區塊鏈技術下的建筑材料信息技術架構研究

文／ 李東旭、覃蕭、池匯海、蔡祥、冉瑞 貴州中建建筑科研設計院有限公司 貴州貴陽 0009

引言：

建筑材料采購與管理中存在諸多問題，可能會影響建筑工程的正常使用。將區塊鏈技術與信息化技術應用在建筑材料管理中可以提高管理與效率，減少建筑材料采購與管理中的問題，因此論文將對區塊鏈技術下的建筑材料信息技術架構進行簡要分析。

1、區塊鏈技術概述

1.1 區塊鏈技術的概念

區塊鏈屬于計算機技術的新型應用模式，對分布式存儲、點對點傳輸、加密算法以及共識機制進行了創新應用。區塊鏈系統主要是由數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層以及應用層共同構成的。近年來，我國越來越重視區塊鏈技術的應用，于2019年1月10日發布了《區塊鏈信息服務管理規定》，為技術平臺的構建提供了支持。

1.2 在建筑材料信息化管理中應用區塊鏈技術的可行性

區塊鏈技術的分布范圍十分廣泛，可以對數據進行存儲、驗證、更新、加密以及應用。相比于其他技術，區塊鏈技術具有去中心化、去信任化、集體維護以及可靠性等特點。

（1）去中心化。區塊鏈技術中采用了分布式存儲方式，所以不具備中心硬件或中心管理機構，且每一個節點都具備均等的權利與義務，其中維護功能節點承擔著維護系統的重任。

（2）去信任化。區塊鏈技術的公開性與透明性較強，可以實現建筑材料交易的公開透明，所以各個節點之間即便沒有信任也可以進行建筑材料交易。

（3）集體維護。參與建筑材料交易的各個主體需要共同維護系統。

（4）可靠性。區塊鏈系統當中的所有節點都有最新的數據庫，只對其中一個節點的數據進行修改沒有任何用。此外，常用的區塊鏈技術有聯盟鏈、公有鏈以及私有鏈這三種類型。技術人員可以根據建筑材料管理問題以及區塊鏈技術的內容設計建筑材料快速交易系統、建筑材料管理系統，有效解決建筑材料分配問題、管理問題，并增強建筑材料交易的透明性與共享性，推動建筑行業的發展。

2、建筑材料信息化管理的重要性

2.1 有利于提高建筑材料管理質量

對建筑材料進行信息化管理有利于提高建筑材料的管理質量。之前，建筑企業需要通過人工管理的方式對建筑材料進行管理，不僅會消耗大量的時間、精力與金錢，也會降低管理效率。例如，在采購一些零碎的建筑材料時，建筑企業需要安排大量的采購人員篩選材料供應商，且無法保障材料供應商篩選結果的合理性。而開展信息化管理可以直接利用系統篩選材料供應商，有利于提高管理效率與質量。

2.2 有利于降低建筑材料管理成本

傳統的人工管理方式會加大管理成本，影響企業的經濟效益。開展信息化管理工作可以提高建筑材料管理的品質并降低管理成本。例如，建筑企業可以直接通過信息系統獲取建筑材料信息、建筑材料供應商信息、建筑材料交易信息，不需要再通過實地走訪等方式獲取信息，有利于降低成本。

2.3 有利于規范建筑材料市場環境

對建筑材料進行信息化管理不僅可以提高管理質量、降低管理成本，也可以增強建筑材料市場的規范性。例如，利用信息技術構建建筑材料信息化管理平臺，政府部門就可以直接通過平臺對建筑材料的質量進行全面檢驗，避免建筑材料供應商銷售劣質材料，從而規范建筑材料市場環境。

3、基于區塊鏈技術的建筑材料信息技術架構

相比于傳統的建筑材料供應鏈，在區塊鏈技術的支持下完善建筑材料線上交易模式可以加大政府部門對建筑材料的監管力度，確保建筑材料交易的順利進行。建筑企業可以通過建筑材料信息平臺尋求材料供應商并與之構建良好的合作關系、通過分布式記賬等方式將建筑材料交易分為諸多模塊、利用區塊鏈技術架構當中的數據層與合約層對建筑材料信息進行存儲與驗證、利用相應算法對建筑材料信息進行加密處理，并通過共識機制對建筑材料交易信息進行驗證。

