Masterarbeit Dipl. Ing. Werner Zacher  

  Inhaltsverzeichnis  

1.  Problem- und Aufgabenstellung  4

1.1.  Ausgangssituation, Marktanalyse und Zielsetzung  4

1.1.1.  Problemstellung  4

1.1.2.  Marktanalyse  5

1.1.3.  Zielsetzung  6

1.2.  Resultierende Aufgabenstellung  8

2.  Entwicklung und Implementierung des Datenbankmodells  9

2.1.  Anforderungsanalyse  9

2.1.1.  Modellierung der Daten  10

2.1.2.  Zugriffsrechte  11

2.2.  Konzeptioneller Entwurf (ER-Modell)  12

2.2.1.  Datenschicht  12

2.2.2.  Datenschicht und logischer Entwurf  13

2.3.  Datenbankdefinition  16

3.  Analyse, Ansatz, Lösung und Umsetzung mittels PHP und MySQL  17

3.1.  Systemsicherheit  17

3.1.1.  Anmeldevorgang, Passwortverschlüsselung  17

3.1.2.  Sessionmanagement  21

3.2.  Planmanagement  22

3.2.1.  Erfassen von Plänen und Upload  26

3.2.2.  Pläne ändern und indizieren  29

3.2.3.  Download und Sichten von Plänen  32

3.2.4.  Suche von Plänen  34

3.2.5.  Genehmigung und Ausführung der Pläne  34

3.2.5.1.  Genehmigung von Plänen  34

3.2.5.2.  Ausführung von Plänen (Durchführungsmeldung)  35

3.2.6.  Löschen von Plänen  37

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3.3.  Verwaltungsfunktionen  37

3.3.1.  Zugang zu den Verwaltungsfunktionen  37

3.3.2.  Neuanlegen von Benutzern  39

3.3.3.  Ändern / Löschen von Benutzern  42

3.3.4.  Sichten / Durchsuchen der Log-Tabellen  46

3.3.4.1.  Login List  46

3.4.4.2.  View List / Upload List / Download List / Freigabe Liste / pl ausgefuehrt von  48

3.4.  Sonstiges (Hilfe und Tools)  49

3.4.1.  Tools  49

3.4.2.  Hilfe  50

4.  Implementierung  51

4.1.  Aufbau und die Struktur der Webpage  51

4.2.  Design  55

4.3.  Menüpunkte  55

4.3.1.  Startseite / Anmelden  56

4.3.2.  myPlan  57

4.3.3.  Plansuche  57

4.3.4.  Tools/Hilfe  58

4.3.5.  Verwaltung  58

4.3.6.  Abmelden  59

5.  Zusammenfassung und Ausblick  60

  Verzeichnis der Anhänge  

  A0 - Quellenverzeichnis  

  A1 - Datenbankstruktur und Tabellen  

  A2 - Beispieldateien  

  A3 - Screenshots  

  A4 - Programm-Code (CD-ROM)  

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1. Problem- und Aufgabenstellung

1.1. Ausgangssituation, Marktanalyse und Zielsetzung Wozu ein webbasiertes Plan-(Management)-System ? 1.1.1. Ausgangssituation

Bei der Projektbearbeitung werden von der ersten Idee bis hin zur Realisierung, d.h. Materialisierung des Objektes eine Vielzahl von Dokumenten von den am Projekt Beteiligten generiert.

Hierzu gehören neben den Textdokumenten, wie Verträge, Aktenvermerke, Briefe, Faxe, Leistungsverzeichnisse und dergleichen insbesondere Skizzen, Zeichnungen und vor allem Pläne, die im Planungsprozess die Idee zur festen Gestalt werden lassen.

Der Planungsprozess stellt sich dabei als mehrstufig und sehr dynamisch dar. Für die Umsetzung der Idee werden zunächst verschiedene Möglichkeiten im Zuge der Vorplanung aufgezeigt. Nach Wahl einer Variante durch den Bauherrn wird diese im Entwurf weiter vertieft und schließlich einer Genehmigung zugeführt, womit das Baurecht geschaffen wird. Ist dies vorhanden, können die Ausführungspläne erstellt werden.

