王書頗

摘 要：BIM、物聯(lián)網(wǎng)等新信息技術(shù)可以實(shí)時(shí)采集、模擬、預(yù)測(cè)、控制、反饋橋梁工程安全信息。分析信息化安全管理的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合具體橋梁項(xiàng)目，重點(diǎn)探討橋梁項(xiàng)目安全信息化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以期能夠?yàn)樘岣邩蛄汗こ贪踩畔⒐芾硭降於ɑA(chǔ)。

關(guān)鍵詞：信息化；橋梁工程；安全管理；優(yōu)勢(shì)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP315 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）02-0080-03

0 引言

當(dāng)前，橋梁工程正逐步向高強(qiáng)、輕型、大跨度結(jié)構(gòu)發(fā)展，結(jié)構(gòu)形式也愈加復(fù)雜化，這就要求必須提升施工技術(shù)水平。大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)信息技術(shù)的不斷創(chuàng)新與實(shí)踐應(yīng)用，進(jìn)一步提升了公路項(xiàng)目監(jiān)管水平，克服了以往監(jiān)管難的問(wèn)題，成為了公路工程安全信息化管理的重要手段。

1 信息化安全管理優(yōu)勢(shì)

當(dāng)前，很多橋梁工程在安全管理方面，仍舊延用了傳統(tǒng)模式，即粗放式管理，比如層層技術(shù)交底、人工紙質(zhì)信息傳輸、現(xiàn)場(chǎng)視察等。這種管理方式弊端很多，極易出現(xiàn)上下傳遞不及時(shí)、不準(zhǔn)確等情況，甚至在問(wèn)題處理中還存在滯后現(xiàn)象。若一味采用紙質(zhì)資料，損毀、丟失等情況也很難防止。在交通工程建設(shè)領(lǐng)域，橋梁工程施工作業(yè)環(huán)境更特殊、危險(xiǎn)性更大，若存在安全隱患，且處理不及時(shí)，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)安全事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[1]。

若將信息化技術(shù)用于施工安全管理，可以獲取良好的應(yīng)用效果。在橋梁工程安全管理中充分利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)的信息技術(shù)，可以為管理水平提升提供新的思路與方向。比如，BIM技術(shù)可用于可視化交底、三維模擬等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則用于架體監(jiān)控預(yù)警、定位監(jiān)控等，傳統(tǒng)安全管理和信息化安全管理的特點(diǎn)對(duì)比分析見表1。

2 工程概況

某橋梁工程屬于全線控制性工程，自該項(xiàng)目啟動(dòng)以來(lái)，為做好樁基施工，項(xiàng)目統(tǒng)籌施工準(zhǔn)備，組織業(yè)內(nèi)資深專家對(duì)專項(xiàng)施工方案評(píng)審把關(guān)，驗(yàn)證配合比設(shè)計(jì)，制定鋼筋籠加工方案，完善橋梁工程專項(xiàng)施工方案，加大安全管理力度，實(shí)現(xiàn)工地標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，抓好細(xì)節(jié)、重點(diǎn)管理[2]。

隨著公路工程建設(shè)項(xiàng)目管理的專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、精細(xì)化的不斷深入，現(xiàn)代化的管理理念顯的尤為重要。當(dāng)前，工程信息化安全管理仍存在很多，比如數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不高、工作效率低下等。為此，搭建了以BIM+GIS為主體的智能信息化安全管理系統(tǒng)，充分利用計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)共享、視頻監(jiān)控等方式，實(shí)時(shí)了解及定位施工現(xiàn)場(chǎng)的“人、機(jī)、料”情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)遺漏異常行為，達(dá)到監(jiān)管自動(dòng)化管理，進(jìn)一步提升應(yīng)急管理能力，加快安全事件處理速度。

