建設項目數據共享：現狀、瓶頸與突破

焦紅波，厲怡楠，李孝林，張瑞瑞，程立名

（1.華北水利水電大學水利學院，河南鄭州 450046；2.河南省資源環境調查一院，河南鄭州 450000）

隨著新一輪科技革命和產業變革向縱深發展，以人工智能（AI）、區塊鏈（blockchain）、云計算（cloud computing）和大數據（big data）為代表的新興信息技術加速向各行業全面滲透和融合。數據是數字經濟時代的重要生產要素，具有價值高、決策有用、增長迅猛、功能多樣等特征，既是共享城市（sharing city）和智慧城市（smart city）建設的重要基礎，更是推動經濟增長和社會進步的戰略資源［1］。建筑業的發展為國家經濟建設做出了重大貢獻，帶動了國民經濟其他行業的發展和繁榮，如吸納城鎮勞動力、為社會提供新增就業崗位、稅收貢獻突出，為國民經濟各部門提供了重要的物質基礎。建設項目具有數據密集型和數據驅動型的特征［2］，其相關數據分布于各個部門，利益割據及信息溝通不暢，容易形成“數據孤島”。數據共享能夠使數據的價值最大化，從而改善建設項目管理績效和投資管控水平。丁烈云［3］指出，建筑企業在工程大數據的幫助下，能夠快速、精準地形成報價分析和決策，提高編制施工投標書等環節的效率；施工單位利用與成本管理相關的大數據可根據擬建工程的具體情況判斷最優成本構成，實現更好的成本預測和成本過程管控；針對施工過程中出現的質量問題，利用相關工程數據進行關聯分析，可準確把握施工質量問題產生的主次原因，提出更有效的解決措施，實現工程管理由經驗驅動到數據驅動的轉變。同時，利用共享數據進行分析可滿足項目各參建方協同作業及線上決策和管理的需要［4］。可見，不斷增長的技術推動力使建設項目利益相關方有必要提高數據交換和共享的水平。但與其他行業相比，建筑業的數字化程度不高［5］，建設項目的數據共享存在諸多局限與挑戰，數據價值沒有得到充分發揮。究其原因，一是數據擁有者實現私有價值和數據的社會公共價值之間的利益沖突；二是數據權屬和數據共享之間的沖突；三是數據共享與數據安全的沖突。長期以來，我國建筑業主要依賴資源要素投入、大規模投資拉動發展，建筑業信息化水平較低，建設項目數據價值密度低、數據管理不透明、數據共享不順暢等問題比較突出，建筑業與大數據、信息技術、節能技術融合不夠，大量建設項目設計參數及投資指標無公開數據平臺供參考，且建設項目的數據整合機制不透明。建設項目如何依據時代背景進行轉型升級是亟待解決的現實問題。在此背景下，黨的十九屆四中全會首次將數據列為生產要素，提出要發展完整的數據要素市場，推動數據共享。這標志著建設項目數據共享受到廣泛關注，開啟了建設項目發展的新階段。基于此，本研究將對建設項目數據共享應用和研究現狀進行回顧，在此基礎上剖析建設項目數據共享的現存問題，并從數據收集與清洗機制、數據共享平臺構建、數據共享激勵機制三方面出發，為解決建設項目數據共享中數據缺乏兼容性、數據共享內生動力不足、數據安全等問題提供理論基礎和思路，促進建筑業向數智化轉型，推動建設項目高質量實施。

1 建設項目數據共享現狀

1.1 建設項目數據共享相關政策制度逐步完善

在政策引導方面，我國高度重視數據共享，制定了相關政策和標準。黨的十八屆五中全會首次提出實施國家大數據戰略，標志著大數據戰略正式上升為國家戰略；2020 年4 月，《中共中央、國務院關于構建更加完善的生產要素市場化配置體制機制的意見》將數據列為新型生產要素，提出從推進政府數據開放共享、提升社會數據價值、加強數據資源整合保護三個方面加快培育數據要素市場；黨的二十大報告提出，推進新型工業化，加快建設制造強國、網絡強國、數字中國。在數據安全方面，2021 年國家陸續發布《中華人民共和國數據安全法》《中華人民共和國個人信息保護法》等，明確了數據安全主管機構的監管職責，建立了健全數據安全協同治理體系，提高了數據安全保障能力。

