豐碧泓，潘瑾，陳以恒，李文浩，張文毅

(1.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司工程建設(shè)咨詢分公司，上海 200120；2.上海交通大學(xué),電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240)

0 引言

電力建設(shè)工程安全穩(wěn)定是電網(wǎng)公司賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，是電網(wǎng)公司的“生命線”[1]。但是在當(dāng)下快速發(fā)展的社會(huì)形態(tài)下，電力工程面臨著業(yè)務(wù)需求復(fù)雜、施工環(huán)境苛刻等問題，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)日益增加，稍有不慎就會(huì)引發(fā)安全事故，造成不可估量的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失[2]。在實(shí)際的建設(shè)生產(chǎn)中，設(shè)備的不安全狀態(tài)、作業(yè)人員的危險(xiǎn)行為等因素難以進(jìn)行定量參數(shù)化的評(píng)估，而加強(qiáng)對(duì)工程的督查監(jiān)管，及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)因素加以控制，在預(yù)防重大安全事故，保障電力工程安全運(yùn)行上具有重要的意義。

目前，在電力工程風(fēng)險(xiǎn)管控的信息化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)中，大多數(shù)研究主要面向業(yè)務(wù)需求高度定制化開發(fā)[3-6]，單體應(yīng)用程序涵蓋了系統(tǒng)的所有功能，每個(gè)功能模塊間的耦合度較高，擴(kuò)展性上存在局限。同時(shí)，在更新迭代時(shí)，會(huì)帶來巨大的維護(hù)成本，且易出現(xiàn)牽一發(fā)而動(dòng)全身的問題。對(duì)此，本文將微服務(wù)架構(gòu)[7]引入到電力建設(shè)工程安全管理體系中，在功能模塊按需設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)分解為多個(gè)具有獨(dú)立功能的子系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，每個(gè)子系統(tǒng)聯(lián)合協(xié)調(diào)運(yùn)作，構(gòu)成完整的電力建設(shè)工程安全風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)。系統(tǒng)的最終產(chǎn)出包含微服務(wù)后端程序、Web前端應(yīng)用、手機(jī)端App，用戶能夠完成對(duì)電力工程的進(jìn)度上報(bào)、風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算、督查安排、責(zé)任考核和信息核準(zhǔn)。通過該系統(tǒng)的使用，可以規(guī)范化安全監(jiān)督流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的閉環(huán)化管理，有效提升風(fēng)險(xiǎn)管控效能，具有良好的實(shí)際意義。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

在業(yè)務(wù)需求上，本系統(tǒng)的主要用戶可抽象出項(xiàng)目管理員、安監(jiān)督察員、責(zé)任考核員和信息核查員四類。項(xiàng)目管理員為工程建設(shè)的一線員工，直接管理項(xiàng)目的作業(yè)規(guī)劃和進(jìn)度上報(bào)，提供整個(gè)流程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；安監(jiān)督察員根據(jù)所上報(bào)的項(xiàng)目作業(yè)內(nèi)容，依照一定的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別評(píng)估方法，篩選出當(dāng)前風(fēng)險(xiǎn)較大的項(xiàng)目安排督察，并將所發(fā)現(xiàn)的問題和整改意見進(jìn)行上報(bào)；責(zé)任考核員根據(jù)督察反饋結(jié)果對(duì)問題進(jìn)行定責(zé)，以責(zé)令項(xiàng)目管理員進(jìn)行整改，從而降低潛在隱患的發(fā)生，三者的聯(lián)合互通實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)的閉環(huán)管控。此外，由于電力工程的規(guī)模龐大、內(nèi)容復(fù)雜，施工作業(yè)的內(nèi)容和方案會(huì)不斷調(diào)整變化，導(dǎo)致工程現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)情況與安監(jiān)督察員獲取的信息大相徑庭，因此需有信息核查員及時(shí)勘察工程的運(yùn)行情況，反饋并督促項(xiàng)目管理員進(jìn)行內(nèi)容更改，形成另一個(gè)小閉環(huán)，以提高系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

