区块链技术下的建筑材料信息技术架构研究

文／ 李东旭、覃萧、池汇海、蔡祥、冉瑞 贵州中建建筑科研设计院有限公司 贵州贵阳 0009

引言：

建筑材料采购与管理中存在诸多问题，可能会影响建筑工程的正常使用。将区块链技术与信息化技术应用在建筑材料管理中可以提高管理与效率，减少建筑材料采购与管理中的问题，因此论文将对区块链技术下的建筑材料信息技术架构进行简要分析。

1、区块链技术概述

1.1 区块链技术的概念

区块链属于计算机技术的新型应用模式，对分布式存储、点对点传输、加密算法以及共识机制进行了创新应用。区块链系统主要是由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层以及应用层共同构成的。近年来，我国越来越重视区块链技术的应用，于2019年1月10日发布了《区块链信息服务管理规定》，为技术平台的构建提供了支持。

1.2 在建筑材料信息化管理中应用区块链技术的可行性

区块链技术的分布范围十分广泛，可以对数据进行存储、验证、更新、加密以及应用。相比于其他技术，区块链技术具有去中心化、去信任化、集体维护以及可靠性等特点。

（1）去中心化。区块链技术中采用了分布式存储方式，所以不具备中心硬件或中心管理机构，且每一个节点都具备均等的权利与义务，其中维护功能节点承担着维护系统的重任。

（2）去信任化。区块链技术的公开性与透明性较强，可以实现建筑材料交易的公开透明，所以各个节点之间即便没有信任也可以进行建筑材料交易。

（3）集体维护。参与建筑材料交易的各个主体需要共同维护系统。

（4）可靠性。区块链系统当中的所有节点都有最新的数据库，只对其中一个节点的数据进行修改没有任何用。此外，常用的区块链技术有联盟链、公有链以及私有链这三种类型。技术人员可以根据建筑材料管理问题以及区块链技术的内容设计建筑材料快速交易系统、建筑材料管理系统，有效解决建筑材料分配问题、管理问题，并增强建筑材料交易的透明性与共享性，推动建筑行业的发展。

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质量

对建筑材料进行信息化管理有利于提高建筑材料的管理质量。之前，建筑企业需要通过人工管理的方式对建筑材料进行管理，不仅会消耗大量的时间、精力与金钱，也会降低管理效率。例如，在采购一些零碎的建筑材料时，建筑企业需要安排大量的采购人员筛选材料供应商，且无法保障材料供应商筛选结果的合理性。而开展信息化管理可以直接利用系统筛选材料供应商，有利于提高管理效率与质量。

2.2 有利于降低建筑材料管理成本

传统的人工管理方式会加大管理成本，影响企业的经济效益。开展信息化管理工作可以提高建筑材料管理的品质并降低管理成本。例如，建筑企业可以直接通过信息系统获取建筑材料信息、建筑材料供应商信息、建筑材料交易信息，不需要再通过实地走访等方式获取信息，有利于降低成本。

2.3 有利于规范建筑材料市场环境

对建筑材料进行信息化管理不仅可以提高管理质量、降低管理成本，也可以增强建筑材料市场的规范性。例如，利用信息技术构建建筑材料信息化管理平台，政府部门就可以直接通过平台对建筑材料的质量进行全面检验，避免建筑材料供应商销售劣质材料，从而规范建筑材料市场环境。

3、基于区块链技术的建筑材料信息技术架构

相比于传统的建筑材料供应链，在区块链技术的支持下完善建筑材料线上交易模式可以加大政府部门对建筑材料的监管力度，确保建筑材料交易的顺利进行。建筑企业可以通过建筑材料信息平台寻求材料供应商并与之构建良好的合作关系、通过分布式记账等方式将建筑材料交易分为诸多模块、利用区块链技术架构当中的数据层与合约层对建筑材料信息进行存储与验证、利用相应算法对建筑材料信息进行加密处理，并通过共识机制对建筑材料交易信息进行验证。

3.1 交易流程模块

对于建筑企业以及建筑材料供应商来说，选择联盟链属于底层技术，所以每一个建筑企业与建筑材料供应商都是建筑材料信息技术架构当中的一个节点。无论是建筑企业还是建筑材料供应商都需要根据建筑材料信息平台的要求进行建筑材料交易与供应（如图1所示）。

图1 基于区块链技术的建筑材料交易流程

（1）建筑企业需要在建筑材料信息平台中发布建筑材料需求，明确对材料型号、规格以及质量等各方面的要求，之后由系统自动匹配建筑材料供应商。在这一过程中，建筑企业需要向建筑材料信息平台支付一定的保证金，为后续问题的解决提供资金支持。之后，建筑企业需要审核建筑材料供应商的各方面条件，如果满意系统所匹配的建筑材料供应商就需要发起交易，但如果不满意系统自动匹配的建筑材料供应商就需要拒绝交易并重新选择供应商。

