基于信息化的橋梁工程項目安全管理研究

王書頗

摘 要：BIM、物聯網等新信息技術可以實時采集、模擬、預測、控制、反饋橋梁工程安全信息。分析信息化安全管理的優勢，結合具體橋梁項目，重點探討橋梁項目安全信息化管理系統設計與實現，以期能夠為提高橋梁工程安全信息管理水平奠定基礎。

關鍵詞：信息化；橋梁工程；安全管理；優勢；系統設計

中圖分類號：TP315 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）02-0080-03

0 引言

當前，橋梁工程正逐步向高強、輕型、大跨度結構發展，結構形式也愈加復雜化，這就要求必須提升施工技術水平。大數據、物聯網等先進信息技術的不斷創新與實踐應用，進一步提升了公路項目監管水平，克服了以往監管難的問題，成為了公路工程安全信息化管理的重要手段。

1 信息化安全管理優勢

當前，很多橋梁工程在安全管理方面，仍舊延用了傳統模式，即粗放式管理，比如層層技術交底、人工紙質信息傳輸、現場視察等。這種管理方式弊端很多，極易出現上下傳遞不及時、不準確等情況，甚至在問題處理中還存在滯后現象。若一味采用紙質資料，損毀、丟失等情況也很難防止。在交通工程建設領域，橋梁工程施工作業環境更特殊、危險性更大，若存在安全隱患，且處理不及時，勢必會出現安全事故，造成嚴重的經濟損失[1]。

若將信息化技術用于施工安全管理，可以獲取良好的應用效果。在橋梁工程安全管理中充分利用物聯網、大數據等先進的信息技術，可以為管理水平提升提供新的思路與方向。比如，BIM技術可用于可視化交底、三維模擬等。物聯網技術則用于架體監控預警、定位監控等，傳統安全管理和信息化安全管理的特點對比分析見表1。

2 工程概況

某橋梁工程屬于全線控制性工程，自該項目啟動以來，為做好樁基施工，項目統籌施工準備，組織業內資深專家對專項施工方案評審把關，驗證配合比設計，制定鋼筋籠加工方案，完善橋梁工程專項施工方案，加大安全管理力度，實現工地標準化建設，抓好細節、重點管理[2]。

隨著公路工程建設項目管理的專業化、標準化、信息化、精細化的不斷深入，現代化的管理理念顯的尤為重要。當前，工程信息化安全管理仍存在很多，比如數據準確性不高、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，充分利用計算機、物聯網等技術，通過數據采集、網絡共享、視頻監控等方式，實時了解及定位施工現場的“人、機、料”情況，及時發現遺漏異常行為，達到監管自動化管理，進一步提升應急管理能力，加快安全事件處理速度。

3 橋梁項目安全信息化管理系統設計與實現

3.1 系統架構設計

系統平臺采用具備系統間移植運行.NetCore基礎作為開發平臺基礎，系統編碼采用C#（CSharp）計算機軟件開發語言，C#語言為中間預編譯語言，它可以基于.NetCore運行，忽略計算基礎硬件差異造成運行錯誤?；A運行時的自動垃圾回收機制，消除了軟件運行過程中產生的內存泄漏及溢出，同時還可以預編譯運行（而非中間解釋運行執行），大幅度提高了軟件運行效率。C#語言為C系計算編程語言，繼承了C語言簡潔明了的語法結構，在一定程度上提高了編程效率和代碼規范度。

C#作為繼C++、Pascal、Java面向對象編程的新一代高級開發語言，具備所有前繼面向對象語言的面向對象語法、語義特性。在微軟強大的商業化技術團隊的不斷推動下語法特性新增迅速，語法結構簡化，極大程度地保障了編程效率和運行質量。

系統業務以微服務形式提供應用交互服務，系統設計采用MVVM（Model-View-ViewModel）系統框架，應用UI（userInterface）采用Vue.js作為前端UI應用交互技術，增加了應用UI與業務數據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UI大幅降低了UI與業務應用程序建交互頻率，在提高系統運行效率同時也大幅改善用戶使用體驗度。

Vue是構建用戶界面的漸進式框架，可以理解為視圖模板引擎，強調的是狀態到界面的映射，內置Route、Store、Component等模塊。其中Route模塊主要負責全局的路由映射及頁面跳轉，Store模塊用于管理全局的應用程序數據，Component模塊提供對組件式開發的支持，能最大程度上實現組件的復用[3]。

