建筑工程信息交互平臺(tái)架構(gòu)研究

序論：寫(xiě)作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來(lái)了一篇建筑工程信息交互平臺(tái)架構(gòu)研究范文，愿它們成為您寫(xiě)作過(guò)程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

0.引言

國(guó)家“十三五”規(guī)劃中明確指出“信息化”將是建筑工程的發(fā)展方向。目前土木各行各業(yè)均在探討如何通過(guò)革新工程各個(gè)環(huán)節(jié)信息管理的方式方法，吸收新興產(chǎn)業(yè)帶來(lái)的發(fā)展福利，促進(jìn)建筑行業(yè)現(xiàn)代化。在諸多新興技術(shù)中，隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的日益成熟，其去中心化、透明性、防篡改、數(shù)據(jù)溯源等方面具有的巨大潛力已逐漸被開(kāi)發(fā)出來(lái)并應(yīng)用于傳統(tǒng)領(lǐng)域。近年來(lái)，由于區(qū)塊鏈技術(shù)在國(guó)家層面的推廣應(yīng)用，尤其是在2019年，國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)提出了區(qū)塊鏈可以視為產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)的重要點(diǎn)且有利于自主創(chuàng)新，全國(guó)都務(wù)必抓緊部署，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，至此，區(qū)塊鏈技術(shù)逐步進(jìn)入大眾視野，也成為熱點(diǎn)領(lǐng)域。目前，區(qū)塊鏈早已跳出了數(shù)字貨幣等金融領(lǐng)域，在物流管理[1]、電子政務(wù)[2]、教育資源[3]等領(lǐng)域逐漸開(kāi)花結(jié)果。土木建筑工程行業(yè)不少研究者同樣指出了區(qū)塊鏈在工程領(lǐng)域的應(yīng)用前景[4][5][6]，但實(shí)際應(yīng)用案例并不多，特別是在道路工程領(lǐng)域更是鮮有研究。因此，本文針對(duì)建筑工程的特點(diǎn)，指出區(qū)塊鏈的典型應(yīng)用場(chǎng)景，并基于區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)建筑工程的信息交互平臺(tái)為區(qū)塊鏈技術(shù)在建筑工程施工管理中的應(yīng)用提供思路。

1.區(qū)塊鏈技術(shù)的概念及特點(diǎn)

1.1區(qū)塊鏈的概念從狹義上來(lái)講，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，“區(qū)塊”存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息，將無(wú)數(shù)個(gè)“區(qū)塊”按照時(shí)間順序進(jìn)行排序，并將其鏈接，鏈接完后的個(gè)體即為區(qū)塊鏈，如果進(jìn)行加密，則可以將其當(dāng)作不可篡改的分布式分類(lèi)賬本[7]；從廣義的角度來(lái)看，區(qū)塊鏈的存儲(chǔ)和驗(yàn)證方式，主要是以“塊”類(lèi)型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完成[8]，通常開(kāi)發(fā)者采用分布式的節(jié)點(diǎn)中蘊(yùn)含的一致性算法去更新數(shù)據(jù)，為達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和訪問(wèn)的安全性，必須進(jìn)行加密處理。

1.2區(qū)塊鏈的安全機(jī)制（1）哈希算法哈希算法，也即散列算法，其核心思想是把任意長(zhǎng)度的輸入（文本、圖片、表單等）利用不可逆的方式，生成固定長(zhǎng)度的字符串，即稱(chēng)為哈希值。試圖逆向進(jìn)行哈希算法并非易事，因此整個(gè)算法隱秘性良好。（2）非對(duì)稱(chēng)加密算法非對(duì)稱(chēng)加密算法用于解決用戶(hù)間信任問(wèn)題，用戶(hù)身份一般通過(guò)密鑰和私鑰進(jìn)行標(biāo)注，且設(shè)置了用戶(hù)專(zhuān)屬的公鑰和私鑰。明文數(shù)據(jù)一般通過(guò)公鑰進(jìn)行加密而成為密文，但如果試圖解密，一定需要通過(guò)非公開(kāi)的私鑰，電子簽名就是非對(duì)稱(chēng)加密算法的一項(xiàng)成功應(yīng)用。（3）時(shí)間戳各個(gè)“區(qū)塊”的排列鏈接順序，包含了數(shù)據(jù)的時(shí)間信息。每次賬本或信息的變更都會(huì)記錄，記錄下的信息則會(huì)形成時(shí)間戳。例如，在工程應(yīng)用方面，采用時(shí)間戳記錄改擴(kuò)建工程中的信息，可以有效對(duì)項(xiàng)目工序、進(jìn)度的監(jiān)管。