建設項目數據共享的標準化建設也取得了一定的進展。2014 年7 月，住房城鄉建設部印發了《全國建筑市場監管與誠信信息系統基礎數據庫數據標準（試行）》和《全國建筑市場監管與誠信信息系統基礎數據庫管理辦法（試行）》，正式啟動了“四庫一平臺”的建設，保證了數據的全面性、真實性、關聯性和動態性；為推動建設管理數字化轉型和數據共享，《建筑信息模型應用統一標準》等六項國家標準在2016 年至2019 年期間陸續發布，填補了建筑信息模型（building information modeling，BIM）技術應用標準的空白。在數據共享平臺建設方面，為規范城市信息模型基礎平臺建設，提升工程建設項目數據共享與應用水平，2021 年9 月，住房和城鄉建設部制定了《城市信息模型（CIM）基礎平臺技術導則》，隨后發布《城市信息模型平臺工程建設項目數據標準》。這些國家標準及政策的制定實施，對建設項目的數據管理起到規范作用，為促進建設項目數據的高質量共享提供了一定標準。但是，在建設項目數據共享實際操作層面上，由于數據標準化工作機制不健全，數據流、信息流易在某個階段停滯，無法有效傳遞，難以及時對出現的新問題進行指導和規范。

1.2 建設項目數據共享相關研究處于探索階段

我國目前的數據共享研究的發展方向主要集中于政府數據和科學數據共享，具體研究圍繞這兩大主題展開［6］。對于建設項目數據共享，研究仍處于探索階段。學界和業界的研究者多聚焦于信息集成技術與平臺。黃必清［7］提出可用項目信息門戶（project information portal，PIP）為項目各參與方提供基于互聯網平臺的、用于獲取個性化項目信息的單一入口和高效信息交流與協同的工作環境。同時，基于PIP的信息管理具有實現信息共享的顯著優點［8］。既有研究還集中于數據庫向數據倉庫、數據平臺發展的路徑和建筑信息模型、城市信息模型、地理信息系統等技術與人工智能、物聯網、云計算等融合發展的數字化建筑領域，并在數字孿生、智慧城市、智慧建造、可持續數智化城市治理取得明顯進展［9］。夏義堃［10］提出數據要素視角下政府數據治理體系的內容建構，倡導培育發展數據要素市場、加快數據資產化進程、構建數據治理監管體系等思路。也有學者嘗試將作為計算范式的顛覆式創新的區塊鏈技術與物聯網、BIM 等技術相結合，探索新的工程管理模式［11］。

目前建設項目領域相關研究圍繞數據共享進行了大量探索，也涉及了PIP，集成項目管理信息系統（integrated management information system，IMIS）、全生命周期管理信息系統（laboratory information management system，LMIS）、設施管理信息系統（facilities management information system，FMIS）及新興的區塊鏈技術、數字孿生技術等，為項目信息在利益相關方之間快速共享提供了基礎與借鑒。但現有研究對項目建設數據共享機制中多元參建方的協作工程未明確闡述，另一方面對于數據共享平臺建設也并未深入探究。

