交通新基建背景下区块链技术的应用分析

申铁军

(山西路桥建设集团有限公司 太原 030006)

0 引言

根据新基建模式下区块链技术对公路工程项目建设管理数据的应用研究，本文分析了目前我国区块链技术的应用现状，通过新基建与区块链应用成果的查询，进一步结合公路工程建设流程，开展公路工程信息模型施工应用标准研究。通过对公路工程项目建设过程中的全要素进行标准化编码，对原有的业务数据进行整合，将数据纳入统一的管理体系中，以实现数据共享与互联互通，从而打通交通项目工程数据面临的行业和单个企业各业务系统的信息孤岛与数据标准不统一的问题。开展数据管理能力成熟度模型评估，探索建立基于时序和大数据的分级分类数据管理标准及其管理制度，为公路建设数字管理的行为规范和价值提升奠定基础；建立公路工程管理台账与数字化管理体系，对各业务体系进行流程化与标准化梳理，实现各业务管理的协同化与高效化、管理过程的标准化与透明化，为项目管理的数字化奠定基础。

1 交通新基建与区块链

1.1 交通新基建的内涵与外延

1.1.1 交通新基建的内涵

交通新基建是现代信息技术与现代建造技术深度融合的产物，交通新基建不仅仅是新的建造方式，更是新的建造体系，是以现代通用的信息技术为基础，以交通新基建领域技术为支撑，实现建造过程的一体化和协同化，并推动工程建造工业化、服务化和平台化变革，从而交付以人为本的绿色工程产品。

1.1.2 交通新基建的外延

过去以铁路、水运、公路、航运为主的传统交通基建为拉动GDP增长、创造就业和提高国民收入起到了不可替代的作用。与传统基础设施建设不同，交通新基建的核心体现在网络、交互、计算、安全这四方面与物联网、云计算、大数据、人工智能四个领域的全面结合。新基建是新技术驱动、以数据为核心要素的新型基础设施。新基建是实现“数实共生”的基本保障，将带来万亿级美元新增市场空间，加速传统产业数字化升级。数字新基建正在成为社会数字化转型的新底座。

1.2 区块链的概念及应用

1.2.1 概念

区块链狭义上是一种按时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合而成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证不可篡改和伪造的分布式账本[1]。

区块链广义上是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全[2]。

1.2.2 交通新基建区块链技术的应用简述

四个“通过”：通过在区块链中包含交通数据分析的数据,并利用区块链的分布式结构进行计算；通过在区块链交通数据部分定义算法及模型可以有效使用分布式计算资源，提高资源利用率，数据分析更便捷；通过区块链分布式进行模型分析计算,充分利用了现有数据资源；通过区块链分布式选取最佳节点进行模型计算，提高了运算效率[3]，见图1～图3。

图1 交通新基建区块链技术应用场景示意图

1.3 交通新基建区块链技术特征

交通新基建区块链技术具有明显的差异特征，主要体现在产业和技术上的集成性：一是以数据为核心，各类新基建将服务于产业数据的采集、传输、存储、分析和应用；二是软硬结合，新基建不仅要有硬件，还有对外提供服务的软件和平台；三是数字虚实集成，依托新技术，管理者将不仅能实现对传统基础设施的精准刻画，还可以通过实时感知、大数据分析和智能交互，作用于传统基础设施的建设、管理、运营和维护的全寿命周期。此外，传统基建几乎很少涉及数字化产品和服务，而新基建与数字化产品应用高度相关，并且可以赋能传统基建，走上数字化、智能化发展道路[4-5]。

2 交通新基建区块链技术的研究目的

2.1 实现交通行业数据驱动的交通行业现代化治理理念的转变、治理体系的建立、治理机制的运转以及治理能力的提升

从技术进步的历程来看，颠覆性技术的出现必然催生深刻的产业变革，交通新基建不仅是工程建造的新技术，同时也是推动建筑产业变革的新动能，其不仅是工程产品建模、工程物联网、工程大数据和工程机械智能化等建造技术，更是由此引发的工程产品形态、建造方式、经营理念、市场形态和行业管理的变革问题。以物联网、云计算、大数据与人工智能为代表的通用技术，是数字建造创新发展的基础；数字技术与工程建造的融合，通过组合式创新，形成工程多维建模与仿真、基于工程物联网的数字(智能)工地(厂)、工程大数据驱动的智能决策支持，以及自动化、智能化的工程机械等领域关键技术；克服传统碎片化、粗放式工程建造方式的弊端，实现工程全寿命周期的业务协同，促进工程建造产业层面的转型升级，最终向用户高效率地交付以人为本、智能化的绿色工程产品与服务。在交通新基建框架体系下，通过建立电子政务网、工程物联网以及行业信息资源网，构建开放的行业大数据平台，实现数据驱动的工程建造行业现代化治理理念的转变、治理体系的建立、治理机制的运转以及治理能力的提升[6-7]。

