基于信息化的桥梁工程项目安全管理研究

王书颇

摘 要：BIM、物联网等新信息技术可以实时采集、模拟、预测、控制、反馈桥梁工程安全信息。分析信息化安全管理的优势，结合具体桥梁项目，重点探讨桥梁项目安全信息化管理系统设计与实现，以期能够为提高桥梁工程安全信息管理水平奠定基础。

关键词：信息化；桥梁工程；安全管理；优势；系统设计

中图分类号：TP315                                文献标识码：A                                 文章编号：2096-6903（2023）02-0080-03

0 引言

当前，桥梁工程正逐步向高强、轻型、大跨度结构发展，结构形式也愈加复杂化，这就要求必须提升施工技术水平。大数据、物联网等先进信息技术的不断创新与实践应用，进一步提升了公路项目监管水平，克服了以往监管难的问题，成为了公路工程安全信息化管理的重要手段。

1 信息化安全管理优势

当前，很多桥梁工程在安全管理方面，仍旧延用了传统模式，即粗放式管理，比如层层技术交底、人工纸质信息传输、现场视察等。這种管理方式弊端很多，极易出现上下传递不及时、不准确等情况，甚至在问题处理中还存在滞后现象。若一味采用纸质资料，损毁、丢失等情况也很难防止。在交通工程建设领域，桥梁工程施工作业环境更特殊、危险性更大，若存在安全隐患，且处理不及时，势必会出现安全事故，造成严重的经济损失[1]。

若将信息化技术用于施工安全管理，可以获取良好的应用效果。在桥梁工程安全管理中充分利用物联网、大数据等先进的信息技术，可以为管理水平提升提供新的思路与方向。比如，BIM技术可用于可视化交底、三维模拟等。物联网技术则用于架体监控预警、定位监控等，传统安全管理和信息化安全管理的特点对比分析见表1。

2 工程概况

某桥梁工程属于全线控制性工程，自该项目启动以来，为做好桩基施工，项目统筹施工准备，组织业内资深专家对专项施工方案评审把关，验证配合比设计，制定钢筋笼加工方案，完善桥梁工程专项施工方案，加大安全管理力度，实现工地标准化建设，抓好细节、重点管理[2]。

随着公路工程建设项目管理的专业化、标准化、信息化、精细化的不断深入，现代化的管理理念显的尤为重要。当前，工程信息化安全管理仍存在很多，比如数据准确性不高、工作效率低下等。为此，搭建了以BIM+GIS为主体的智能信息化安全管理系统，充分利用计算机、物联网等技术，通过数据采集、网络共享、视频监控等方式，实时了解及定位施工现场的“人、机、料”情况，及时发现遗漏异常行为，达到监管自动化管理，进一步提升应急管理能力，加快安全事件处理速度。

3 桥梁项目安全信息化管理系统设计与实现

3.1 系统架构设计

系统平台采用具备系统间移植运行.NetCore基础作为开发平台基础，系统编码采用C#（CSharp）计算机软件开发语言，C#语言为中间预编译语言，它可以基于.NetCore运行，忽略计算基础硬件差异造成运行错误。基础运行时的自动垃圾回收机制，消除了软件运行过程中产生的内存泄漏及溢出，同时还可以预编译运行（而非中间解释运行执行），大幅度提高了软件运行效率。C#语言为C系计算编程语言，继承了C语言简洁明了的语法结构，在一定程度上提高了编程效率和代码规范度。

C#作为继C++、Pascal、Java面向对象编程的新一代高级开发语言，具备所有前继面向对象语言的面向对象语法、语义特性。在微软强大的商业化技术团队的不断推动下语法特性新增迅速，语法结构简化，极大程度地保障了编程效率和运行质量。

系统业务以微服务形式提供应用交互服务，系统设计采用MVVM（Model-View-ViewModel）系统框架，应用UI（userInterface）采用Vue.js作为前端UI应用交互技术，增加了应用UI与业务数据模型之间耦合性松散度，提高了UI与程序见灵活性，Vue作为状态UI大幅降低了UI与业务应用程序建交互频率，在提高系统运行效率同时也大幅改善用户使用体验度。

