基于區塊鏈技術的建筑工程項目管理系統設計

鄒 源

(泰國格樂大學，泰國 曼谷)

引言

在過去的建設工程項目管理工作中存在一些問題[1]，例如使用傳統的工作方法和分析方法，并且依賴于文本和檔案等紙質方式進行工作，這會導致工作效率低下。此外，在做出重要決策時，由于缺乏理論基礎或經驗，可能會出現決策不全面、不準確、不科學等問題。因此，對工程項目進行合理、有效地管理并做出有效決策是關鍵[2]。研究學者通過數據挖掘中的決策樹技術提出了一種對參與建設項目的企業進行信用評級的方法。通過決策樹算法，可以確定影響企業信用的一系列主要特征，并生成相應的決策樹模型[3]。然后，根據這些規則對企業進行信用評估，并將評估結果提供給相關決策者。同時，隨著互聯網技術[4]的進步，利用互聯網技術尋找解決建筑工程項目管理問題的方案也是一個趨勢。基于此，本研究將圍繞區塊鏈技術進行建筑工程項目管理系統的設計研究。

1 系統的架構與功能

基于區塊鏈的建筑工程項目管理系統通過分布式的、不可篡改的賬本記錄方式，確保了項目數據的安全性和透明性。通過智能合約、資金管理、材料管控等模塊的功能[5]，實現了項目管理、風險管理和供應鏈管理的協同作業和高效運作。這將幫助提升建筑項目的效率、減少風險，并為各方提供更可靠的參與和決策依據。其具體架構如圖1 所示。

圖1 基于區塊鏈技術的建筑工程項目管理系統架構

2 系統硬件設計

文章選用RG-RSR-M 系列核心路由器作為骨干路由器[6-8]，因為它具有高可用性、高性能、多業務支持和高安全性等特點。該系列還采用分布式架構，實現了管理、控制和數據轉發的三方分離。骨干路由器應放置在內部業務通信局域網中，選擇100 MB 或1 000 MB 以太網作為網絡類型。對于數據庫主機，選擇RG-R750 型號服務器，具有1 400 W 電源、32 GB 內存、8 個擴展槽、DVD 光驅、H745 磁盤陣列、千兆網卡、最大支持2 顆CPU 和3 塊4 TB SAS 7.2K 硬盤。該型號服務器還具有GPU 加速功能和ECC 內存技術，提高系統運行效率和穩定性。對于交互代理主機，選用DELL R750 2U 型號機架式服務器。該型號服務器具有8 個3.5 英寸盤位，最高容量可達112 TB；支持2 顆第三代CPU，160 線程，功耗更低。具有32 個ECC 內存插槽，支持8 TB LRDIMM 擴展。支持2 個雙寬GPU 和8 個PCIE 4.0 插槽，提升速度和擴展傳輸速率。支持熱插拔電源，實現全冗余電源。

3 系統軟件設計

3.1 基于區塊鏈技術的項目管理聯盟鏈建立

結合區塊鏈技術，完成對系統中建筑工程項目管理聯盟鏈的建立[9]。將聯盟鏈節點劃分為勘察設計單位節點、建設單位節點、施工單位節點、監理方節點等。在聯盟鏈當中，施工單元是指能夠對整個工程起到牽動作用的單元。在此基礎上，提出了以勘察、設計為主體的勘察、設計為主體的施工單位。在此基礎上，提出了以項目監督為核心的監督主體的概念[10]。供應商節點包括向工程提供設備和原料的企業。其他單元節點包括負責工程操作和維護的單元。圖2 為基于區塊鏈技術的項目管理聯盟鏈結構示意。

圖2 基于區塊鏈技術的項目管理聯盟鏈結構示意

各參與方可利用物聯網技術對物質裝備進行跟蹤檢測[11-12]，并將采集到的照片視頻、環境信息等信息轉化成數字信號上傳到系統。對于聯盟鏈上的身份認證，可以用下述公式形式表示：

式中：TK0表示聯盟鏈上用戶實體身份認證信息；ID表示偽身份信息；T表示時間戳。通過上述公式，對聯盟鏈上各個用戶的身份進行認證，確保系統的安全運行。

3.2 建立建筑工程項目管理數據庫

為了在建筑工程項目管理的過程中，實現對資源的高效利用，對系統建筑工程項目管理數據庫進行設計。通過考察系統應用環境及業務管理內容、項目管理組、流程和方法，主要的數據實體有項目、項目管理組成員、項目合同等。在設計數據表結構時，可以結合系統數據邏輯結構和Oracle 數據技術規范進行設計。其中，以項目數據表為例，其基本格式如表1 所示。