An diesem Ablauf wird deutlich, dass eine Vielzahl von Bearbeitungsschritten bis zur Realisierung erforderlich ist.

Für die Durchführung des Planungsprozess sind zudem eine Vielzahl von Fachleuten, wie Objektplaner (Architekt), Statiker (Tragwerksplaner) usw. erforderlich. Zur erfolgreichen Durchführung des Projektes ist ein intensiver Gedankenaustausch und damit ein hoher Grad an Kommunikation notwendig.

Da sich die Projektbeteiligten im Normalfall nicht im selben Haus befinden, werden hierzu moderne Kommunikationsmittel, wie Telefax und Email, aber auch noch der Versand von Unterlagen auf dem Postweg, benutzt.

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Bedenkt man die Menge an Schriftstücken und Plänen, die während des gesamten Prozesses ausgetauscht werden müssen, wird klar, dass der Austausch dieser Daten auch ein erhebliches Fehlerpotential birgt. Risiken können dabei zum Beispiel sein

• Verlust von Daten / Unterlagen

Da die heutige Planerstellung mittels CAD Software erfolgt, liegen sämtliche Pläne digital als Datei vor.

Zur Vermeidung der genannten Risiken bietet es sich daher an, die erstellten Pläne (Dateien) ohne Zeitverluste (Just-In-Time) an zentraler Stelle den Beteiligten zur Verfügung zu stellen.

Da sich die Beteiligten im Regelfall von unterschiedlichen Orten aus arbeiten, erfolgt dies idealer Weise auf Basis eines webbasierten Datenbanksystems. Dies bedeutet dass sich der Server mit der Datenbank an beliebiger Stelle im Internet befinden kann und die Clients (Projektbeteiligte) hierauf von überall und jederzeit auf diese Datenbasis zugreifen können.

1.1.2. Marktanalyse

Der Bedarf für solchen Anwendungen wurde auch von Softwarefirmen, speziell aus dem Bauwesen, erkannt und führte zur Entwicklung verschiedener Systeme, die eine derartige Kommunikations- und Datenaustauschbasis zur Verfügung stellen. Die Recherche im Rahmen der Masterarbeit ergab, dass solche Systeme zum Einen als Zusatzmodule zur CAD-Software, zum Anderen aber als eigenständige Software angeboten wird.

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Die Schwerpunkte und Besonderheiten der einzelnen Produkte sind dabei sehr unterschiedlich.

Nachfolgend sind beispielhaft einige aktuelle Produkte, die vorrangig das Management von Plänen als Kern beinhalten, aufgeführt.

Im Weiteren existieren noch wesentlich komplexere Systeme, die auch als virtuelle Projekträume bezeichnet werden.

Innerhalb dieser virtuellen Räume spielt sich die gesamte Projektabwicklung ab und erfordert meist einen Projektserver der beim Anbieter des Produktes steht und von diesem auch gepflegt wird (ASP-Lösung).

Als Anbieter solcher Projekträume seien genannt Conject AG, Baulogis GmbH und MyBau AG.

Alle genannten Produkte und Systeme stellen Lösungen von der Stange dar mit unterschiedlicher Konzeption und Komplexitätsgrad.

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Für die Lizenzierung fallen in Abhängigkeit von der Anzahl der Clients hohe Kosten an. Hinzu kommen bei ASP-Lösungen Kosten für den laufenden Betrieb, die bei länger laufenden Projekten ganz erheblich sein können.

1.1.3. Zielsetzung

Die Ausgangssituation und Analyse des Marktes zeigt, dass zwar ein hoher Bedarf an webbasierten Plan-Management-Systemen besteht, die sich auf dem Markt befindlichen Produkte aber eine hohe Komplexität aufweisen und erhebliche Investitions- und Betriebskosten nach sich ziehen. Anpassungen und Erweiterungsmöglichkeiten sind nur bedingt möglich und mit weiteren Kosten verbunden.

Mit vorliegender Masterarbeit soll daher auf Grundlage frei verfügbarer Technologien und Software ein kostengünstiges, webbasiertes und erweiterungsfähiges System entwickelt werden, das den Projektbeteiligten als Plattform für den Austausch und das Management ihrer Pläne von Projektbeginn bis hin zur Realisierung auf der Baustelle dient.

