區塊鏈落地燃氣行業場景應用探討

韓金麗

習近平總書記提出，要推動區塊鏈底層技術服務和新型智慧城市建設相結合，探索在信息基礎設施、智慧交通、能源電力等領域的推廣應用，提升城市管理的智能化、精準化水平。近年來，區塊鏈技術越來越多地引起人們的關注，各行業都在探索如何將該技術結合自身產業，找到相應的應用場景，解決痛點難點問題。

近期，北京燃氣集團嘗試將困擾城市燃氣行業多年的燃氣隱患治理問題，采用區塊鏈技術加以解決，將加密技術、分布式數字賬簿、不可篡改三項技術嵌入到燃氣隱患的治理業務中，形成了去中心化全生命周期可追蹤不可篡改的隱患數據賬簿和可信的企業、政府、用戶等關聯方的關系網絡。由此，更準確、及時、高效可驗證地實現多方共同治理的效果，做到過程透明、結果透明、責任清晰，初步形成了可復制的行業聯盟“燃氣鏈”雛形。

一、區塊鏈技術背景

區塊鏈是一種按照時間順序，將數據區塊以順序相連的方式組合成鏈式數據結構，并以密碼學方式保證不可篡改和不可偽造的賬簿。通俗的解釋就是與任何個體、團體建立起可信任的可追溯不能造假的合約關系或交易。

區塊鏈的最初應用場景是比特幣，但它的應用范圍遠超比特幣，能解決很多原來解決不了的問題。未來，“整個城市是一個機器人，人工智能是它的大腦，物聯網是它的感觀——眼耳鼻舌等，區塊鏈是它的神經系統，數據通過區塊鏈的方式在整個社會中傳遞。”在第四代互聯網中，區塊鏈將扮演核心角色，同時也將成為數字基礎底層的基礎設施。

區塊鏈分為公鏈、私鏈和聯盟鏈。比如公路，最開始的路大家都可以參與修建，也都可以走，就相當于區塊鏈里面的公鏈（Public blockchain），比特幣這些數字加密貨幣就是公鏈；而各家集資建的自己的路，就相當于區塊鏈里面的私鏈（Private blockchain）；讓哪些人參與和使用這些路是管理者自己決定的，就是私有鏈。區塊鏈里面的聯盟鏈，也叫作共同體區塊鏈（Consortium blockchain），哪些節點在一個聯盟里可以參與共識，是可以選擇的。

近幾年，我國將區塊鏈底層技術服務與工業互聯網融合納入國家戰略規劃，并出臺多份區塊鏈技術發展指導文件。

2016年，《“十三五”國家信息化規劃》中正式將區塊鏈納入現代信息技術和產業生態體系，要求加強區塊鏈、量子通信、基因編輯等新技術基礎研發和前沿布局，構筑新賽場先發主導優勢，后續國家層面相關政策陸續出臺。

2017年，《國務院關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》中指出，要加強產業支撐，促進邊緣計算、人工智能、區塊鏈等新興前沿技術在工業互聯網中的應用研究與探索。

2020年，《工業互聯網創新發展行動計劃（2021—2023年）》中表明，支持領先企業加快網絡、標識、平臺與安全的關鍵技術與產品研發，推動邊緣計算、數字孿生、區塊鏈等與工業互聯網的融合技術研究，加強融合產品及其解決方案的測試驗證和商業化推廣。

2021年，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》中提出，培育壯大人工智能、大數據、區塊鏈、云計算、網絡安全等新興數字產業。

在技術發展指導方面，2016年工業和信息化部指導編寫的《中國區塊鏈技術和應用發展白皮書（2016）》中，首次提出我國區塊鏈標準化路線圖，總結了國內外區塊鏈發展現狀和典型應用場景，介紹了我國區塊鏈技術發展路線圖以及未來區塊鏈技術標準化方向和進程。2019年國家互聯網信息辦公室發布《區塊鏈信息服務管理規定》，明確了區塊鏈信息服務提供者的信息安全管理責任，規范和促進區塊鏈技術及相關服務健康發展，規避區塊鏈信息服務安全風險，為相關服務的提供、使用、管理等提供有效的法律依據，也為相關服務管理提供了技術方向。

二、燃氣隱患治理的工作背景

隨著燃氣行業的快速發展，城市燃氣戶內安全管理越來越受到重視。燃氣公司作為燃氣設施的建設、經營管理主體，因其專業性，被賦予較多的安全管理責任。根據《城鎮燃氣管理條例》，燃氣公司應建立健全安全管理制度，對燃氣設施依法按時巡檢、安檢，向燃氣用戶普及燃氣設備使用知識，提高社會安全防范意識，防止燃氣安全事故的發生，保障公民的生命財產安全，從而促進燃氣行業的健康、穩定和快速發展。