2 建設項目數據共享現存瓶頸

2.1 數據共享標準化建設滯后

保證信息的準確、透明對于建筑業持續穩定發展具有重要作用［12］，建設項目的高質量完成需要利益相關方之間進行有效的數據交流。根據現有研究，建設項目數據共享過程中存在數據交換和存儲方面缺乏統一標準，以及大量非結構化數據集成困難的問題［13］。建設項目組織是一種臨時性組織，各部門組織結構較為松散，且項目實施過程中存在多方利益相關者［14］，如建設單位、設計單位、施工單位和監理單位等，作業活動分散度較高，數據管理方法不一。大多數情況下，由于缺少統一的數據收集標準、數據管理流程及可靠的管理工具，加之數據收集的臨時性、記錄方法不規范及項目參與方分工不明確，在施工過程中收集的數據來源冗雜、利用效率低，出現問題時往往無法有效追溯并修正。并且，跨不同數據庫以不同格式生成和存儲的數據會使數據的匹配更加復雜［15］，進而導致不同利益相關方平臺之間的數據缺乏互操作性，數據傳遞易失真，項目參與方之間缺乏有效溝通。共享數據的準確性和互操作性以數據擁有者和利益相關方按照規定格式共享數據為基礎，數據只有在采用相同格式并使用通用標準存儲和傳輸時，才對廣大受眾有價值［16］。總而言之，由于數據管理方法、收集標準不同，在建設項目全生命周期中生成的數據具有非結構化、碎片化和價值密度低等特點，無法及時整合、存儲。從而使得數據缺少兼容性和互操作性，無法確保共享數據的完整性。

2.2 數據共享內生動力不充足

數據被視為一種競爭工具，不同的利益相關方對數據共享存在不同的看法，與業主和監理相比，承包商從數據共享中獲得的收益通常較少，缺乏數據分享動力。同時，在建設行業中也存在大數據—隱私悖論，即數據在共享過程中主體的意向與共享行動之間是割裂的［17］。由于各參與方以自身利益最大化為主導，沒有形成真正的利益共同體，數據共享意愿不高。且部分參與方為了擁有數據霸權，擴大自身優勢，大多數據限于內部使用，不愿自身數據被其他參與方共享。但為了獲取更多信息，又提倡其余數據擁有者共享數據，導致數據的公開訪問和共享難以實現。建設項目實施過程中會產生大量數據［18］，且數據分散于各部門，不便于協同管理。利用數據共享平臺可實現信息整合、多方協同、業務協作等，能夠解決建設項目長期存在的痛點。而建設項目數據共享平臺具有一定專業屬性，不僅需要遵循國家對行業管理的要求，也需要各方合作與推動。大多數情況下，利益相關方對組織的感知利益壓倒了行業層面上可累積的共同利益，存在防御思維和對抗關系。個別利益相關方為維護自身利益對披露“有價值的數據”猶豫不決，出于不信任或保密機制不愿意共享數據，存在小農意識，機會主義行為頻發，嚴重阻礙了數據共享平臺建設、全局數據的挖掘和應用以及項目參與方之間信任的建構，限制了數據的應用價值，也降低了工程建造效率。

2.3 數據共享安全環境不理想

隨著建筑信息模型、區塊鏈、數字孿生、云計算等新興信息技術的應用，建設項目全生命周期各個階段儲存的工程信息量也大幅增長。但是，信息技術在為利益相關方及時掌握工程信息提供便利的同時，也伴隨有物聯網攻擊與智能入侵等新的非傳統安全問題。建設項目大數據具有巨大的潛在價值，對個人信息、銀行交易細節、供應商詳細信息、投標以及設施相關敏感數據等的竊取及濫用將導致利益相關方難以估量的價值損失。目前已有研究利用新興技術創造數據共享的環境，提供多項隱私保護方案，但這些方案仍面臨安全或性能上的挑戰，如數據安全壁壘、數據確權和系統的數據生命周期管理方法。建設項目參與方眾多，每個組織會根據自身安全利益訴求對數據進行篩選、過濾，導致匯總后數據不完整。同時，由于數據碎片化程度高，增大了管理難度，其中因數據丟失、資料被盜用等引起的利益相關方之間的糾紛時有發生，阻礙協同工作的開展，即數據安全壁壘產生。在建設項目全生命周期產生的大量數據類型復雜、來源廣泛，包含了建設項目的經濟、技術、管理等多方面信息，其中不乏涉及到國家安全、項目參與方權益、商業機密等敏感問題。數據流通與共享是建設項目不可或缺的環節，建設項目數據共享旨在為項目參與方提供動態信息，促進多方協作，使其均能滿足各自的利益訴求。若缺乏合理的數據共享機制，則無法保障數據安全以及確定數據共享和隱私保護之間的平衡點，項目參與方會擔心數據泄漏損害自身利益，大大降低分享數據的積極性，不愿將自身業務和數據置于平臺上，從而妨礙工程執行效率。因此，在發揮數據共享優勢的同時，建設安全穩定的建設項目動態數據控制管理系統、聚焦數據服務的有效供給、設計行之有效的數據訪問控制技術，保障建設項目在每一階段的安全運營，是當下的迫切需要。