TypeScript是JavaScript的一個超集，支持ECMAScript6標準。通過微軟開發的編程語言，其設計根本目的是為了大型應用的開發與利用，通過編譯，能夠實現純JavaScript，并可在所有瀏覽器上運行。

BIM數據存儲以高壓縮比的S3M格式進行發布，保障BIM模型數據在線瀏覽效率和用戶體現。通過開源Cesium3D圖像引擎，將BIM模型與GIS傾斜攝影擬合結果呈現于用戶瀏覽器（Browse）中。開發多種用交互功能，提高用戶與BIM之間的交互性，使BIM+GIS真正用于業務應用中而非一個靜態顯隱BIM功能。

在設計原則的指導和約束下，系統設計實施遵循總體設計思路與原則，保證系統在性能、可靠性、易使用性等質量要素間的綜合平衡，保證技術原則各項目標的順利實現。

BIM展示應用基于BIM模型分發服務和瀏覽器端的用戶場景展示圖形引擎。目前BIM瀏覽數據格式主流格式有OSGB（OpenSceneGraphBinary），S3M（Spatial3DModel）等。OSGB數據內部結構復雜，其在線瀏覽的性能較差。超圖公司在OSGB基礎上研發出新傾斜攝影數據格式S3M（Spatial3DModel），S3M格式支持多源數據（傾斜攝影模型、BIM、精模、激光點云、矢量、地下管線、地形、動態水面、三維柵格），格式簡潔易解析適合WebGL輕量客戶端渲染，以二進制形式保存并進行ZIP壓縮，占用空間小，傳輸性能高。為此本系統在BIM數據分發采用S3M格式BIM瀏覽數據。

BIM場景展示采用基于WEBGL技術的開源圖形呈現渲染引擎Cesium。開源項目Cesium.js創建于2011年。目前圍繞Cesium生態圈產生了多套安全可靠易擴展且平臺獨立的項目級解決方案，基于CesiumAPI可以實現多種功能3D交互操作，如測量、位移、BIM與GIS數據擬合、模擬飛行等。

3.1.1 開發技術及數據存儲

系統編碼采用C#（CSharp）計算機編程語言。C#是一種面向對象基于運行時預編譯運行的軟件開發語言，與面向對象編程思想與C#語言對象化編程設計相結合，實現系統開發編碼。C#作為一種中間解釋編譯語言，在混淆編譯后不可被反編譯跟蹤，調試安全性比較高，C#作為.Net平臺主推語言，具備和同平臺其他語言（VB.net、C++.net、J#.net）混合編程能力，具備豐富穩定的基礎功能類庫，在一定程度上提高了編程效率和功能開發穩定性。

系統數據分為結構化數據和非結構化數據。目前大型系統數據庫集中于Oracle、SQLServer、MySQL這三種主流結構化數據存儲數據庫。系統在設計之初為了迎合項目實際技術要求情況，系統數據交互處理被獨立抽象出來，用工廠設計模式設計數據交互層，通過動態配置系統數據庫類型，來滿足系統與預設數據庫的交互切換。系統中非結構化數據（各類文件、圖形影像、其他大型塊狀數據）通過交互層的統一抽象處理，集中將塊狀數據處理可以項目運行實際中切換文件存儲的介質（本地磁盤存儲或專業網絡對象存儲服務），針對后期數據劇增通過第三方的大數據管理工具進行性能優化。

3.1.2 系統組件

基于系統縱向系統職能設計原則，基于抽象的數據交互層之上建立系統的高度抽象的系統功能組件，其他業務服務基于系統只能組件建設，便于后期基礎只能技術升級和功能缺陷修復。包括：工作流引擎組件、報表服務組件、消息服務組件、IOT服務組件、BIM服務發布組件、配置服務組件、運行狀態組件。

3.1.3 業務應用資源

業務應用資源層通過面向業務服務需求分析，將業務功能應用分解為獨立可相互耦合依賴協作的獨立的系統模塊，在耦合依賴的基礎上進行業務資源打組，便于后期對資源進行組合使用，為用戶提供彈性業務服務。應用資源開發模式，使開發人員將工作集中于每個業務功能點的逐步調優，非版本重復編碼，對功能點優化或缺陷修復可以快速應用到所有涵蓋該業務的項目中。