（2）在交易过程中，政府相关部门需要对建筑材料供应商的材料进行质量检测，判断材料的型号、规格以及质量是否符合建筑工程的施工要求。之后利用以区块链技术为基础的建筑材料信息平台共享材料信息，利用系统自动匹配最佳的建筑企业，从而提高建筑材料的交易效率。如果建筑材料供应商愿意与系统自动匹配的建筑企业合作，就需要同意交易并通过物流等方式运输材料。如果不愿意与系统自动匹配的建筑企业合作就需要拒绝交易，并重新选择建筑企业。

（3）在运输材料的过程中，基于区块链技术的建筑材料信息平台会对材料装载情况、物流情况进行实时监控，降低出现问题的概率。

3.2 供应链信息存储模块

在构建建筑材料信息技术架构时，技术人员需要利用区块链技术中的分布记账方式将建筑材料交易的每一个环节都划分为一个区块，并利用算法机制进行交易验证，做好每一环节的数据备份工作。即在基于区块链技术的建筑材料信息平台中，建筑材料交易的每一个环节都会形成一个个独立的区块，系统会利用Hash 算法对交易信息进行加密处理，并标注每一环节的时间，增强交易信息的实效性，降低建筑企业或建筑材料供应商篡改交易信息的概率。同时会利用共识机制对交易信息进行检验，如果有一半以上的节点都通过认证就说明该建筑材料交易具有较强的可行性。此时，建筑材料信息技术系统会将每一个区块的信息都传输至节点当中。如果大多数节点都没有通过共识机制的认证就说明建筑材料交易存在问题，此时智能合约模块会对交易的合理性进行判断。当交易继续时，上一个区块的加密信息会与这一区块的加密信息结合起来，构建一个新的区块，系统会对这些区块进行认证，并对各项信息进行存储。

3.3 技术基础架构

基于区块链技术的建筑材料信息技术架构主要是由数据层、网络层、合约层、共识层以及应用层构成的（如图2所示）。

图2 基于区块链技术的建筑材料信息技术架构

3.3.1 应用层

应用层可以为建筑材料的交易提供各种应用场景以及信息流，例如资金流、货物信息流等。建筑企业或建筑材料供应商可以在应用层当中查询买方的交易信息、交易数据、供货方的货物物流信息、买方的收货确认信息。同时，也可以查询建筑材料交易过程中的资金信息，例如建筑材料成本费用信息、建筑材料运输费用信息、建筑材料损耗费用信息、建筑材料搬货信息等。此外，可以查询政府部门的监管信息，例如建筑材料交易的合法性信息与安全性信息，判断建筑材料的质量是否符合要求、运输重量是否超载等。

3.3.2 核心层

核心层是以区块链技术为基础的建筑材料信息技术架构中的关键部分，主要包括共识层、合约层以及网络层。

（1）共识层。共识层主要是利用共识算法验证建筑材料的交易信息，常用的算法有拜占庭容错协议、工作量证明机制、股份证明机制以及Pool 验证池等。无论是建筑企业还是建筑材料供应商都会参与到建筑材料交易当中，所以交易节点非常多，若想提高验证效率就需要科学选择共识算法。在对比分析后发现，在这四种算法当中Pool 验证池这一算法的效率最高，可以提升节点验证效率。

（2）合约层。合约层是由智能合约以及脚本代码共同构成的。在运行过程中，需要提前拟定智能合约，之后再通过各种脚本代码以及算法实现智能合约的自动约束。例如，在建筑材料交易开始时利用智能合约对建筑材料的质量要求、预付金额、运输损耗以及政府监管等各方面情况进行全面审核。在建筑材料交易发生之后，信息系统会根据智能合约判断建筑材料交易过程的科学性与合理性，从而增强信息的公开性。

（3）网络层。网络层是利用P2P 网络技术构建的分布式网络机制。在P2P 网络技术的支持下，建筑材料交易中的每一个节点之间都可以进行信息交互与信息更新，例如进行建筑材料交易金额的交互与更新、进行建筑材料订购量的交互与更新。

3.3.3 基础层

基础层的核心是数据层，可以对数据信息进行计算与存储。例如，建筑企业或建筑材料供应商可以利用数据层对建筑材料交易所产生的时间信息、节点信息以及区块信息进行加密处理，并完整地存储各项信息。

（1）可以进行数据信息的记录、存储与溯源。在数据层当中，建筑材料交易节点可以通过注册账号这一方式创建个人信息，并在交易过程中创建操作记录系统，从而记录所有的交易数据。在记录交易数据后，系统会自动对所有的操作过程进行信息验证与时间标注，以便建筑企业或建筑材料供应商对交易信息进行溯源。

（2）可以优化数字商品交易。建筑材料供应商需要在建筑材料信息平台中标注材料的库存、规格以及质量和价格。而建筑企业可以利用平台中的智能合约向建筑材料供应商发起交易并支付相应的保证金。在同意交易之后，建筑材料供应商需要在最短的时间内完成配货、发货等工作。当建筑材料信息平台中产生数字商品交易之后，系统会对所有的交易数据进行自动存证并读取交易信息，实现交易信息与买家的绑定、与卖家的解绑，从而对加以进行自动切割。如果建筑材料交易过程中出现问题，建筑企业或建筑材料供应商可以直接利用平台查询交易证据。

