吴斯阳 刘晓东 陈志安 蒋成 吕刚

（1.湖南电力工程咨询有限公司 湖南省长沙市 410001 2.广州粤建三和软件股份有限公司 广东省广州市 510640）

1 引言

电网输变电工程见证取样工作作为工程质量保障的重要环节，具有法定和强制执行的地位，但在工程管理工作中，由于来自业主、监理、施工单位及检测部门等多方面的原因，导致见证取样及送检工作难以确切落实，造成工程质量缺陷或留下工程安全隐患[1,2]。

输变电工程具有点多、面广、线长的特点，特别是输电线路工程，在野外、偏远和高山大岭地点施工是常态。材料运输困难，商业砼等难以送至高山陡坡的施工地点。取样和见证人员翻山越岭体力消耗大，存在见证取样、养护送样过程中工作不到位、履职不尽责的现象。

见证取样和送检工作是保证建设工程质量检测公证性、科学性、权威性的首要环节，对工程质量意义重大，并且为监理单位验收、评估工程质量提供了直接依据[3]。由此可见，生产企业生产混凝土，监理单位见证、施工单位取样，进行第三方试验室送检，这几个环节中，如何做到不存在弄虚作假现象，并形成闭环溯源混凝土全过程，让建设管理单位和质量监管部门能准确了解输变电工程混凝土从生产到使用、监测的全过程状态，并依据监管数据进行综合统计分析，准确判断混凝土生产质量，判断问题工程，及时查处各方责任主体的造假或不作为行为，确保建筑工程的质量具有重要意义[4,5,]。

本项目针对以上问题，通过建立基于区块链技术的输变电工程见证取样平台[6,7,8]，建立检测机构内部的试验管理系统与通过唯一性标识可实现样品从送检、检测试验、检测试验报告各环节全过程监控，检测机构出具的试验报告附加含见证取样唯一性标识信息的防伪二维码[9]，工程质量监管人员可通过智能终端扫描防伪二维码进行逆向溯源，根据输变电工程检测试验技术管理规范要求的制取试件、登记台账、送检、检测试验、检测试验报告管理等的几个环节，实现工程质量的闭环监管[10]。

同时利用区块链技术的趋于成熟，可以保障数据的可追踪，公开透明，内容不被篡改，不会丢失，很好的解决现有的诸多问题[11]。

2 样品检测流程分析

2.1 见证取样

本项目通过对工程施工过程原材料的质量检测全过程监管，同时结合芯片技术对工地现场混凝土取样进行身份标识，杜绝施工单位采用虚假混凝土试块，确保检测单位出具的检测报告，真实地反映工程实体的质量情况。见证取样流程如图1所示。

图1：见证取样流程

工作流程：

（1）施工单位通过手机客户端，扫描真实有效的混凝土运输单上的二维码完成收货。

（2）施工单位取样人员通过手机客户端登记混凝土样品信息，生成见证记录。

（3）施工单位取样人员在取样时，人脸识别通过后，再扫描收货完成的混凝土运输单上的二维码，获取混凝土生产信息，然后在混凝土试块中植入RFID 芯片，并将试块的生产信息通过手机NFC 或者芯片植入客户端写入芯片，将芯片作为混凝土试块的身份标识。对混凝土试块和取样人员进行拍照并定位，完成取样操作。

（4）见证人员进行现场见证，人脸识别通过后，对已取样并植入芯片的样品和见证人进行拍照并定位，针对输电线路工程特点，特别还设计了将杆塔施工地理位置与见证取样位置的比对功能，位置基本匹配后，方能完成见证操作。

（5）最后将样品送往检测单位。

2.2 试验室检测管理

工作流程：

（1）检测机构在收样时，检查混凝土试块外观后，通过验样客户端，配合RFID 芯片读卡器，读取芯片中的信息并进行校验，校验通过后，通过验样端自动将芯片中的样品信息同步至基于区块链的输变电工程见证取样及工程检测管理系统；