表1 建筑工程項目數據

按照表1 中的格式完成對數據表的建立，并將各部分數據表統一存儲在數據庫當中，為后續管理提供便利條件。

3.3 項目分部管理與數據同步服務

建筑工程項目管理包含信息管理、物資管理、進度管理、資金管理等。針對每項內容分部進行管理。針對各分部管理過程中產生的數據，對其進行聚類，便于提高數據的利用價值[13]。數據的聚類公式為：

在此基礎上，采用RestFul 模式，對該系統進行了設計和實現。在實現數據同步服務前，必須與其他數據源的維護員協商，制訂一份資料對接界面協定，并在資料對接服務中確定資料的輸入與輸出的特定格式。該協議聲明，所有的數據接口服務都必須符合下列的JSON 格式返回。在使用數據對接接口的時候，調用者需要用客戶端的賬號進行驗證，如果驗證成功，就會得到一個調用令牌token。當調用一個數據界面時，調用者必須傳遞catch token 作為一個參數來表示自己的身份。在數據源的服務器上，通過對該token值的驗證，驗證是否有效，就會進入到對應的業務邏輯過程中，將用戶需要的數據封裝起來，并最后返回到調用者，否則就會拒絕調用，從而避免數據泄露。

4 對比實驗

在進行基于區塊鏈技術的建筑工程項目管理系統的對比實驗前，需要先設置實驗環境。實驗環境包括服務器主機的軟件和硬件配置，以及客戶端測試集的選擇。為保證實驗的客觀性，選擇了魔偶建筑企業內部辦公電腦作為客戶端測試集，并無需特殊配置。具體的實驗環境設置如表2 所示。

表2 實驗環境設置

為了使最終的實驗結果具有可比性，將基于區塊鏈技術的管理系統設置為實驗組，將基于云平臺的管理系統設置為對照組A，將基于B/S 架構的管理系統設置為對照組B。這三種管理系統將在上述實驗環境中運行，并通過對比管理效果來驗證系統的應用性能。在實驗過程中，選擇了3 臺測試客戶機進行實驗，網絡環境為某建筑公司的內部業務通信網絡。對于外網用戶，可以使用VPN 賬戶進行接入。不對外網用戶的系統和功能訪問進行測試。為了評估系統的運行效率性能，選擇在不同Web 用戶并發數量條件下記錄運行響應時間作為評價指標。在實驗結束后，記錄響應時間的最大值、平均值和最小值，并將結果記錄在表3。

表3 三種管理系統運行響應時間記錄

從表3 記錄的三種管理系統運行響應時間可以看出，三種管理系統的最大運行響應時間、最小運行響應時間和平均運行響應時間均表現出隨著并發用戶數量的增加而增加的趨勢，但變化幅度不同。其中，實驗組管理系統增長趨勢最為平緩。再對比在相同的并發用戶量條件下三種管理方法的運行響應時間可以看出，實驗組管理系統的各項運行響應時間數值始終低于另外兩種管理系統。運行響應時間越短，說明系統的運行效率越高，在實際應用中的時效性越強；運行響應時間越長，說明系統的運行效率越低，在實際應用中的時效性越弱。因此，結合上述邏輯可以證明本研究提出的基于區塊鏈技術的管理系統在實際應用中具備更高的運行效率，應用時效性更強。

結束語

本研究對建筑工程項目管理系統進行了設計和實現，并引入了區塊鏈技術對系統進行了進一步的優化。通過實驗證明，新系統在管理時的運行響應時間更短，時效性更強。在此基礎上，本研究對工程項目的基本信息、材料、進度、資金進行詳細地分析，但沒有在各種工程資料間建立相應的比對分析函數，也沒有在每一個函數中建立自動檢查函數。在實際應用中可能會出現預算矛盾、材料矛盾、計劃矛盾等問題。因此，在今后的研究中還將針對系統的功能化問題和移動部署問題進行深入探索研究，考慮添加智能的自動檢測功能，使工程項目業務管理過程中出現的錯誤能夠被自動化地檢測出來。