鐘波濤， 戴振洲， 郭家棟， 駱漢賓

(華中科技大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

商品混凝土供應(yīng)過程中信息的真實性十分重要。一方面供應(yīng)中的質(zhì)量信息可以用于監(jiān)控供應(yīng)過程中的商品混凝土質(zhì)量，避免供應(yīng)過程中調(diào)換混凝土等違法行為和由于艙內(nèi)環(huán)境變化導(dǎo)致的質(zhì)量問題；另一方面真實的物流信息能監(jiān)控商品混凝土供應(yīng)進(jìn)度，為工程進(jìn)度計劃變動提供依據(jù)。因為商品混凝土供應(yīng)中紙質(zhì)表單是交易憑證和主要追責(zé)依據(jù)，大量的紙質(zhì)表單進(jìn)行信息追溯時費時費力，對篡改數(shù)據(jù)等非法行為監(jiān)管效率低，所以商品混凝土供應(yīng)中信息可信度不高(例如存在信息篡改和錯誤信息上傳的現(xiàn)象)。商品混凝土進(jìn)場后在多方監(jiān)測下留塊進(jìn)行養(yǎng)護(hù)檢測，因此商品混凝土的性能檢測具有一定的延遲性。在此模式下，商品混凝土質(zhì)量信息存在監(jiān)管盲區(qū)，當(dāng)供應(yīng)過程中存在以次充好或其他因素導(dǎo)致的質(zhì)量變化時，進(jìn)場檢測結(jié)果出來時商品混凝土已經(jīng)用于現(xiàn)場施工，留下安全隱患。其次，商品混凝土供應(yīng)中信息可追溯性差。由于紙質(zhì)表單式的存儲方式，商品混凝土供應(yīng)鏈中信息追溯與追責(zé)時需要耗費人力與時間，效率低下，無法及時對糾紛進(jìn)行責(zé)任劃分和獲取交易憑證等追責(zé)依據(jù)。

商品混凝土供應(yīng)鏈也存在信息共享程度低的缺點。由于建筑項目的組織模式，商品混凝土供應(yīng)中涉及到施工方、供應(yīng)方、運輸方、質(zhì)檢方等多個利益相關(guān)方。供應(yīng)中產(chǎn)生的進(jìn)度和質(zhì)量等信息分布于各個相關(guān)方中，當(dāng)某一相關(guān)方不參與供應(yīng)流程時，相關(guān)交易信息不會共享，信息共享程度低，甚至造成供應(yīng)鏈內(nèi)的信息孤島現(xiàn)象[1]。

區(qū)塊鏈技術(shù)運用了基于計算機(jī)的分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、加密算法、共識機(jī)制等新型信息技術(shù)的一種去中心化的數(shù)據(jù)庫，兼具不可篡改性和透明性特征[2]。在商品混凝土供應(yīng)中，區(qū)塊鏈技術(shù)能提供數(shù)字化、分布式的存儲和查詢工具，解決紙質(zhì)表單存儲的低效率、高成本的缺陷；通過共識機(jī)制讓商品混凝土供應(yīng)鏈中的交易實現(xiàn)多方參與，并能保證信息的真實可信；身份驗證機(jī)制則能保障供應(yīng)鏈內(nèi)信息共享的安全性，同時能保障信息上傳時是有效的且責(zé)任明確。

現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能做到供應(yīng)中信息的收集與傳輸，但是因為缺乏信息共享和共識機(jī)制未能較好地應(yīng)用于商品混凝土供應(yīng)中，而區(qū)塊鏈技術(shù)通過分布式存儲技術(shù)貢獻(xiàn)了一種解決方案。區(qū)塊鏈技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)供應(yīng)中的進(jìn)度和質(zhì)量信息共享，并通過共識機(jī)制保證信息的真實性。分布式數(shù)據(jù)庫能夠使利益相關(guān)方共享信息庫，還能記錄每一次的信息更改，實現(xiàn)信息的可追溯性在商品混凝土供應(yīng)領(lǐng)域具有發(fā)展前景。

本研究以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)，依據(jù)商品混凝土供應(yīng)特征提出基于聯(lián)盟鏈架構(gòu)的商品混凝土供應(yīng)信息管理框架：將商品混凝土供應(yīng)中的信息依據(jù)數(shù)據(jù)特征分為感知信息和交易信息兩類，隨后詳細(xì)介紹在此信息管理框架下的商品混凝土供應(yīng)業(yè)務(wù)流程，最后對研究提出展望。