2.2 加快产业深度融合，催生新一轮的产业革命，为实现数字交通、数字企业、数字项目奠定坚实的理论与应用基础

交通新基建是以数字化、网络化和智能化为标志的新一代数字建造信息技术，正在与各产业深度融合，催生新一轮的产业革命。新基建模式下公路工程项目建设数字建造的数字化转型不仅仅是某一个企业的发展需求问题，而是整个时代对于建筑业发展的要求。新基建模式下公路工程项目建设数字建造管理体系研究，应在解决底层数据安全与工程数据标准化基础上，以BIM技术和“智慧工地”等为手段，建立新基建模式下公路工程项目建设数字建造管理体系[8]，实现工程建设管理在新网络、新交互、新计算、新安全方面的创新与应用，为实现数字交通、数字项目、数字企业奠定坚实的理论基础与应用基础。

3 交通新基建区块链技术的研究背景

2021年5月27日，中国交通运输部部长李小鹏出席国际运输论坛峰会部长级会议，强调了中国交通新基建区块链技术的应用趋势。近年来，我国交通行业先后围绕重大科技攻关、产业数字化转型、现代化基础设施体系建设、公共服务、社会治理应用等方面，提出要强化人工智能创新突破和融合应用，明确要瞄准人工智能等前沿领域，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目;提升公共服务、社会治理等数字化、智能化水平。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年计划和二〇三五年远景目标的建设》提出要大力发展数字经济。大数据、云计算、人工智能、区块链等第四次技术革命蓬勃发展，对基础设施的建设提出了更高需求。就全球范围来看，工程建造领域的数字化水平仍然处于较低阶段。根据美国麦肯锡发布的调查报告，全球涉及的22个行业中，工程建造领域的数字化水平远远落后于制造行业，仅仅高于农牧业，排在全球国民经济各行业的倒数第二位。潘省橡认为，一方面由于工程产品个性化特征，在信息化的进程中难度高、挑战大；另一方面也预示着交通行业的数字化进程有着广阔的前景和发展空间[9]。

4 交通新基建区块链技术的效益分析

与国内同类技术相比，交通新基建区块链技术具有突出的理论创新与应用创新，具有标准化及前瞻性，与国外同类技术相比，更符合我国技术、经济及管理实际，成本低、适用性好，具有自主知识产权，市场适应性及竞争力强，其技术成果的产业化可产生巨大的经济与社会效益。

4.1 经济效益分析

4.1.1 节约后续信息化建设投资，降低企业经营成本

区块链技术项目的建设，为其他后续建设的信息系统提供了标准化接口和数据基础，后续建设的信息化系统可直接使用本次项目建设的数据，也可将其他系统的数据集成于本系统中，综合分析和应用，充分节省了后续新系统开发和实施的费用。

4.1.2 节约项目管理成本，提高投资效益和监管水平

区块链技术项目的研究成果，将进一步实现精细化、数字化、科学化和智能化管理，能有效提高设计、建设、施工和监理等参与各方的监管水平和服务效能，避免交通运输规划、建设和运营管理过程中的盲目投资和资源浪费，预计可节约管理成本15%以上。在BIM+GIS大数据管理平台的支持下，系统可以对路基、桥隧等各类实时监测信息进行全面地跟踪和预警分析，对于建设过程中出现的各类隐患、影响生产的关键问题和事件等进行记录和挂牌管理等。通过系统提供的各类功能，有助于企业进行责任明晰的精细化安全管理，提高企业生产运维过程中的响应能力和决策能力。

4.2 社会效益分析

4.2.1 促进公路建设大数据分析的应用

项目建设过程中，对高速公路的静态、动态和实时数据会进行分析和应用，以大量积累的数据为基础，后期可通过这些数据对高速运营方面进行大数据分析。

4.2.2 为生产监管提供了新模式

新基建模式下，公路工程项目建设数字建造管理体系，通过全息化生产技术，构建数据可视化的公路建设一体化场景，并集成工序管理、隐患排查、设备设施管理等真实的生产动态数据，提供一种全新的监管界面。

