基于区块链中台架构的城市应急管理协同机制研究——以突发公共卫生事件为例

(山东科技大学 计算机科学与工程学院，山东 青岛 266590)

一、引言

城市应急管理是当前国家治理社会的基石，党的十八大以来，城市应急管理能力的建设受到了高度重视。随着改革开放的持续深入，中国城镇化进程不断推进，城市的人口规模和空间范围迅速扩张，城市在国民经济和社会发展中的地位与作用不断凸显。城市作为各类要素资源和经济社会活动高度集中的空间，其应急管理能力建设一直广受关注，既关系到城市的安全运行与可持续发展，也关系到国家应急管理能力的整体提升，因而加强城市应急管理能力建设至关重要[1]。2020年新冠肺炎疫情的大暴发再次使我国公共卫生领域的应急管理面临新的挑战，同时也为各个城市市域治理现代化提出了新的要求。当前，在新冠肺炎疫情的应对过程中，我国虽然取得了积极向好的治理效果，堪称全球大规模疫情防疫工作的典范，但是在大规模疫情防控和管理方面仍存在某些应急部署阶段或者某些应急部门的管理流于形式，由于信息不对称导致疫情防控信息混乱和滞后，市域间公共卫生应急资源投入过剩或不足，以及先进技术发挥不到位等问题，在管理协同、信息协同、资源协同、技术协同等方面不同程度地降低了我国社会整体应急管理协同效率。

因此，本文将区块链技术与中台理念相结合，充分发挥大数据时代的技术优势，针对后疫情时代突发公共卫生事件的特点，以及社会治理机制的现实问题构建一套城市应急管理协同机制，使得在状态紧急和时间有限的情况下，参与应急管理不同角色的各方主体以积极有效的资源统筹方式和规章制度使紊乱的系统恢复正常，提升系统的整体效率。这对政府等部门面对大规模突发公共卫生事件时，实现快速、高效的智能决策和协同防控具有重要意义。

区块链技术作为一项新兴技术，对推进我国城市治理能力的现代化以及智慧城市的构建都具有重大的战略意义。2019年10月习近平总书记在中央政治局第十八次集体学习会上曾指出，区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着极为重要的作用，要把区块链作为技术创新的一个关键突破口，明确投入方向，大力攻克核心技术瓶颈，为加速推进区块链技术和产业发展创造良好环境。[2]

中台的概念最早可追溯到中国古代东汉时期，尚书台作为政府的政治组织架构，号称“中台”。中台(middle-end)一词也用于描述美国的军事作战体系，指在前方和后方之间搭建一个连接架构，如作战中的中台炮火群。[3]2015年12月，受芬兰Super cell移动游戏公司企业运作中台模式的启发，阿里巴巴正式启动了“大中台，小前台”的中台战略。中台一词没有统一的定义，可以将企业中台理解为既是一套企业运行架构，又是一种体系；既是一种战略，又是一种管理思想，这种思想主要是为了加速数据驱动价值的过程。[4]仇阿根等提出，中台是相对于前台和后台而言的，是将核心、公共、通用的数据、业务和技术封装为服务，达到可以复用的效果，快速响应并实现前台提出的需求，避免重复建设。[5]

基于当前突发公共卫生事件的协同治理等相关工作，本文将搭建一个全方位快速响应的“共建、共治、共享”的现代化城市应急管理协同机制，即利用中台的中枢作用，将政府的业务能力、算法模型、数据等进行沉淀，制定标准和规范，以及全域数据整合、挖掘，并通过区块链进行数据的全生命周期安全治理，形成赋能前台各部门快速响应的共享能力体系。按照集中管控、分布式执行原则，支持应急部门的多方协同，减少沟通成本，提升协作效率，充分发挥社会多元主体的协同共治作用，为当前社会及后疫情时代提供参考。