1 相關(guān)研究

隨著對區(qū)塊鏈的研究不斷深入，不斷有新的行業(yè)開始基于區(qū)塊鏈技術(shù)開發(fā)應(yīng)用。在金融領(lǐng)域區(qū)塊鏈運用最為廣泛，例如各類數(shù)字貨幣。然而區(qū)塊鏈在非金融領(lǐng)域中也具有開發(fā)前景，包括供應(yīng)鏈、電力和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。傳統(tǒng)供應(yīng)鏈由于商品流、物流、信息流、資金流相互交錯，協(xié)同難度極高，單純依靠供應(yīng)鏈中的核心企業(yè)為主導(dǎo)的協(xié)同機(jī)制已經(jīng)遇到了運行瓶頸[3]，需要通過信息技術(shù)提升供應(yīng)鏈智能化水平。曹鋒[4]提出通過使用區(qū)塊鏈技術(shù)可以提高供應(yīng)鏈信息的可追溯性和透明度，從而保證產(chǎn)品的質(zhì)量。楊慧琴等[5]認(rèn)為區(qū)塊鏈技術(shù)有助于供應(yīng)鏈產(chǎn)業(yè)上下游單位互信共贏，并構(gòu)建了相應(yīng)的技術(shù)平臺。袁飛等[6]闡述了區(qū)塊鏈系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)，指出區(qū)塊鏈技術(shù)適宜于構(gòu)建虛擬貨幣應(yīng)用系統(tǒng)、金融系統(tǒng)和宏觀的社會系統(tǒng)。在這些行業(yè)中區(qū)塊鏈能發(fā)揮其透明、真實和可追溯等特性。Kshetri[7]基于七個世界范圍內(nèi)不同行業(yè)的應(yīng)用實例分析了區(qū)塊鏈技術(shù)在供應(yīng)鏈中的效用，七個供應(yīng)鏈案例顯示，與金融業(yè)相比，區(qū)塊鏈在供應(yīng)鏈中更具有應(yīng)用優(yōu)勢和前景。

建筑行業(yè)區(qū)塊鏈研究雖然處于探索起步階段，但其潛力已經(jīng)引起了很多學(xué)者的重視，各類綜述性文章說明了區(qū)塊鏈技術(shù)在建筑工程材料供應(yīng)鏈中的可行性。Li 等[8]指出當(dāng)前建筑行業(yè)監(jiān)管和合規(guī)審查執(zhí)行不力，缺乏充分的合作和共享，詳細(xì)地綜述了區(qū)塊鏈在智能能源、智能城市及共享經(jīng)濟(jì)、智能政府、智能家居、智能交通、BIM(Building Information Modeling)及施工管理、商業(yè)組織等7個方面的應(yīng)用。Perera 等[9]分析了區(qū)塊鏈在工程現(xiàn)場管理、供應(yīng)鏈管理、合同管理中的應(yīng)用優(yōu)勢，指出區(qū)塊鏈能夠賦予信息互聯(lián)網(wǎng)以權(quán)利對等、信息透明、問責(zé)等特性，可以降低建筑行業(yè)的交易成本。Huang等[10]提出了基于區(qū)塊鏈的數(shù)字孿生信息管理方法，充分利用數(shù)字化產(chǎn)品的演變過程，優(yōu)化設(shè)計并改進(jìn)性能。Yang等[11]提出了區(qū)塊鏈技術(shù)在鋼鐵供應(yīng)鏈中的應(yīng)用，從對象、屬性和功能三個維度分析供應(yīng)鏈中的信息管理。說明區(qū)塊鏈技術(shù)不僅適用于供應(yīng)鏈研究，在建筑領(lǐng)域的相關(guān)供應(yīng)鏈中也具有可行性。

商品混凝土是現(xiàn)有施工中使用量最大的工程材料，其研究熱點集中于解決性能問題和供應(yīng)路徑的優(yōu)化問題。Park等[12]運用系統(tǒng)動力學(xué)建立了商品混凝土供應(yīng)鏈管理的模型。Nakamoto等[13]提出鋼筋混凝土供應(yīng)對BIM平臺的要求。但鮮有學(xué)者將區(qū)塊鏈技術(shù)與商品混凝土供應(yīng)相結(jié)合，解決商品混凝土供應(yīng)中信息的真實性和可追溯性等問題。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)在商品混凝土信息管理中的可行性

2.1 區(qū)塊鏈定義及類型

區(qū)塊鏈概念最早提出是在中本聰?shù)谋忍貛虐灼校恼轮袑τ趨^(qū)塊鏈的提法是稱為工作量證明鏈[14]。區(qū)塊鏈技術(shù)是分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機(jī)制、加密算法等計算機(jī)技術(shù)的新型應(yīng)用模式，具有去中心化信任、可追溯性以及安全透明等特點[15]。區(qū)塊鏈技術(shù)基于哈希(Hash)算法，將原始交易信息存儲在區(qū)塊中。每一個區(qū)塊中包含上一個區(qū)塊的哈希值，因此相互連接，形成不可刪改的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。通俗理解，區(qū)塊鏈?zhǔn)菦]有權(quán)力中心的記錄本，所有信息與交易只能夠新增和查詢但是不能夠修改或者刪除。而具有業(yè)務(wù)邏輯的智能合約代碼具有可編程性，可以應(yīng)用在不同的行業(yè)中。