1.3區(qū)塊鏈特征在工程領(lǐng)域，目前最具有應(yīng)用價(jià)值的特點(diǎn)在于去中心化、不可篡改及可追溯。去中心化使信息向工程參與各方共享成為可能，多方透明，防止黑箱操作。不可篡改和可追溯特性對(duì)于降低工程人為事故風(fēng)險(xiǎn)及事后追責(zé)有重要意義。區(qū)塊鏈的發(fā)展可大致分為三個(gè)階段，其本身特性隨著發(fā)展在不斷完善。目前區(qū)塊鏈正處于2.0階段，嵌入?yún)^(qū)塊鏈系統(tǒng)中用來(lái)處理參與者之間的相互信任和身份問(wèn)題的智能合約，是該階段的關(guān)鍵技術(shù)，并在各領(lǐng)域進(jìn)行擴(kuò)展應(yīng)用。在2.0階段，其優(yōu)勢(shì)更為顯著，因?yàn)榭梢杂行Ы鉀Q最重要的信任問(wèn)題，以在多場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)良好的資分配日。

2.區(qū)塊鏈技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用

2.1施工過(guò)程信息交互發(fā)揮區(qū)塊鏈技術(shù)去中心化的特性，為工程參建單位：建業(yè)主單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位等提供信息共享平臺(tái)，是區(qū)塊鏈技術(shù)典型的應(yīng)用之一?？晒蚕淼墓こ绦畔⒗纾航ㄔO(shè)單位對(duì)工程不同階段的需求，設(shè)計(jì)的變更以及施工單位的工程質(zhì)量進(jìn)度等。在施工過(guò)程產(chǎn)生任何交互的信息變更，都可被記錄并加密，相關(guān)方可以實(shí)時(shí)了解信息變更情況。

2.2工序安排及質(zhì)量控制所有參與到一個(gè)具體單位工程中的不同專(zhuān)業(yè)施工隊(duì)可作為一個(gè)區(qū)塊，將其施工作業(yè)內(nèi)容寫(xiě)入?yún)^(qū)塊中，工程施工進(jìn)度將從施工開(kāi)始記錄，通過(guò)時(shí)間戳，一直記錄到施工結(jié)束。另外，可以將施工工序（如道路工程中明顯的工序?qū)哟?，地基處理、路基施工、路床施工、基層施工、面層施工等）?xiě)入智能合約，確定好工序內(nèi)容及人、機(jī)、料安排。此外，施工流水節(jié)奏、步距也可寫(xiě)入?yún)^(qū)塊。通過(guò)將施工信息以時(shí)間戳的方式寫(xiě)入?yún)^(qū)塊，串聯(lián)成鏈，將方便施工單位自檢人員、監(jiān)理工程師、業(yè)主現(xiàn)場(chǎng)管理人員進(jìn)行工程質(zhì)量控制：遺漏某一環(huán)節(jié)的質(zhì)量檢測(cè)，后續(xù)的施工信息將無(wú)法寫(xiě)入，提醒相關(guān)單位按約定進(jìn)行質(zhì)量控制。

2.3人員管理及責(zé)任追溯如今工程追責(zé)均是終身制，完成一項(xiàng)工程需“寫(xiě)書(shū)立碑”，但畢竟這類(lèi)利用實(shí)體記錄的信息存在篡改的可能。且當(dāng)事故發(fā)生后，僅僅找出第一責(zé)任人是不夠的，進(jìn)行事故分析、總結(jié)對(duì)于吸取教訓(xùn)、優(yōu)化后續(xù)工程施工具有非常重要的意義。通過(guò)記錄了工程全過(guò)程人員、質(zhì)量、工序、環(huán)境、進(jìn)度管理的區(qū)塊鏈信息可以查看施工工程記錄，一旦察覺(jué)到質(zhì)量問(wèn)題，則可迅速追本溯源，分清責(zé)任，找出工程漏洞或技術(shù)缺陷。將為事故分析人員提供全面的信息。這點(diǎn)充分利用了區(qū)塊鏈技術(shù)的安全性、不可篡改性、可追溯性。2.4運(yùn)維管理以道路工程運(yùn)營(yíng)為例：為保證交通安全，會(huì)在事故易發(fā)地或者限速、限行區(qū)域智能化的采用誘導(dǎo)分流或進(jìn)行速度限制。如果發(fā)生一些違規(guī)，如超速行為，區(qū)塊鏈智能合約則會(huì)生效，并迅速執(zhí)行違約措施。