在技術(shù)需求上，系統(tǒng)后端服務(wù)程序基于微服務(wù)架構(gòu)搭建，并與底層數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互。Web前端應(yīng)用、IOS和Android端App基于前后端分離[8]的思想進(jìn)行開發(fā)，以RESTFUL API[9]接口的形式與后端進(jìn)行交互，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)通。

在權(quán)限需求上，針對(duì)不同的訪問用戶需設(shè)置不同的權(quán)限。上文中已經(jīng)抽象出四類用戶，相同類別用戶的查詢權(quán)限較為相似，但按照職務(wù)又可分為主任、副主任、普通員工等，在增、刪、改操作上會(huì)有所差別。因此，需實(shí)現(xiàn)前端視覺權(quán)限和后端請(qǐng)求權(quán)限的雙重控制，前者用于在前端展示不同的頁面，后者用于在后端判斷接口調(diào)用的權(quán)限。

1.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)上文的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，將系統(tǒng)的基本業(yè)務(wù)需求抽象為5大功能模塊，分別為工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)管理、工程風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算、安監(jiān)督查管理、安全責(zé)任量化考核和周計(jì)劃信息核準(zhǔn)。5個(gè)模塊相互協(xié)作，共組成2個(gè)閉環(huán)，具體內(nèi)容如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

(1) 工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)管理。對(duì)現(xiàn)有的項(xiàng)目信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，項(xiàng)目管理員對(duì)實(shí)際的工程進(jìn)展進(jìn)行在線上報(bào)和更新，為安監(jiān)督查員提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(2) 工程風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算。設(shè)計(jì)了涵蓋人員、機(jī)械、環(huán)境和管理四個(gè)維度的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算器，項(xiàng)目管理員填寫相關(guān)信息后，系統(tǒng)能根據(jù)權(quán)重分配計(jì)算出當(dāng)前作業(yè)的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值。同時(shí)，環(huán)境維度基于爬蟲獲取天氣并實(shí)時(shí)刷新，自動(dòng)調(diào)整動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，可為安監(jiān)督查提供參考。

(3) 安監(jiān)督查管理。安監(jiān)督查員根據(jù)項(xiàng)目作業(yè)內(nèi)容和潛在的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，在線制定每日督查方案，督查完畢后，可在系統(tǒng)上發(fā)布口頭警告通知單和整改通知單。

(4) 安全責(zé)任量化考核。責(zé)任考核員根據(jù)督察反饋結(jié)果對(duì)問題進(jìn)行定責(zé)，同時(shí)根據(jù)考核規(guī)則自動(dòng)計(jì)算責(zé)任扣分，并面向所有員工展示計(jì)分排名，督促項(xiàng)目管理員在作業(yè)一線進(jìn)行整改，以加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管控能力。

(5) 周計(jì)劃信息核準(zhǔn)。信息核查員基于上報(bào)的項(xiàng)目進(jìn)展情況，每日前往作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行核準(zhǔn)，并填寫系統(tǒng)數(shù)據(jù)和實(shí)際情況的差異程度，系統(tǒng)按照作業(yè)條目計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率，并反饋至項(xiàng)目管理員，督促加強(qiáng)信息上報(bào)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

滿足業(yè)務(wù)需求后，為支持系統(tǒng)的運(yùn)行，還設(shè)計(jì)了公共通用模塊，模塊的內(nèi)容包含系統(tǒng)的定時(shí)任務(wù)管理、基本信息管理、日志信息管理。系統(tǒng)的定時(shí)任務(wù)包括爬蟲定時(shí)啟動(dòng)并獲取天氣數(shù)據(jù)，自動(dòng)刷新項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值；基本信息管理功能用于增加、修改系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的基本元素，比如施工單位信息等；日志信息管理用于檢測(cè)和記錄系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)可查看系統(tǒng)的異常日志，輔助維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控和錯(cuò)誤排查。