區(qū)塊鏈的類型主要分為公有鏈、私有鏈和聯(lián)盟鏈，相關(guān)信息如表1。公有鏈面向任何人和團(tuán)體。公有鏈完全去中心化，在整個網(wǎng)絡(luò)中沒有權(quán)利中心，任何節(jié)點都能連接進(jìn)入此鏈，并且權(quán)利平等；私有鏈則是采用了嚴(yán)格的隱私保護(hù)，具有中心化的機(jī)構(gòu)，且只對特定的節(jié)點開放，查詢和修改鏈上的信息需要授予權(quán)限；聯(lián)盟鏈則兼具兩者的特性，一方面具有公有鏈的開放性和共識機(jī)制，另一方面也具備私有鏈的身份權(quán)限管理。在聯(lián)盟鏈中若干個對等的節(jié)點經(jīng)過身份驗證后加入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。雖然在鏈中身份有差異，但權(quán)利沒有不均衡，所有節(jié)點共同維護(hù)整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。

表1 各類型區(qū)塊鏈架構(gòu)對比

2.2 區(qū)塊鏈在商品混凝土供應(yīng)信息管理中的優(yōu)勢

(1)技術(shù)可行性

一方面，區(qū)塊鏈技術(shù)涉及的理論較為成熟。區(qū)塊鏈技術(shù)并非新發(fā)明，而是將數(shù)學(xué)、計算機(jī)等多學(xué)科的已有理論與技術(shù)集成到一起而形成的綜合技術(shù)，其中較為成熟的理論包括非對稱加密涉及的密碼學(xué)理論和點對點(Point to Point，P2P) 網(wǎng)絡(luò)。其次，依托區(qū)塊鏈開發(fā)平臺，例如以太坊、超級賬本等開源平臺，可以搭建基于具體項目的區(qū)塊鏈應(yīng)用框架。在配置區(qū)塊鏈項目時，不同項目關(guān)于數(shù)據(jù)量和交易速率的需求不同，對于軟硬件環(huán)境的配置需求差異較大，如北京微芯研究院、清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等共同研發(fā)的“長安鏈”在軟件方面獨創(chuàng)深度模塊化、可裝配、高性能并行執(zhí)行的區(qū)塊鏈底層技術(shù)架構(gòu)，交易能力達(dá)到10萬TPS。硬件方面首創(chuàng)基于RISC-V開源指令集的96核區(qū)塊鏈芯片架構(gòu)，大幅提升了超大規(guī)模區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)交易性能。

(2)可追溯性

商品混凝土供應(yīng)鏈中，以紙質(zhì)表單為憑證的追溯體系效率低，責(zé)任劃分不明確。由于區(qū)塊鏈中的每一個區(qū)塊不僅僅包含交易信息，更重要的是其中包含的時間戳(記錄該區(qū)塊交易記錄的時間)和哈希值，每一個區(qū)塊都能回溯到第一個區(qū)塊，能夠查詢到任一區(qū)塊的數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)據(jù)追溯體系能為各個利益相關(guān)方提供歷史參考，同時交易中的簽名能作為追責(zé)的依據(jù)，提高追責(zé)的效率，減少因無明確責(zé)任依據(jù)產(chǎn)生的合同糾紛。

(3)真實性

商品混凝土供應(yīng)鏈中存在交易數(shù)據(jù)造假、質(zhì)量數(shù)據(jù)造假等問題。通過區(qū)塊鏈技術(shù)中的共識機(jī)制，讓每一次信息更改都經(jīng)過利益相關(guān)方共同認(rèn)可，交易受到利益相關(guān)方的監(jiān)控，減少造假行為，提高信息可信度。

(4)分布式存儲

商品混凝土供應(yīng)過程中，不同利益相關(guān)方之間的信息并不互通，信息共享較少。區(qū)塊鏈能夠提供分布式的賬本儲存數(shù)據(jù)，每個利益相關(guān)方都有分布式的賬本來存儲所有數(shù)據(jù)，解決信息不均勻分布在各個相關(guān)方上的問題。