3 橋梁項(xiàng)目安全信息化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)平臺(tái)采用具備系統(tǒng)間移植運(yùn)行.NetCore基礎(chǔ)作為開發(fā)平臺(tái)基礎(chǔ)，系統(tǒng)編碼采用C#（CSharp）計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)語(yǔ)言，C#語(yǔ)言為中間預(yù)編譯語(yǔ)言，它可以基于.NetCore運(yùn)行，忽略計(jì)算基礎(chǔ)硬件差異造成運(yùn)行錯(cuò)誤?；A(chǔ)運(yùn)行時(shí)的自動(dòng)垃圾回收機(jī)制，消除了軟件運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)存泄漏及溢出，同時(shí)還可以預(yù)編譯運(yùn)行（而非中間解釋運(yùn)行執(zhí)行），大幅度提高了軟件運(yùn)行效率。C#語(yǔ)言為C系計(jì)算編程語(yǔ)言，繼承了C語(yǔ)言簡(jiǎn)潔明了的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，在一定程度上提高了編程效率和代碼規(guī)范度。

C#作為繼C++、Pascal、Java面向?qū)ο缶幊痰男乱淮呒?jí)開發(fā)語(yǔ)言，具備所有前繼面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的面向?qū)ο笳Z(yǔ)法、語(yǔ)義特性。在微軟強(qiáng)大的商業(yè)化技術(shù)團(tuán)隊(duì)的不斷推動(dòng)下語(yǔ)法特性新增迅速，語(yǔ)法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，極大程度地保障了編程效率和運(yùn)行質(zhì)量。

系統(tǒng)業(yè)務(wù)以微服務(wù)形式提供應(yīng)用交互服務(wù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用MVVM（Model-View-ViewModel）系統(tǒng)框架，應(yīng)用UI（userInterface）采用Vue.js作為前端UI應(yīng)用交互技術(shù)，增加了應(yīng)用UI與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)模型之間耦合性松散度，提高了UI與程序見靈活性，Vue作為狀態(tài)UI大幅降低了UI與業(yè)務(wù)應(yīng)用程序建交互頻率，在提高系統(tǒng)運(yùn)行效率同時(shí)也大幅改善用戶使用體驗(yàn)度。

Vue是構(gòu)建用戶界面的漸進(jìn)式框架，可以理解為視圖模板引擎，強(qiáng)調(diào)的是狀態(tài)到界面的映射，內(nèi)置Route、Store、Component等模塊。其中Route模塊主要負(fù)責(zé)全局的路由映射及頁(yè)面跳轉(zhuǎn)，Store模塊用于管理全局的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)，Component模塊提供對(duì)組件式開發(fā)的支持，能最大程度上實(shí)現(xiàn)組件的復(fù)用[3]。

TypeScript是JavaScript的一個(gè)超集，支持ECMAScript6標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)微軟開發(fā)的編程語(yǔ)言，其設(shè)計(jì)根本目的是為了大型應(yīng)用的開發(fā)與利用，通過(guò)編譯，能夠?qū)崿F(xiàn)純JavaScript，并可在所有瀏覽器上運(yùn)行。

BIM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以高壓縮比的S3M格式進(jìn)行發(fā)布，保障BIM模型數(shù)據(jù)在線瀏覽效率和用戶體現(xiàn)。通過(guò)開源Cesium3D圖像引擎，將BIM模型與GIS傾斜攝影擬合結(jié)果呈現(xiàn)于用戶瀏覽器（Browse）中。開發(fā)多種用交互功能，提高用戶與BIM之間的交互性，使BIM+GIS真正用于業(yè)務(wù)應(yīng)用中而非一個(gè)靜態(tài)顯隱BIM功能。

在設(shè)計(jì)原則的指導(dǎo)和約束下，系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)施遵循總體設(shè)計(jì)思路與原則，保證系統(tǒng)在性能、可靠性、易使用性等質(zhì)量要素間的綜合平衡，保證技術(shù)原則各項(xiàng)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。

