区块链落地燃气行业场景应用探讨

韩金丽

习近平总书记提出，要推动区块链底层技术服务和新型智慧城市建设相结合，探索在信息基础设施、智慧交通、能源电力等领域的推广应用，提升城市管理的智能化、精准化水平。近年来，区块链技术越来越多地引起人们的关注，各行业都在探索如何将该技术结合自身产业，找到相应的应用场景，解决痛点难点问题。

近期，北京燃气集团尝试将困扰城市燃气行业多年的燃气隐患治理问题，采用区块链技术加以解决，将加密技术、分布式数字账簿、不可篡改三项技术嵌入到燃气隐患的治理业务中，形成了去中心化全生命周期可追踪不可篡改的隐患数据账簿和可信的企业、政府、用户等关联方的关系网络。由此，更准确、及时、高效可验证地实现多方共同治理的效果，做到过程透明、结果透明、责任清晰，初步形成了可复制的行业联盟“燃气链”雏形。

一、区块链技术背景

区块链是一种按照时间顺序，将数据区块以顺序相连的方式组合成链式数据结构，并以密码学方式保证不可篡改和不可伪造的账簿。通俗的解释就是与任何个体、团体建立起可信任的可追溯不能造假的合约关系或交易。

区块链的最初应用场景是比特币，但它的应用范围远超比特币，能解决很多原来解决不了的问题。未来，“整个城市是一个机器人，人工智能是它的大脑，物联网是它的感观——眼耳鼻舌等，区块链是它的神经系统，数据通过区块链的方式在整个社会中传递。”在第四代互联网中，区块链将扮演核心角色，同时也将成为数字基础底层的基础设施。

区块链分为公链、私链和联盟链。比如公路，最开始的路大家都可以参与修建，也都可以走，就相当于区块链里面的公链（Public blockchain），比特币这些数字加密货币就是公链；而各家集资建的自己的路，就相当于区块链里面的私链（Private blockchain）；让哪些人参与和使用这些路是管理者自己决定的，就是私有链。区块链里面的联盟链，也叫作共同体区块链（Consortium blockchain），哪些节点在一个联盟里可以参与共识，是可以选择的。

近几年，我国将区块链底层技术服务与工业互联网融合纳入国家战略规划，并出台多份区块链技术发展指导文件。

2016年，《“十三五”国家信息化规划》中正式将区块链纳入现代信息技术和产业生态体系，要求加强区块链、量子通信、基因编辑等新技术基础研发和前沿布局，构筑新赛场先发主导优势，后续国家层面相关政策陆续出台。

2017年，《国务院关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》中指出，要加强产业支撑，促进边缘计算、人工智能、区块链等新兴前沿技术在工业互联网中的应用研究与探索。

2020年，《工业互联网创新发展行动计划（2021—2023年）》中表明，支持领先企业加快网络、标识、平台与安全的关键技术与产品研发，推动边缘计算、数字孪生、区块链等与工业互联网的融合技术研究，加强融合产品及其解决方案的测试验证和商业化推广。

2021年，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中提出，培育壮大人工智能、大数据、区块链、云计算、网络安全等新兴数字产业。

在技术发展指导方面，2016年工业和信息化部指导编写的《中国区块链技术和应用发展白皮书（2016）》中，首次提出我国区块链标准化路线图，总结了国内外区块链发展现状和典型应用场景，介绍了我国区块链技术发展路线图以及未来区块链技术标准化方向和进程。2019年国家互联网信息办公室发布《区块链信息服务管理规定》，明确了区块链信息服务提供者的信息安全管理责任，规范和促进区块链技术及相关服务健康发展，规避区块链信息服务安全风险，为相关服务的提供、使用、管理等提供有效的法律依据，也为相关服务管理提供了技术方向。

二、燃气隐患治理的工作背景

随着燃气行业的快速发展，城市燃气户内安全管理越来越受到重视。燃气公司作为燃气设施的建设、经营管理主体，因其专业性，被赋予较多的安全管理责任。根据《城镇燃气管理条例》，燃气公司应建立健全安全管理制度，对燃气设施依法按时巡检、安检，向燃气用户普及燃气设备使用知识，提高社会安全防范意识，防止燃气安全事故的发生，保障公民的生命财产安全，从而促进燃气行业的健康、稳定和快速发展。