3.1 交易流程模塊

對于建筑企業以及建筑材料供應商來說，選擇聯盟鏈屬于底層技術，所以每一個建筑企業與建筑材料供應商都是建筑材料信息技術架構當中的一個節點。無論是建筑企業還是建筑材料供應商都需要根據建筑材料信息平臺的要求進行建筑材料交易與供應（如圖1所示）。

圖1 基于區塊鏈技術的建筑材料交易流程

（1）建筑企業需要在建筑材料信息平臺中發布建筑材料需求，明確對材料型號、規格以及質量等各方面的要求，之后由系統自動匹配建筑材料供應商。在這一過程中，建筑企業需要向建筑材料信息平臺支付一定的保證金，為后續問題的解決提供資金支持。之后，建筑企業需要審核建筑材料供應商的各方面條件，如果滿意系統所匹配的建筑材料供應商就需要發起交易，但如果不滿意系統自動匹配的建筑材料供應商就需要拒絕交易并重新選擇供應商。

（2）在交易過程中，政府相關部門需要對建筑材料供應商的材料進行質量檢測，判斷材料的型號、規格以及質量是否符合建筑工程的施工要求。之后利用以區塊鏈技術為基礎的建筑材料信息平臺共享材料信息，利用系統自動匹配最佳的建筑企業，從而提高建筑材料的交易效率。如果建筑材料供應商愿意與系統自動匹配的建筑企業合作，就需要同意交易并通過物流等方式運輸材料。如果不愿意與系統自動匹配的建筑企業合作就需要拒絕交易，并重新選擇建筑企業。

（3）在運輸材料的過程中，基于區塊鏈技術的建筑材料信息平臺會對材料裝載情況、物流情況進行實時監控，降低出現問題的概率。

3.2 供應鏈信息存儲模塊

在構建建筑材料信息技術架構時，技術人員需要利用區塊鏈技術中的分布記賬方式將建筑材料交易的每一個環節都劃分為一個區塊，并利用算法機制進行交易驗證，做好每一環節的數據備份工作。即在基于區塊鏈技術的建筑材料信息平臺中，建筑材料交易的每一個環節都會形成一個個獨立的區塊，系統會利用Hash 算法對交易信息進行加密處理，并標注每一環節的時間，增強交易信息的實效性，降低建筑企業或建筑材料供應商篡改交易信息的概率。同時會利用共識機制對交易信息進行檢驗，如果有一半以上的節點都通過認證就說明該建筑材料交易具有較強的可行性。此時，建筑材料信息技術系統會將每一個區塊的信息都傳輸至節點當中。如果大多數節點都沒有通過共識機制的認證就說明建筑材料交易存在問題，此時智能合約模塊會對交易的合理性進行判斷。當交易繼續時，上一個區塊的加密信息會與這一區塊的加密信息結合起來，構建一個新的區塊，系統會對這些區塊進行認證，并對各項信息進行存儲。

3.3 技術基礎架構

基于區塊鏈技術的建筑材料信息技術架構主要是由數據層、網絡層、合約層、共識層以及應用層構成的（如圖2所示）。

圖2 基于區塊鏈技術的建筑材料信息技術架構

3.3.1 應用層

應用層可以為建筑材料的交易提供各種應用場景以及信息流，例如資金流、貨物信息流等。建筑企業或建筑材料供應商可以在應用層當中查詢買方的交易信息、交易數據、供貨方的貨物物流信息、買方的收貨確認信息。同時，也可以查詢建筑材料交易過程中的資金信息，例如建筑材料成本費用信息、建筑材料運輸費用信息、建筑材料損耗費用信息、建筑材料搬貨信息等。此外，可以查詢政府部門的監管信息，例如建筑材料交易的合法性信息與安全性信息，判斷建筑材料的質量是否符合要求、運輸重量是否超載等。