目前，北京市燃氣用戶共有650余萬戶，燃氣安全隱患排查業務量大。當前，燃氣隱患治理工作業務流程中，用戶安全隱患數據主要通過電子郵件、紙質材料等方式，由燃氣企業向市、區燃氣主管部門及街道報送，街道對臺賬的查詢、統計、比對等主要依靠人工。整體上，管理及時性、流轉便捷性、處理效率較差，隱患數據涉及用戶安全隱私，風險程度極高。

三、研究方法

擬以燃氣安全隱患排查工作為切入點，研究區塊鏈在燃氣行業的應用場景，探討區塊鏈在解決燃氣安全隱患數據可信采集、全鏈條可追溯等痛點、難點問題的應用模式，建立城市燃氣領域數據智能精細管理和燃氣安全多方協同友好互動新業務模式。

（一）研究內容及方法

一是設計和驗證自主可控的軟硬一體區塊鏈體系、區塊鏈和工業互聯網融合技術在城市燃氣隱患安全管理、數據可信存證和共享、多方參與協作等方面的落地方案。

結合區塊鏈技術發展現狀，從自主可控、性能指標、開源共享、生態環境等角度完成區塊鏈技術平臺選型；從部署架構、技術架構等角度完成平臺設計方案。

二是搭建“區塊鏈和工業互聯網融合的燃氣行業能源服務平臺”，建立城市燃氣領域關鍵數據智能、精細管理和燃氣安全多方協同、友好互動新模式。

三是形成可復制、可持續發展的城市燃氣領域區塊鏈和工業互聯網融合應用的經驗、模式和標準，為城市燃氣行業落實“區塊鏈+能源”創新應用提供參考方案（圖1）。

圖1 研究內容及研究方法

（二）業務實施方案

搭建基于區塊鏈的安全隱患治理業務平臺，通過共識算法、加密技術、P2P網絡、智能合約、時間戳等，提供去中心化、不可篡改的區塊鏈數據可信存證、追溯服務、業務協同能力，確保鏈上數據多方共識、安全可信流轉、可追溯不可篡改，實現安全隱患治理數據從報告、入賬，到督促整改、銷賬全生命周期的可信閉環管理和業務的高效協同。同時，為燃氣安全事故責任界定提供有效的法律證據，為隱患治理資金投入和監管提供基礎支撐。

通過安全隱患治理業務平臺，為民眾提供清晰透明的燃氣安全排查數據，提升居民獲得感；為工作人員提供權責清晰的管理體系，規范工作人員安全作業；為燃氣公司重塑安全隱患管理機制，提高安全隱患管理的透明度。通過接口/區塊鏈節點的方式，為政府監管提供安全可信、全流程的安全隱患排查數據，方便政府部門監管和提供投資決策依據。通過區塊鏈節點的方式，為行業創新燃氣行業安全治理模式，為行業資產確權服務、交易服務和數據共享交換等可信服務和應用提供基礎支撐能力。

（三）技術實施方案

技術方面，搭建基于區塊鏈的安全隱患治理業務平臺，探索區塊鏈技術和工業互聯網技術相結合的燃氣行業數據智能精細管理、燃氣安全多方協同友好互動新業務模式。具體擬從以下幾個角度展開實施。

一是技術架構。

如圖2所示，平臺自下而上由以下層級構成。

圖2 技術架構圖

——平臺技術層。從內容上，主要包括基礎設施、存儲資源和基礎組件三部分內容，是整個平臺運行的基礎。基礎設施：公有云、私有云，包括虛擬機、物理機等，為平臺提供基礎運行環境；存儲資源：為平臺的運行提供數據存儲功能，包括關系型數據庫、非關系型數據庫、分布式文件存儲服務和緩存服務等內容；基礎組件：平臺通用基礎組件包括API網關、服務注冊發現、配置中心、負責均衡、熔斷器、消息隊列、服務監控、任務調度、流程引擎和服務網格等內容。

——長安鏈層。在長安鏈的基礎上搭建區塊鏈即服務（BaaS）平臺，功能包括區塊鏈平臺共識算法、合約引擎、跨鏈技術等核心模塊，核心模塊均采用可插拔設計，為可裝配區塊鏈奠定基礎。

——應用層。以高內聚低耦合的方式搭建燃氣戶內安全隱患數據上報系統，底層依托分布式文件存儲服務、數據庫資源、長安鏈BaaS平臺等實現數據的存儲和共享，向上以REST API的形式通過API網關和負載均衡等微服務基礎組件對外部提供服務。