建設項目數據未能充分有序共享的原因可總結為“不暢、不愿、不易”三個方面。共享不暢，即由于缺乏統一規范的數據收集標準、數據管理流程及可靠的管理工具，數據缺少兼容性和互操作性，各部門協調難，數據共享流程不順暢。共享不愿，即數據共享內生動力不足，由于利益相關方之間缺乏整體性思維，信用關系建立困難，對數據進行封閉式使用，為維護自身利益不愿共享數據。共享不易，即缺乏安全的數據共享大環境和可靠的數據共享平臺，數據安全相關技術發展與應用尚未完全成熟，無法保證數據共享的安全可靠及精確追溯。

3 建設項目數據共享突破思路

3.1 數據收集與清洗機制

建設項目實施過程中產生海量數據和檔案信息，數據收集存在著安全性低、被動性高及價值密度低等現實困境，以及數據所有權、利益相關方的選擇權等方面的邏輯困境。上述問題可通過以下方式解決：第一，制定統一的數據收集標準。結合《城市信息模型平臺工程建設項目數據標準》等相關標準，整合制定統一的適用于建設項目數據共享的數據收集標準，規范工程數據要求，為建設項目的數據管理及共享提供技術支撐。第二，提高數據收集過程準確性。建設項目實施過程中可借助三維激光掃描、數字近景測量和移動計算等信息技術完成對數據的收集工作，三維激光掃描可收集正在建筑物體的精確空間信息；數字近景測量可為施工進度文件提供可視化數字圖像；移動計算即借助計算機或其他信息智能終端設備在無線環境下實現數據傳輸及資源共享。可促進建筑作業的無紙化管理，減少由人工轉錄引起的數據輸入錯誤，便于對數據進行分析，對項目進行運營和維護。第三，及時整合清洗已收集數據。將已完項目的規劃、設計、招標、采購、施工、交付及運維階段的數據及時整合，細致的整合可以幫助減少因不同數據庫中對同一屬性的不同描述而造成的數據差異和數據冗余，并設定對應清洗規則。按照不同管理需要將數據劃分為若干組，通過去除冗余數據、填補缺失值、識別和處理異常值來清洗原始數據，根據實際需求選擇對應檢測清洗規則。最后，通過對預處理數據進行縮減獲得一個較小數據集，但不改變其分析內容。數據縮減策略包括降維、降數和數據壓縮。并應用信息集成理論，基于決策樹、神經網絡模型、聚類分析等方法對數據進行挖掘，將其轉換成有用的信息，提高共享數據質量，實現項目信息在利益相關方之間的快速共享。其具體過程如圖1 所示。