（2）检测单位的力学类检测试验机完成检测后，将包括自动采集原始记录、力值曲线图、破型图、检测数据及检测报告在内的数据上传至基于区块链的输变电工程见证取样及工程检测管理系统；

（3）对于混凝土试块检测不合格始数据，建设单位可以通过手机客户端对检测不合格数据进行处理，完成检测不合格闭环。

（4）监督员通过手机客户端，扫描报告二维码验证报告真伪，下载见证记录、检测数据记录。

3 系统设计

3.1 系统需求分析

3.1.1 业务功能需求分析

（1）检测工作可控、可信化、可溯源。

1.履行工程主体各方职责。

见证取样环节由工程责任主体多方共同完成。系统程序需明确取样人员，见证职责，样品见证上传步骤。

2.增强工程建设信息化水平，加大在线监管和质量溯源。

工程建设领域的信息化相对其它行业比较滞后，需将区块链作为核心技术融入到工程检测信息系统中，增强工程见证取样及工程检测管理信息化水平。

针对溯源问题，检测报告和数据可能被篡改，多方责任主体各持一词。系统需采用智能芯片技术、生物特征识别技术和区块链技术，保证数据上链后的真实性。

（2）提高工程检测工作和职能部门监管效率。

1.系统需实现各部门数据的共享，以及数据传输的实时性、安全性、准确性，效率性，完成质量检测、监管模式的统一。

2.系统需实现业务全覆盖、信息全共享、检测过程全监控，并具有统计分析汇总以及预警指挥督办的检测监管功能。

3.1.2 非功能需求

（1）数据采集需求。数据应来源于现场见证取样样品的植入或捆绑、包装等方式的物联网组件，如混凝土试块的植入RFID芯片，还包括部分表单录入信息、人体生物识别信息、卫星定位数据等。

由于业务数据具有规模庞大，伴随业务流程持续产生、产生数据的业务链条长、数据关联度高等特点，平台应支持数据的轻量化、移动化、扫码化采集应用，确保数据采集的高效、可靠和低成本，并在低带宽和低终端配置下有良好的用户使用体验。

（2）数据传输需求。系统需部署在互联网云平台，通过移动通讯技术将工程检测采集数据上传到云平台，并实现与基建管理平台、区块链平台等系统的数据交互。

（3）数据安全共享。确保数据安全、受控，并实现跨专业共享。

3.2 系统功能设计

3.2.1 系统整体架构设计

基于区块链的输变电工程见证取样和工程检测管理系统整体架构分为感知层、数据层、应用层、访问层4 层。系统的建设依据行业标准和公司体系保证系统的质量和安全。系统整体架构图如图2所示。

图2：系统整体架构图

感知层：采用RFID 智能芯片或防伪二维码等，植入、粘贴或捆扎于送样件。现场或检测前使用扫描枪、手机APP 等扫描送样件上的RFID 智能芯片或防伪二维码，获取与送样件一对一关联的序列号信息。

数据层：将RFID 智能芯片或防伪二维码在WEB 平台进行扫描登记，关联具体工程和工程取样部位，获取送样件数据，对采集到的数据进行上链统一存储。上链后的数据分为业务采集数据、核心数据、业务核心数据三大类。

应用层：前端系统包括Web 端与移动端两部分。Web 端主要用于基础数据录入、数据分析、系统管理和应用配置、流程处理等业务；移动端包括样品数据采集、人员位置管理、移动业务处理、风险管控、消息中心、信息查询等功能。Web 端功能涵盖移动端大部分功能。需要拍照片、定位信息、扫描信息等的功能均放置在移动端。

访问层：访问层是用户直接交互的界面，用户可通过电脑、移动设备和监控大屏直接访问系统。

3.2.2 功能模块设计

（1）备案管理。实现对从事电力工程质量检测的检测机构、检测人员、检测设备备案登记管理。检测机构通过该平台录入信息后提交备案申请，系统会根据设定的资质要求进行预评审并将预评审不符合项警示给相关备案审批人员，审批人员可根据预评审结果给予备案通过或不通过。