5 新基建背景下区块链技术的应用前景

未来5年，我国新基建有望带来更大的拉动效应，预计每年新基建投资将超过3089亿美元，未来5年总投资约15445亿美元。以信息基础设施为例，投资方向主要集中在新网络、新交互、新计算、新安全四个方面。新基建的实施可充分发挥BIM+GIS协同管理平台的信息集成和共享优势，结合智慧工地实现新交互，创建公路工程项目全寿命周期的数字化。结合区块链技术实现工程数据的新安全，基于数据标准化与标准化接口实现从项目、企业到行业主管部门多级动态的项目建设综合管理，为各层级管理者提供数据挖掘和综合决策分析能力，真正实现运行和维护的信息化，引领未来新公路建设和改造工程的发展方向[10]。区块链技术可推广到后续公路建设和管理中，能更精细化地管理施工建设,提高效率，节省人力，为公路建设管理提供有效的技术手段，并实现数据赋能，具有广阔的推广应用前景。

6 公路工程建设区块链技术的应用分析

6.1 区块链技术在公路工程建设中的应用背景分析

公路建设项目由于其行业特殊性，尤其是高速公路建设项目，涉及专业范围广，参与单位众多，合同管理和资金管理工作量大、难度大。建设过程中，由于地质构造、土地征收、房屋拆迁和原材料等各种原因，合同变更多，过程不易控制，为公路建设质量埋下隐患。区块链技术的不可回溯、不可篡改等技术特点，对于公路建设项目过程管理的规范性提升 有极大的帮助作用[10]。其中的合同管理与区块链的智能合约技术非常契合。但由于目前智能合约的法律效力等问题，机械照搬智能合约技术到合同签订和管理过程，会造成一些问题。同时质量是公路建设的生命线，实际建设过程中虽建立了监理制度、现场试验数据分享机制和抽查机制，但这些数据，包括现场施工的图片等，如何防止进入系统后不被人为篡改，让多方建立一个信任机制，仍是一个亟待解决的问题。

6.2 区块链技术在公路工程建设中的应用分析

6.2.1 公路工程项目信用评价方面

基于联盟链，底层采用Conflux技术，研究交通运输行业相关的数据上链标准和联盟链技术平台的构建方案，并在此平台方案基础上，研究将区块链的智能合约技术应用于公路建设的合同管理，共识机制应用于公路建设质量监督，联盟链的隐私保护机制应用于公路工程项目信用评价的结果分享中。

6.2.2 公路工程项目合同管理方面

研究在既有合同管理体制下，如何利用智能合约技术，既保证合同的法律效力，又能提升合同管理的智能化水平。基于区块链去中心化的共识机制，可以很好地建立一个多方信任机制，开展区块链技术在公路建设质量监管的应用研究，并将其推广至交通行业的其他建设领域，进而提升工程建设监督水平。

6.3 区块链技术在公路工程建设中的创新点分析

(1)公路工程针对现有信用数据的共享机制尚不完善，包括隐私保护等有待加强、信用数据的作用尚不能充分发挥等问题。开展联盟链的链上数据交 换机制，保障数据隐私的同时，达到数据共享的目的，利用区块链的去中心化、不可篡改和多私钥规则等特点，建立数据交换的标准，提升信用数据的共享水平。

(2)公路工程项目建设管理数据标准化是实现工程大数据集成与协同的最关键因素。利用区块链技术，可对工程建设项目管理过程实施标准化：一是将项目管理过程中的要素和岗位进行标准化；二是结合行业发展，有意识地引导设计院与供货方，做标准化的产品；三是工艺流程与工序的标准化；四是流程的标准化，管理过程中可对项目支出、考评及过程检查进行标准化。

7 公路工程区块链技术与物联网、云计算、大数据、人工智能的结合应用

7.1 新基建模式下公路工程项目建设智慧工地管理体系与应用研究

针对公路工程建设过程中物联网设备及应用呈现“碎片化”特征，存在一定数据孤岛的现象。在管理体系和标准制订都不完善的情况下，应在数字建造框架下，构建公路工程项目建设智慧工地管理体系，建立统一的工程物联网应用标准，对工地的人、机、料、法、环等工程要素进行泛在感知，并将BIM和ERP相结合，与各项技术规程和管理制度相结合，形成智能工地，实现对工程建造过程的可感知、可计算、可分析、可评价和可视化，建立工程质量数据保全和回溯机制，强化质量管理；提供安全知识推送服务，减少和杜绝工程安全事故。智慧工地的重点一定是在工地，并且核心也是由3个中心组成，即物联网技术中心、数据处理中心、智能算法中心。此外，智慧工地积累的数据在项目运营阶段还可发挥作用，进一步形成工程运营服务远程监控系统，并为行业主管部门及用户持续积累海量的工程运行效能数据，与建设阶段数据对比分析，把握运维规律，优化运维方案。

(1)对公路工程各专业可进行智能采集的工程数据进行分类整理，数字建造框架下建立公路工程项目建设智慧工地管理体系，建立统一的工程物联网应用标准，对工地的人、机、料、法、环等工程要素进行泛在感知，为智能设备在公路工程的应用提供依据。

