自動監測技術與多方計算結合的探索性研究＊
——以武漢軌道交通8 號線為例

越二寅

（甘肅林業職業技術學院，甘肅 天水 741020）

1 概述

建筑業信息化水平在這10 年中得到了迅速發展，從進入項目部的電子識別攝像頭到虹膜打卡，從建筑材料的電子采購清單到網絡協同會簽，從CAD 圖紙與BIM 技術的結合，形成了三維模擬場景到三維電子掃描技術的應用。無論是對新建建筑物的應用還是對已有建筑物的保護建檔都離不開電子信息技術。建筑建造流程越發復雜、參與主體越多，需要獲取和保存的信息量就越大。建造過程中各參與方既需要獲取其他參與方的信息，又要及時保存和提供自身項目信息，因此參建各方會形成與項目相關的既復雜又數量龐大的信息。這些龐雜的信息在交換和共享的時候既增加了數據交流的速度，提高了工作效率，同時在隱藏了數據容易被盜用和篡改的危險。區塊鏈技術的出現，尤其是它分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等優點的大眾認識度提高，讓建筑信息化的發展找到了一條新的道路。利用區塊鏈技術完成建筑工程項目相關信息的收集、保管和傳輸，讓工程信息的交換、工程款的結算以及工程事故的認定變得更加安全和可靠。筆者嘗試從自動監測項目角度分析區塊鏈技術在該角度的應用方法。

2 自動監測項目概況

以武漢軌道交通8 號線三期工程項目（工程線路圖如圖1 所示）為研究對象，在鐵路注漿加固、左（右）線盾構穿越期和盾構穿越完成后三個月內對施工影響范圍內的鐵路相關設備進行全自動、實時的監控，在監控過程中涉及軌道沉降與水平位移；路基沉降與水平位移；接觸網立柱沉降、水平位移及傾斜；涵洞的沉降。

圖1 武漢市軌道交通8 號線工程線路示意圖

監測采用AMS 自動變形監測系統，該系統由五部分組成：測量機器人、測站、控制計算機房、基準點和觀測點組成。遠程計算機通過因特網控制遠程GPRS 模塊和通過數據連接線控制遠程設備，可遠程監視和控制監測系統的運行。系統在無需操作人員干預的條件下實現自動觀測、記錄、處理、存儲、變形量報表編制和變形趨勢顯示等功能[1]。自動監測系統的組成如圖2 所示。

圖2 自動化變形監測系統組成部分示意圖

每條軌道布置9 個監測點，分別為兩盾構隧道中心線與軌道交叉位置布置一個點，隧道左、右線正上方各布置一個點，盾構隧道外側5m、15m、25m各布置一個觀測點。如圖3、4、5 所示。

圖4 軌道監測點布置橫斷面示意圖

圖5 軌道監測點照片

除了以上提到的9 個軌道監測點，另外還布置了4 個路基監測點，9 個接觸網立柱監測點（3 根），合計22 個監測點。本工程部分監測點照片如圖6所示。

圖6 本工程個別監測點照片

3 監測數據分享指導沿線鐵路設備管理

在盾構穿越施工過程中，及時向參建各方和沿線鐵路設備管理單位發布監測數據，能夠滿足施工單位及鐵路設備管理單位的需要，見表1。

表1 監測內容統計匯總表

4 多方計算確保監測數據上鏈真實

多方計算理論是由圖靈獎得主姚期智院士于20世紀80 年代率先提出和創立，是中國原創性的計算機底層技術，其主要優勢表現于可在密文狀態下實現數據計算并能得到與明文計算同樣的結果[2]。就既讓數據不泄露又可以實現計算驗證。軌道交通工程數據中既包括軌道位置也包括周邊建筑物的分布，還涉及到地下管線的分布圖，數據量大，同時又屬于國家基礎建設信息，這些大量信息的保密和準確同等重要。將區塊鏈技術和多方計算技術相結合，有利于軌道交通自動監測數據安全上鏈。此外，區塊鏈難以篡改、可追溯的優點，結合多方計算能實現數據“可用不可見、按規定的用途和用量使用”的強項，可實現數據隱私保護、數據存證、數據核驗、聯合計算、聯合建模等多種功能，開拓區塊鏈應用的嶄新局面[2]。

自動監測技術在武漢軌道交通8 號線三期工程項目中保證了沿線鐵路在施工期間的平穩運營，將自動監測的數據上鏈，可以讓參與各方及時得到相關信息，實現數據存證。但是在多方計算技術出現之前，上鏈數據的真實性很難得到保證，上鏈前的修改在上鏈后是體現不出來的。假數據上鏈對鏈上各方的運營風險都會加大，不利于區塊鏈+應用的發展。將多方計算與自動監測技術結合，與項目參與各方的上鏈數據結合，就可以通過多方對比計算，揪出假數據，維護上鏈數據的真實性，能有效地推動自動監測技術數據上鏈。

5 多方計算確保信息不泄露

多方計算使用的是密文計算模式，它計算的特點體現在不需要看到完整數據就能進行計算，在數據計算時，參與方都無法看到其他方的數據，如果參與方惡意輸入錯誤數據將影響整體計算結果，通過區塊鏈對參與計算的數據以及計算過程進行加密存證，可有效追蹤惡意輸入，同時也有利于監管部門對敏感數據流通及融合計算等場景進行有效監管[3-6]。自動監測獲得的數據上鏈，可以總結包括自動監測在內的多方數據，便于建設單位、施工單位、分包單位、監管單位以及其他鐵路運營部門根據數據完成項目進度管理和控制、投資管理和控制，降低項目施工過程中多方因素造成的工期延誤和投資超額風險。

6 結論

通過對武漢市軌道交通8 號線三期工程野芷湖站～黃家湖站區間盾構穿越鐵路路基施工監測，得到以下幾點結論和認識：

（1）各測點的累計沉降在盾構穿越期間都呈現出波動變化狀態，但最終都趨于穩定收斂；在盾構穿越軌道期間，根據監測數據變化情況對線路進行不同程度地抬道可保持線路的平順性，可見根據沉降量進行線路抬道是保證鐵路安全的重要手段[7]。

（2）從路基監測與軌道監測的對比分析得出，各條線路的軌道監測點和路基監測點在前期的變化都比較接近，在后期出現了較大的變化，說明在前期盾構穿越對軌道點和路基點的影響程度相近，后期是由于抬道施工等原因使得差值變大；同時還發現，大部分路基點的最終沉降值都比軌道監測點大，說明此次盾構施工對鐵路路基的沉降影響較大[8]。

（3）通過對各電化桿的監測分析可知，盾構穿越對各電化桿的影響不同，距離盾構較近時影響較大，距離盾構遠時影響較小，其主要原因是各電化桿距離盾構中心線的距離不同。

綜上所述，在整個施工過程中采用信息化監測，將施工引起的一系列動態變化信息及時反饋到施工單位，將這些動態變化的數據上鏈，施工單位和其他參建各方都能夠在現場及時調整施工參數，優化改進施工方法。此外，上鏈后，讓監管部門對敏感數據流通進行監管，又能利用多方計算技術確保信息的真實性和信息不泄露，能確保參建各方和沿線鐵路設備管理單位看到真實的監測數據，能夠滿足施工單位及鐵路設備管理單位的需要。推動區塊鏈與自動監測技術結合，促進自動監測技術上鏈，帶動建筑工程信息管理上鏈化，將是未來10 年建筑工程信息化的發展方向。