（2）工程管理。实现工程项目管理，可针对项目进度提供工程进度、工程信息查询，能帮助主管部门随时随地查询项目情况。

（3）人员管理。实现检测机构对工作人员的信息、人员的资质的统一管理，完成人员基本信息采集、指纹信息采集、人脸图像采集以及照片信息采集。杜绝无资格人员开展检测业务工作，杜绝出现检测人员挂靠、多单位工作现象的发生。

（4）样品封装。施工方资料员或取样员，预先在平台登记好见证取样送检材料的样品信息。

施工方取样员，在监理在场的情况下现场取样、封样，在抽检样品上植入RFID 芯片或粘贴二维码标识作为送检样品的唯一标识，并绑定见证取样系统样品信息。

（5）见证取样。取样员与见证员通过智能手机客户端实现样品取样、见证过程的GPS 定位、拍照，形成现场取样信息与现场见证信息同步至系统；本模块可以掌握见证信息查询，见证时间异常、见证范围异常信息，主管部门可以在平台对时间、地点异常的数据查看，对检测行为进行监督，实现差异化监管。

（6）送检验样。检测方验证员，在取样员、见证员在场情况下通过扫描RFID 芯片或二维码验证现场见证取样信息，通过指纹或人脸识别验证人员身份信息，确保见证取样过程真实性与检验样品的真实性。

（7）盲样检测。委托方将样品送至检测机构，在收样室进行相关系列的填写，检测机构出给样品编号，隐去委托方先关信息，检测人员凭样品编号完成盲样检测及检测数据（采集数据与报告信息上传），保证实验结果的客观公正性。

（8）报告验证。报告真伪验证。通过专用报告验证程序，实现检测报告在平台的真伪验证（注：检测报告由第三方试验室上传）。

（9）行为监管。实现对检测单位的诚信评价，对检测行为的监督管理，对检测内容的动态汇总、分析，实时监控检测全过程，保证验样过程的真实性。对企业进行评分、排名，加强诚信建设；对检测单位人员、设备超资质、预警、异常情况进行监督管理。

（10）与区块链平台对接。通过使用区块链技术，建立见证取样联盟链，将施工单位、建设单位、监理单位、检测机构、主管部门、材料设备单位组成一个联盟链生态，收集见证取样全流程数据，实现数据的公开、共享、透明、不可篡改。

4 系统数据库设计

本系统数据库设计如下：

（1）检测企业信息：包括企业ID，机构编号，统一社会信用代码，企业名称，联系人姓名，联系人手机号码，经营范围。

（2）人员信息：包括人员ID，姓名，所属企业名称，出生日期，性别，证件类型，证件号码。

（3）工程信息：包括工程ID，工程编号，工程名称，建设单位，施工单位，监理单位，监督站，监督员，工程状态。

（4）样品信息：包括样品ID，样品编号，委托编号，生产厂家，工程名称，工程部位，检测参数，检测项目，位置信息，取样时间，取样人，原材料信息等。

（5）报告信息：包括报告ID，客户编号，主检试验员，样品编号，报告编号，工程部位，检测参数，检测项目，试验日期，报告日期，结论标识，结论等。

5 系统实现

5.1 系统架构实现

本系统基于Spring+Springmvc+jpa 开发，区块链通过分布式网络中的节点维护的不可篡改的账本。这些节点通过执行被共识协议验证过的交易来各自维护一个账本的副本，账本以区块的形式存在，每个区块通过哈希和之前的区块相连[12,13]。