3 基于區(qū)塊鏈的商品混凝土供應(yīng)信息管理框架

3.1 商品混凝土供應(yīng)信息管理框架概念模型

根據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)特征和商品混凝土供應(yīng)業(yè)務(wù)流程，構(gòu)建商品混凝土供應(yīng)信息管理框架，如圖1所示?；趨^(qū)塊鏈的商品混凝土供應(yīng)信息管理框架分為三個層次：業(yè)務(wù)流程層、區(qū)塊鏈層、物聯(lián)網(wǎng)層。供應(yīng)信息來源于商品混凝土供應(yīng)的各個業(yè)務(wù)流程，包括傳感器設(shè)備自動收集的信息和各利益相關(guān)方手動上傳的數(shù)字文檔，通過區(qū)塊鏈層進(jìn)行共識驗證后不可更改地存于信息區(qū)塊中。

圖1 基于區(qū)塊鏈的商品混凝土供應(yīng)信息管理框架概念模型

(1)業(yè)務(wù)流程層包含商品混凝土供應(yīng)的業(yè)務(wù)流程，從承包方確定商品混凝土訂單到供應(yīng)方生產(chǎn)出貨，再通過物流運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行質(zhì)量檢測。每一項業(yè)務(wù)流程中各相關(guān)方更新商品混凝土的供應(yīng)信息。

(2)物聯(lián)網(wǎng)層相當(dāng)于信息收集和傳遞的渠道。通過預(yù)先安裝的傳感器收集商品混凝土的信息，預(yù)處理后通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸?shù)絽^(qū)塊鏈應(yīng)用中。預(yù)處理過程針對傳感器設(shè)備收集的信息，此類信息數(shù)據(jù)量龐大，全部經(jīng)由區(qū)塊鏈進(jìn)行共識會降低其處理效率、增加存儲壓力。

(3)區(qū)塊鏈層次包括對信息進(jìn)行有效性驗證、排序、打包、共識、存儲等流程，確保信息的真實性、可追溯性和透明性。不同節(jié)點通過客戶端能夠訪問區(qū)塊鏈中數(shù)據(jù)，并通過智能合約這類代碼化的協(xié)議來達(dá)成交易和實現(xiàn)交易約定的自動履行。

3.2 商品混凝土信息管理模型區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)類型

3.2.1 商品混凝土供應(yīng)中的數(shù)據(jù)分類

根據(jù)Kshetri[16]提出的基于區(qū)塊鏈的供應(yīng)鏈管理應(yīng)用框架，供應(yīng)鏈中存儲在區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)可以分為以下幾類：

(1)數(shù)字文件：基于區(qū)塊鏈的供應(yīng)鏈中，為了降低管理和交易成本，保障文件的真實性和分布式存儲，需要對紙質(zhì)文件進(jìn)行數(shù)字化。

(2)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)：現(xiàn)有感知傳感器在生產(chǎn)、交易和交付各個階段收集相關(guān)信息，例如溫度、速度和位置等可追溯性指標(biāo)。

(3)交易記錄：供應(yīng)鏈中最為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)類型，記錄每一次交易。

(4)智能合約執(zhí)行記錄：區(qū)塊鏈中智能合約是編碼化的協(xié)議，滿足一定要求時自動執(zhí)行合約條款。執(zhí)行條款的記錄也應(yīng)存儲于分布式數(shù)據(jù)庫中作為合約是否執(zhí)行的憑證。

通過整合區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用需求和現(xiàn)有商品混凝土供應(yīng)鏈，上述數(shù)據(jù)類型可進(jìn)一步聚合到不同的分類中，數(shù)據(jù)特征如表2所示。

表2 數(shù)據(jù)特征

在本文提出的基于聯(lián)盟鏈的商品混凝土供應(yīng)鏈框架中，商品混凝土供應(yīng)鏈中的信息主要分為兩類：

(1)交易信息：貫穿整個商品混凝土供應(yīng)的業(yè)務(wù)流程，與實際交易息息相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。包括客戶端提交的數(shù)字化表單、交易記錄，交易信息由商品混凝土供應(yīng)過程的每一次交易產(chǎn)生。交易信息在區(qū)塊鏈中一方面通過非對稱加密保障身份需要通過共識機(jī)制來保證信息在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)內(nèi)達(dá)成一致，保證其真實性。通過區(qū)塊中的哈希值、時間戳和默克爾樹實現(xiàn)信息快速追溯。

(2)感知信息：感知信息從感知層由傳感器等物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后直接導(dǎo)入?yún)^(qū)塊中進(jìn)行實時共享，并通過智能合約進(jìn)行監(jiān)控與預(yù)警。感知類信息值超過一定量化標(biāo)準(zhǔn)，需要通過智能合約的判定執(zhí)行記錄作為追責(zé)的依據(jù)。感知信息包括所有感知傳感器收集到的信息(例如運輸艙內(nèi)溫度、實時位置)。感知信息是傳感器實時傳輸?shù)恼鎸嵀h(huán)境中的數(shù)據(jù)，具有現(xiàn)場性和實時性的特征，但是需要等同于身份驗證的流程對傳感器進(jìn)行“身份驗證”，確保傳感器的來源和收集的信息合理有效。