目前，北京市燃气用户共有650余万户，燃气安全隐患排查业务量大。当前，燃气隐患治理工作业务流程中，用户安全隐患数据主要通过电子邮件、纸质材料等方式，由燃气企业向市、区燃气主管部门及街道报送，街道对台账的查询、统计、比对等主要依靠人工。整体上，管理及时性、流转便捷性、处理效率较差，隐患数据涉及用户安全隐私，风险程度极高。

三、研究方法

拟以燃气安全隐患排查工作为切入点，研究区块链在燃气行业的应用场景，探讨区块链在解决燃气安全隐患数据可信采集、全链条可追溯等痛点、难点问题的应用模式，建立城市燃气领域数据智能精细管理和燃气安全多方协同友好互动新业务模式。

（一）研究内容及方法

一是设计和验证自主可控的软硬一体区块链体系、区块链和工业互联网融合技术在城市燃气隐患安全管理、数据可信存证和共享、多方参与协作等方面的落地方案。

結合区块链技术发展现状，从自主可控、性能指标、开源共享、生态环境等角度完成区块链技术平台选型；从部署架构、技术架构等角度完成平台设计方案。

二是搭建“区块链和工业互联网融合的燃气行业能源服务平台”，建立城市燃气领域关键数据智能、精细管理和燃气安全多方协同、友好互动新模式。

三是形成可复制、可持续发展的城市燃气领域区块链和工业互联网融合应用的经验、模式和标准，为城市燃气行业落实“区块链+能源”创新应用提供参考方案（图1）。

图1 研究内容及研究方法

（二）业务实施方案

搭建基于区块链的安全隐患治理业务平台，通过共识算法、加密技术、P2P网络、智能合约、时间戳等，提供去中心化、不可篡改的区块链数据可信存证、追溯服务、业务协同能力，确保链上数据多方共识、安全可信流转、可追溯不可篡改，实现安全隐患治理数据从报告、入账，到督促整改、销账全生命周期的可信闭环管理和业务的高效协同。同时，为燃气安全事故责任界定提供有效的法律证据，为隐患治理资金投入和监管提供基础支撑。

通过安全隐患治理业务平台，为民众提供清晰透明的燃气安全排查数据，提升居民获得感；为工作人员提供权责清晰的管理体系，规范工作人员安全作业；为燃气公司重塑安全隐患管理机制，提高安全隐患管理的透明度。通过接口/区块链节点的方式，为政府监管提供安全可信、全流程的安全隐患排查数据，方便政府部门监管和提供投资决策依据。通过区块链节点的方式，为行业创新燃气行业安全治理模式，为行业资产确权服务、交易服务和数据共享交换等可信服务和应用提供基础支撑能力。

（三）技术实施方案

技术方面，搭建基于区块链的安全隐患治理业务平台，探索区块链技术和工业互联网技术相结合的燃气行业数据智能精细管理、燃气安全多方协同友好互动新业务模式。具体拟从以下几个角度展开实施。

一是技术架构。

如图2所示，平台自下而上由以下层级构成。

图2 技术架构图

——平台技术层。从内容上，主要包括基础设施、存储资源和基础组件三部分内容，是整个平台运行的基础。基础设施：公有云、私有云，包括虚拟机、物理机等，为平台提供基础运行环境；存储资源：为平台的运行提供数据存储功能，包括关系型数据库、非关系型数据库、分布式文件存储服务和缓存服务等内容；基础组件：平台通用基础组件包括API网关、服务注册发现、配置中心、负责均衡、熔断器、消息队列、服务监控、任务调度、流程引擎和服务网格等内容。

——长安链层。在长安链的基础上搭建区块链即服务（BaaS）平台，功能包括区块链平台共识算法、合约引擎、跨链技术等核心模块，核心模块均采用可插拔设计，为可装配区块链奠定基础。

——应用层。以高内聚低耦合的方式搭建燃气户内安全隐患数据上报系统，底层依托分布式文件存储服务、数据库资源、长安链BaaS平台等实现数据的存储和共享，向上以REST API的形式通过API网关和负载均衡等微服务基础组件对外部提供服务。