Die zu berücksichtigenden Problem- und Aufgabenstellungen werden im Detail nachfolgend dargelegt.

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1.2. Resultierende Aufgabenstellung

Für die Projektabwicklung ist die Sicherstellung eines aktuellen Planungsstandes und damit der Zugriff auf aktuelle Pläne und Planunterlagen als Basis für weitergehende Planungen oder für die Ausführung auf der Baustelle von maßgeblicher Bedeutung. Hierdurch können Fehler, die durch ein Informationsdefizit oder mangelnde Aktualität entstehen können, verringert werden.

Hiervon betroffen ist sowohl die Phase der Erstellung, die häufig geprägt ist durch mannigfaltige Änderung während der Planungsphasen (Vorplanung, Entwurfsplanung, Genehmigungs- und Ausführungsplanung), sowie die Phase der Projektdurchführung, die eine ständige Verfügbarkeit der Ausführungspläne auf der Baustelle erfordert.

Zur Vermeidung von Redundanzen und zur Gewährleistung der Aktualität der Daten ist es erforderlich den Zugriff der Projektbeteiligten unter Vergabe gewisser Zugriffsrechte auf die jeweils aktuellen Pläne und Planunterlagen zu ermöglichen. Als Projektbeteiligte treten dabei in Erscheinung der Bauherr, die Planer (z.B. Architekt, Tragwerks-, HLS-Planer) und die Baufirma. Dem Architekten, der in der Regel auch als Vertreter des Bauherrn auftritt kommt dabei eine besondere Rolle zu. Folgende Aufgaben sind dabei zu bearbeiten:

• Entwicklung und Implementierung eines Datenbankmodells mit MySQL

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2. Entwicklung und Implementierung des Datenbankmodells 2.1 Anforderungsanalyse

Die von den Planern erstellten Pläne müssen in der Datenbank erfasst werden. Jeder Plan soll zudem einen Index aufweisen, der die Abfolge von Änderungen speziell für diesen Plan dokumentiert.

Der Bearbeitungsstand wird durch den Status eines Plandokumentes dargestellt, welcher das jeweilige Planungsstadium repräsentiert (in Bearbeitung bzw. genehmigt).

Die jeweiligen Planungsstadien werden entsprechend der Phasen Vor-, Entwurfs-, Genehmigungs- und Ausführungsplanung dargestellt. Dies entspricht den einzelnen Leistungsphasen der Honorarordnung für Architekten und Ingenieure (HOAI) und beschreibt mit diesen Stadien letztendlich den Planungsprozess von der Idee bis zum fertigen Produkt.

Zur Charakterisierung des Planungsstadiums eines Planes ist daher eine entsprechende Kennzeichnung in der Datenbank erforderlich. Der jeweils genehmigte Zustand einer Planungsphase, z.B. die vom Bauherrn genehmigte Vorplanung des Gebäudes, soll bei fortschreitendem Planungsstadium aber in jedem Fall in der Datenbank erhalten bleiben, auch wenn der Plan in die nächste Phase, z.B. Weiterbearbeitung des Gebäudes zum Entwurf, überführt wird. Der vom Bauherrn, mit der Planung und Bauüberwachung, beauftragte Architekt vertritt diesen auch. Bei der planerischen Bearbeitung fällt dem Architekten bei dem implementierten System somit auch die administrative Rolle bei der Datenbankverwaltung zu.

Zudem sollen den einzelnen Projektbeteiligten in Abhängigkeit von der Benutzergruppenzugehörigkeit (Bauherr/Planer/Baufirma) bestimmte Zugriffsrechte zugewiesen sein.

So soll die Baufirma lediglich zur Ausführung genehmigte Pläne sichten bzw. downloaden (Pläne im PDF Format) Sichten können, während Planer und Bauherr auf sämtliche Planungsstadien und Datei-Formate Zugriff haben. Dem Bauherrn und Architekten stehen auch administrative Möglichkeiten zur Verfügung (Verwaltung).