在實際供應(yīng)過程中這兩類信息的訪問加密級別和訪問頻率也不同。交易信息作為整個區(qū)塊鏈框架中的核心，應(yīng)設(shè)置高加密和訪問身份驗證。對比感知信息這種既定的真實環(huán)境信息，交易信息訪問的頻率也遠(yuǎn)高于感知信息，在商品混凝土供應(yīng)中，感知信息是預(yù)警系統(tǒng)和追責(zé)的依據(jù)，訪問次數(shù)較少。

3.2.2 商品混凝土供應(yīng)中的感知信息與交易信息

通過對商品混凝土供應(yīng)流程中各個節(jié)點發(fā)起的相關(guān)交易流程進(jìn)行判斷分析，選擇更新區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫中的信息種類。商品混凝土交易信息包括訂貨單、供貨單、運輸單等與實際供應(yīng)交易相關(guān)的表單中含有的信息。此外還包括鏈上的實時操作信息，各節(jié)點能夠通過該信息來監(jiān)視供應(yīng)的過程，此操作信息包括供應(yīng)鏈中所有操作，包括各個節(jié)點數(shù)據(jù)庫更新信息、智能合約執(zhí)行記錄、節(jié)點身份驗證記錄等。依據(jù)商品混凝土供應(yīng)中的訂貨單，選取了數(shù)量、價格和質(zhì)量等級三種交易信息?；炷翑嚢枵臼盏接唵魏?，依據(jù)訂單生產(chǎn)所需的混凝土，在混凝土達(dá)到出廠強(qiáng)度要求后將相關(guān)信息統(tǒng)計在出廠生產(chǎn)信息表單中。在此交易流程中，需要上傳到區(qū)塊上的交易信息包括混凝土生產(chǎn)時間、質(zhì)量等級、級配比例。隨后依次是混凝土運送和進(jìn)場質(zhì)量檢測，運輸過程中貨運訂單的交易信息包括車輛信息、運輸價格、保險信息。質(zhì)量機(jī)構(gòu)出具的質(zhì)檢報告中的交易信息則包括檢測機(jī)構(gòu)、檢測結(jié)果、檢測項目、檢驗批次。

商品混凝土供應(yīng)中的感知信息是在混凝土生產(chǎn)、泵送過程中通過傳感器實時收集的數(shù)據(jù)。電子“身份驗證”即傳感器設(shè)備的安裝位置與責(zé)任人信息，用于保障傳感器收集、傳輸信息的責(zé)任人與位置；泵送車的位置以及艙內(nèi)的環(huán)境信息用于保障混凝土的質(zhì)量和運輸路線。

3.3 商品混凝土信息管理區(qū)塊鏈架構(gòu)

3.3.1 區(qū)塊鏈架構(gòu)選擇流程

Jens等[17]提出的應(yīng)用區(qū)塊鏈的場景模型中，對是否適用區(qū)塊鏈技術(shù)并如何選擇合適的區(qū)塊鏈架構(gòu)做出解釋，如圖2所示?？紤]到商品混凝土供應(yīng)中包含大量交易信息、質(zhì)量信息，現(xiàn)有表單式文檔存儲方式慢慢被淘汰，共享信息的數(shù)據(jù)庫十分必要，商品混凝土供應(yīng)信息管理中有使用區(qū)塊鏈技術(shù)的需求。其次，為了保證商品混凝土供應(yīng)信息在利益相關(guān)方之間共享，信息應(yīng)公開透明，且各利益相關(guān)方權(quán)責(zé)平等。因此中心化、信息共享需要條件的私有鏈不適用于商品混凝土供應(yīng)中。此外，商品混凝土供應(yīng)鏈中涉及利益相關(guān)方較多，需要對供應(yīng)中各利益相關(guān)方進(jìn)行身份驗證，保障信息的安全性，不宜使用面向所有參與者的公有鏈。對比三種區(qū)塊鏈架構(gòu)，聯(lián)盟鏈的區(qū)塊鏈架構(gòu)更適合商品混凝土供應(yīng)。

圖2 聯(lián)盟鏈架構(gòu)選擇流程

3.3.2 商品混凝土信息管理聯(lián)盟鏈架構(gòu)