总之，在区块链技术的基础上构建建筑材料信息技术架构可以将建筑企业、建筑材料供应商以及政府部门有机结合起来，加大对各个方面的管控力度。同时，信息技术可以自动执行各种操作命令，有利于增强交易信息的安全性与准确性，提升建筑材料交易质量与效率，保障建筑企业与建筑材料能够享受平等的权益。

3.4 区块链技术在建筑材料信息技术架构中的应用案例

论文将以云筑网为例分析区块链技术在建筑材料信息技术架构中的应用。技术人员在2018年11月时利用区块链技术构建了云筑网这一信息技术平台，将云筑采集、云筑劳务、云筑商城等各个子系统结合了起来，完善了信息技术架构的功能，加大了对建筑材料的管理质量。其中，云筑采集这一子系统可以为建筑材料的电子招标以及线上交易提供支持；云筑劳务子系统可以为每一个施工人员设置ID，加大了对施工人员的管理力度；云筑商城子系统可以针对建筑工程所需要的材料构建线上采购平台，以便建筑企业直接通过线上进行交易；云筑智联子系统可以将网络融合在一起，构建数字建筑施工平台，例如可以将线上交易与线下交易结合起来，完善建筑材料采购模式；云筑收货子系统可以查询建筑企业的收货信息。此外，建筑材料供应商在云筑网平台上完成建筑材料的投标、合同签订以及订单处理后，可以利用区块链技术中的分布式记账方式将建筑材料供销资料都传输至协作平台当中，并通过协作平台提交融资申请。如果建筑材料供应商提供的融资申请通过了，银行就会为建筑材料供应商提供一定的资金，并传输放款信息。所以，云筑网可以对电子招投标、线下询价、线上订单、线上合同、线上融资进行全面管理，增强建筑材料采购的公开性与透明性，这样不仅可以维护建筑企业与建筑材料供应商的利益，也可以降低建筑材料的采购成本。

3.5 在建筑材料信息技术架构中应用区块链技术的优势与不足

从云筑网来看，在建筑材料信息技术架构中应用区块链技术具有多重优势。

（1）可以降低对第三方的依赖性。之前，建筑企业或建筑材料供应商需要通过第三方获取建筑材料需求信息，但是利用区块链技术构建建筑材料信息技术平台之后，建筑企业或建筑材料供应商可以直接通过区块链技术获取建筑材料需求信息，实现建筑企业与建筑材料供应商的信息对等，降低建筑企业与建筑材料供应商对第三方的依赖性，从而降低沟通成本。

（2）可以增强建筑材料交易信息的透明性。在以区块链技术为基础的建筑材料信息技术平台中，无论是建筑企业还是建筑材料供应商都无法随意篡改建筑材料交易信息，例如交易数量、交易金额等。在这种情况下，如果后续出现建筑材料交易问题，双方可以直接在信息技术平台中获取所有的交易信息，为问题的解决提供数据信息。同时，应用建筑材料信息技术平台可以降低政府监管难度。之前，政府部门需要通过实地走访等方式对建筑材料供应商的材料进行检验。但在建筑材料信息技术平台中，政府部门可以直接利用信息技术监管材料质量，降低出现以次充好、偷工减料等问题的几率，提高建筑工程的施工质量。

（3）可以加大对建筑材料的管控力度。可以利用建筑材料信息技术平台分析建筑材料的生产情况以及需求情况，并根据实际情况调整建筑材料采购方案，降低采购成本。

（4）可以增强建筑材料交易的顺畅性。以区块链技术为基础的建筑材料信息技术架构中应用了智能合约，可以对建筑材料交易进行全面审核，利用合约约束建筑企业与建筑材料供应商的行为，避免二者出现纠纷。但是，区块链技术还不够成熟，所以在建筑材料信息技术架构中应用区块链技术时也会出现一些问题。运行成本相对较高，且资源利用率较低。建筑材料信息技术平台在运行过程中，建筑企业、建筑材料供应商甚至是政府部门都需要对区块链进行维护，从而构建信任机制，加大了平台的运行成本。同时，每一个服务器都会存储区块链中的所有信息，会占用大量的空间，造成了资源浪费。数据信息的透明性过高。区块链技术的核心是分布式记账，所有建筑材料交易中的所有节点都能够掌握交易信息，无法有效保护企业隐私。

结语：

在社会经济快速发展的过程中，人们对建筑材料供应的各个环节都提出了更高的要求。在区块链技术的基础上构建建筑材料信息技术架构、完善建筑材料的供应模式可以促进供应链中各个主体的交互与信任，也可以降低材料供应成本，因此技术人员需利用区块链技术打造建筑材料垂直平台，将线上交易与线下交易相结合。