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Die Beziehungen zwischen den Beteiligten stellen sich vereinfacht wie folgt dar:

Die Beziehungen vertraglicher Art (Beauftragung) zwischen Bauherr/Planer und Bauherr/Baufirma werden dabei weiter nicht berücksichtigt, da diese für das Planmanagement nicht von direkter Bedeutung sind.

Bauherr, Planer und Baufirma bilden insgesamt den Raum der Projektbeteiligten, die in Interaktion mit den Plänen stehen. Der Zugang der Projektbeteiligten zum Datenpool der Pläne über eine Zugangsberechtigungsliste gesteuert.

2.1.1. Modellierung der Daten Datenstrukturen

An Datenstrukturen ergeben sich die Entities Bauherr, Planer und Baufirma, sowie die Pläne. Bauherr

Ein Bauherr besteht aus seiner ID, Name, Vorname, Bezeichnung, vollständige Anschrift, E-Mail Adresse und Zugangspasswort.

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Planer

Ein Planer ist gekennzeichnet durch seine ID, Gewerk (Objekt, Tragwerk, HLS), Name, Vorname, Bezeichnung, vollständige Anschrift, E-Mail Adresse und Zugangspasswort. Baufirma

Eine Baufirma ist gekennzeichnet durch seine ID, Name, Vorname, Bezeichnung, vollständige Anschrift, Art des auszuführenden Gewerkes (Rohbau, Ausbau usw.) und Zugangspasswort Pläne

Pläne sind beschrieben durch eine eindeutige Kennung (ID), das Gewerk, die Planbezeichnung, die Planungsphase, den Bearbeitungsstatus und das Datum der Erstellung. In einer weiteren Tabelle soll für jeden Plan ein Index zur Nachvollziehbarkeit der Änderungen mitgeführt werden. Die Tabelle besteht dabei aus dem Plan-Index, Plan-ID, Text der Änderung und Datum. An Beziehungen und Aktionen sind zu berücksichtigen:

Die Planer erstellen Pläne und stellen diese in den Plan-Pool ein bzw. holen sich diese.

Der Bauherr bzw. dessen Beauftragter gibt Pläne zur Ausführung frei (Administration).

Die Baufirma holt sich zur Ausführung freigegebene Pläne und führt diese aus.

2.1.2. Zugriffsrechte

Es ist sicherzustellen, dass nur Befugte Zugriff auf die Plandatenbank haben und eine Ansteuerung der Funktionalitäten ohne vorherige Authentifizierung nicht möglich ist. Dies wird dadurch sichergestellt, dass die zugangsberechtigten Benutzer in der Datenbank erfasst werden und bei der Anmeldung die Benutzerdaten mit dieser Tabelle verglichen werden.

Nach erfolgreicher Authentifizierung erfolgt die Steuerung der Zugriffsrechte auf die Datenbestände in Abhängigkeit von der Zugehörigkeit zur Benutzergruppe.

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∗) Der Bauherr bzw. dessen Beauftragter (Architekt) übernehmen die Aufgabe des Administrators.

Die Zugriffe (Anmeldevorgänge) werden in einer entsprechenden Liste (Tabelle) protokolliert. Dabei spricht man auch von Log-Dateien oder Log-Tabellen. Auf die Details zur Steuerung der Zugriffsrechte und zu den Log-Tabellen wird im Weiteren und insbesondere in Kapitel 3 noch eingehend eingegangen. 2.2. Konzeptioneller Entwurf (ER - Modell)

2.2.1. Datenschicht

Das ER-Modell stellt sich in vereinfachter Form wie folgt dar:

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Die Liste aller Attribute ist dem nachfolgenden Punkt zu entnehmen.

2.2.2. Datenschicht und Logischer Entwurf Für die Entities ergibt sich folgender Entwurf

Bauherr Attribut Typ SQL-Variable

Integer INT(8) BR_ID

BR_Bezeichnung Character VARCHAR(30)

BR_Name Character VARCHAR(15)

BR_Vorname Character VARCHAR(15)

BR_Strasse Character VARCHAR(20)

BR_PLZ Character VARCHAR(5)

BR_Ort Character VARCHAR(20)

BR_Email Character VARCHAR(30)

BR_User Character VARCHAR(150)

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Weitere Tabellen:

Für die Registrierung und Dokumentation durchgeführter Aktionen werden über das Grundmodell hinaus weitere Datenbanktabellen angelegt, die nachfolgend beschrieben sind:

Die Zugangsberechtigung zur Datenbank wird über die in der Tabelle login gespeicherten Daten überprüft.