在商品混凝土供應(yīng)中的相關(guān)方可能涉及的組織有：施工方、供應(yīng)方、物流運輸方、質(zhì)檢方、建設(shè)方(多數(shù)情況下不參與商品混凝土供應(yīng))。在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，由于共識機(jī)制的需求，選擇施工方、材料供應(yīng)方、物流運輸方為背書節(jié)點。因為這三個節(jié)點在商品混凝土供應(yīng)中頻繁地產(chǎn)生信息，而質(zhì)檢方僅在商品混凝土進(jìn)入施工現(xiàn)場對其質(zhì)量進(jìn)行驗證及檢測時上傳信息至區(qū)塊鏈。為了不增加區(qū)塊鏈框架中交易有效性背書流程的驗證次數(shù)，不將其設(shè)置為背書節(jié)點，減少無意義的背書驗證，提高區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的運行效率。

區(qū)塊鏈系統(tǒng)一般包括數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵層、合約層和應(yīng)用層六個層次。本文商品混凝土信息管理聯(lián)盟鏈的架構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、合約層及應(yīng)用層(表3)。因為激勵層是來源于公有鏈比特幣中的激勵機(jī)制，但在聯(lián)盟鏈架構(gòu)中，各個節(jié)點共同維護(hù)整個聯(lián)盟鏈系統(tǒng)，無需代幣形式的激勵機(jī)制。

表3 聯(lián)盟鏈架構(gòu)層次

數(shù)據(jù)層是聯(lián)盟鏈架構(gòu)的基礎(chǔ)，在商品混凝土供應(yīng)中產(chǎn)生的交易信息和感知信息通過區(qū)塊鏈技術(shù)形成不可更改的區(qū)塊。區(qū)塊中的區(qū)塊頭記錄了當(dāng)前區(qū)塊和前一區(qū)塊的哈希值，以及此區(qū)塊的時間戳和Merkle根。記錄前一區(qū)塊的哈希值可以使區(qū)塊形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，區(qū)塊鏈中任意區(qū)塊都能追溯到創(chuàng)世區(qū)塊。Merkle根則能用于快速檢索區(qū)塊中的信息，提高數(shù)據(jù)追溯效率。

網(wǎng)絡(luò)層是信息傳播的渠道，涉及到組網(wǎng)方式、傳播協(xié)議等。商品混凝土信息管理聯(lián)盟鏈架構(gòu)中，使用P2P網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點地位對等，共同參與區(qū)塊驗證和廣播過程，共同維護(hù)整個區(qū)塊鏈系統(tǒng)的運行。

共識層是聯(lián)盟鏈架構(gòu)中的關(guān)鍵技術(shù)，通過共識機(jī)制能夠保證在聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡(luò)內(nèi)信息的真實性，共識算法封裝在共識層內(nèi)。本聯(lián)盟鏈架構(gòu)選擇了拜占庭容錯機(jī)制，通過拜占庭將軍問題發(fā)展的算法來保證信息真實傳播。

合約層包含了智能合約、函數(shù)等。通過將商品混凝土供應(yīng)中的業(yè)務(wù)邏輯代碼化，一旦滿足了智能合約中的條件，系統(tǒng)將自動執(zhí)行合約，不受人為因素干擾。例如商品混凝土供應(yīng)結(jié)束后，質(zhì)檢機(jī)構(gòu)的質(zhì)檢結(jié)果滿足智能合約中嵌入的標(biāo)準(zhǔn)，并且質(zhì)檢結(jié)果得到各個節(jié)點的共識，此時智能合約自動執(zhí)行，將合約的金額自動劃分到供應(yīng)商賬戶中。

應(yīng)用層則是區(qū)塊鏈技術(shù)的實際應(yīng)用。文章基于區(qū)塊鏈的商品混凝土信息管理框架適用于商品混凝土的供應(yīng)，各利益相關(guān)方通過此框架實現(xiàn)信息共享，減少信息失真現(xiàn)象，增強(qiáng)信任合作。

3.4 基于區(qū)塊鏈的商品混凝土供應(yīng)業(yè)務(wù)流程

基于區(qū)塊鏈的商品混凝土業(yè)務(wù)流程包括如圖3所示四個流程：混凝土訂單確立；供應(yīng)方確認(rèn)訂單并出貨；混凝土運輸流程和進(jìn)場檢測。在商品混凝土供應(yīng)的四個業(yè)務(wù)流程中，需要上鏈的信息包括特性不同的感知信息和交易信息。但是在本文區(qū)塊鏈框架下，所有信息都需要經(jīng)過共識機(jī)制后上傳到區(qū)塊鏈中。