3.區(qū)塊鏈工程信息交互平臺(tái)構(gòu)建

3.1平臺(tái)的選擇根據(jù)不同區(qū)塊鏈平臺(tái)的應(yīng)用條件和特點(diǎn)，研究進(jìn)行了以下劃分：公共鏈（免許可鏈）；私有鏈（許可鏈）；聯(lián)盟鏈（混合鏈）。總的來(lái)說(shuō)，在區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)中，去中心化的程度越高，安全性則會(huì)越強(qiáng)，以及信用問(wèn)題的解決程度越好，但同時(shí)交易的效率隨之降低。應(yīng)用于工程的區(qū)塊鏈平臺(tái)一方面需要保證可共享成員內(nèi)部的去中心化，一方面要篩選對(duì)非相關(guān)成員的訪問(wèn)即具有權(quán)限管理功能，因此宜選用基于區(qū)塊鏈技術(shù)的聯(lián)盟鏈形式構(gòu)建交互平臺(tái)。

3.2平臺(tái)整體架構(gòu)工程參與各方在區(qū)塊鏈交互平臺(tái)中以節(jié)點(diǎn)形式存在，以既定的共識(shí)機(jī)制運(yùn)行，進(jìn)行各自表單的生成和審批并進(jìn)行分布式記賬，根據(jù)記錄按時(shí)生成區(qū)塊。整體上說(shuō)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)是分散的系統(tǒng)，一般可被分為六個(gè)層，見(jiàn)表2所示。結(jié)合工程信息交互的需求，交互平臺(tái)的架構(gòu)宜為：由數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層組成基礎(chǔ)設(shè)施層，構(gòu)成平臺(tái)的基礎(chǔ)；由共識(shí)層和合約層組成平臺(tái)的開(kāi)發(fā)層，包含平臺(tái)的智能合約和共識(shí)算法；除了位于頂層的應(yīng)用層，還應(yīng)設(shè)置儲(chǔ)存層及安全層，分別用于平臺(tái)的分布式存儲(chǔ)和身份認(rèn)證、權(quán)限管理，見(jiàn)圖3。