二、区块链中台架构与城市应急管理

(一)中台架构

中台架构一般包括数据中台(含区块链需写入的链上数据，供应急管理使用的加密数据、密文等)、技术中台、组织中台和业务中台(含提供组织、协同管理的能力)，是一个具有模块化、组件化、共享性的复用平台，其目的是提供服务共享以及支持前台的快速创新或试错。阿里巴巴的中间件团队将中台架构定义为：“中台架构是将企业的核心能力随着业务不断发展以数字化形式沉淀到平台，形成以服务为中心，由业务中台和数据中台构建起数据闭环运作的运营体系，供企业进行更高效的业务探索和创新,实现由数字化资产的形态构建企业核心差异化竞争力。”[6]如图1所示，当面对相对简单的业务时，组织架构主要由前台和后台构成，前台直接面向受众群体，如突发公共卫生事件中的疫情风险监测、疫情下人群的行为轨迹追踪、社区卫生防疫、应急物资调用等，这些因素变化多样、不确定性强，可反映最真实的公众体验。后台为前台提供必要的智能分析、数据处理、组织决策以及综合管理等支持，充当不被用户所感知的幕后角色。然而，当前台要处理越来越多纷繁复杂的特殊事务时，仅仅依靠后台已经不足以高效地解决问题。因此，需要引入中台，将前台应用中稳定通用的业务能力逐步下沉至中台，提高前台的用户响应能力，为前台提供更强大的能力支撑。同时，将后台系统中变化频繁的业务数据抽取到中台实现，为后台提供必要的决策调整、规则修改等，[7]以解决在业务或者功能需求类似的情况下，系统重复开发、复用性差、开发效率低、无法快速迭代等问题，使前台可以方便快捷地无感知地使用各项技术服务，而不再需要单独设计通道与后台连接，同时也提高了前台的响应力和后台的稳定性。如阿里巴巴就提出并实施了这样的中台战略，建立了共享业务事业部。

本文将中台理念应用于城市应急管理，通过采集汇集全网突发公共卫生事件相关的海量数据信息及各领域先进的技术[8]，以开放共享平台作为中台，帮助实现突发公共卫生事件中的政策传递、信息采集、信息共享、技术共享，以及资源的合理调配、跨区域协作治理等诸多方面的功能，继而降低应急处置成本，提高城市应急管理效率。

(二)区块链技术

区块链技术是一个分布式的共享数据库，它是结合分布式记账方法的去中心化和去信任的特点，运用哈希加密算法、时间戳、智能合约、数字签名、P2P技术等，多种技术和方法集体维护一本数据库的可靠的新型应用模式。在实际应用中，利用区块链的不可篡改性，使用数字签名技术和非对称的加密算法来有效地防止数据被人为篡改和删除，通过数字签名技术方便对人员身份进行核验以及保护数据单元的完整性，通过非对称加密算法使用公开密钥与私有密钥共同保护个人隐私信息。[9-12]可共享性确保了每一天记录存储的信息都可实时同步到有多个节点组成的整个分布式网络系统中，每个完整的节点都存有整个区块链的副本，使用者既能从链中获取实时信息又可在链上实时共享信息。目前，区块链凭借其技术透明、可验证以及去中心化的特点已经有非常广泛的应用场景，将其与我国当前的应急管理系统相结合，可以广泛应用于分布式无中心的各级各类突发事件的应急管理，以及社区日常非紧急事件服务管理工作中，在公众参与、共同尽责、人人共享服务的常态与非常态应急管理流程中，为实现可靠、高效、低成本、去中心化的管理和服务提供技术保证。应急区块链创始人、美国资深应急演练专家于鸣平教授团队发现，其研发的应急指挥信息系统(EmerInfo)结合区块链技术的特点恰好能够在降低响应成本的同时使应急响应效率大幅提高，从而提升政府中心化应急管理工作的服务质量[13]。