二是應用架構。

在基礎技術、BaaS層的基礎上構建安全隱患業務治理平臺，規劃業務模塊，實現不同角色用戶有效協同，數據可信、安全共享（圖3）。

圖3 應用架構圖

——燃氣企業用戶，規劃隱患導入、隱患刪除、隱患查看、數據對比、隱患回訪、詳情查看等功能。

——燃氣用戶，規劃未銷項查看、隱患查看、歷史查詢等功能。

——街道用戶，規劃隱患確認、歷史查詢、詳情查看等功能。

——區管委用戶，規劃隱患下發、歷史查詢、詳情查看等功能。

三是部署架構。

如圖4所示，應用服務計劃部署4類節點，分別是：

圖4 部署架構圖

——燃氣企業節點。燃氣企業員工依據巡檢計劃開展戶內隱患巡查，通過試點應用客戶端將巡檢記錄、隱患數據、燃氣用戶信息上報到戶內隱患數據上報系統，最終被上傳到長安鏈，從長安鏈上獲取來自監管部門的審批信息。

——燃氣用戶節點。燃氣用戶通過戶內隱患數據系統，查看自己關聯的隱患數據信息及來自街道的隱患消除提示信息，并可以對隱患信息予以確認。

——街道監管節點。街道用戶依托戶內隱患數據系統，查看區內的隱患數據及其整改情況，對區內隱患數據開展整改督辦工作。

——區/城管委監管節點。區/城管委用戶依托戶內隱患數據系統，查看系統內的隱患數據及其整改情況，并對個別整改延期情況下發協同整改信息，督促隱患消除工作。

四、示范效果與驗證

目前，區塊鏈和工業互聯網融合的燃氣行業能源服務平臺已經完成建設，并基于平臺統籌落實燃氣安全排查整治工作，推動隱患排查治理取得重大進展和積極成效。2022年，全年累計治理占壓隱患4070項，治理完成率超過90%；累計治理管網設施隱患708項，治理液化天然氣（LNG）/壓縮天然氣（CNG）供應站安全隱患351項，有效降低運行安全風險；居民用戶消除隱患20.7萬項，實現非居民用戶一級隱患動態清零。戶內外安全風險得到有效控制，為首都城市燃氣供應提供堅實的安全保障。

五、未來的應用推廣和研究方向

（一）燃氣業務友好互動保障城市供應

應對城市燃氣供應中的巨大峰谷差、突發事件影響等一系列保供問題，利用區塊鏈技術，將多氣源供給、LNG接收站應急調峰能力、城市燃氣管輸能力、用氣需求安全可信進行高效對接，實現燃氣業務友好互動，更好地保障城市燃氣供應，在城市燃氣供應中構建互相透明、互相信任的源網儲用高效、智能協同體系，形成基于區塊鏈技術的多場景源網儲用友好互動應用。

（二）碳中和精準用能預測、管理

燃氣用戶的能耗數據主要來源于現場的燃氣計量設備采集，采集數據的真實性和安全性，直接影響上層能耗數據監測、統計分析和預測結果。目前，基于物聯網技術的燃氣計量數據采集主要受限于移動通信技術發展，燃氣企業在不同時期建設了基于2G、4G、窄帶物聯網（NB-IoT）等技術的數據采集平臺，實現了燃氣計量數據實時采集和上傳功能，滿足了當期的數據采集業務需求，但是缺少對燃氣計量數據真實性、機密性、完整性和不可否認性的考慮。碳中和時代對燃氣計量數據的精準性提出了更高要求，應用區塊鏈和物聯網技術相結合的方式，可以解決目前存在的數據安全共享和信任問題。

（三）政府監管的全透明抓手

作為未來數字城市發展的方向，區塊鏈技術恰好能夠在碳排放監管、監測體系等方面發揮重要作用。燃氣企業能夠通過用戶用能監測數據，采用區塊鏈技術和機器學習、神經網絡算法，從燃氣用戶用能數據中挖掘影響碳排放量的關鍵因素，結合標準中基礎算法，完成燃氣用戶碳排放量的準確計算，自動生成燃氣方面的碳排放報告。這樣，基于區塊鏈智能合約技術，就能實現燃氣用戶的燃氣碳排放數據的可信存證，可控共享；另外，通過跨鏈技術將數據實時同步至碳排放監管平臺，幫助政府、企業、公眾和社會各界更及時、準確地監測企業燃氣用能的碳排放情況。

參考文獻

[1]鄒均，于斌，莊鵬，等.區塊鏈核心技術與應用［M］.北京：機械工業出版社，2018.

[2]大衛·弗隆，克里斯托弗·烏聚羅.區塊鏈的真正商機［M］.李瑋，譯.杭州：浙江教育出版社，2020.

（責任編輯：張秋辰）