Der erfolgreiche Login-Vorgang selbst wird zu Zwecken der Nachprüfbarkeit es werden in der Tabelle ’Login_Liste’ gespeichert. Hierdurch kann nachvollzogen werden, wer sich wann im System angemeldet hat.

Die Dokumentation und Nachprüfbarkeit von Downloads durch die Beteiligten erfolgt in zwei weiteren Tabellen.

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In der Tabelle Download_List wird gespeichert, wer, welche DWG-Dateien wann heruntergeladen hat.

In der Tabelle View_List wird gespeichert, wer, welche PDF-Dateien gesichtet hat.

Die Dokumentation und Nachprüfbarkeit von Uploads durch die Beteiligten erfolgt in der Tabelle Upload_list:

Da jeweils der aktuelle Plan auf dem Server bereitgehalten wird, ist es noch wichtig die bei einem Plan durchgeführten Änderungen, die sich während des Arbeitsprozesses ergeben, in einem Planindex-Verzeichnis festzuhalten.

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Die Dokumentation und Nachprüfbarkeit der Planfreigabe (Genehmigung) durch den Bauherrn bzw. dessen beauftragten Architekten erfolgt in der Tabelle Freigabe_Liste:

Die Baufirma hat die Möglichkeit anzugeben, wann die Ausführung eines Planes auf der Baustelle erfolgt ist. Diese Information wird in der Tabelle PL_ausgefuehrt_von gespeichert:

2.3. Datenbankdefinition

Auf die Erstellung der SQL-Datenbank und Tabellen mittels der in SQL zur Verfügung stehenden Befehle (CREATE, INSERT usw.) wird hier nicht weiter eingegangen. Die Erstellung der Datenbankstrukturen (Tabellen) in MySQL erfolgt unter Verwendung des Tools phpMyAdmin.

Die diesbezügliche Datenbankstruktur ist in Anhang A1 abgebildet. Beispieldaten sind im Anhang A2 abgebildet.

Somit wäre die Datentechnische Struktur geschaffen auf deren Basis im Kapitel 3 die weiteren Problemstellungen analysiert, der Lösungsansatz und deren Lösung beschrieben und letztendlich die programmtechnische Implementierung erfolgt.

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3. Analyse, Ansatz, Lösung und Umsetzung mittels PHP und MySQL

3.1. Systemsicherheit

3.1.1. Anmeldevorgang, Passwortverschlüsselung

Für das Anwendungssystem ist es erforderlich, dass nicht jedermann Zugang erhält. Dies ist erforderlich, da ansonsten die im System hinterlegten Daten nicht sicher vor Zerstörung (Löschen) , Manipulation (Verändern) oder Missbrauch sind und die Zugriffe auf das System nicht benutzerbezogen nachzuvollziehen wären (Login, Download, Upload usw.).

Durch einen Anmeldevorgang (Login) ist daher abzufragen, dass derjenige, der sich anmeldet, als berechtigter Benutzer registriert und einer Benutzergruppe zugeordnet ist. Benutzergruppe kann dabei sein Bauherr, Planer oder Baufirma. Für das Gebot der ’Systemsicherheit’ ergeben sich somit folgende wesentlichen Belange:

• Vermeidung eines Zuganges unberechtigter Personen zum System

Die Umsetzung dieser Ziele erfolgt zum Einen durch einen Login-Vorgang, der den Benutzernamen und das Passwort mit der Liste der Zugangsberechtigten vergleicht und bei erfolgreichem Login, den Zeitpunkt des Logins zur Nachvollziehbarkeit in einer Datentabelle festhält, zum Anderen durch die Speicherung der Benutzeridentifikation (Username) in der gestarteten Sitzung (session). Die direkte Lesbarkeit von Passwörtern innerhalb der Liste der Zugangsberechtigten kann durch Einsatz einer Verschlüsselungstechnik erreicht werden.