图1 中台架构图

(三)区块链中台架构与城市应急管理的相关研究

近年来，伴随着区块链等新技术的快速发展，国内外专家学者在应急管理协同机制以及区块链等技术赋能方面进行了深入研究和探索。陈珑凯、唐敏康认为，应急管理新体制的内部优化、外部协同、高效运行是管理过程中需要重点解决的问题。[14]张海波认为，应急管理的跨区域协同有助于应急管理作为复杂适应系统的有效运行,以实现集体绩效最大化。[15]朱婉菁研究发现，区块链技术应用于国家的应急管理将大大增强各主体在突发事件中的协同性。[16]殷勇通过对多元信息协同模式的研究发现，将区块链引入公共卫生应急管理中有助于提升多方主体的信息协同效率。[17]李健等人从健全区块链的应用、加强区块链与其他技术的协同使用等几个方面，提出区块链应用于突发事件应急管理的建议。[18]王琳利用区块链技术的特点，提出了基于数据区块生成和数据追溯提取的粮食应急案例构建模型，提高了粮食应急救援的效率。[19]王延川利用区块链算法实现链下链上信息沟通，探析了区块链技术对突发事件中应急物资保障的高效管理与精准配送问题。[20]邵炜晖等人设计了基于区块链的一体化应急应战机制。[21]综合上述分析，在应急管理协同及其区块链应用方面已取得一定的研究成果，但针对突发公共事件，将区块链与中台相结合进行城市应急管理协同机制设计还较少。

本文将区块链技术嵌入中台架构中，设计了针对突发公共卫生事件的基于区块链中台架构的城市应急管理协同机制，利用区块链技术的优势，以可共享、可复用、可扩展的中台架构为基础，融合大数据、物联网、云计算、人工智能、态势感知、隐私保护等相关技术，从突发公共卫生事件生命周期的各个阶段为政府企事业单位、医疗机构、公共卫生、社会交通、公众教育等各方面提供服务，实现信息、技术的共享及协调联控，确保应急管理新常态下一系列管理防控方案的安全落地。

三、基于区块链中台的城市应急管理技术架构

为适应面向常态化疫情防控等城市应急管理的发展要求，需对传统应急管理技术架构进行变革，建立快速迭代、可扩展、灵活性强、适应数据开放及共享的新一代技术架构体系[22]，来快速响应后疫情时代突发公共卫生事件各种变化。本文以中台理念搭建核心架构，将区块链技术贯穿于中台架构的各个中间组件中，利用中台实现数据集中共享，为前端业务所需资源提供有效支撑，各业务平台可以更加专注于疫情防控等各种突发事件的个性化需求，快速实现各种资源的匹配和对接，提高对突发事件的敏捷反应，实现高效协同。

以突发公共卫生事件为例，基于区块链中台的城市应急管理技术架构包含五个层级，分别为连接数据中台的数据层、连接技术中台的网络层、合约层、共识层以及连接业务中台的应用层，其中每层将根据城市应急管理的具体要求进行本地化改良，如图2所示。

图2 基于区块链中台的城市应急管理技术架构

(一)数据层

该层作为突发公共卫生事件应急管理的基础层，主要提供区块链最底层的协议代码和基础硬件设施，应对的是数据存储以及管理协同的实现与安全问题，包括数据区块、链式结构、时间戳、哈希函数、Merkle树、非对称加密、计算服务、网络服务等信息。时间戳为突发公共卫生事件应急管理过程中全部的大数据信息标记时间维度，确保各个区块按照时序连接。数据中台是中台架构的基础和核心，承担着保证数据规范并深入挖掘数据之间的关系，构建多场景联动应用，对内加强精益化管理，对外实现可视化服务的重任，[23]是系统之间的数据桥梁，基于Merkle树、哈希函数、非对称加密等技术保证了管理防控中利用数据中台对数据资源的处理及获取过程可以在安全、可靠、可溯源的情况下进行。同时，通过公钥数字签名技术对数据区块进行链式连接，有助于对不同的数据使用者、接受者、管理者进行溯源防抵赖、防篡改。