3.1.4 應用層

系統平臺為用戶提供PC機客戶端應用和移動端應用，PC端為提供所以系統業務功能接口，用戶根據系統及系統崗位配置方位對應的業務功能模塊。移動端實現業務功能包括流程審批、消息推送、數據采集、簡單圖標統計、物聯網數據預警、BIM瀏覽等，對于比較復雜的表格數據業務功能則只提供數據采集（報表數據功能無）。

3.2 安全設計

3.2.1 賬戶安全

用戶登錄系統的識別校驗過程，也是系統的主要入口檢驗程序邏輯。權鑒的嚴密性直接影響到系統的安全性，也是對系統用戶業務成果保護機制。系統的權鑒模式設計將直接關乎系統數據安全性，以及系統自身安全防御能力[4]。

本系統用戶較多，且分布于三類不同的企業。本系統屬于整合企業間協作業務系統，因此對不同層級角色用戶應對數據具有從上至下的授權模式，并且系統功能級授權，用戶試用系統。系統權鑒第一層賬戶層權鑒方式（密碼策略、注入防范、錯誤降級），第二層系統內部業務功能隔離，針對同崗位不同機構進行數據分區隔離，即平行機構數據相互屏蔽，數據權限有下自上開放（施工單位、監理單位、業主單位）；第三層接口權鑒增加驗證碼校驗防止程序化登錄枚舉。

系統對用戶密碼進行了強弱判定并要求強類型密碼組合（數字+符號+大寫字母+小寫字母），并具備用戶密碼進行周期性強制修改策略。部分業務中涉及CA簽審，系統設計將用戶密碼與CA簽審確認密碼進行分離管理。系統對賬戶密碼修改進行舊密碼校驗與雙層新密碼確認處理，以防止他人在用戶在情況下修改本賬戶密碼；系統密碼采用DM5加密在數據庫中以密文形式存儲；在系統中顯示用戶上次登錄時間，并對賬戶進行排他登錄設置以提醒用戶，對于忘記密碼找回過程通過用戶注冊手機短信配合完成校驗。

3.2.2 接口安全

對外的授權接口均提供相應訪問組織提供獨立的訪問授權信息，每個訪問授權信息均有控制配置信息（授權時效、異常判定識別、異常降級處理或拒絕服務，緩沖等待）。系統接口響應會依據接口訪問策略自動識別安全風險，并對訪問授權信息進行延時或降級處理，在接口效能平穩情況自動回復授權控制。

3.2.3 數據安全

項目敏感信息進行傳輸過程，必須以密文形式傳遞，對用戶個人隱私信息必須以密文形式保存，在UI上呈現部分須打碼處理。數據處理過程對組合型數據存儲過程進行事務控制，系統結構化數據進行定時備份，同時將定時備份文件進行定期異地轉儲，以保障數據容災性。

3.3 系統部署

本系統當中，重點選擇了.netCore技術，其主要功能作用在于2點：其一，具有跨平臺運行能力；其二，擴展能力很強大。在無編碼的條件下，本系統仍可實現在線服務，用于擴展承載能力。同時，通過其他設備的結合利用，可以提高系統的運行效率，保證高速運轉。

系統在進行硬件設備擴容過程中，無論是在線狀態、亦或是離線狀態，服務器均可通過增加設備完成擴容優化升級，也就是所說的Scaleout模式[5]。在系統集群擴展過程中，應按照處理能力大小，在集群當中增設新的主機，便可實現目的。

系統采用分層架構開發和設計，將界面、控制邏輯、業務邏輯和模型分離，實現系統內部松耦合，以靈活、快速地響應業務變化對系統的需求。

4 結語

本文結合具體橋梁工程項目，重點闡述了信息化平臺建設系統構建相關內容，希望通過安全信息化管理能夠達到減小橋梁工程安全管理風險的作用，進而為橋梁工程安全信息管理進一步研究提供理論基礎和實踐支撐。

參考文獻

[1] 甘瀧.信息化管理在交通工程安全管理中的應用對策分析[J].企業科技與發展，2020（1）：120-122.

[2] 黃華鈺.信息化管理在交通工程安全管理中的應用[J].企業科技與發展，2018（4）：173-174.

[3] 鹿煥然.建筑工程智慧工地構建研究[D].北京：北京交通大學，2019.

[4] 李雪松.智慧工地管理系統的研究與實現[D].重慶：重慶大學，2019.

[5] 林磊.淺談BIM技術發展現狀及應用研究[J].福建建設科技， 2021（2）：96-98.