3.3.2 核心層

核心層是以區塊鏈技術為基礎的建筑材料信息技術架構中的關鍵部分，主要包括共識層、合約層以及網絡層。

（1）共識層。共識層主要是利用共識算法驗證建筑材料的交易信息，常用的算法有拜占庭容錯協議、工作量證明機制、股份證明機制以及Pool 驗證池等。無論是建筑企業還是建筑材料供應商都會參與到建筑材料交易當中，所以交易節點非常多，若想提高驗證效率就需要科學選擇共識算法。在對比分析后發現，在這四種算法當中Pool 驗證池這一算法的效率最高，可以提升節點驗證效率。

（2）合約層。合約層是由智能合約以及腳本代碼共同構成的。在運行過程中，需要提前擬定智能合約，之后再通過各種腳本代碼以及算法實現智能合約的自動約束。例如，在建筑材料交易開始時利用智能合約對建筑材料的質量要求、預付金額、運輸損耗以及政府監管等各方面情況進行全面審核。在建筑材料交易發生之后，信息系統會根據智能合約判斷建筑材料交易過程的科學性與合理性，從而增強信息的公開性。

（3）網絡層。網絡層是利用P2P 網絡技術構建的分布式網絡機制。在P2P 網絡技術的支持下，建筑材料交易中的每一個節點之間都可以進行信息交互與信息更新，例如進行建筑材料交易金額的交互與更新、進行建筑材料訂購量的交互與更新。

3.3.3 基礎層

基礎層的核心是數據層，可以對數據信息進行計算與存儲。例如，建筑企業或建筑材料供應商可以利用數據層對建筑材料交易所產生的時間信息、節點信息以及區塊信息進行加密處理，并完整地存儲各項信息。

（1）可以進行數據信息的記錄、存儲與溯源。在數據層當中，建筑材料交易節點可以通過注冊賬號這一方式創建個人信息，并在交易過程中創建操作記錄系統，從而記錄所有的交易數據。在記錄交易數據后，系統會自動對所有的操作過程進行信息驗證與時間標注，以便建筑企業或建筑材料供應商對交易信息進行溯源。

（2）可以優化數字商品交易。建筑材料供應商需要在建筑材料信息平臺中標注材料的庫存、規格以及質量和價格。而建筑企業可以利用平臺中的智能合約向建筑材料供應商發起交易并支付相應的保證金。在同意交易之后，建筑材料供應商需要在最短的時間內完成配貨、發貨等工作。當建筑材料信息平臺中產生數字商品交易之后，系統會對所有的交易數據進行自動存證并讀取交易信息，實現交易信息與買家的綁定、與賣家的解綁，從而對加以進行自動切割。如果建筑材料交易過程中出現問題，建筑企業或建筑材料供應商可以直接利用平臺查詢交易證據。

總之，在區塊鏈技術的基礎上構建建筑材料信息技術架構可以將建筑企業、建筑材料供應商以及政府部門有機結合起來，加大對各個方面的管控力度。同時，信息技術可以自動執行各種操作命令，有利于增強交易信息的安全性與準確性，提升建筑材料交易質量與效率，保障建筑企業與建筑材料能夠享受平等的權益。