(二)网络层

这一层封装了区块链系统全部的组网方式、消息传播协议和数据验证机制等要素。根据当前我国突发公共卫生事件应急管理的实际需要，通过设计特定的P2P传播协议和身份验证机制，保证区块链系统中所有节点都能参与区块数据的校验和记账过程，只有在区块数据通过全网大部分节点验证的情况下，才可记入区块链。

(三)共识层

共识层封装了整个系统的共识算法，如PoW算法、PoS算法、DPoS算法等，是实现区块链去中心化特性，保证网络不被恶意节点攻击的关键，可以使决策权高度分散的去中心化系统中各节点高效地针对区块数据的有效性达成共识[24]。共识层的共识机制是在国家和政府的监管下共同制定的，由政府部门进行统一管理，主要包括面向卫生健康组织、公安机关、公共卫生应急指挥管理系统以及其他应急管理安全涉密部门的私有链共识机制，面向卫生事件疫情防控应急管理的前线人员和组织、参与隔离与收治医疗机构等的联盟链共识机制，以及面向社会民众的信息公开化、透明化的公有链共识机制。

(四)合约层

城市应急管理技术架构的合约层是在国家法律法规和政府相关政策的基础上所制定的智能数字合约。其中，智能合约是合约层的核心，通过嵌入在区块链的各种算法、脚本代码以及更加复杂的智能合约实现区块链系统的灵活编程和数据操作。应急管理的参与方事先将拟定好的合约内容和触发机制以代码的形式嵌入到系统中，形成规范中台使用的各种规章制度、程序规则、管理法规等治理规则，一旦满足触发条件，合约将不受外界干扰自动执行。另外，供应链管理中，在合约模板加入荣誉奖励机制、责任义务机制等，可以有效降低参与突发公共卫生事件管理中台的运营成本，提高效率，减少人为干预，提高系统的独立可靠性。网络层、共识层及合约层作为架构的核心模块，为大数据分析、突发公共卫生事件态势感知等进行赋能。

(五)应用层

本层封装了架构的各种业务模型、应用场景及案例，属于整个区块链应急管理架构的交互模块，通过调用智能合约层的接口，实现业务中台与外界大环境的交互。这里的大环境是指参与突发公共卫生事件应急管理协同的政府部门、企事业单位、社会组织、卫生事件疫情防控应急管理的前线人员及公众等。区块链应用层为业务中台提供各种服务，如私有链接入城市应急管理安全信息涉密部门，为突发公共卫生应急防控提供安全的分析预测等；联盟链接入城市应急指挥管理中心，通过业务中台的协同作用，协调各个城市之间应对突发公共卫生应急管理所需的人员信息、相关技术、防疫资源的调配等；公有链接入社会组织、各社区管理部门、普通民众等，以区块链特有的链式结构为管理过程提供身份权限验证、信息查询、核验、认证等。通过应用层这一顶层结构，最终实现信息、技术、资源与中台和外界应急管理真实场景的交互。

整个技术架构的设计具有较强的可扩展性和较高的开发效率，能够在现有系统的基础上完成突发公共卫生事件的预警、治理与恢复，并可在短时间内根据应急管理的实际需求及时更新卫生事件的信息和数据；具备较强的独立性和技术兼容性，可以确保新系统、新功能的建设对已有系统不会造成影响，并可以兼容由不同的技术栈和程序语言组成的多种智能服务工具，满足突发公共卫生事件突发性、不确定性、持续性、复杂性的应对需求。