BIM展示應(yīng)用基于BIM模型分發(fā)服務(wù)和瀏覽器端的用戶場(chǎng)景展示圖形引擎。目前BIM瀏覽數(shù)據(jù)格式主流格式有OSGB（OpenSceneGraphBinary），S3M（Spatial3DModel）等。OSGB數(shù)據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其在線瀏覽的性能較差。超圖公司在OSGB基礎(chǔ)上研發(fā)出新傾斜攝影數(shù)據(jù)格式S3M（Spatial3DModel），S3M格式支持多源數(shù)據(jù)（傾斜攝影模型、BIM、精模、激光點(diǎn)云、矢量、地下管線、地形、動(dòng)態(tài)水面、三維柵格），格式簡(jiǎn)潔易解析適合WebGL輕量客戶端渲染，以二進(jìn)制形式保存并進(jìn)行ZIP壓縮，占用空間小，傳輸性能高。為此本系統(tǒng)在BIM數(shù)據(jù)分發(fā)采用S3M格式BIM瀏覽數(shù)據(jù)。

BIM場(chǎng)景展示采用基于WEBGL技術(shù)的開源圖形呈現(xiàn)渲染引擎Cesium。開源項(xiàng)目Cesium.js創(chuàng)建于2011年。目前圍繞Cesium生態(tài)圈產(chǎn)生了多套安全可靠易擴(kuò)展且平臺(tái)獨(dú)立的項(xiàng)目級(jí)解決方案，基于CesiumAPI可以實(shí)現(xiàn)多種功能3D交互操作，如測(cè)量、位移、BIM與GIS數(shù)據(jù)擬合、模擬飛行等。

3.1.1 開發(fā)技術(shù)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

系統(tǒng)編碼采用C#（CSharp）計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言。C#是一種面向?qū)ο蠡谶\(yùn)行時(shí)預(yù)編譯運(yùn)行的軟件開發(fā)語(yǔ)言，與面向?qū)ο缶幊趟枷肱cC#語(yǔ)言對(duì)象化編程設(shè)計(jì)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)編碼。C#作為一種中間解釋編譯語(yǔ)言，在混淆編譯后不可被反編譯跟蹤，調(diào)試安全性比較高，C#作為.Net平臺(tái)主推語(yǔ)言，具備和同平臺(tái)其他語(yǔ)言（VB.net、C++.net、J#.net）混合編程能力，具備豐富穩(wěn)定的基礎(chǔ)功能類庫(kù)，在一定程度上提高了編程效率和功能開發(fā)穩(wěn)定性。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。目前大型系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)集中于Oracle、SQLServer、MySQL這三種主流結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初為了迎合項(xiàng)目實(shí)際技術(shù)要求情況，系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互處理被獨(dú)立抽象出來(lái)，用工廠設(shè)計(jì)模式設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)交互層，通過(guò)動(dòng)態(tài)配置系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)類型，來(lái)滿足系統(tǒng)與預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)的交互切換。系統(tǒng)中非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（各類文件、圖形影像、其他大型塊狀數(shù)據(jù)）通過(guò)交互層的統(tǒng)一抽象處理，集中將塊狀數(shù)據(jù)處理可以項(xiàng)目運(yùn)行實(shí)際中切換文件存儲(chǔ)的介質(zhì)（本地磁盤存儲(chǔ)或?qū)I(yè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)象存儲(chǔ)服務(wù)），針對(duì)后期數(shù)據(jù)劇增通過(guò)第三方的大數(shù)據(jù)管理工具進(jìn)行性能優(yōu)化。

3.1.2 系統(tǒng)組件

基于系統(tǒng)縱向系統(tǒng)職能設(shè)計(jì)原則，基于抽象的數(shù)據(jù)交互層之上建立系統(tǒng)的高度抽象的系統(tǒng)功能組件，其他業(yè)務(wù)服務(wù)基于系統(tǒng)只能組件建設(shè)，便于后期基礎(chǔ)只能技術(shù)升級(jí)和功能缺陷修復(fù)。包括：工作流引擎組件、報(bào)表服務(wù)組件、消息服務(wù)組件、IOT服務(wù)組件、BIM服務(wù)發(fā)布組件、配置服務(wù)組件、運(yùn)行狀態(tài)組件。

