基于區塊鏈的巡檢管理系統的研究與實踐


發布于2022-01-27

作者:王志強 何建鋒 溫喜廉 黃文峰 張超洋

0 引言
      建筑工程的質量不僅與人民群眾的生活質量時刻緊密聯系,還掌握著人民群眾人身以及財產安全的命脈。巡檢管理是保證建筑工程質量安全重要的一環,在進行巡檢管理時,應當以建筑使用安全為目標,加強各個環節的把控[1],可是在巡檢過程中,仍然存在建筑工程質量安全隱患無法監管,問題發生時無從查證等一系列的問題,這些隱患一旦爆發,后果將不堪設想。為了提高建筑行業質量安全的監管力度,全周期跟蹤建設施工階段的質量隱患以及安全隱患的關鍵節點,結合當代互聯網技術以及創新性的區塊鏈技術,研發出一套基于區塊鏈平臺的巡檢管理系統,利用區塊鏈特定的數據結構,對數據進行加密,保證數據不可偽造和不可篡改。實現施工階段全過程可追溯,可供查證取證,可用于追責問責,有效解決建筑工程質量安全問題,促進建筑行業綠色可持續發展。

1 研究背景
      隨著時代的快速發展,社會體系的不斷地完善,人民對于生活質量要求也越來越高,建筑施工單位也越來越高度重視建筑工程項目的質量問題以及安全問題,采取科學合理的施工技術,有效提高建筑工程項目的安全性以及建筑工程項目的質量[2]。雖然如此,在實際的建筑工程項目的施工過程中,仍然存在一系列的建筑工程質量安全隱患,建筑單位對安全生產隱患排查治理不到位,無法落實安全監管責任,監管手段落后。施工人員沒有及時采用有效的安全防護設施,違規違章的現象普遍存在[3],由于監管力度有限,也無從查證。

  為了解決這一系列問題,研發出一套基于區塊鏈平臺的巡檢管理系統,所有質量隱患、安全隱患、整改記錄、排查記錄數據都實時上傳到區塊鏈平臺,保證數據公開透明,真實可靠,出現問題時可以追溯問責,實現“責任到人”的智能監管。

  互聯網發展已經日益成熟,但現如今仍然無法解決“信任”問題,是因為互聯網感知終端的異構性、計算存儲及數據傳輸能力都受限,使互聯網區塊鏈面臨較大挑戰,其中密碼共識技術成為關鍵問題[4]。

  區塊鏈的本質是一個分布式賬本,當新交易產生時,所有電腦必須識別認證并更新記錄,對每筆交易進行分布式記賬,將交易記錄和相關數據打包成塊,加上時間戳,編入數據庫中[5]。整個過程公開透明,無法人為篡改,且可以對整個過程無限追溯,解決了互聯網“信任危機”。

  利用區塊鏈的不可篡改、無限追溯、去中心化的特征,實現從記錄隱患、整改隱患、復查隱患的整個過程關鍵節點數據共享,打破多方整改、監管單位數據孤島,提高監管建筑質量安全強度,數據不可更改且可進行追溯,加強施工人員的責任意識,極大地避免的建筑工程的質量安全問題。

2 基于區塊鏈的巡檢管理系統技術架構
      區塊鏈是一款綜合多種原理的新一代信息技術,其邏輯原理涉及計算機科學、密碼學、金融學等,是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術開發的新型綜合應用模式[6]。其采用哈希算法計算信息的散列值,使信息在存儲和交換過程中不能被修改[7]。通過不可篡改、無限追溯、去中心化等特征,區塊鏈在信息主體龐大的互聯網世界中打破了各個信息壁壘,解決了信息不對稱的問題。

  在區塊鏈平臺中,各個節點是平等地位,不需要中心化管理機構提供信任機制,各個節點憑借智能合約、共識算法相互信任[8]。不僅如此,節點會時刻監聽網絡上的動態,基于區塊鏈的巡檢管理系統,結合智能合約,將安全隱患數據、質量隱患數據等實時上傳到區塊鏈,數據一旦上鏈,既無法更改。下圖為基于區塊鏈的大體積混凝土溫度檢測系統的技術架構圖:

圖1基于區塊鏈的巡檢管理系統總體技術架構圖

Fig.1 Overall technical architecture of patrol management system based on blockchain

3 基于區塊鏈的巡檢管理系統實現

3.1傳統的巡檢管理系統的弊端

      隨著建筑行業規模的不斷擴張,傳統的巡檢管理系統也越發成熟、完善。雖然傳統的巡檢管理系統在一定程度減少了建筑工程中的質量安全隱患,降低了施工風險的發生,保障了人民的財產安全,但此類傳統的監測系統仍具有以下弊端:

  (1)將隱患數據儲存在數據庫中,傳統數據庫允許對數據進行修改,無法建立可信機制,數據無法保證真實性。

  (2)所有數據都儲存在系統當中,系統一旦收到外力或不安全網絡影響,將會失去所有數據,無法追溯數據,也無從求證。

  (3)消息傳遞存在滯后性,各部門間無法實時共享數據,施工部門無法第一時間整改隱患,監管部門無法第一時間進行督促,出現事故也無從問責。

  而基于區塊鏈的巡檢管理系統,就可實現實時共享質量安全隱患數據,多方主體能馬上掌握隱患第一現場情況,區塊鏈平臺數據的真實可靠并無法篡改的特點,可明確追溯事故責任,提高多方人員責任意識,及時對隱患情況進行分析以及控制,增強對施工過程風險的預防。

3.2基于區塊鏈的巡檢管理系統的具體實現方式

      區塊鏈是由分布式網絡中所有的節點在無需信任的情況下,通過共識算法和數字加密技術構建的一個可信任系統[9];趨^塊鏈的巡檢管理系統,依靠著區塊鏈的信息協同技術,利用區塊鏈平臺強大的功能,可以有效解決建筑行業在質量安全隱患監管方面以及各個節點數據查證等難題。系統具體實現方式為:

  (1)責任人員在綜合管理平臺上發起質量、安全隱患問題檢查,所有安全隱患、質量隱患、排查記錄數據實時上傳到區塊鏈。

  (2)整改人員收到隱患整改待辦,對隱患進行的整改記錄過程全部都直接上傳到區塊鏈系統,整改人員是否第一時間對隱患進行整改,對隱患整改情況如何,都可在區塊鏈留存可靠有利的證明。

  (3)整改人員完成整改后,工程對應檢查人需對工程進行隱患復查,隱患復查記錄也進行實時上鏈的操作,責任制度公開透明,事故發生后可利用區塊鏈進行責任排查。

  (4)施工單位、監管單位、多方檢測單位可實時通過區塊鏈平臺掌握工程隱患處理情況,對質量安全隱患進行共同監督和預防,對工程進行有效的風險控制和處理。

  下圖為基于區塊鏈的巡檢管理系統的業務流程圖:

圖2 基于區塊鏈的巡檢管理系統的業務流程圖

Fig.2 Business flow chart of patrol inspection management system based on block chain

3.3基于區塊鏈的巡檢管理系統的優點

      (1)建立多方信任機制

  利用區塊鏈信息無法篡改、無限追溯的特點,巡檢過程的各方單位責任分明,可隨時從區塊鏈平臺進行查證取證,多方主體平臺無法推脫責任,在各個合作方之間建立了良好的信任機制,提高了建筑工程過程每個參與人的積極性,極大程度促進了巡檢過程的協同效率。

  (2)實現整改全過程高度自治

  區塊鏈平臺信息公開透明、實時更新,所有隱患詳情、排查記錄都即時上鏈,實現監管單位對隱患整改全過程的監督以及管控,實時掌握整改情況,明確事故責任,實現整改全過程的智能化自治。

  (3)解決信息碎片化問題,提高處理隱患效率

  依靠區塊鏈平臺去中心化的極大優點,實現各個單位之間實時數據共享,解決傳統巡檢管理系統消息傳輸滯后性問題,實現隱患信息、整改信息等數據在開發、透明的環境中無邊界快速流動。

  (4)系統簡單易用

  區塊鏈擁有強大的技術框架,但是由于其將核心技術分布在架構最底層,依靠區塊鏈系統服務、基礎設施環境,多方監管、施工單位只需在應用層簡單操作,就能實時查看隱患數據、整改記錄、排查記錄等數據。

  (5)安全性能高

  數據在區塊鏈平臺進行分布式存儲和容災備份,多節點存儲數據,既減輕了數據庫壓力,也提高了系統穩定性能,即時部分節點被破壞,平臺也能迅速擴展節點,保持系統良好運行。

4 系統應用效果

      巡檢管理涉及到排查記錄,發現安全隱患、質量隱患,整改隱患并記錄整改過程,檢查單位需對整改隱患進行隱患復查等環節,基于區塊鏈的巡檢管理系統,將巡檢管理的多個關鍵環節實時上鏈,有效減少巡檢過程消息傳遞時間以及監督成本。

  系統頁面如圖3至圖5所示:

圖 3 基于區塊鏈的巡檢管理系統,安全隱患鏈上數據頁面

Fig.3 Patrol inspection management system based on block chain, data page on security hidden danger chain

  用戶在綜合管理系統上傳了安全隱患信息,將同步上傳到區塊鏈平臺,如果整改人對隱患進行了整改回復,區塊鏈平臺也將實時更新,達到多方檢查單位第一時間進行隱患復查目的,提高了整個巡檢過程效率。

圖 4 基于區塊鏈的巡檢管理系統,質量隱患鏈上數據頁面

Fig.4 Inspection management system based on blockchain, data page on the quality hidden danger chain

  同樣地,質量隱患詳情數據、整改數據、隱患復查記錄等數據實時上鏈到區塊鏈服務器,用戶還可在根據隱患級別、項目名稱快速對特定信息進行查詢操作。