二是应用架构。

在基础技术、BaaS层的基础上构建安全隐患业务治理平台，规划业务模块，实现不同角色用户有效协同，数据可信、安全共享（图3）。

图3 应用架构图

——燃气企业用户，规划隐患导入、隐患删除、隐患查看、数据对比、隐患回访、详情查看等功能。

——燃气用户，规划未销项查看、隐患查看、历史查询等功能。

——街道用户，规划隐患确认、历史查询、详情查看等功能。

——区管委用户，规划隐患下发、历史查询、详情查看等功能。

三是部署架构。

如图4所示，应用服务计划部署4类节点，分别是：

圖4 部署架构图

——燃气企业节点。燃气企业员工依据巡检计划开展户内隐患巡查，通过试点应用客户端将巡检记录、隐患数据、燃气用户信息上报到户内隐患数据上报系统，最终被上传到长安链，从长安链上获取来自监管部门的审批信息。

——燃气用户节点。燃气用户通过户内隐患数据系统，查看自己关联的隐患数据信息及来自街道的隐患消除提示信息，并可以对隐患信息予以确认。

——街道监管节点。街道用户依托户内隐患数据系统，查看区内的隐患数据及其整改情况，对区内隐患数据开展整改督办工作。

——区/城管委监管节点。区/城管委用户依托户内隐患数据系统，查看系统内的隐患数据及其整改情况，并对个别整改延期情况下发协同整改信息，督促隐患消除工作。

四、示范效果与验证

目前，区块链和工业互联网融合的燃气行业能源服务平台已经完成建设，并基于平台统筹落实燃气安全排查整治工作，推动隐患排查治理取得重大进展和积极成效。2022年，全年累计治理占压隐患4070项，治理完成率超过90%；累计治理管网设施隐患708项，治理液化天然气（LNG）/压缩天然气（CNG）供应站安全隐患351项，有效降低运行安全风险；居民用户消除隐患20.7万项，实现非居民用户一级隐患动态清零。户内外安全风险得到有效控制，为首都城市燃气供应提供坚实的安全保障。

五、未来的应用推广和研究方向

（一）燃气业务友好互动保障城市供应

应对城市燃气供应中的巨大峰谷差、突发事件影响等一系列保供问题，利用区块链技术，将多气源供给、LNG接收站应急调峰能力、城市燃气管输能力、用气需求安全可信进行高效对接，实现燃气业务友好互动，更好地保障城市燃气供应，在城市燃气供应中构建互相透明、互相信任的源网储用高效、智能协同体系，形成基于区块链技术的多场景源网储用友好互动应用。

（二）碳中和精准用能预测、管理

燃气用户的能耗数据主要来源于现场的燃气计量设备采集，采集数据的真实性和安全性，直接影响上层能耗数据监测、统计分析和预测结果。目前，基于物联网技术的燃气计量数据采集主要受限于移动通信技术发展，燃气企业在不同时期建设了基于2G、4G、窄带物联网（NB-IoT）等技术的数据采集平台，实现了燃气计量数据实时采集和上传功能，满足了当期的数据采集业务需求，但是缺少对燃气计量数据真实性、机密性、完整性和不可否认性的考虑。碳中和时代对燃气计量数据的精准性提出了更高要求，应用区块链和物联网技术相结合的方式，可以解决目前存在的数据安全共享和信任问题。

（三）政府监管的全透明抓手

作为未来数字城市发展的方向，区块链技术恰好能够在碳排放监管、监测体系等方面发挥重要作用。燃气企业能够通过用户用能监测数据，采用区块链技术和机器学习、神经网络算法，从燃气用户用能数据中挖掘影响碳排放量的关键因素，结合标准中基础算法，完成燃气用户碳排放量的准确计算，自动生成燃气方面的碳排放报告。这样，基于区块链智能合约技术，就能实现燃气用户的燃气碳排放数据的可信存证，可控共享；另外，通过跨链技术将数据实时同步至碳排放监管平台，帮助政府、企业、公众和社会各界更及时、准确地监测企业燃气用能的碳排放情况。

参考文献

[1]邹均，于斌，庄鹏，等.区块链核心技术与应用［M］.北京：机械工业出版社，2018.

[2]大卫·弗隆，克里斯托弗·乌聚罗.区块链的真正商机［M］.李玮，译.杭州：浙江教育出版社，2020.

（责任编辑：张秋辰）