規(guī)劃建設(shè)BIM培訓考核平臺設(shè)計

趙興濤

（雄安城市規(guī)劃設(shè)計研究院 河北省保定市 071000）

雄安新區(qū)規(guī)劃建設(shè)BIM 培訓考核平臺是服務(wù)于雄安新區(qū)建設(shè)單位的信息化平臺。根據(jù)實際需要，在訓考平臺的設(shè)計中，需要實現(xiàn)權(quán)限管理、防作弊，海量數(shù)據(jù)處理等要求。在平臺設(shè)計中應(yīng)用了權(quán)限管理技術(shù)、防作弊技術(shù)、分布式云技術(shù)支持的海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)等新技術(shù)，實現(xiàn)了相關(guān)功能需求。

1 培訓考核平臺建設(shè)范圍和內(nèi)容

系統(tǒng)的應(yīng)用邏輯設(shè)計如下：

按照用戶的學習、考試等具體表現(xiàn)情況系統(tǒng)自動計算用戶權(quán)限。實現(xiàn)用戶按照4 級分類，通過不同權(quán)限進行劃分。

新用戶通過注冊方式進入系統(tǒng)，獲取在線培訓資格，當通過完成一定時間的在線課程時權(quán)限自動升級為在線考試資格，考試通過可以獲取生產(chǎn)系統(tǒng)權(quán)限，如果不通過反向調(diào)整授權(quán)，需要學習獲取一定積累后再獲取考試資格。

系統(tǒng)實現(xiàn)平臺內(nèi)算力動態(tài)顯示，能夠積累記錄各種場景下算力消耗情況，分析匯總提高算力資源利用，將數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析，創(chuàng)造數(shù)據(jù)價值。如圖1 所示。

雄安新區(qū)規(guī)劃建設(shè)培訓考核平臺將會支撐雄安新區(qū)網(wǎng)絡(luò)算力評估，進而支撐數(shù)據(jù)建設(shè)。隨著新區(qū)建設(shè)項目的逐步展開，數(shù)字雄安也在同步豐富和建設(shè)。

（1）應(yīng)按照算力資源類型、實踐操作場景以及各類場景下的數(shù)據(jù)要求進行整理調(diào)研，明確新區(qū)建設(shè)對于算力的各項需求，進而分析影響算力消耗的主要因素。

（2）基于分析得到的算力消耗影響因素，結(jié)合新區(qū)建設(shè)與城市運營的總體規(guī)劃和要求，確定算力評估需要考慮的數(shù)據(jù)樣本及分布情況。

（3）依據(jù)數(shù)據(jù)樣本與分布要求制定訓考內(nèi)容的類型、重點以及交付要求。

（4）為更好地在后期利用這些數(shù)據(jù)樣本，需要明確在訓考過程中需要記錄的各類信息，如：項目相關(guān)信息、模型與其它交付數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)質(zhì)量評價以及數(shù)據(jù)提交者的能力評定。

（5）將每次訓考過程中形成的數(shù)據(jù)整體打包成為基礎(chǔ)算力數(shù)據(jù)樣本，將過程中的數(shù)據(jù)樣本收集起來組成基礎(chǔ)算力數(shù)據(jù)集。同時根據(jù)過程中的各類指標信息為此數(shù)據(jù)集建立數(shù)據(jù)樣本索引。

通過以上流程，經(jīng)過訓考平臺相應(yīng)的運行，就可以積累豐富且相對符合實踐的數(shù)據(jù)，通過利用數(shù)據(jù)樣本索引進行查詢、過濾與組合，就為進行算力評估奠定了數(shù)據(jù)能力基礎(chǔ)。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

雄安新區(qū)規(guī)劃建設(shè)培訓考核平臺所有基礎(chǔ)設(shè)施及支撐都依賴于雄安云平臺進行部署。雄安云平臺具有分布式存儲、大數(shù)據(jù)分析等軟硬件環(huán)境，本項目基于這些軟硬件環(huán)境建設(shè)，從技術(shù)上需符合大數(shù)據(jù)建設(shè)的整體路線。

2.1 分布式云技術(shù)支持的海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)