四、基于区块链中台架构的城市应急管理协同机制模型

本文运用4R危机管理理论，从应急管理生命周期的预防与应急准备、监测与响应预警、应急决策与救援、事后恢复与重建四个方面的全流程，提出了一种基于区块链中台架构的突发公共卫生事件应急管理协同机制模型。如图3所示，该模型总体分为五个部分，各部分之间密切关联并实现整体协同。感知层主要感知和排查针对疫情等突发公共卫生事件的风险隐患，并将实时获取的与疫情相关的各种信息提供给数据层。数据层对海量数据进行有序处理，通过智能算法挖掘潜在数据资源，运用区块链技术保障数据安全。交互层通过搭建数据中台、技术中台和业务中台，提炼应急业务所需的共同底层需求，形成共享能力，其中，数据中台集成数据处理模块，与业务中台互联，为业务协同提供数据支持；技术中台为业务部门提供组件化技术，提高应用场景的技术开发效率；业务中台整合各种应用场景及案例集成业务模型资源库，提高业务的复用价值。应用层小前台，在中台赋能的情况下，更专注于疫情防控等突发事件的应急处理，及时高效地指挥决策和解决问题。决策层在公共卫生等突发事件的应急协同方面提供顶层设计，提高城市的整体治理能力。

图3 基于区块链中台架构的城市应急管理协同机制模型

(一)感知层

统一开展全方位物联网针对疫情等突发公共卫生事件的风险隐患排查监测、评估与精细化整治。[25]首先，对行业、区域进行综合监测，排查卫生事件风险隐患并进行登记和全量管理。其次，通过铁路交通、交管、治安以及智能物流、智能医疗等实时记录的所处疫情之下大规模人类数据信息，以及各类传感器、公共场所摄像头、通讯定位系统等捕捉并提供的位置及现场实时状况信息，对城市安全运行以及风险源和防护目标进行监测，[26]这些确保了在突发公共卫生事件发生时各个城市能够与应急管理部门进行实时交互和协同作业，以备在应急处置时能够提供剖析研判、会商决策、指挥调度、任务跟踪和现场指挥等服务。政务网和互联网可提供政府最新发布的政策，并且可以及时了解突发公共卫生事件暴发前、中、后的网络舆情信息，借此有效地进行数据信息管控与政策行为引导，杜绝群众恐慌和大规模卫生事件谣言的传播，可通过政务网权威发布，传播积极的防控信息。

(二)数据层

统一构建城市应急管理大数据平台，形成公共卫生领域的应急管理数据资源的融合，包括城市应急基础数据、社会数据，以及实时感知和更新的城市公共卫生领域相关的大数据，如空间数据、危险源数据、医疗救援数据、现场数据、舆情数据、应急资源数据、应急案例数据和应急预案数据等。同时，对获取到的公共卫生大数据进行区块化处理、上链与发布，对数据进行整合、分类、归档，然后根据相关部门的标准对获取的数据进行采集、清洗、转换等。将经过数据挖掘后的有序化数据存储在数据中台以备调用。经过预处理后，与其所对应的区块链上数据进行完整性、一致性的比对，保证链上数据与链下数据的实时更新。在执行区块链城市应急管理体系过程中，各分布式区块节点保存的数据异步传输在满足链上与链下的共识机制后，接入到分布式数据库接口等待发布，随即进行下一阶段的区块链录入及数据有效性的确定。根据区块数据的公开性、隐私性、安全性及合规性，在国家政府机关与相关督察部门的监管下，分别在城市应急管理指挥中心面向社会民众的公有链、面向突发公共卫生事件防控相关组织之间的联盟链和面向政府机关内部涉密体系的私有链上发布信息[27]。