此外，為提升系統(tǒng)的安全性和隱私性，本文設(shè)計(jì)了用戶管理模塊，包含了用戶的信息管理、密碼驗(yàn)證和權(quán)限分配。該模塊在前端或App端進(jìn)行后端接入時(shí)控制用戶權(quán)限，可完成對(duì)用戶的群組劃分，配置多樣化的訪問權(quán)限，以實(shí)現(xiàn)前端視覺權(quán)限與后端請(qǐng)求權(quán)限的雙重管理。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及功能開發(fā)

2.1 微服務(wù)后端實(shí)現(xiàn)

為保證系統(tǒng)模塊間的獨(dú)立性，提升其拓展能力和易維護(hù)性，后端采用微服務(wù)實(shí)現(xiàn)，具體的架構(gòu)采用Spring Cloud[10]，本系統(tǒng)使用Spring Cloud中的Eureka[11]組件作為服務(wù)發(fā)現(xiàn)中心，以解決服務(wù)地址硬編碼導(dǎo)致的重啟IP變化問題。具體的，在后端程序中創(chuàng)建一個(gè)新的Spring Boot[12]項(xiàng)目作為Eureka服務(wù)端，之后每個(gè)客戶端項(xiàng)目向服務(wù)端進(jìn)行注冊(cè)，此時(shí)服務(wù)消費(fèi)者可以從服務(wù)端獲取到注冊(cè)表信息并查找其他服務(wù)，從而進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)用。

在權(quán)限管理上，采用Spring Security[13]安全框架進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)將主要用戶分為項(xiàng)目管理員、安監(jiān)督察員、責(zé)任考核員、信息核查員總共4個(gè)類型，并設(shè)置了額外的系統(tǒng)超級(jí)管理員。每一類用戶對(duì)接口擁有不同的操作權(quán)限，具體的，通過對(duì)過濾器進(jìn)行配置從而實(shí)現(xiàn)后端接口請(qǐng)求權(quán)限的控制。

后端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)，將5大業(yè)務(wù)功能模塊合并成為一個(gè)整體，并與公共通用模塊和用戶管理模塊構(gòu)成3個(gè)微服務(wù)進(jìn)行獨(dú)立開發(fā)。微服務(wù)后端的具體細(xì)節(jié)如圖2所示。每個(gè)服務(wù)都包含了控制層(Controller)、服務(wù)層(Service)和數(shù)據(jù)持久層(Mapper)。控制層對(duì)外提供API接口，以JSON格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，以便用戶操作進(jìn)行訪問；服務(wù)層封裝了系統(tǒng)所有的業(yè)務(wù)邏輯，與數(shù)據(jù)持久層進(jìn)行交互，并將結(jié)果返回到控制層；數(shù)據(jù)持久層主要通過連接MySQL并執(zhí)行特定的SQL語句實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增刪改查，為服務(wù)層提供支撐。

2.2 前端Web應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

在實(shí)現(xiàn)前端應(yīng)用時(shí)，首先使用ERP軟件設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)約的UI界面，之后基于Vue.js[14]架構(gòu)并應(yīng)用Element UI進(jìn)行實(shí)例化。Vue.js是一套用于構(gòu)建用戶界面的漸進(jìn)式框架，其核

圖2 系統(tǒng)后端的架構(gòu)圖

心只關(guān)注視圖層，易于上手，且便于與第三方庫(kù)或既有項(xiàng)目整合。此外，該框架還是一個(gè)非侵入性的響應(yīng)式系統(tǒng)，代碼修改時(shí)，視圖會(huì)進(jìn)行同步更新，可有效減輕開發(fā)人員的工作負(fù)擔(dān)，同時(shí)提高了頁面的渲染效率。

