAS已进入适航取证阶段。未来GBAS替代ILS将颠覆现有机场平面规划设计理念，对于降低我国西部复杂地形环境下机场规划建设难度、提高飞行安全具有重要的意义。 

3 人脸识别技术 

随着客流量逐渐增加，旅客对安检排队漫长的等待、机场对繁重的安检任务都苦不堪言。在此背景下，基于脸部特征信息的人脸识别技术被各方关注。 

人脸识别技术应用于机场安检，可以简化乘机流程，有效提高安检的准确度，对于提升民航对于高铁的竞争优势具有重要的意义。另外，人脸识别技术的使用使一大批安检技术人员从繁重的安检任务中解放出来，显著降低了安检过程的人力成本。 

   图20  人脸识别过程 

随着AI深度学习能力的成熟和发展，人脸识别系统将更加智能，还将承担机场“安全卫士”的职责。将动态人脸识别技术应用于人员高密度集聚报警、比对犯罪嫌疑人方面，可为公共场所提供更多的安全保障。未来，机场人工安检必将成为历史。 

三、民用机场领域科技创新方向展望 

近年来，人们提出了未来机场的概念，未来民用机场的发展将具有“平安、绿色、智慧、人文”四个特征，民用机场领域的科技创新工作也将围绕这四个方面展开。 

（一）平安机场方向 

安全始终是民航发展的底线，也是基础设施建设的底线。因此，在机场规划设计和建设过程中要始终将安全摆在首要位置。机场功能设计应综合考虑安全运行、安全检查、反恐制暴等基本需求，同时规划设计中要留有一定的安全裕度，避免顶着天花板运行。 

平安机场方向就要求在机场规划设计和建设过程中用科技创新手段追求高质量工程，确保基础设施建设项目在整个生命周期内的安全。 

（二）绿色机场方向 

绿色机场建设是机场可持续发展理念的真实体现，贯穿于机场建设、运营、管理的各个方面。绿色机场方向的科技创新应关注以下几个方面： 

一是要建立绿色机场理论框架与标准体系。包括绿色机场设计与建设标准框架体系，编制绿色机场建设、评价及运行标准等。 

二是要加强绿色环保等创新技术在机场中的广泛应用。如地源热泵技术、烟气余热回收利用、光伏发电、LED灯光跑道、清洁能源车、航站区引入生态水系、污水处理与回用等。 

三是要使机场规划与城市、区域规划高度兼容。机场规划中，要充分论证机场规划与城市和区域规划的相互影响，实现二者的和谐发展。深入研究机场噪音和净空影响，创新评价方法，实现与周边土地利用规划的衔接等。 

（三）智慧机场方向 

“智慧”是未来机场的一个重要特征，也是科技创新在机场发展中的最直接体现。它主要是通过采用大数据、云计算、移动互联等先进技术来提升机场在运行、管理和服务等方面的水平。 

在运行上，通过设备互联、信息互通、资源共享、协同决策等手段，不断优化流程，从而提高运行效率。在管理上，通过采用现代信息技术，实现对机场人员、设备、能源和空间等资源的集约管理和利用。在服务上，通过电子客票、自助值机、无纸登机等服务，方便旅客出行。 

（四）人文机场方向 

科技以人为本。“人文机场”建设是“真情服务”理念在机场的贯彻落实，人文机场方向的科技创新要始终把旅客放在突出的位置，把旅客满意度作为评价的标准。 

要注重旅客体验，不断优化流程、不断提高设施的服务质量。在公共交通换乘、旅客步行距离、中转时间、首件行李到达等各项指标上，要体现以人为本的设计理念和服务。 

四、推进民用机场领域科技创新的建议与措施 

（一）努力搭建高效的民航科技创新平台 

高效的民航科技创新平台（如民航重点实验室和工程技术研究中心）是科技创新推动机场高效、持续安全发展的根本基础，也是目前我国民航科技存在自主创新能力不足、技术研发协同不够、人才队伍薄弱等现状的根本原因之一。 

（二）加大研发投入与政产学研用”深度融合 

加大研发经费投入与“政产学研用”深度融合是机场高效、持续安全发展的支撑。拓宽科研投入渠道，充分调动和鼓励行业内外及民间科技企业投入。 

“政产学研用”协同创新必须坚持以机场发展领域需求为导向的原则，促使企业、大学、科研机构和其他创新主体在创新思维上进行改变，才能实现机场的可持续发展。强化基础研究，积极开展重大关键共性技术、装备，关键设计参数及施工工艺等的研发攻关，解决机场规划、设计、建设过程中出现的新问题、新难题。 

（三）强化科技成果转化 

强化科技成果转化是机场高效、持续发展的重要途径。在国家政策的基础上，应根据实际情况制定相应措施如建立成果转化孵化基地等以强化民航科技的成果转化。此外，还应充分调动行业内外的资源强化民航科技成果转化。重视新技术的应用推广，在机场建设实践中检验科技创新新技术的适用性，积累经验不断改进。 

（四）完善多层次的人才培养体系 

建设具有民航特色的一流大学和学科，培养民航科技创新人才。扩大和深入与民航业先进国家的学术交流与合作，学习和引进国外先进技术。组建民航科技创新团队，建立民航科技专家库及人才储备库，充分发挥专家咨询、评审、监督作用。 （薛小刚 中国民航机场建设集团有限公司） 

五、参考文献 

[1]冯正霖. 在民航科教创新高端对话会上的讲话[Z]. 2018.06. 

[2]刘春晨. 以加快未来机场建设为契机，全面推动枢纽机场高质量发展[Z]. 2018.12. 

[3]王雪. “走在机场建设最前沿——中国民航机场建设集团公司科技创新工作纪实”专题报道. 中国民航报，2018，06. 

[4]张越，胡华清 .仿真模拟在机场发展规划编制中的应用价值[J].交通发展，2010，09：17-20. 

[5]纪博雅，戚振强. 国内BIM技术研究现状[J].科技管理研究，2015，06：184-190. 

[6]任卷芳，高岩. 人脸识别技术在机场中的应用研究综述[J].中国新通信，2017（20）：85.