Vue是构建用户界面的渐进式框架，可以理解为视图模板引擎，强调的是状态到界面的映射，内置Route、Store、Component等模块。其中Route模块主要负责全局的路由映射及页面跳转，Store模块用于管理全局的应用程序数据，Component模块提供对组件式开发的支持，能最大程度上实现组件的复用[3]。

TypeScript是JavaScript的一个超集，支持ECMAScript6标准。通过微软开发的编程语言，其设计根本目的是为了大型应用的开发与利用，通过编译，能够实现纯JavaScript，并可在所有浏览器上运行。

BIM数据存储以高压缩比的S3M格式进行发布，保障BIM模型数据在线浏览效率和用户体现。通过开源Cesium3D图像引擎，将BIM模型与GIS倾斜摄影拟合结果呈现于用户浏览器（Browse）中。开发多种用交互功能，提高用户与BIM之间的交互性，使BIM+GIS真正用于业务应用中而非一个静态显隐BIM功能。

在设计原则的指导和约束下，系统设计实施遵循总体设计思路与原则，保证系统在性能、可靠性、易使用性等质量要素间的综合平衡，保证技术原则各项目标的顺利实现。

BIM展示应用基于BIM模型分发服务和浏览器端的用户场景展示图形引擎。目前BIM浏览数据格式主流格式有OSGB（OpenSceneGraphBinary），S3M（Spatial3DModel）等。OSGB数据内部结构复杂，其在线浏览的性能较差。超图公司在OSGB基础上研发出新倾斜摄影数据格式S3M（Spatial3DModel），S3M格式支持多源数据（倾斜摄影模型、BIM、精模、激光点云、矢量、地下管线、地形、动态水面、三维栅格），格式简洁易解析适合WebGL轻量客户端渲染，以二进制形式保存并进行ZIP压缩，占用空间小，传输性能高。为此本系统在BIM数据分发采用S3M格式BIM浏览数据。

BIM场景展示采用基于WEBGL技术的开源图形呈现渲染引擎Cesium。开源项目Cesium.js创建于2011年。目前围绕Cesium生态圈产生了多套安全可靠易扩展且平台独立的项目级解决方案，基于CesiumAPI可以实现多种功能3D交互操作，如测量、位移、BIM与GIS数据拟合、模拟飞行等。

3.1.1 开发技术及数据存储

系统编码采用C#（CSharp）计算机编程语言。C#是一种面向对象基于运行时预编译运行的软件开发语言，与面向对象编程思想与C#语言对象化编程设计相结合，实现系统开发编码。C#作为一种中间解释编译语言，在混淆编译后不可被反编译跟踪，调试安全性比较高，C#作为.Net平台主推语言，具备和同平台其他语言（VB.net、C++.net、J#.net）混合编程能力，具备丰富稳定的基础功能类库，在一定程度上提高了編程效率和功能开发稳定性。

系统数据分为结构化数据和非结构化数据。目前大型系统数据库集中于Oracle、SQLServer、MySQL这三种主流结构化数据存储数据库。系统在设计之初为了迎合项目实际技术要求情况，系统数据交互处理被独立抽象出来，用工厂设计模式设计数据交互层，通过动态配置系统数据库类型，来满足系统与预设数据库的交互切换。系统中非结构化数据（各类文件、图形影像、其他大型块状数据）通过交互层的统一抽象处理，集中将块状数据处理可以项目运行实际中切换文件存储的介质（本地磁盘存储或专业网络对象存储服务），针对后期数据剧增通过第三方的大数据管理工具进行性能优化。

3.1.2 系统组件

基于系统纵向系统职能设计原则，基于抽象的数据交互层之上建立系统的高度抽象的系统功能组件，其他业务服务基于系统只能组件建设，便于后期基础只能技术升级和功能缺陷修复。包括：工作流引擎组件、报表服务组件、消息服务组件、IOT服务组件、BIM服务发布组件、配置服务组件、运行状态组件。

3.1.3 业务应用资源

业务应用资源层通过面向业务服务需求分析，将业务功能应用分解为独立可相互耦合依赖协作的独立的系统模块，在耦合依赖的基础上进行业务资源打组，便于后期对资源进行组合使用，为用户提供弹性业务服务。应用资源开发模式，使开发人员将工作集中于每个业务功能点的逐步调优，非版本重复编码，对功能点优化或缺陷修复可以快速应用到所有涵盖该业务的项目中。