雄安新區(qū)規(guī)劃建設(shè)培訓考核平臺未來將承載海量訓考內(nèi)容和建模實訓數(shù)據(jù)的接入、查詢、展示和計算。分布式云技術(shù)計算和存儲為系統(tǒng)平臺提供彈性計算、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、負載均衡、對象數(shù)據(jù)存儲、并發(fā)、備份等能力。

2.2 分布式服務(wù)框架

分布式服務(wù)框架提供開放、安全、高性能、高可靠的服務(wù)調(diào)用框架，同時提供統(tǒng)一的服務(wù)規(guī)則、統(tǒng)一管理辦法及統(tǒng)一的交互方法，為快速、靈活構(gòu)建大規(guī)模分布式服務(wù)應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

圖1：雄安新區(qū)BIM 培訓考核支撐體系總體設(shè)計

分布式服務(wù)框架主要包括服務(wù)治理、注冊中心和運維監(jiān)控中心，為服務(wù)提供者和使用者提供服務(wù)調(diào)用全流程的支持、控制與管理。

2.3 動態(tài)流量控制技術(shù)

流量控制即對單次業(yè)務(wù)能力調(diào)用進行控制，防止故障或惡意造成的浪涌沖擊，從而達到對業(yè)務(wù)服務(wù)端和平臺保護的目的；

對每個能力的流控，可分解到提供能力通道的每個節(jié)點（根據(jù)節(jié)點服務(wù)器能力）；可動態(tài)控制目標服務(wù)請求數(shù)量，通過【并發(fā)×頻度】的指標進行調(diào)節(jié)；可動態(tài)控制請求響應(yīng)速度，控制重連的時間和頻率。

2.4 分布式緩存技術(shù)

一般情況下，Redis 分布式緩存是采用磁盤方式實現(xiàn)，在并發(fā)比較高的情況，分布式緩存中間件訪問非常頻繁，壓力非常大，程序和分布式緩存之間網(wǎng)絡(luò)開銷特別大；

本地局部緩存，用于存儲數(shù)據(jù)變更頻率低、查詢次數(shù)多、數(shù)據(jù)量少的數(shù)據(jù)，降低分布式壓力和內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)開銷；本地局部緩存數(shù)據(jù)多臺主機同步刷新處理；全局分布式緩存用于存儲數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)變更頻率高的數(shù)據(jù)；

2.5 分布式數(shù)據(jù)庫設(shè)計

分布式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫服務(wù)DRDS 專注于解決單機關(guān)系型數(shù)據(jù)庫擴展性問題，具備輕量（無狀態(tài)）、靈活、穩(wěn)定、高效等特性。DRDS 兼容 MySQL 協(xié)議和語法，支持分庫分表、平滑擴容、服務(wù)升降配、透明讀寫分離和分布式事務(wù)等特性，具備分布式數(shù)據(jù)庫全生命周期的運維管控能力。

DRDS 主要應(yīng)用場景在大規(guī)模在線數(shù)據(jù)操作上，通過貼合業(yè)務(wù)的拆分方式，將操作效率提升到極致，有效滿足用戶在線業(yè)務(wù)對關(guān)系性數(shù)據(jù)庫要求。

DRDS 主要解決了以下問題：

單機數(shù)據(jù)庫容量瓶頸： 隨著數(shù)據(jù)量和訪問量的增長，單機數(shù)據(jù)庫會遇到很大的挑戰(zhàn)，依賴硬件升級并不能完全解決問題。

單機數(shù)據(jù)庫擴展困難：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫容量擴展往往意味著服務(wù)中斷，很難做到業(yè)務(wù)無感知或者少感知。

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫使用成本高： 當業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和訪問量增加到一定量時，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫需要依賴特定的高端存儲和小型機設(shè)備，成本曲線快速上升。

2.6 分布式文件系統(tǒng)

Hadoop 分布式文件系統(tǒng)(HDFS)被設(shè)計成適合運行在通用硬件(commodity hardware)上的分布式文件系統(tǒng)。它和現(xiàn)有的分布式文件系統(tǒng)有很多共同點。但同時，它和其他的分布式文件系統(tǒng)的區(qū)別也是很明顯的。HDFS 是一個高度容錯性的系統(tǒng)，適合部署在廉價的機器上。HDFS 能提供高吞吐量的數(shù)據(jù)訪問，非常適合大規(guī)模數(shù)據(jù)集上的應(yīng)用。HDFS 放寬了一部分POSIX 約束，來實現(xiàn)流式讀取文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)的目的。