3.1.3 業(yè)務(wù)應(yīng)用資源

業(yè)務(wù)應(yīng)用資源層通過(guò)面向業(yè)務(wù)服務(wù)需求分析，將業(yè)務(wù)功能應(yīng)用分解為獨(dú)立可相互耦合依賴協(xié)作的獨(dú)立的系統(tǒng)模塊，在耦合依賴的基礎(chǔ)上進(jìn)行業(yè)務(wù)資源打組，便于后期對(duì)資源進(jìn)行組合使用，為用戶提供彈性業(yè)務(wù)服務(wù)。應(yīng)用資源開發(fā)模式，使開發(fā)人員將工作集中于每個(gè)業(yè)務(wù)功能點(diǎn)的逐步調(diào)優(yōu)，非版本重復(fù)編碼，對(duì)功能點(diǎn)優(yōu)化或缺陷修復(fù)可以快速應(yīng)用到所有涵蓋該業(yè)務(wù)的項(xiàng)目中。

3.1.4 應(yīng)用層

系統(tǒng)平臺(tái)為用戶提供PC機(jī)客戶端應(yīng)用和移動(dòng)端應(yīng)用，PC端為提供所以系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能接口，用戶根據(jù)系統(tǒng)及系統(tǒng)崗位配置方位對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)功能模塊。移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能包括流程審批、消息推送、數(shù)據(jù)采集、簡(jiǎn)單圖標(biāo)統(tǒng)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)預(yù)警、BIM瀏覽等，對(duì)于比較復(fù)雜的表格數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能則只提供數(shù)據(jù)采集（報(bào)表數(shù)據(jù)功能無(wú)）。

3.2 安全設(shè)計(jì)

3.2.1 賬戶安全

用戶登錄系統(tǒng)的識(shí)別校驗(yàn)過(guò)程，也是系統(tǒng)的主要入口檢驗(yàn)程序邏輯。權(quán)鑒的嚴(yán)密性直接影響到系統(tǒng)的安全性，也是對(duì)系統(tǒng)用戶業(yè)務(wù)成果保護(hù)機(jī)制。系統(tǒng)的權(quán)鑒模式設(shè)計(jì)將直接關(guān)乎系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全性，以及系統(tǒng)自身安全防御能力[4]。

本系統(tǒng)用戶較多，且分布于三類不同的企業(yè)。本系統(tǒng)屬于整合企業(yè)間協(xié)作業(yè)務(wù)系統(tǒng)，因此對(duì)不同層級(jí)角色用戶應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)具有從上至下的授權(quán)模式，并且系統(tǒng)功能級(jí)授權(quán)，用戶試用系統(tǒng)。系統(tǒng)權(quán)鑒第一層賬戶層權(quán)鑒方式（密碼策略、注入防范、錯(cuò)誤降級(jí)），第二層系統(tǒng)內(nèi)部業(yè)務(wù)功能隔離，針對(duì)同崗位不同機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)分區(qū)隔離，即平行機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)相互屏蔽，數(shù)據(jù)權(quán)限有下自上開放（施工單位、監(jiān)理單位、業(yè)主單位）；第三層接口權(quán)鑒增加驗(yàn)證碼校驗(yàn)防止程序化登錄枚舉。