3.1.4 应用层

系统平台为用户提供PC机客户端应用和移动端应用，PC端为提供所以系统业务功能接口，用户根据系统及系统岗位配置方位对应的业务功能模块。移动端实现业务功能包括流程审批、消息推送、数据采集、简单图标统计、物联网数据预警、BIM浏览等，对于比较复杂的表格数据业务功能则只提供数据采集（报表数据功能无）。

3.2 安全设计

3.2.1 账户安全

用户登录系统的识别校验过程，也是系统的主要入口检验程序逻辑。权鉴的严密性直接影响到系统的安全性，也是对系统用户业务成果保护机制。系统的权鉴模式设计将直接关乎系统数据安全性，以及系统自身安全防御能力[4]。

本系统用户较多，且分布于三类不同的企业。本系统属于整合企业间协作业务系统，因此对不同层级角色用户应对数据具有从上至下的授权模式，并且系统功能级授权，用户试用系统。系统权鉴第一层账户层权鉴方式（密码策略、注入防范、错误降级），第二层系统内部业务功能隔离，针对同岗位不同机构进行数据分区隔离，即平行机构数据相互屏蔽，数据权限有下自上开放（施工单位、监理单位、业主单位）；第三层接口权鉴增加验证码校验防止程序化登录枚举。

系统对用户密码进行了强弱判定并要求强类型密码组合（数字+符号+大写字母+小写字母），并具备用户密码进行周期性强制修改策略。部分业务中涉及CA签审，系统设计将用户密码与CA签审确认密码进行分离管理。系统对账户密码修改进行旧密码校验与双层新密码确认处理，以防止他人在用户在情况下修改本账户密码；系统密码采用DM5加密在数据库中以密文形式存储；在系统中显示用户上次登录时间，并对账户进行排他登录设置以提醒用户，对于忘记密码找回过程通过用户注册手机短信配合完成校验。

3.2.2 接口安全

对外的授权接口均提供相应访问组织提供独立的访问授权信息，每个访问授权信息均有控制配置信息（授权时效、异常判定识别、异常降级处理或拒绝服务，缓冲等待）。系统接口响应会依据接口访问策略自动识别安全风险，并对访问授权信息进行延时或降级处理，在接口效能平稳情况自动回复授权控制。

3.2.3 数据安全

项目敏感信息进行传输过程，必须以密文形式传递，对用户个人隐私信息必须以密文形式保存，在UI上呈现部分须打码处理。数据处理过程对组合型数据存储过程进行事务控制，系统结构化数据进行定时备份，同时将定时备份文件进行定期异地转储，以保障数据容灾性。

3.3 系统部署

本系统当中，重点选择了.netCore技术，其主要功能作用在于2点：其一，具有跨平台运行能力；其二，扩展能力很强大。在无编码的条件下，本系统仍可实现在线服务，用于扩展承载能力。同时，通过其他设备的结合利用，可以提高系统的运行效率，保证高速运转。

系统在进行硬件设备扩容过程中，无论是在线状态、亦或是离线状态，服务器均可通过增加设备完成扩容优化升级，也就是所说的Scaleout模式[5]。在系统集群扩展过程中，应按照处理能力大小，在集群当中增设新的主机，便可实现目的。

系统采用分层架构开发和设计，将界面、控制逻辑、业务逻辑和模型分离，实现系统内部松耦合，以灵活、快速地响应业务变化对系统的需求。

4 结语

本文结合具体桥梁工程项目，重点阐述了信息化平台建设系统构建相关内容，希望通过安全信息化管理能够达到减小桥梁工程安全管理风险的作用，进而为桥梁工程安全信息管理进一步研究提供理论基础和实践支撑。

参考文献

[1] 甘泷.信息化管理在交通工程安全管理中的应用对策分析[J].企业科技与发展，2020（1）：120-122.

[2] 黄华钰.信息化管理在交通工程安全管理中的应用[J].企业科技与发展，2018（4）：173-174.

[3] 鹿焕然.建筑工程智慧工地构建研究[D].北京：北京交通大学，2019.

[4] 李雪松.智慧工地管理系统的研究与实现[D].重庆：重庆大学，2019.

[5] 林磊.浅谈BIM技术发展现状及应用研究[J].福建建设科技， 2021（2）：96-98.