3.3平臺(tái)各層級(jí)設(shè)計(jì)（1）基礎(chǔ)設(shè)施層設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)施層中包含供系統(tǒng)使用的各種服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，用以提供上層結(jié)構(gòu)所需的數(shù)據(jù)資源并支持區(qū)塊鏈的服務(wù)資源。基礎(chǔ)設(shè)施層所提供的數(shù)據(jù)資源包含平臺(tái)中出現(xiàn)的各類(lèi)信息?；A(chǔ)設(shè)施將這些龐雜的信息進(jìn)行整合后，提供給平臺(tái)中的各個(gè)單位節(jié)點(diǎn)調(diào)用。服務(wù)資源與數(shù)據(jù)資源不同，它并不提供數(shù)據(jù)，僅是提供工程相關(guān)方服務(wù)，只要相關(guān)方處于平臺(tái)的節(jié)點(diǎn)中，即可以使用基礎(chǔ)層所提供的服務(wù)。（2）安全層設(shè)計(jì)工程中部分?jǐn)?shù)據(jù)是對(duì)參建各方公開(kāi)共享，有些是僅對(duì)部分單位開(kāi)放，有些甚至屬于單位內(nèi)部信息，因此安全層的設(shè)計(jì)目的在于對(duì)各個(gè)單位的訪問(wèn)權(quán)限進(jìn)行設(shè)定，限制單位的訪問(wèn)范圍。實(shí)現(xiàn)方法主要為：身份驗(yàn)證即及訪問(wèn)控制。非對(duì)稱(chēng)加密算法的應(yīng)用是該層的主要技術(shù)手段，也即公鑰和私鑰。首先，參與到信息交互平臺(tái)的單位需要通過(guò)資格審查，必須是工程相關(guān)方，或受邀請(qǐng)方才可以入駐。其次，信息交互需要一定程度的監(jiān)管，非核心節(jié)點(diǎn)不能對(duì)區(qū)塊鏈中數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。（3）儲(chǔ)存層設(shè)計(jì)采用區(qū)塊鏈進(jìn)行分布式記賬，例如平臺(tái)中的大宗建材交易，買(mǎi)入者為施工單位，賣(mài)出者為建材企業(yè)，賣(mài)出者可以根據(jù)自身需求進(jìn)行優(yōu)化。該系統(tǒng)提供給各方有效的監(jiān)督，提高了安全性，也為相關(guān)數(shù)據(jù)的根源性提供追蹤的可行性。（4）開(kāi)發(fā)層設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)層主要為實(shí)現(xiàn)平臺(tái)內(nèi)各單位節(jié)點(diǎn)的信息交互及輔助平臺(tái)各功能程序的設(shè)計(jì)。主要的內(nèi)容包括：接口管理、智能合約和共識(shí)機(jī)制。（5）應(yīng)用層設(shè)計(jì)應(yīng)用層的作用是供工程各主體參建方開(kāi)展所需業(yè)務(wù)。業(yè)主單位、各大供應(yīng)商、施工單位、設(shè)計(jì)院等在應(yīng)用層對(duì)信息進(jìn)行分發(fā)，傳播及審查，區(qū)塊鏈則對(duì)所有數(shù)據(jù)起到記錄作用。各參建主體可在自己的權(quán)限范圍內(nèi)進(jìn)行信息的查詢(xún)。另外，政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)可通過(guò)配備平臺(tái)PC端，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)相關(guān)建設(shè)活動(dòng)進(jìn)行授權(quán)以及監(jiān)管。如在北京市“區(qū)塊鏈+政務(wù)服務(wù)”中，累計(jì)落地了140個(gè)區(qū)塊鏈應(yīng)用場(chǎng)景，解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)共享模式難以共享的310余項(xiàng)數(shù)據(jù)的困境。其中設(shè)立的首貸服務(wù)中心，建設(shè)中小微企業(yè)確權(quán)及供應(yīng)鏈金融服務(wù)平臺(tái)和企業(yè)電子身份認(rèn)證信息系統(tǒng)，企業(yè)填報(bào)數(shù)據(jù)可以減少80%、而銀行的開(kāi)戶(hù)時(shí)間節(jié)約40%。南京江北新區(qū)公建中心構(gòu)建的基于區(qū)塊鏈技術(shù)的信息交互平臺(tái)于2022年上線，設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)，工作人員深入分析公建中心傳統(tǒng)工作模式的弊端，并利用區(qū)塊鏈技術(shù)逐一解決工作中存在的問(wèn)題，據(jù)此設(shè)計(jì)建筑工程信息交互平臺(tái)。這也是該地區(qū)第一次將區(qū)塊鏈技術(shù)用于建筑工程管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程建設(shè)全過(guò)程的信息管理，輔助公建中心工作人員完成日常工作，避免工作過(guò)程中信息丟失，實(shí)現(xiàn)建筑工程相關(guān)信息的快速傳輸，保證了信息的時(shí)效性。該平臺(tái)投入使用后，取得良好的管理效果，滿(mǎn)足公建中心的日常工作需要，且信息交互速度快，不僅減輕了工作人員的工作壓力，還能提高信息管理效率，充分展現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。為保證基于區(qū)塊鏈技術(shù)的建筑工程信息交互平臺(tái)發(fā)揮應(yīng)有作用，該地區(qū)共建中心領(lǐng)導(dǎo)提出應(yīng)用該平臺(tái)的要求，確保參與公建中心日常工作的人員熟練掌握平臺(tái)應(yīng)用方式，確保區(qū)塊鏈技術(shù)可被合理用于日常工作，助力地區(qū)建筑行業(yè)發(fā)展。該管理平臺(tái)作用范圍廣，可實(shí)現(xiàn)與建筑工程各個(gè)環(huán)節(jié)工作人員的信息對(duì)接，擴(kuò)充系統(tǒng)中存儲(chǔ)信息內(nèi)容，并對(duì)工作人員提出以下幾點(diǎn)要求：第一，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的建筑工程系統(tǒng)投入使用后，工作人員需不斷優(yōu)化系統(tǒng)的性能，豐富區(qū)塊鏈上的內(nèi)容，提升區(qū)塊鏈技術(shù)在建筑工程信息管理中的應(yīng)用價(jià)值。由此將區(qū)塊鏈技術(shù)作為行業(yè)發(fā)展的動(dòng)力，擴(kuò)大區(qū)塊鏈技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用范圍，轉(zhuǎn)變建筑行業(yè)的發(fā)展模式，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代技術(shù)在建筑工程管理中的科學(xué)運(yùn)用。第二，利用基于區(qū)塊鏈技術(shù)的建筑管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程的統(tǒng)一管理，通過(guò)建筑工程方上傳數(shù)據(jù)監(jiān)督其建設(shè)情況，分析建筑工程建設(shè)中存在的風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)采取措施規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，保證建筑工程建設(shè)項(xiàng)目順利完成。工作人員操作平臺(tái)的記錄完整記錄在平臺(tái)中，調(diào)取相關(guān)信息即可實(shí)現(xiàn)監(jiān)管目標(biāo)，引起工作人員對(duì)該平臺(tái)的重視。第三，提升公建中心工作人員的創(chuàng)新意識(shí)，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的建筑工程管理平臺(tái)開(kāi)發(fā)僅是建筑行業(yè)管理技術(shù)創(chuàng)新的開(kāi)始，要求各工作人員積極探索區(qū)塊鏈技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用方式，將更多先進(jìn)技術(shù)用于建筑工程管理，推動(dòng)建筑行業(yè)快速發(fā)展。同時(shí)完善獎(jiǎng)勵(lì)措施，以實(shí)際獎(jiǎng)勵(lì)鼓勵(lì)工作人員創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用方式，保持高漲的工作熱情，調(diào)整區(qū)塊鏈技術(shù)在建筑工程管理中的應(yīng)用方式。提高管理效果。由此可見(jiàn)，區(qū)塊鏈技術(shù)在建筑工程管理中具有較高的應(yīng)用價(jià)值，合理設(shè)計(jì)平臺(tái)架構(gòu)可提升平臺(tái)的利用價(jià)值。其他地區(qū)也可借鑒該地區(qū)的基于區(qū)塊鏈技術(shù)建筑工程信息交互平臺(tái)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際工作需要合理設(shè)置平臺(tái)結(jié)構(gòu)，保證平臺(tái)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4.結(jié)論