在前端視覺權(quán)限的實(shí)現(xiàn)上，當(dāng)用戶登錄成功后，首先調(diào)用特定的接口讀取到該用戶可訪問的頁面信息，然后渲染出不同的導(dǎo)航欄，每個(gè)用戶只能對(duì)特定的頁面進(jìn)行訪問和跳轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)權(quán)限的控制。

2.3 手機(jī)端App實(shí)現(xiàn)

為滿足多樣化的用戶需求，除前端Web應(yīng)用外，本系統(tǒng)還提供IOS和Android端手機(jī)App。原生的App開發(fā)方式面對(duì)跨平臺(tái)應(yīng)用時(shí)，需同時(shí)開發(fā)、維護(hù)多份獨(dú)立的代碼，會(huì)使開發(fā)成本成倍增長(zhǎng)，后續(xù)的維護(hù)同樣復(fù)雜。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)選取跨平臺(tái)方案Flutter[15]開發(fā)手機(jī)端App，可實(shí)現(xiàn)“一套代碼，多端運(yùn)行”。Flutter架構(gòu)內(nèi)置豐富的Widget和動(dòng)畫效果，并且能在不同平臺(tái)上獲得相同的體驗(yàn)，采用該架構(gòu)可有效縮短開發(fā)周期，同時(shí)提高代碼的復(fù)用率。

3 系統(tǒng)驗(yàn)證

系統(tǒng)開發(fā)完畢后，首先需進(jìn)行功能測(cè)試，本文采用黑盒測(cè)試的方法，針對(duì)具體的頁面和功能點(diǎn)逐一測(cè)試，并記錄下測(cè)試的所屬頁面、用例說明、測(cè)試流程、預(yù)期結(jié)果和測(cè)試結(jié)果。經(jīng)過人工測(cè)試后，可以驗(yàn)證系統(tǒng)功能點(diǎn)與設(shè)計(jì)時(shí)的邏輯達(dá)到一致，能夠較好地滿足實(shí)際需求。

除功能測(cè)試外，本文還對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行測(cè)試，主要是為了檢驗(yàn)并發(fā)情況下的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，從而判斷系統(tǒng)是否滿足性能需求。本文使用Apache推出的JMeter作為性能測(cè)試工具，分別在并發(fā)量為100人和300人時(shí)，以用戶獲取自己的身份信息作為測(cè)試接口，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了兩次并發(fā)測(cè)試并生成相應(yīng)的聚合報(bào)告，測(cè)試結(jié)果如表1和表2所示，可以看出，系統(tǒng)的平均響應(yīng)時(shí)間都在200 ms左右，當(dāng)并發(fā)量增大后，系統(tǒng)的最大響應(yīng)時(shí)間隨之增大，但平均值和中位數(shù)變化不大，且測(cè)試的錯(cuò)誤率都為0%，說明系統(tǒng)性能穩(wěn)定，能夠應(yīng)對(duì)一定規(guī)模的并發(fā)請(qǐng)求。

表1 并發(fā)量為100時(shí)的系統(tǒng)性能測(cè)試結(jié)果 單位:ms

表2 并發(fā)量為300時(shí)的系統(tǒng)性能測(cè)試結(jié)果 單位:ms

4 總結(jié)

本文將數(shù)據(jù)思維與信息技術(shù)融入電力建設(shè)工程的安全監(jiān)督體系，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于微服務(wù)的電力建設(shè)工程安全風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)。系統(tǒng)包含工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)管理、工程風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算、安監(jiān)督查管理、安全責(zé)任量化考核和周計(jì)劃信息核準(zhǔn)5大功能模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程風(fēng)險(xiǎn)的雙閉環(huán)管控。系統(tǒng)目前已經(jīng)正式投入運(yùn)行，有效提高了電網(wǎng)工程安全風(fēng)險(xiǎn)管控效能，促進(jìn)安全管理實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和精細(xì)化，同時(shí)為支撐能源物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)提供了準(zhǔn)確、可靠的建設(shè)工程數(shù)據(jù)。