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Im Folgenden wird die programmtechnische Umsetzung und Implementierung weiter beschrieben:

Beim Aufruf der Startseite index.htm wird der User im Formular login.htm aufgefordert seine Login-Daten einzugeben (Username, Passwort). Die Variablen werden dann mittels

Mit dem Login wird in (login.php) mit session_start(), zunächst eine Sitzung gestartet. Die Sitzung wird aber nur dann aufrechterhalten, wenn sich Username und Passwort als richtig erweisen und der Benutzer einer Benutzergruppe zugeordnet ist. Das im Formular eingegebene Passwort muss dabei mittels der php-Funktion MD5() verglichen werden, da diese in der Tabelle login bei der Erfassung durch den Administrator bereits mit MD5() verschlüsselt abgelegt worden sind. Durch die Verschlüsselung sind die Passwörter in der Tabelle für Dritte nicht im Klartext zu lesen.

MD5() bezeichnet den ’Message Digest Algorithm 5’, eine von Ronald Rivest entwickelte Einweg-Hash-Funktion. Es handelt sich hierbei um eine Einwegverschlüsselung deren verschlüsselter Text nicht mehr entschlüsselt werden kann bzw. der Aufwand hierzu sehr hoch wäre. Es wird damit ein nahezu unknackbares Passwort erzeugt.

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Hiervon ausgenommen sind natürlich sogenannte Brute-Force-Attacken. Dabei wird versucht durch gezieltes Probieren das Passwort herauszufinden. Die Anwendung des MD5-Algorithmus liefert den sogenannten Hash-Wert, d.h. einen Hash-Wert von 128 bit Länge, der als 32-stellige Hexadezimalzahl gespeichert wird. Dieser Wert wird in der Login-Tabelle als Passwort hinterlegt. Beim Passwortabgleich wird der eingegebene Wert verschlüsselt und mit dem verschlüsselten Passwort in der Datenbank verglichen.

In PHP ist dieses Verfahren als Funktion MD5() bereits integriert und konnte somit im Login-Script loging.php unmittelbar verwendet werden. .......................... //Usernamen und Passwort abfragen $username = $_POST["username"]; $passwort = md5($_POST["password"]);

$abfrage = "SELECT username, passwort FROM login WHERE username LIKE '$username' LIMIT 1"; $ergebnis = mysql_query($abfrage); $row = mysql_fetch_object($ergebnis); if($row->passwort == $passwort) {

$_SESSION["username"] = $username; ...................................................

..............................................

Die Datenbankabfrage beinhaltet, dass nur die Spalte mit dem Usernamen anzeiget wird. Zum Schutz, dass keine 2 gleichen Usernamen vorhanden sind, wird um die Bedingung LIMIT 1 ergänzt.

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Ist Username oder Passwort falsch (FALSE) wird zur erneuten Anmeldung aufgefordert.

Ist die Prüfung positiv (TRUE), wird die Variable username (Name des Users) in der Session gespeichert und die Sitzung eröffnet. Durch die Speicherung des Usernamens in der Session ist die eröffnete Sitzung eindeutig mit dem angemeldeten User, auch für alle Folgeseiten, verknüpft. Zum Sessionmanagement wird in Kapitel 3.1.2 noch näher eingegangen. Ferner wird die Zugehörigkeit des Users zur Benutzergruppe benutzergruppe.php ermittelt und die erfolgreiche Anmeldung bestätigt .

Für die spätere Nachvollziehbarkeit des Anmeldevorganges wird das Login in die Tabelle login_liste (login_nr, user, date_time) gespeichert, d.h. es wird eine sogenannte log-Datei (Tabelle) mitgeschrieben.

Zeit und Datum werden dabei mit der php-Funktion date() ermittelt und der Variablen $zeitstempel übergeben. Der Datensatz wird mittels MySQL-Befehl INSERT INTO in die Tabelle eingetragen. ..............................................

mysql_query("INSERT INTO login_liste (login_nr,user,date_time)

VALUES('','$username','$zeitstempel')");

..............................................

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