自动监测技术与多方计算结合的探索性研究＊——以武汉轨道交通8 号线为例

越二寅

（甘肃林业职业技术学院，甘肃 天水 741020）

1 概述

建筑业信息化水平在这10 年中得到了迅速发展，从进入项目部的电子识别摄像头到虹膜打卡，从建筑材料的电子采购清单到网络协同会签，从CAD 图纸与BIM 技术的结合，形成了三维模拟场景到三维电子扫描技术的应用。无论是对新建建筑物的应用还是对已有建筑物的保护建档都离不开电子信息技术。建筑建造流程越发复杂、参与主体越多，需要获取和保存的信息量就越大。建造过程中各参与方既需要获取其他参与方的信息，又要及时保存和提供自身项目信息，因此参建各方会形成与项目相关的既复杂又数量庞大的信息。这些庞杂的信息在交换和共享的时候既增加了数据交流的速度，提高了工作效率，同时在隐藏了数据容易被盗用和篡改的危险。区块链技术的出现，尤其是它分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等优点的大众认识度提高，让建筑信息化的发展找到了一条新的道路。利用区块链技术完成建筑工程项目相关信息的收集、保管和传输，让工程信息的交换、工程款的结算以及工程事故的认定变得更加安全和可靠。笔者尝试从自动监测项目角度分析区块链技术在该角度的应用方法。

2 自动监测项目概况

以武汉轨道交通8 号线三期工程项目（工程线路图如图1 所示）为研究对象，在铁路注浆加固、左（右）线盾构穿越期和盾构穿越完成后三个月内对施工影响范围内的铁路相关设备进行全自动、实时的监控，在监控过程中涉及轨道沉降与水平位移；路基沉降与水平位移；接触网立柱沉降、水平位移及倾斜；涵洞的沉降。

图1 武汉市轨道交通8 号线工程线路示意图

监测采用AMS 自动变形监测系统，该系统由五部分组成：测量机器人、测站、控制计算机房、基准点和观测点组成。远程计算机通过因特网控制远程GPRS 模块和通过数据连接线控制远程设备，可远程监视和控制监测系统的运行。系统在无需操作人员干预的条件下实现自动观测、记录、处理、存储、变形量报表编制和变形趋势显示等功能[1]。自动监测系统的组成如图2 所示。

图2 自动化变形监测系统组成部分示意图

每条轨道布置9 个监测点，分别为两盾构隧道中心线与轨道交叉位置布置一个点，隧道左、右线正上方各布置一个点，盾构隧道外侧5m、15m、25m各布置一个观测点。如图3、4、5 所示。

图4 轨道监测点布置横断面示意图

图5 轨道监测点照片

除了以上提到的9 个轨道监测点，另外还布置了4 个路基监测点，9 个接触网立柱监测点（3 根），合计22 个监测点。本工程部分监测点照片如图6所示。

图6 本工程个别监测点照片

3 监测数据分享指导沿线铁路设备管理

在盾构穿越施工过程中，及时向参建各方和沿线铁路设备管理单位发布监测数据，能够满足施工单位及铁路设备管理单位的需要，见表1。

表1 监测内容统计汇总表

4 多方计算确保监测数据上链真实

多方计算理论是由图灵奖得主姚期智院士于20世纪80 年代率先提出和创立，是中国原创性的计算机底层技术，其主要优势表现于可在密文状态下实现数据计算并能得到与明文计算同样的结果[2]。就既让数据不泄露又可以实现计算验证。轨道交通工程数据中既包括轨道位置也包括周边建筑物的分布，还涉及到地下管线的分布图，数据量大，同时又属于国家基础建设信息，这些大量信息的保密和准确同等重要。将区块链技术和多方计算技术相结合，有利于轨道交通自动监测数据安全上链。此外，区块链难以篡改、可追溯的优点，结合多方计算能实现数据“可用不可见、按规定的用途和用量使用”的强项，可实现数据隐私保护、数据存证、数据核验、联合计算、联合建模等多种功能，开拓区块链应用的崭新局面[2]。

自动监测技术在武汉轨道交通8 号线三期工程项目中保证了沿线铁路在施工期间的平稳运营，将自动监测的数据上链，可以让参与各方及时得到相关信息，实现数据存证。但是在多方计算技术出现之前，上链数据的真实性很难得到保证，上链前的修改在上链后是体现不出来的。假数据上链对链上各方的运营风险都会加大，不利于区块链+应用的发展。将多方计算与自动监测技术结合，与项目参与各方的上链数据结合，就可以通过多方对比计算，揪出假数据，维护上链数据的真实性，能有效地推动自动监测技术数据上链。

5 多方计算确保信息不泄露

多方计算使用的是密文计算模式，它计算的特点体现在不需要看到完整数据就能进行计算，在数据计算时，参与方都无法看到其他方的数据，如果参与方恶意输入错误数据将影响整体计算结果，通过区块链对参与计算的数据以及计算过程进行加密存证，可有效追踪恶意输入，同时也有利于监管部门对敏感数据流通及融合计算等场景进行有效监管[3-6]。自动监测获得的数据上链，可以总结包括自动监测在内的多方数据，便于建设单位、施工单位、分包单位、监管单位以及其他铁路运营部门根据数据完成项目进度管理和控制、投资管理和控制，降低项目施工过程中多方因素造成的工期延误和投资超额风险。

6 结论

通过对武汉市轨道交通8 号线三期工程野芷湖站～黄家湖站区间盾构穿越铁路路基施工监测，得到以下几点结论和认识：

（1）各测点的累计沉降在盾构穿越期间都呈现出波动变化状态，但最终都趋于稳定收敛；在盾构穿越轨道期间，根据监测数据变化情况对线路进行不同程度地抬道可保持线路的平顺性，可见根据沉降量进行线路抬道是保证铁路安全的重要手段[7]。

（2）从路基监测与轨道监测的对比分析得出，各条线路的轨道监测点和路基监测点在前期的变化都比较接近，在后期出现了较大的变化，说明在前期盾构穿越对轨道点和路基点的影响程度相近，后期是由于抬道施工等原因使得差值变大；同时还发现，大部分路基点的最终沉降值都比轨道监测点大，说明此次盾构施工对铁路路基的沉降影响较大[8]。

（3）通过对各电化杆的监测分析可知，盾构穿越对各电化杆的影响不同，距离盾构较近时影响较大，距离盾构远时影响较小，其主要原因是各电化杆距离盾构中心线的距离不同。

综上所述，在整个施工过程中采用信息化监测，将施工引起的一系列动态变化信息及时反馈到施工单位，将这些动态变化的数据上链，施工单位和其他参建各方都能够在现场及时调整施工参数，优化改进施工方法。此外，上链后，让监管部门对敏感数据流通进行监管，又能利用多方计算技术确保信息的真实性和信息不泄露，能确保参建各方和沿线铁路设备管理单位看到真实的监测数据，能够满足施工单位及铁路设备管理单位的需要。推动区块链与自动监测技术结合，促进自动监测技术上链，带动建筑工程信息管理上链化，将是未来10 年建筑工程信息化的发展方向。