圖3 基于區(qū)塊鏈的商品混凝土供應(yīng)業(yè)務(wù)流程

(1)工程承包方提出混凝土訂單

工程承包商根據(jù)施工安排和施工技術(shù)方案確定混凝土需求訂單，包括混凝土等級、數(shù)量等交易信息。隨后在其節(jié)點客戶端上提交混凝土訂單提案，客戶端進(jìn)行簽名并將提案發(fā)送給所有背書節(jié)點。緊接著所有背書節(jié)點驗證簽名后，對提案進(jìn)行模擬驗證，背書節(jié)點的有效驗證是在各節(jié)點的原數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上進(jìn)行的模擬驗證，包括讀寫集合和結(jié)果，隨后進(jìn)行數(shù)字簽名。提案驗證后將結(jié)果與簽名打包發(fā)送給訂單服務(wù)節(jié)點，訂單服務(wù)節(jié)點根據(jù)返回的簽名進(jìn)行一致性驗證，只有所有背書節(jié)點的簽名有效且所有模擬結(jié)果一致才能通過驗證并打包進(jìn)新的區(qū)塊。打包好的區(qū)塊會被添加到區(qū)塊鏈上并將此區(qū)塊廣播給所有節(jié)點進(jìn)行驗證，當(dāng)所有背書節(jié)點對其達(dá)成一致時，混凝土訂單成功形成共識，表示該承包商已經(jīng)成功向材料供應(yīng)商發(fā)起交易請求，上鏈流程如圖4所示。

圖4 商品混凝土訂單提案上鏈流程

(2)混凝土供應(yīng)方出貨提案

當(dāng)承包商訂單通過共識驗證，此時混凝土供應(yīng)方響應(yīng)訂單及時生產(chǎn)訂單中的混凝土，當(dāng)混凝土質(zhì)量到達(dá)發(fā)貨標(biāo)準(zhǔn)時，在其客戶端發(fā)起發(fā)貨提案，通過同上文的共識驗證流程將發(fā)貨提案上傳至區(qū)塊鏈。此時分布式數(shù)據(jù)庫應(yīng)更新的交易信息包括生產(chǎn)時間、質(zhì)量等級、級配比例、坍落度。

(3)物流泵送提案

物流運輸方在收到發(fā)貨提案廣播后，合理安排運輸計劃，并將運輸提案作為建議在客戶端發(fā)出。經(jīng)過共識驗證后，即證明物流公司的運輸方案得到認(rèn)可，物流運輸公司與供應(yīng)商間的運輸交易關(guān)系建立。此時的商品混凝土狀態(tài)應(yīng)處于運輸中，運輸提案包含運輸業(yè)務(wù)流程的交易信息，而運輸艙內(nèi)的環(huán)境和運輸車位置通過傳感器實時上傳感知，具體流程如圖5所示。

圖5 物流提案上鏈及感知信息上鏈流程

(4)進(jìn)場質(zhì)檢提案

在混凝土到達(dá)工程建造現(xiàn)場之后，不能立即結(jié)束交易。按照工程檢測的要求，一批次的混凝土只有在經(jīng)歷質(zhì)檢機(jī)構(gòu)檢測現(xiàn)場各方共同見證澆筑的試塊后，商品混凝土供應(yīng)完全結(jié)束。質(zhì)檢機(jī)構(gòu)在檢測試塊后提交質(zhì)檢提案，只有施工方、供應(yīng)商和質(zhì)檢機(jī)構(gòu)就質(zhì)檢結(jié)果共識一致后方能確定此次材料質(zhì)檢信息是否存在異議。達(dá)成共識后，質(zhì)檢信息區(qū)塊上鏈，更新數(shù)據(jù)庫，基于區(qū)塊鏈的商品混凝土供應(yīng)業(yè)務(wù)流程結(jié)束。

3.5 商品混凝土信息管理區(qū)塊鏈共識機(jī)制(以運輸流程為例)

在進(jìn)行商品混凝土泵送運輸前，混凝土攪拌站通過對站內(nèi)車輛和混凝土運輸訂單進(jìn)行協(xié)調(diào)，在其節(jié)點的客戶端上提出商品混凝土運輸提案，包括運輸出發(fā)時間、運輸車號等信息。此提案被客戶端發(fā)送給區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各個背書節(jié)點，通過對此提案和提案簽名進(jìn)行模擬驗證返回背書簽名和模擬結(jié)果。只有在所有背書節(jié)點的背書簽名通過驗證并且所有模擬驗證結(jié)果達(dá)成共識，此交易提案被認(rèn)為有效，推進(jìn)到下一流程。背書驗證的意義在于驗證所有分布式賬本此前的狀態(tài)和在此提案完成后是否一致，目的在于保證分布式賬本在交易進(jìn)行前后的一致性。

運輸提案通過一致性的背書驗證后發(fā)送給排序服務(wù)節(jié)點(訂單服務(wù)節(jié)點)進(jìn)行排序和交易數(shù)據(jù)打包，形成區(qū)塊并將區(qū)塊發(fā)送給區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點進(jìn)行共識驗證，一旦有節(jié)點對于該交易沒有達(dá)成共識，此交易區(qū)塊視為無效，無法加入到區(qū)塊鏈中，不會廣播并更新到分布式賬本。但是關(guān)于此交易的相關(guān)信息和此次驗證過程會保存到分布式數(shù)據(jù)庫中。所有節(jié)點對此交易達(dá)成共識，共識驗證過程結(jié)束，交易被更新到分布式賬本中。

