卜繼斌，聶策明，丁昌銀，黃文峰，張啟超，朱新鵬

（1、廣州珠江建設(shè)發(fā)展有限公司 廣州510075；2、廣州粵建三和軟件股份公司 廣州510640）

0 引言

建筑行業(yè)的信息化和數(shù)字化飛速發(fā)展，如何結(jié)合目前趨勢正盛的區(qū)塊鏈，打造一個(gè)“建筑業(yè)+互聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈”的創(chuàng)新性平臺(tái)，已經(jīng)勢在必行。一個(gè)建筑工程項(xiàng)目的開工，離不開大體積混凝土的使用，通常大體積混凝土散熱的不均勻性會(huì)產(chǎn)生較高的溫度應(yīng)力，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂現(xiàn)象比較普遍［1］。針對此類問題，在施工過程中，對于原材料的溫度、出機(jī)溫度、混凝土內(nèi)外溫度等數(shù)據(jù)，都需要精準(zhǔn)地記錄以便減少混凝土溫度裂縫的出現(xiàn)。傳統(tǒng)的大體積混凝土監(jiān)管系統(tǒng)，是將溫度數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在系統(tǒng)后臺(tái)，這種傳統(tǒng)的保存和管理技術(shù)，不便于查詢和使用，數(shù)據(jù)還可能被篡改或丟失。另外，在溫度數(shù)據(jù)上傳的過程，還存在不完全真實(shí)性追溯的弊端。本文利用區(qū)塊鏈技術(shù)，搭建基于區(qū)塊鏈的大體積混凝土溫度監(jiān)測系統(tǒng)，利用區(qū)塊鏈的分布式存證管理特性，實(shí)現(xiàn)了對大體積混凝土溫度數(shù)據(jù)的去中心化存儲(chǔ)和管理，保證了數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性。

1 研究背景

在施工過程中，由于大體積混凝土的橫截面尺寸大，內(nèi)部產(chǎn)生的熱量難以在短時(shí)間內(nèi)消散，大量熱量聚集，導(dǎo)致溫度急劇上升。雖然水泥的內(nèi)部出現(xiàn)了很大的溫度差，但是外界的溫度較為穩(wěn)定，這種內(nèi)外溫度差會(huì)在一定程度上損害水泥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)［2］，降低工程質(zhì)量。因此在建筑施工過程中須嚴(yán)格控制大混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差。

近年來大體積混凝土的自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)已逐漸在全國各地進(jìn)行推廣使用，利用溫度計(jì)、應(yīng)變計(jì)等自動(dòng)化監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸至信息監(jiān)測平臺(tái)，雖便捷性、人力資源節(jié)省等方面有所改善，但監(jiān)測數(shù)據(jù)存在丟失或修改的風(fēng)險(xiǎn)，因此混凝土溫度監(jiān)測的數(shù)據(jù)安全性還有待提高。所以，一個(gè)既能滿足大體積混凝土的自動(dòng)化監(jiān)測，又能提高其安全性的新型自動(dòng)化監(jiān)測產(chǎn)品方案，由此而生。

由于互聯(lián)網(wǎng)的誕生，信息爆炸性呈現(xiàn)，但互聯(lián)網(wǎng)對信息沒有鑒別能力，任何人都可以上傳信息，無論信息是否有價(jià)值。區(qū)塊鏈的誕生解決了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代信息沒有價(jià)值的問題，區(qū)塊鏈上運(yùn)行的智能合約，即可信代碼，代碼在區(qū)塊鏈上公開透明，一旦生效，無法篡改，保證合約的安全可靠，不需要任何中心做擔(dān)保，即可雙方達(dá)成共識(shí)，傳遞價(jià)值［3］。

區(qū)塊鏈的本質(zhì)是去中心化的賬本，通過P2P點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，有效地保障了信息的安全性和可靠性。任何人都可以對整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行審查，不存在單一用戶進(jìn)行控制的可能。所有寫入賬本的數(shù)據(jù)都需要全體節(jié)點(diǎn)進(jìn)行共識(shí)，通過共識(shí)后才能將數(shù)據(jù)寫入?yún)^(qū)塊鏈。