系統(tǒng)對(duì)用戶密碼進(jìn)行了強(qiáng)弱判定并要求強(qiáng)類型密碼組合（數(shù)字+符號(hào)+大寫字母+小寫字母），并具備用戶密碼進(jìn)行周期性強(qiáng)制修改策略。部分業(yè)務(wù)中涉及CA簽審，系統(tǒng)設(shè)計(jì)將用戶密碼與CA簽審確認(rèn)密碼進(jìn)行分離管理。系統(tǒng)對(duì)賬戶密碼修改進(jìn)行舊密碼校驗(yàn)與雙層新密碼確認(rèn)處理，以防止他人在用戶在情況下修改本賬戶密碼；系統(tǒng)密碼采用DM5加密在數(shù)據(jù)庫(kù)中以密文形式存儲(chǔ)；在系統(tǒng)中顯示用戶上次登錄時(shí)間，并對(duì)賬戶進(jìn)行排他登錄設(shè)置以提醒用戶，對(duì)于忘記密碼找回過(guò)程通過(guò)用戶注冊(cè)手機(jī)短信配合完成校驗(yàn)。

3.2.2 接口安全

對(duì)外的授權(quán)接口均提供相應(yīng)訪問(wèn)組織提供獨(dú)立的訪問(wèn)授權(quán)信息，每個(gè)訪問(wèn)授權(quán)信息均有控制配置信息（授權(quán)時(shí)效、異常判定識(shí)別、異常降級(jí)處理或拒絕服務(wù)，緩沖等待）。系統(tǒng)接口響應(yīng)會(huì)依據(jù)接口訪問(wèn)策略自動(dòng)識(shí)別安全風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)訪問(wèn)授權(quán)信息進(jìn)行延時(shí)或降級(jí)處理，在接口效能平穩(wěn)情況自動(dòng)回復(fù)授權(quán)控制。

3.2.3 數(shù)據(jù)安全

項(xiàng)目敏感信息進(jìn)行傳輸過(guò)程，必須以密文形式傳遞，對(duì)用戶個(gè)人隱私信息必須以密文形式保存，在UI上呈現(xiàn)部分須打碼處理。數(shù)據(jù)處理過(guò)程對(duì)組合型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)程進(jìn)行事務(wù)控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)備份，同時(shí)將定時(shí)備份文件進(jìn)行定期異地轉(zhuǎn)儲(chǔ)，以保障數(shù)據(jù)容災(zāi)性。

3.3 系統(tǒng)部署

本系統(tǒng)當(dāng)中，重點(diǎn)選擇了.netCore技術(shù)，其主要功能作用在于2點(diǎn)：其一，具有跨平臺(tái)運(yùn)行能力；其二，擴(kuò)展能力很強(qiáng)大。在無(wú)編碼的條件下，本系統(tǒng)仍可實(shí)現(xiàn)在線服務(wù)，用于擴(kuò)展承載能力。同時(shí)，通過(guò)其他設(shè)備的結(jié)合利用，可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，保證高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

系統(tǒng)在進(jìn)行硬件設(shè)備擴(kuò)容過(guò)程中，無(wú)論是在線狀態(tài)、亦或是離線狀態(tài)，服務(wù)器均可通過(guò)增加設(shè)備完成擴(kuò)容優(yōu)化升級(jí)，也就是所說(shuō)的Scaleout模式[5]。在系統(tǒng)集群擴(kuò)展過(guò)程中，應(yīng)按照處理能力大小，在集群當(dāng)中增設(shè)新的主機(jī)，便可實(shí)現(xiàn)目的。

系統(tǒng)采用分層架構(gòu)開發(fā)和設(shè)計(jì)，將界面、控制邏輯、業(yè)務(wù)邏輯和模型分離，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部松耦合，以靈活、快速地響應(yīng)業(yè)務(wù)變化對(duì)系統(tǒng)的需求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合具體橋梁工程項(xiàng)目，重點(diǎn)闡述了信息化平臺(tái)建設(shè)系統(tǒng)構(gòu)建相關(guān)內(nèi)容，希望通過(guò)安全信息化管理能夠達(dá)到減小橋梁工程安全管理風(fēng)險(xiǎn)的作用，進(jìn)而為橋梁工程安全信息管理進(jìn)一步研究提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐支撐。

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