3.2 數據共享的平臺構建

傳統的集成式信息共享模式需要借助第三方建立統一的信息管理中心，利益相關方對其依賴程度較大，若第三方的信息管理中心遭遇安全攻擊，數據面臨被篡改、丟失、竊取、隨意濫用的風險，無法保障存儲數據的安全。且傳統的集成式信息共享模式存在成本高、數據確權難、激勵機制缺失等弊端，難以實現真正的數據共享。區塊鏈技術位于現代信息技術前沿，可將數據區塊以鏈條的方式組合成特定數據結構，并以密碼學方式創建具備保證性的、不可篡改和不可偽造的共享總賬，具有去中心化、時序數據、集體維護、可編程和安全可信等特點［19］，鑒于區塊鏈技術存儲的數據具有可追溯性、難以篡改等特征，故其可解決數據管理與共享時面臨的安全問題，實現數據的實時共享。在數據共享的基礎上，數據存儲成為一個亟待解決的問題。星際文件系統（inter planetary file system，IPFS）是一種分布式超媒體傳輸協議，它不僅可以永久地存儲和使用數據，還可以對內容進行尋址和管理。基于此，構建以“區塊鏈+IPFS”驅動的鏈上數據共享（data sharing on blockchain，DSOB）平臺，基于分布式存儲、區塊鏈技術、密文策略的屬性加密等技術構建主要由區塊鏈模塊、IPFS 模塊、加密解密模塊、快速檢索模塊四大功能模塊組成的建設項目數據共享平臺，實現對收集到的建設項目數據的安全、高效共享，具體結構如圖2 所示。

加密解密模塊。采用高級加密標準（advanced encryption standard，AES）算法和數字摘要算法生成加密密鑰，對建設項目工程量數據、材料數據、合同數據、表單數據、質檢數據等進行加密，并將加密后的文件上傳至IPFS 系統。數據解密即生成解密密鑰，使用AES 算法和解密密鑰對文件進行解密。用戶在前端界面輸入個人密鑰、聯盟密鑰和文件路徑，后臺對路徑下的數據進行對稱加密和解密。

IPFS 模塊。IPFS 是一種分布式數據存儲技術，使用點對點協議來解決數據內容，用以存儲用戶上傳的文件、視頻、圖片等項目相關數據。為保證數據存儲安全，IPFS 系統只能在內部網絡上運行，各節點通過VPN 連接，用戶通過IPFS 系統實現文件的查看或下載。

區塊鏈模塊。區塊鏈可分為公有鏈、聯盟鏈和私有鏈。本文選擇聯盟鏈，用戶可按照協議規定操作和維護區塊鏈系統。當數據上傳到IPFS 系統時，將關鍵信息傳輸到聯盟區塊鏈的各個節點，獲取當前時間并重置時間戳，通過算力競爭的共識機制維護寫入區塊鏈的數據。

數據檢索模塊。由于數據庫中的數據量巨大，數據檢索需要消耗巨大的計算能力成本，借助哈希表結構只存儲建設項目相關數據的關鍵信息，以實現快速的數據檢索，并將檢索結果通過前端可視化界面反饋給用戶供其查看。

3.3 數據共享的激勵機制

建設項目相關部門在大力推進數據共享，鼓勵利益相關方積極共享自身數據，以期改善施工效率，提升項目管理水平。但數據共享的推進，也面臨著數據權屬不明確、內生動力不足、數據隱私和安全等方面的壓力［20］。當需求到達一定層次并有可能得到滿足時，利益相關方共享數據的積極性才會提高，政策支持環境能有效提升數據共享平臺的運行效率。政府應綜合考慮政策、機制和措施三方面，將正向和負向激勵相結合，以“推力-拉力”方式構成激勵機制。首先，相關部門應結合實際，在法律框架下明確數據主體的數據權益，制定建設項目數據確權、開放、流通、交易相關制度，明確數據權利性質、劃分數據權利主體，構建科學的建設項目數據權利體系，為建設項目高質量實施提供體系化的法理基礎。其次，通過頒布促進建設項目數據共享相關文件，以及財政補貼、設置專項基金、技術支持服務機制等激勵方式，集成使用激勵與規制相結合的政策手段完善建設項目數據共享平臺的數據共享功能，合理減少利益相關方風險，提高其共享意愿。最后，從數據資源配置、數據確權、實時共享等方面解決數據共享“不暢、不愿、不易”問題，打破信息壁壘與產業邊界，釋放政策紅利和創新紅利，推動構建以數據和技術驅動的盈利模式，實現對建設項目數據共享平臺的高效運行和充分應用。