利用區(qū)塊鏈技術(shù)的以上特點(diǎn)，既可以提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的安全性，又可以直接利用鏈上數(shù)據(jù)做多方整改確認(rèn)審批，進(jìn)行全過程記錄和管理，保障大體積混凝土數(shù)據(jù)監(jiān)測的真實(shí)性、安全性，以及過程處理的及時(shí)性和有效性。

2 基于區(qū)塊鏈的大體積混凝土溫度監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N將數(shù)據(jù)按照時(shí)間順序組合成塊，數(shù)據(jù)塊以鏈的方式相連，數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)中，以加密算法方式保證數(shù)據(jù)的不可篡改和偽造的去中心化共享數(shù)據(jù)［4］，具有防篡改，可追溯，去中心優(yōu)化等特點(diǎn)。在傳統(tǒng)的大體積混凝土的自動(dòng)化監(jiān)測中，由于可能存在信息的不對稱問題，需要依靠一個(gè)中心化的管理機(jī)構(gòu)建立信用體系，讓所有數(shù)據(jù)都集中在一個(gè)中心服務(wù)器上。

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)根據(jù)時(shí)間順序以鏈條的方式將不同的數(shù)據(jù)區(qū)塊組合在一定，并且對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，保證數(shù)據(jù)不可偽造和篡改［5］。基于區(qū)塊鏈的大體積混凝土溫度檢測系統(tǒng)，通過在區(qū)塊鏈上運(yùn)行的智能合約，將溫度傳感器的數(shù)據(jù)上傳至鏈上。系統(tǒng)進(jìn)行了分層設(shè)計(jì)，將區(qū)塊鏈的底層技術(shù)，隱藏在了應(yīng)用層之下，只需要通過應(yīng)用層的服務(wù)，即可與區(qū)塊鏈進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，提供混凝土溫度上鏈，溫度異常時(shí)通知現(xiàn)場施工人員進(jìn)行整改，將整改結(jié)果上鏈，還有鏈上歷史數(shù)據(jù)查詢功能?；趨^(qū)塊鏈的大體積混凝土溫度檢測系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于區(qū)塊鏈的大體積混凝土溫度監(jiān)測系統(tǒng)總體技術(shù)架構(gòu)Fig.1 Overall Technical Architecture of Mass Concrete Temperature Monitoring System Based on Blockchain

3 基于區(qū)塊鏈的大體積混凝土溫度監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 傳統(tǒng)的大體積混凝土溫度監(jiān)測系統(tǒng)的弊端

近年來大體積混凝土的自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)逐漸在全國推廣使用，國內(nèi)大多數(shù)混凝土溫度監(jiān)測儀器設(shè)備能實(shí)現(xiàn)按預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔自動(dòng)讀取并記錄溫度數(shù)據(jù)［6］。包括了大體積混凝土溫度、應(yīng)力數(shù)據(jù)的采集、傳輸，在一定程度上提高了監(jiān)測的便捷性、節(jié)省了人力資源、降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，但此類傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)仍具有以下弊端：

⑴傳統(tǒng)的監(jiān)管系統(tǒng)將溫度數(shù)據(jù)儲(chǔ)在系統(tǒng)后臺(tái)，這種傳統(tǒng)的保存和管理技術(shù)，不便于查詢和使用、系統(tǒng)維護(hù)困難，且數(shù)據(jù)可能被篡改或丟失。

⑵消息傳輸鏈過長，信息存在滯后性。企業(yè)內(nèi)部各部門之間信息不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)共享［7］，對于異常的混凝土溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的監(jiān)管系統(tǒng)存在無法及時(shí)報(bào)警、相關(guān)負(fù)責(zé)人無法及時(shí)處理、處理結(jié)果無法及時(shí)確認(rèn)的問題?；炷帘O(jiān)測管控流程無法完整追溯。