(2)对现有的施工现场、拌和站、实验室等平台的数据类型与内容进行梳理与分析，建立公路工程智慧工地数据应用与交换接口标准，解决公路工程建设过程中物联网设备及应用呈现“碎片化”、存在数据孤岛的问题。

(3)针对现有已开展的受力变形数据、图像视频数据、定位数据、材料消耗数据等，开展公路工程项目建设智能算法研究，优化资源调度与配置，提高建造效率；建立工程质量数据保全和回溯机制，强化质量管理；同时，提供安全知识推送服务，减少和杜绝工程安全事故，落实对工程建造活动的督察与监管，如劳务实名制的落实情况、工程质量和安全管理工作是否到位等。

7.2 新基建模式下公路工程项目建设数字建造应用研究

结合项目依托工程，厘清各级区域的管理职能，重塑各区块的逻辑关系,搭建内部信息集成、数据资源及时共享、跨部门业务流程高效对接和政务服务一体化的工程建设数据服务平台，形成线上智能平台与线下一站式服务终端相结合的服务体系。在公路工程建设管理数据标准化研究基础上，破解传统碎片化的数据分析计算方法无法解决海量数据的问题，开展新基建模式下公路工程政府部门行业监管服务体系研究，主要从进度、质量、投资等方面开展大数据分析与应用，形成新基建模式下公路工程建设大数据应用体系。实现公路工程项目建设数字管理过程中的工作协同与数据集成。

(1)基于BIM技术与底层标准，开展公路工程项目BIM协同平台应用研究，实现以BIM为载体的模型中心、数据中心、应用中心的协同与集成，形成以数据标准化与智慧工地等手段的数据集成。

(2)针对BIM协同管理平台集成的工程大数据，以面向全域时序大数据集，基于复杂指标的关联分析，进行高实时、低迟滞实时智能决策的问题，解决时序大数据的实时处理、面向全域时序数据的知识挖掘和时序数据驱动的“实时+智能”决策等三大层层递进技术，建立基于5G时序的公路工程大数据应用体系。

(3)以公路工程建设管理数据标准化为基础，结合BIM协同管理平台集成的工程大数据，开展包括BIM+GIS的“数字—实体共生”三维展示、数字档案应用、计量管理台账智能化应用的创新应用研究，形成新基建模式下公路工程建设大数据应用体系与应用中心。

7.3 基于建筑信息模型的工程建设数据标准化关键技术

建立数据管理能力成熟度模型，规范公路建设数字管理的行为，并以建筑信息模型为顶层框架，对建设过程中的全要素进行标准化编码，实现数据共享与互联互通，同时结合工程管理台账与数字化管理体系的创新，实现各业务流程化、标准化与数字化的融合。

7.4 基于物联网智慧工地管理体系与应用关键技术

数字建造框架下建立公路工程项目建设智慧工地管理体系，建立统一的工程物联网应用标准与交换接口标准，并开展公路工程项目建设受力变形、图像视频、定位、材料消耗等数据的智能算法应用研究，优化资源调度与配置，提高建造效率。

7.5 基于区块链工程管理数据平台应用关键技术

基于区块链建立“数字建造”的数据安全基础支撑，利用其具备可追溯和不可篡改的特性，与新基建模式下公路工程项目建设“数字建造”管理的具体业务相融合，开展区块链技术在质量溯源、智能合约与信用管理等方面的应用创新研究。

8 结语

通过以上详细分析，可以得出以下结论：

(1)基于区块链技术，开展业务数据共享与交换，以数据赋能实现数据驱动行业管理，实现与交通行业相关监管平台数据对接。结合公路工程项目BIM协同平台应用研究，实现业主、监理、施工单位的协同办公，减少重复工作，提高工作效率。

(2)以区块链技术做底层数字建造的数据安全基础支撑，开展区块链技术在合同管理与信用管理等方面的创新性应用研究。建立智慧工地数据标准化体系，兼容不同来源的物联网异常数据， 并在集成端、展示端完成标准的数据展示。

(3)以公路工程建设管理数据标准化为基础，开展包括BIM+GIS的“数字—实体共生”三维展示、数字档案应用、计量管理台账智能化应用的创新应用。以工程数据标准化与业务流程的数字化，实现业务数据互联互通，串联项目设计、建造过程信息，基于分部分项进行工程建设数据的可视化展示。基于BIM协同管理平台的数据集成，实现各类关键信息的分析、预警、可视化展示，提升项目管理决策水平。

总之，结合区块链技术实现工程数据的新安全，可实现基于数据标准化接口实现从项目、企业到行业多级动态的项目建设综合管理。