(三)交互层

针对突发公共卫生事件的特点，主要分为跨区域交互和区域内部交互两种模式。全国各个城市之间以及同一城市的各组织机构之间，通过城市应急管理中台架构建立连接，利用封装在中台内部的区块链分布式存储技术、智能合约技术、数字签名等技术，共同维护交互层的安全、高效的协同运作。技术中台对技术进行开发和组件化，提高其复用效率。业务中台整合各种卫生事件应急场景及案例，便于各个参与交互的单元对数据、技术、资源等的调度和直接使用。在面对突发公共卫生事件协同管理过程中涉及的公众隐私、商业机密、医疗就诊时，公众留下的个人详细信息以及与应急管理相关的敏感性问题时，将相关信息及决策方案写入区块链中，通过区块链的P2P网络所提供的安全、去中心化的资源交互平台，确保整个机制的有效互联互通，[28-30]有助于相关部门实施监管和及时干预。另外，通过激励制度及相关法律法规，可以更好地鼓励和约束中台使用者的合理规范使用，促进疫情数据交互与智能决策能力，实现突发公共卫生事件协同防控大数据的高效、安全、智能、可靠、权威可信的处理水平。

(四)应用层

该层设计了城市公共卫生领域实时监测和城市综合应急管理指挥两大体系，利用城市统一的数据支撑平台、云服务共享平台，搭建一个数据和应用系统一体化的服务平台，以满足城市应急管理对于信息全面性、丰富性的需求，为应急管理数据的可视化、时空分析等提供统一的空间信息支撑能力，提升大数据的高效利用。其中,城市公共卫生领域物联网实时监测体系包括环境污染监测系统、城市综合卫生防疫监测系统、进口食品安全监测系统、综合网格群防群治系统。城市综合应急管理指挥体系包括市级、区县级、乡镇(街道)级、部门级应急系统。两个系统相结合可实现对城市运行和公共卫生应急管理领域的大数据管理及量化分析，通过关键指标、核心数据、态势汇总和统计分析等反映城市运行和重大突发公共卫生事件应对的总体态势。

(五)决策层

决策层实现城市突发公共卫生事件应急管理的综合治理，从突发公共卫生事件生命周期的角度形成风险监测、分析预测、响应预警、决策支持和管理反馈的闭环流程。在突发公共卫生事件发生之前，风险监测体系通过感知层和数据层捕捉的实时数据进行异常事件的监测，结合模型中区块链的技术优势进行安全的数据分析预测，形成监测报警信息。相关应急管理部门技术人员可以根据国家应急管理部公布的应急管理预警级别标准[31]，即可能发生的特别重大突发事件为一级预警，可能发生的重大突发事件为二级预警，可能发生的较大突发事件为三级预警，可能发生的一般突发事件为四级预警，通过灾害物理模型对突发事件进行定级，相关政府部门根据定级结果进行针对性的研判，并制定与判定级别相符的应急措施，同时进行预警信息发布，提高社会警惕性及防御能力。在突发公共卫生事件发生时，国家机关可以跨公有链、联盟链、私有链进行高效的数据追溯与获取，各个城市之间可以通过中台获取数据、技术以及进行资源调度等，如新冠肺炎疫情期间，公众进行二维码扫描自主录入个人健康信息后，上传至中台数据库，任何城市都可以随时随地通过连接中台以获悉疫情下民众的健康状况，提高疫情排查效率。在突发公共卫生事件发生后，即进入平战结合的常态化管理阶段，这一阶段主要进行防控管理效果的反馈，根据网络舆情、实际治理成果等进行复盘，反思管理过程中暴露的问题并及时作出相应调整。

五、结语

本文提出的基于区块链中台架构的城市突发公共卫生事件应急管理协同机制，以区块链和中台为基础架构，为多方协同提供技术支撑，赋能各应急管理部门高效决策、协同联控。面对常态化疫情防控，原有体制仍存在职能独立、条块分割等现象，暴露出了相关管理组织或职能部门政策履行不到位、管理制度僵化、协同防治部署鲁钝、公共大数据共享迟延等诸多严重问题。因此，在协同机制的实际应用中，不仅需要技术层面的开发建设，更需要城市应急管理等相关部门组织内部进行结构性变革和业务流程再造，使组织架构与技术架构相匹配，不断提升城市突发公共卫生事件的应急管理能力。本文将会在后续加强这方面的研究，希望能对我国城市疫情防控等突发事件的应急管理提供更多参考。