而基于區(qū)塊鏈的大體積混凝土溫度監(jiān)測系統(tǒng)，就可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)采集實(shí)時(shí)上鏈、智能統(tǒng)計(jì)分析、多方協(xié)作管理、資料安全存儲(chǔ)，解決施工企業(yè)自行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可信度低、第三方監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)用低效、項(xiàng)目整體數(shù)據(jù)管理智能監(jiān)控水平低且碎片化的問題。

3.2 基于區(qū)塊鏈的大體積混凝土溫度監(jiān)測系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方式

區(qū)鏈按照對外信息共享的程度不同分為公有鏈、私有鏈和聯(lián)盟鏈［8］。其中，聯(lián)盟鏈?zhǔn)瞧髽I(yè)間通過共享服務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置和長期采購協(xié)議等契約合作方式來達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)、開拓市場、分擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)以及獲得創(chuàng)新資源、提升創(chuàng)新能力和競爭能力的一種網(wǎng)絡(luò)組織［9］。本系統(tǒng)區(qū)塊鏈聯(lián)盟網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于存儲(chǔ)所述混凝土溫度數(shù)據(jù)、報(bào)警分析結(jié)果及處理記錄、整改確認(rèn)記錄。整個(gè)系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)方式為：

⑴接收所述混凝土溫度數(shù)據(jù)，將混凝土溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至所述區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。

⑵對所述混凝土溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行溫差計(jì)算，判斷計(jì)算結(jié)果是否超出預(yù)設(shè)的閾值，若是，則混凝土溫度數(shù)據(jù)滿足報(bào)警條件、生成混凝土溫度異常的報(bào)警信息，并向與混凝土溫度監(jiān)控相關(guān)的用戶發(fā)送報(bào)警信息。

⑶用戶在服務(wù)端完成對異常數(shù)據(jù)的處理，整改數(shù)據(jù)也將發(fā)送至所述區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。

⑷公司本部、檢測單位用戶對混凝土溫度異常的報(bào)警信息、及其處理結(jié)果進(jìn)行多方確認(rèn)，確認(rèn)信息也將發(fā)送至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。

基于區(qū)塊鏈的大體積混凝土溫度檢測系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

圖2 基于區(qū)塊鏈的大體積混凝土溫度監(jiān)測系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程Fig.2 Business Flow Chart of Mass Concrete Tempera?ture Monitoring System Based on Blockchain

3.3 基于區(qū)塊鏈的大體積混凝土溫度監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

3.3.1 監(jiān)測、監(jiān)控降本增效、過程智能化

數(shù)據(jù)采集端自動(dòng)采集混凝土溫度數(shù)據(jù)，服務(wù)端自動(dòng)對混凝土溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行溫差計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷混凝土溫度數(shù)據(jù)是否滿足報(bào)警條件，從而及時(shí)監(jiān)測出出現(xiàn)異常的混凝土溫度數(shù)據(jù)，生成混凝土溫度異常的報(bào)警信息，并可以針對異常情況自動(dòng)通知相關(guān)人員。

3.3.2 混凝土溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)無法篡改

混凝土溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)、混凝土溫度異常及整改數(shù)據(jù)、整改確認(rèn)數(shù)據(jù)通過哈希值運(yùn)算后在鏈上存證，一旦存證將同步到各聯(lián)盟節(jié)點(diǎn)，無法篡改和偽造，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的可信度。

3.3.3 混凝土溫度監(jiān)測信息完整可追溯

混凝土溫度采集、異常預(yù)警、異常處理、整改確認(rèn)全過程和內(nèi)容均可追溯，查詢方便，為混凝土溫度異常原因的排查與歸責(zé)提供依據(jù)。

3.3.4 去中心化安全穩(wěn)定

依托區(qū)塊鏈去中心化的技術(shù)特性，存證服務(wù)高度去中心化，為拓建建筑業(yè)開放的合作生態(tài)提供技術(shù)平臺(tái)。

3.3.5 分布式存儲(chǔ)