3.4 區塊鏈技術在建筑材料信息技術架構中的應用案例

論文將以云筑網為例分析區塊鏈技術在建筑材料信息技術架構中的應用。技術人員在2018年11月時利用區塊鏈技術構建了云筑網這一信息技術平臺，將云筑采集、云筑勞務、云筑商城等各個子系統結合了起來，完善了信息技術架構的功能，加大了對建筑材料的管理質量。其中，云筑采集這一子系統可以為建筑材料的電子招標以及線上交易提供支持；云筑勞務子系統可以為每一個施工人員設置ID，加大了對施工人員的管理力度；云筑商城子系統可以針對建筑工程所需要的材料構建線上采購平臺，以便建筑企業直接通過線上進行交易；云筑智聯子系統可以將網絡融合在一起，構建數字建筑施工平臺，例如可以將線上交易與線下交易結合起來，完善建筑材料采購模式；云筑收貨子系統可以查詢建筑企業的收貨信息。此外，建筑材料供應商在云筑網平臺上完成建筑材料的投標、合同簽訂以及訂單處理后，可以利用區塊鏈技術中的分布式記賬方式將建筑材料供銷資料都傳輸至協作平臺當中，并通過協作平臺提交融資申請。如果建筑材料供應商提供的融資申請通過了，銀行就會為建筑材料供應商提供一定的資金，并傳輸放款信息。所以，云筑網可以對電子招投標、線下詢價、線上訂單、線上合同、線上融資進行全面管理，增強建筑材料采購的公開性與透明性，這樣不僅可以維護建筑企業與建筑材料供應商的利益，也可以降低建筑材料的采購成本。

3.5 在建筑材料信息技術架構中應用區塊鏈技術的優勢與不足

從云筑網來看，在建筑材料信息技術架構中應用區塊鏈技術具有多重優勢。

（1）可以降低對第三方的依賴性。之前，建筑企業或建筑材料供應商需要通過第三方獲取建筑材料需求信息，但是利用區塊鏈技術構建建筑材料信息技術平臺之后，建筑企業或建筑材料供應商可以直接通過區塊鏈技術獲取建筑材料需求信息，實現建筑企業與建筑材料供應商的信息對等，降低建筑企業與建筑材料供應商對第三方的依賴性，從而降低溝通成本。

（2）可以增強建筑材料交易信息的透明性。在以區塊鏈技術為基礎的建筑材料信息技術平臺中，無論是建筑企業還是建筑材料供應商都無法隨意篡改建筑材料交易信息，例如交易數量、交易金額等。在這種情況下，如果后續出現建筑材料交易問題，雙方可以直接在信息技術平臺中獲取所有的交易信息，為問題的解決提供數據信息。同時，應用建筑材料信息技術平臺可以降低政府監管難度。之前，政府部門需要通過實地走訪等方式對建筑材料供應商的材料進行檢驗。但在建筑材料信息技術平臺中，政府部門可以直接利用信息技術監管材料質量，降低出現以次充好、偷工減料等問題的幾率，提高建筑工程的施工質量。

（3）可以加大對建筑材料的管控力度?？梢岳媒ㄖ牧闲畔⒓夹g平臺分析建筑材料的生產情況以及需求情況，并根據實際情況調整建筑材料采購方案，降低采購成本。

（4）可以增強建筑材料交易的順暢性。以區塊鏈技術為基礎的建筑材料信息技術架構中應用了智能合約，可以對建筑材料交易進行全面審核，利用合約約束建筑企業與建筑材料供應商的行為，避免二者出現糾紛。但是，區塊鏈技術還不夠成熟，所以在建筑材料信息技術架構中應用區塊鏈技術時也會出現一些問題。運行成本相對較高，且資源利用率較低。建筑材料信息技術平臺在運行過程中，建筑企業、建筑材料供應商甚至是政府部門都需要對區塊鏈進行維護，從而構建信任機制，加大了平臺的運行成本。同時，每一個服務器都會存儲區塊鏈中的所有信息，會占用大量的空間，造成了資源浪費。數據信息的透明性過高。區塊鏈技術的核心是分布式記賬，所有建筑材料交易中的所有節點都能夠掌握交易信息，無法有效保護企業隱私。

結語：

在社會經濟快速發展的過程中，人們對建筑材料供應的各個環節都提出了更高的要求。在區塊鏈技術的基礎上構建建筑材料信息技術架構、完善建筑材料的供應模式可以促進供應鏈中各個主體的交互與信任，也可以降低材料供應成本，因此技術人員需利用區塊鏈技術打造建筑材料垂直平臺，將線上交易與線下交易相結合。