HDFS 有著高容錯性（fault-tolerant）的特點，并且設(shè)計用來部署在低廉的（low-cost）硬件上。而且它提供高吞吐量（high throughput）來訪問應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)，適合那些有著超大數(shù)據(jù)集（large data set）的應(yīng)用程序。HDFS 放寬了（relax）POSIX 的要求（requirements）這樣可以實現(xiàn)流的形式訪問（streaming access）文件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。

2.7 容器技術(shù)

容器為服務(wù)器上運行的應(yīng)用程序提供了隔離的運行空間：每個容器內(nèi)都包含一個獨享的完整用戶環(huán)境空間，并且一個容器內(nèi)的變動不會影響其他容器的運行環(huán)境。容器具有輕量級特性，所需的內(nèi)存空間較少，提供非常快的啟動速度。

Docker是一個容器化平臺，用于簡化和標準化各種環(huán)境的部署，開發(fā)者構(gòu)建的應(yīng)用只需一次構(gòu)建即可多平臺運行。

容器技術(shù)與微服務(wù)結(jié)合有天然的優(yōu)勢，在自動化運維，動態(tài)擴展，環(huán)境一致性等特點，可以有效的解決微服務(wù)技術(shù)的主要問題。

3 平臺支撐保障

3.1 權(quán)限管理

3.1.1 統(tǒng)一授權(quán)管理

為實現(xiàn)在線培訓、在線考核、在線建模、建模評分等各系統(tǒng)的集成運用，平臺建立統(tǒng)一的用戶授權(quán)管理系統(tǒng)，允許用戶通過單點登錄方式使用本平臺的各系統(tǒng)功能，以實現(xiàn)各系統(tǒng)間用戶信息的互聯(lián)互通。

3.1.2 角色分級授權(quán)管理

根據(jù)訓考平臺的業(yè)務(wù)需求，設(shè)置管理員、教師用戶、學員用戶三類用戶角色。各角色具備的權(quán)限分別為：

管理員：具備成員管理權(quán)限，可以查看和管理平臺的全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

教師用戶：可以使用課程組建、作業(yè)批改、考試批卷等相關(guān)功能。

學員用戶：使用平臺的課程學習、在線考試等相關(guān)功能。對于學員用戶角色，進一步劃分4 級細化管理權(quán)限，其中，

級別1：新注冊用戶，僅具備課程學習權(quán)限；

級別2：完成規(guī)定課程培訓內(nèi)容的用戶，可以參加在線考試；

級別3：通過平臺指定的考試，獲得職業(yè)能力認證，獲得進入生產(chǎn)系統(tǒng)資質(zhì)；

級別4：在生產(chǎn)系統(tǒng)中表現(xiàn)良好的用戶，可以優(yōu)先獲取審批資源。

3.2 考核防作弊

為保障訓考平臺的公平公正，檢驗用戶真實學習成果，輔助用戶有效提升BIM 設(shè)計實踐水平，切實達到平臺培訓目標，平臺提供以下的防作弊功能以滿足不同場景下的訓考監(jiān)管：

3.2.1 在線監(jiān)考

（1） 人臉識別功能。生物特征辨認技能是運用人的生理特征或行為特征，來進行個人身份的判定。傳統(tǒng)的使用用戶名密碼登錄的身份認證方式極易造假，難以滿足在線考試公平公正的需求，生物辨認技能是一種快捷安全的解決方案。運用此類方案進行身份的確定安全性高，結(jié)果準確。在線考核系統(tǒng)使用人臉辨認的技術(shù)對考生進行身份認證，不易假造和冒充。

（2） 視頻在線監(jiān)控。利用視頻監(jiān)控技術(shù)收集用戶在線考試的影像畫面，或采用在線會議等方式實現(xiàn)模擬現(xiàn)場監(jiān)考，以此確保考試用戶的真實性，也可避免考生打小抄、翻書等違規(guī)行為的發(fā)生。