3.4 數據共享應用場景分析

在數據收集與清洗階段，各參建單位結合統一的數據收集標準，對規劃、設計、招標、采購、施工、交付及運維階段的數據等進行采集，解決數據價值密度低、碎片化問題。在數據收集過程中，借助自動化數據傳感器、三維激光掃描等信息技術完成對分布式數據的收集，促進實時數據處理、提高數據精度，為后期分析提供便利。數據收集完成后，將各個階段采集的數據根據實際需求設定清洗規則，通過去除冗余數據、填補缺失值、識別和處理異常值進行數據清洗，最后進行數據整合、縮減和轉換，完成對數據的收集與預處理工作。

完成數據收集與清洗后，數據擁有者將合同數據、表單數據、工程量數據、質檢數據、材料供應數據等上傳至“區塊鏈+IPFS”驅動的鏈上數據共享平臺，對數據進行統一的存儲管理，并利用區塊鏈去中心化特征，解決數據存儲的單點故障風險，上傳的文件存儲在IPFS 模塊中，完成數據輸入。用戶需要加密或解密文件時，由后臺加解密模塊來完成文件的加密或解密。不同的項目參與方具有不同的權限，項目參與方首先通過應用程序在本地存儲憑證，然后將授權信息上傳到授權信息鏈。應用程序在鏈上執行代碼，在鏈上發起查詢，并將授權信息記錄到塊上。當項目參與方提交數據訪問需求時，在鏈上發起身份驗證交易，以確認用戶是否被授權。根據項目參與方自身的數據屬性集合，判定其訪問數據的權限，認證節點判定合格后，鏈上的認證節點返回授權信息和相應的數據，通過數據檢索模塊實現快速數據檢索，以便對數據進行下一步的分析操作。在項目數據的共享過程中，區塊鏈網絡中的多個計算節點參與數據計算和記錄，并驗證其信息的有效性，提供信息防偽和追溯路徑。同時，結合數據共享的激勵機制，在共享數據的同時保證數據質量、保護知識產權，完成建設項目可信、透明、可追溯的數據共享。

基于此，如圖3 所示，首先借助數據挖掘技術，實現對已完工項目歷史工程數據和正實施項目即時工程數據的收集和預處理，為建設項目數據共享平臺運行提供數據來源。接著，借助建設項目數據共享平臺，實現對已完工項目歷史數據的數據共享和正實施項目即時工程數據的管理，為數據擁有者和用戶之間的數據共享提供可信的執行環境。最后，結合數據共治理論建立激勵機制，完善數據共享機制，通過多元主體數據資源和行動能力的整合聯動，對建設項目數據共享現存瓶頸突破。

圖3 建設項目數據共享總體思路

4 結論

建設項目實施過程中會產生海量數據，且涉及主體眾多、流程復雜、項目實施中產生的具體行為繁多，增加了數據共享的難度。本文基于數據共享質量、數據共享主體和數據共享機制三個維度構建建設項目數據共享分析框架，針對數據共享過程中“不暢、不愿、不易”問題提供解決思路。首先，重視數據收集與清洗，通過制定數據收集標準，整合清洗數據，共享準確、真實、規范的數據，提高數據共享效率；其次，高效使用數據，借助區塊鏈技術構建數據共享平臺，實現項目數據的實時安全共享，降低信息不對稱，打破“數據孤島”，并可利用共享數據橫向比較不同建筑企業的效率，識別造成效率低下的關鍵因素，把控工程進度，優化合同管理；最后，綜合考慮政策、機制和措施建立激勵機制，做到數據確權、數據有效供給，保障共享數據的安全。總之建設項目數據的有效共享，既需要制定相關政策法規，也需要技術平臺支持與利益相關方的多方協作，形成共建共治共享的建設項目數據共享體系。