区块链提供标准http API 服务，本系统通过 API 服务进行信息交互，如图3所示。

图3：系统架构图

本系统分为移动应用和后端。

5.1.1 移动应用

通过移动应用提供样品信息录入、工地现场取样、见证、定位和拍照等功能，方便客户便捷工作。

5.1.2 后端

Web 服务器提供系统的接口服务，区块链提供数据接入服务，移动应用收集样品信息数据请求接口服务，再中转区块链数据接入服务，实现数据存入区块链、数据是查询。

5.2 区块链环境部署

第一步，下载fabric 相关组件（linux 环境下）

https://github.com/hyperledger/fabric/releases/download/v1.4.11/hyperledger-fabric-linux-amd64-1.4.11.tar.gz

第二步，执行命令生成证书配置及创世区块

第三步，启动网络

第四步，构建sdk 或者部署cli 节点与网络交互

5.3 数据上链

5.3.1 检测机构备案管理

检测机构备案上链。

5.3.2 工程管理

实现工程项目管理，将工程信息上链，实现工程信息查询及存证，后续流程工程数据全部从链上获取。

5.3.3 检测机构人员管理

实现检测机构对工作人员的信息、人员的资质的统一管理，完成人员基本信息采集、指纹信息采集、人脸图像采集以及照片信息采集。杜绝无资格人员开展检测业务工作，杜绝出现检测人员挂靠、多单位工作现象的发生。通过区块链技术，保证数据不可篡改，后续流程人员数据全部从链上提供，确保数据真实性。

5.3.4 见证取样过程数据上链

取样员与见证员通过智能手机客户端实现样品取样、见证过程的GPS 定位、拍照，形成现场取样信息与现场见证信息同步至区块链系统。

5.3.5 盲样检测报告数据上链

委托方将样品送至检测机构，在收样室进行相关系列的填写，检测机构出给样品编号，隐去委托方先关信息，检测人员凭样品编号完成盲样检测及检测数据（采集数据与报告信息上传），保证实验结果的客观公正性。检测完成后，采集数据及检测报告全部上传区块链。

5.3.6 区块链浏览器

通过系统中展示交易ID，跳转区块链浏览器展示区块链上的数据情况。管控平台每笔检测数据，均可在区块链中匹配记录，查询数据一致性，高亮提醒篡改情况。

5.4 区块链数据交易

如图4所示，提供了区块链交易处理流程的时序图。区块链基于Fabric 架构构建，包括安装有相应的App 或SDK（Software Development Kit） 的客户端（client）、 背书节点（Endorsing Peer，EP）、排序节点（Ordering Node）和记账节点（Committing Peer）。

图4：区块链数据交易交易时序图

其中，客户端可以为施工单位节点、取样节点、见证节点、检测节点和监管节点中的任意一个。

客户端主要用于发起交易消息至背书节点。背书节点主要用于接收客户端的交易消息、验证交易、预处理等业务，并将签名后的数据回传至客户端。排序节点主要用于按照指定的算法将交易进行排序，并将排序结果返回给记账节点，排序节点不关注具体的交易细节。记账节点是区块中的全节点，需要记录完整的区块信息，并验证每笔交易的正确性，最终将交易信息打包至区块链的节点[14,15]。

5.5 系统界面

系统已成功上线运行，客户端包括企业管理，工程管理，见证管理，检测管理，异常数据处理，行为监控，系统管理7 个功能界面。系统运行界面如图5所示。

图5：系统界面

6 结语

本文提出了一种能够加强监管力度、保证建设工程质量的用于建设输变电工程质量检测管理的区块链系统。区块链作为近几年在各类高新企业中大量运用的技术，已经非常成熟，利用它自身的特点融入到样品检测系统中，有助于输变电工程中混凝土质量管理；有助于各节点上链相互协作；有助于动态监管试验检测流程和实时查看试验报告；有助于输变电工程追责溯源；有助于研究混凝土检测数据，增强输变电工程工作效率。通过数据的积累，有利于输变电工程混凝土见证取样管理模式的创新，为今后输变电工程资源配置，管理优化奠定了基础。