（3） 防切屏功能。在線考試過程中監(jiān)控考生所用終端的屏幕使用情況，如果發(fā)生了切屏的情況，即認為發(fā)生了違反考試規(guī)定的行為。此時會結(jié)束考試，防止考生在考試過程中切換到其它程序進行抄襲作弊。

3.2.2 試題防泄漏

在線考試系統(tǒng)具備防截屏及背景水印功能，在考試進行過程中禁止使用截取屏幕圖像功能，防止考生使用截屏功能的方式泄漏考試題目。另外在考試進行過程中可以在考試頁面上持續(xù)顯示系統(tǒng)設(shè)置的水印文字，防止考生使用拍照的方式拍攝屏幕導致試題泄漏。

3.2.3 隨機組卷

智能題庫系統(tǒng)可以通過根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的考核難度，從對應(yīng)題庫中隨機抽取試題組合試卷。同時，對于每道試題也支持隨機形成題目選項的功能，通過這樣的手段避免考生死記硬背通過考核。

3.3 大數(shù)據(jù)分析

在訓考平臺的運用過程中，將會積累大量的過程數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)一方面記錄了每個平臺用戶的學習考試的動態(tài)發(fā)展過程，同時也反映了平臺課程與試題的內(nèi)容質(zhì)量、用戶關(guān)注程度、使用評價結(jié)果。揭示蘊藏在這些數(shù)據(jù)背后的信息對于平臺整體運行完善至關(guān)重要。訓考平臺利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)針對平臺積累的各類數(shù)據(jù)進行可視化展示與價值挖掘，對訓考過程進行統(tǒng)計分析，優(yōu)化試題，調(diào)整重點，總結(jié)經(jīng)驗，提升培訓效率與培訓質(zhì)量。

3.3.1 考試結(jié)果統(tǒng)計分析

對平臺內(nèi)用戶的考試結(jié)果進行存儲、分析和挖掘，提供成績總分和專項分，成績分布情況匯總，并結(jié)合考試結(jié)果，分析用戶知識技能掌握情況，并反向調(diào)整培訓資源和重點、調(diào)整考題難度權(quán)重。

3.3.2 考題分析利用大數(shù)據(jù)進行全面試卷分析，對試卷進行多維度分析并出具試題分析報告，根據(jù)考試結(jié)果，調(diào)整考題難易程度，結(jié)合分析報告，分析試題本身合理性與適用范圍，指導試題更新。

3.3.3 用戶行為分析

收集用戶學習和考試過程數(shù)據(jù)，匯總用戶學習習慣、學習進度、考試過程中答題情況及考試行為，形成統(tǒng)計數(shù)據(jù)報表，為培訓內(nèi)容、試題維護、用戶信用評價提供參考。

3.3.4 系統(tǒng)算力分析

根據(jù)訓考平臺的實際情況，對訓考平臺算力消耗指標進行統(tǒng)計，提取相關(guān)信息進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析與展示，通過數(shù)據(jù)可視化技術(shù)實時呈現(xiàn)訓考平臺的運行數(shù)據(jù)、培訓的進展、人員的分布等情況，并將統(tǒng)計結(jié)果加到系統(tǒng)運行報告中。

通過匯總平臺內(nèi)項目相關(guān)數(shù)據(jù)，提取XDB 文件大小、模型中掛載的屬性量級、幾何數(shù)據(jù)規(guī)模等方面數(shù)據(jù)，對平臺內(nèi)項目按專業(yè)或項目等不同維度統(tǒng)計屬性等數(shù)據(jù)分布區(qū)間、平均數(shù)等，展示和統(tǒng)計各專業(yè)項目總數(shù)及項目相關(guān)信息，此外，系統(tǒng)算力統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)可為后續(xù)項目進行抽樣分析模擬，規(guī)劃項目時間軸等應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和平臺技術(shù)支持。

4 結(jié)論

雄安新區(qū)規(guī)劃建設(shè)培訓考核平臺，實現(xiàn)了不同場景下，算力消耗影響因素的分析，進而支撐新區(qū)數(shù)據(jù)建設(shè)。采用權(quán)限管理技術(shù)、防作弊技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及一些列關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了對于訓考平臺的功能需求，滿足了建設(shè)單位的需求。