建筑工程作為一門(mén)傳統(tǒng)學(xué)科，已伴隨人類(lèi)社會(huì)發(fā)展了數(shù)千年。信息技術(shù)的發(fā)展為伎學(xué)科注入了新活力。區(qū)塊鏈技術(shù)在去中心化、防篡改、數(shù)據(jù)溯源等方面具有巨大的潛力，本文設(shè)計(jì)了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的工程管理平臺(tái)架構(gòu)，得到以下主要結(jié)論：（1）區(qū)塊鏈技術(shù)目前已拓展到醫(yī)療教育等傳統(tǒng)行業(yè)，但與建筑工程領(lǐng)域的融合還不夠深入。通過(guò)分析區(qū)塊鏈技術(shù)的特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，區(qū)塊鏈技術(shù)在施工過(guò)程的信息交互、物資采購(gòu)、質(zhì)量管理、進(jìn)度與人員安排、事故分析與責(zé)任追溯等領(lǐng)域有很大的適用空間。（2）基于區(qū)塊鏈的建筑工程信息交互平臺(tái)架構(gòu)累計(jì)五層。應(yīng)用層可以為整個(gè)工程的參建單位提供信息交互窗口；開(kāi)發(fā)層可以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)內(nèi)各單位節(jié)點(diǎn)的信息交互及輔助平臺(tái)各功能程序；儲(chǔ)存層可以記錄數(shù)據(jù)走向，方便追根溯源；安全層可以為開(kāi)發(fā)者做好身份認(rèn)證和權(quán)限管理的工作；基礎(chǔ)設(shè)施層可以完美的為各主體提供各類(lèi)數(shù)據(jù)資源以及相關(guān)的服務(wù)資源。（3）區(qū)塊鏈所采用的關(guān)鍵技術(shù)，哈希算法、非對(duì)稱(chēng)加密算法和時(shí)間戳，一方面保證了數(shù)據(jù)不可偽造、不可逆推等安全性，另一方面為平臺(tái)帶來(lái)數(shù)據(jù)可追溯和透明性。進(jìn)一步深化區(qū)塊鏈和建筑工程的融合可更好地解決工程長(zhǎng)期存在的管理混亂、黑箱操作等問(wèn)題。

【參考文獻(xiàn)】

[1]敬毅.基于區(qū)塊鏈的制造供應(yīng)鏈質(zhì)量管理架構(gòu)的研究[J].機(jī)電工程技術(shù),2019,48(5):165-168.

[2]谷寧?kù)o.基于區(qū)塊鏈的電子政務(wù)數(shù)據(jù)共享設(shè)計(jì)研究[J].信息安全與通信保密,2020(4):91-97.

[3]ChenG,XuB,LuM,etal.Exploringblockchaintechnologyanditspotentialapplicationsforeducation[J].SmartLearningEnvironments,2018,5(1):1.

[4]朱雅菊.區(qū)塊鏈技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景展望[J].工程經(jīng)濟(jì),2018,28(6):45-47.

作者:劉立慧 胡海斌 龔衛(wèi)東 張睿 單位:上海隧道工程股份有限公司 上海城建信息科技有限公司 上海環(huán)境集團(tuán)股份有限公司;天津城建大學(xué)