合同文件在加密后將在鏈上進(jìn)行分布式存儲(chǔ)和容災(zāi)備份，即使有一方系統(tǒng)被破壞或刪除，也可自動(dòng)恢復(fù)，提升數(shù)據(jù)的安全等級。

3.3.6 系統(tǒng)維護(hù)管理簡單

區(qū)塊鏈系統(tǒng)具有高可用性，服務(wù)實(shí)現(xiàn)集群化，通過共識(shí)算法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)故障轉(zhuǎn)移。即使部分節(jié)點(diǎn)故障，也能快速拓展節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)不容易宕機(jī)。

4 系統(tǒng)應(yīng)用效果

對于在建工程項(xiàng)目眾多的大型施工企業(yè)，對于大體積混凝土的溫度監(jiān)測管理，難度也相對較大。研發(fā)基于區(qū)塊鏈的大體積混凝土溫度監(jiān)測系統(tǒng)，可以大大地改善這個(gè)問題。

系統(tǒng)頁面如圖3所示。

圖3 基于區(qū)塊鏈的大體積混凝土溫度監(jiān)測系統(tǒng)Fig.3 Mass Concrete Temperature Monitoring System Based on Blockchain

通過后臺(tái)系統(tǒng)的傳感器進(jìn)行混凝土溫度的采集，后臺(tái)管理員可通過實(shí)測數(shù)據(jù)對系統(tǒng)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)控，以序號為4的大體積混凝土實(shí)測數(shù)據(jù)為例：第503次測試，測點(diǎn)編號為WD-02-13，傳感器在監(jiān)測點(diǎn)采集的溫度值為102.616 4℃，采集時(shí)間跟系統(tǒng)上傳到區(qū)塊鏈時(shí)間為2021年4月25日7時(shí)22分11秒，安全狀態(tài)標(biāo)記為紅色，狀態(tài)異常，系統(tǒng)將會(huì)給預(yù)警處理人員發(fā)送預(yù)警信息，如果安全狀態(tài)標(biāo)記為藍(lán)色，則狀態(tài)正常。

監(jiān)測數(shù)據(jù)同步上鏈到區(qū)塊鏈服務(wù)器，用戶可在區(qū)塊鏈平臺(tái)上查看溫度、采集時(shí)間等項(xiàng)目信息以及關(guān)聯(lián)的區(qū)塊鏈信息。

管理員在后臺(tái)設(shè)定溫度預(yù)警值后，系統(tǒng)會(huì)對傳感器在監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時(shí)收集到的數(shù)據(jù)（當(dāng)前值）進(jìn)行判斷，如果當(dāng)前值超過預(yù)警值，系統(tǒng)將會(huì)給預(yù)警處理人員發(fā)送預(yù)警信息。

設(shè)備名稱、預(yù)警信息、報(bào)警類型等信息實(shí)時(shí)公開，多家單位查看并進(jìn)行整改確認(rèn)后方能歸檔。實(shí)現(xiàn)多方整改流程的便利性，信息源可及時(shí)追溯，信息流程公開透明，減少企業(yè)協(xié)助間很多不必要的環(huán)節(jié)。

5 結(jié)語

區(qū)塊鏈技術(shù)的異軍突起，讓整個(gè)建筑工程信息化行業(yè)，有了一個(gè)嶄新的創(chuàng)新和實(shí)用領(lǐng)域［10］，本文論述的基于區(qū)塊鏈的大體積混凝土溫度監(jiān)測系統(tǒng)，彌補(bǔ)了工地現(xiàn)場對大體積混凝土溫度監(jiān)測安全性的不足，利用區(qū)塊鏈的可追溯性和防篡改性，讓所有的數(shù)據(jù)都有據(jù)可依，有證可查；利用區(qū)塊鏈的去中心化特點(diǎn)，讓監(jiān)控分析出的預(yù)警數(shù)據(jù)得以進(jìn)行多方整改操作，保證了其嚴(yán)謹(jǐn)性和有效性。該系統(tǒng)對于施工企業(yè)的工地現(xiàn)場，尤其是大體積混凝土的監(jiān)測管理，起到了至關(guān)重要的作用。