共識驗證流程如圖6所示。

圖6 共識驗證流程

4 商品混凝土信息管理區(qū)塊鏈框架應(yīng)用展望

目前，區(qū)塊鏈技術(shù)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用處于萌芽階段，面向商品混凝土供應(yīng)的區(qū)塊鏈研究更少，文章的研究工作對區(qū)塊鏈技術(shù)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用有借鑒意義，補(bǔ)足了商品混凝土供應(yīng)中信息化程度低的短板。但是，仍有研究內(nèi)容需要進(jìn)一步完善。未來研究可以從如下三個方面進(jìn)行。

(1)智能合約驅(qū)動的自動化支付

基于區(qū)塊鏈技術(shù)中的智能合約，可以將業(yè)務(wù)邏輯代碼化，并自動執(zhí)行，因此可以應(yīng)用于商品混凝土供應(yīng)中的支付階段。供應(yīng)鏈中各節(jié)點設(shè)定支付流程并將其代碼化，在實際交易中，利用智能合約自動審查交易數(shù)據(jù)是否滿足支付條件，將支付流程自動化。并將區(qū)塊鏈技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集成，從混凝土生產(chǎn)到供應(yīng)全部實現(xiàn)自動化，形成“區(qū)塊鏈+”的工程自動化趨勢，推動工程建設(shè)的自動化進(jìn)程。

(2)基于數(shù)據(jù)可視化的信息共享平臺

區(qū)塊鏈應(yīng)用的開發(fā)不僅包括框架建立、智能合約和共識機(jī)制，有研究注重于區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的可視化分析。未來研究能基于區(qū)塊鏈這一分布式的數(shù)據(jù)庫，通過區(qū)塊鏈可視化軟件建立數(shù)據(jù)實時共享平臺，面向商品混凝土供應(yīng)鏈內(nèi)的利益相關(guān)方，實現(xiàn)供應(yīng)鏈內(nèi)信息互通與透明，建立相互信任的長期戰(zhàn)略模式。

(3)基于區(qū)塊鏈的構(gòu)件質(zhì)量追溯

商品混凝土具有時效性，進(jìn)場后需要立即投入使用并澆筑。施工方在混凝土建筑中，將商品混凝土供應(yīng)數(shù)據(jù)與澆筑的構(gòu)件信息上傳至區(qū)塊鏈中。集成商品混凝土澆筑與供應(yīng)，建立商品混凝土構(gòu)件質(zhì)量追溯體系，讓使用商品混凝土澆筑構(gòu)件的原材料來源有依據(jù)，完善商品混凝土構(gòu)件質(zhì)量追責(zé)體系。

5 結(jié) 論

為了解決商品混凝土供應(yīng)中信息的真實性、可追溯性、透明度和共享程度低的問題，文章提出了基于區(qū)塊鏈的商品混凝土信息管理框架。首先詳細(xì)介紹了商品混凝土供應(yīng)與區(qū)塊鏈技術(shù)的契合點，分析區(qū)塊鏈在商品混凝土供應(yīng)中的可行性。隨后建立商品混凝土信息管理框架的概念模型，并分析其中的信息流向。然后選擇聯(lián)盟鏈架構(gòu)和信息種類，建立信息管理模型。最后分析商品混凝土在此框架下的交易流程和共識驗證機(jī)制。本研究充實了區(qū)塊鏈技術(shù)在商品混凝土供應(yīng)領(lǐng)域的研究。

該信息管理模型能夠增強(qiáng)不同利益相關(guān)方之間的實時信息溝通，提高供應(yīng)鏈管理的效率。其次能為各相關(guān)方提供實時計劃調(diào)整的依據(jù)，增強(qiáng)各節(jié)點對其主要生產(chǎn)業(yè)務(wù)的管理水平?？勺匪莸姆植际綌?shù)據(jù)庫一方面能夠降低供應(yīng)鏈中信息存儲和交互的成本，另一方面為合同索賠等提供依據(jù)，降低合同管理成本。

未來隨著對區(qū)塊鏈技術(shù)研究的深入，可以通過完善智能合約與業(yè)務(wù)流程的結(jié)合，實現(xiàn)商品混凝土供應(yīng)中質(zhì)量的合規(guī)性審查以及材料款項結(jié)算的規(guī)范化流程。拓展區(qū)塊鏈技術(shù)在商品混凝土供應(yīng)中的應(yīng)用，構(gòu)建相互信任的供應(yīng)鏈聯(lián)盟。