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基于区块链的建筑工程造价数据管理与溯源技术研究

2025-07-20 71 上传者：管理员

摘要：针对建筑工程造价数据在项目全生命周期中存在信息分散、难以共享、真实性难以保证等问题，文章提出基于区块链技术的造价数据管理与溯源方案。通过区块链去中心化、不可篡改等特性，构建多方协同的造价数据管理体系，实现数据的安全存储与高效共享。基于智能合约设计数据溯源机制，确保造价数据的可追溯性与真实性。工程实践应用表明，该方案显著提升了造价数据存储效率与核算速度，实现了造价数据的准确追溯，有效改善了造价数据管理水平，提高了工程经济效益。

关键词：
区块链
建筑工程
智能合约
溯源技术
造价数据
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建筑工程造价数据管理涉及设计､施工､监理等多个参与方,存在数据真实性难以保证､信息流转效率低､造价数据难以追溯等问题｡传统造价数据管理模式采用集中式存储,难以应对多方协同场景下的数据共享需求｡区块链技术具有去中心化､不可篡改､可追溯等特点,为解决造价数据管理问题提供新思路｡通过将区块链技术与造价数据管理相结合,构建分布式数据存储体系,利用智能合约实现造价数据的自动核算与追溯,可显著提升造价数据管理的效率与可靠性｡

1、建筑工程造价数据管理现状分析

工程造价数据管理涉及建设单位､施工单位､监理单位等多个主体,数据内容广泛且复杂,数据量巨大｡现阶段,各单位造价数据仍以分散管理为主,缺乏集成管理与整合应用｡各参与方使用的信息系统存在数据格式差异,不同系统间的数据交换协议和接口标准不统一,导致数据难以实现互通共享｡

造价数据变化频繁,涉及人材机､综合单价､工程量等各类数据｡传统数据库允许持续修改､删除数据,造价数据真实性难以保证[1]｡工程量计算依据､材料价格调整､签证变更等核心数据缺乏完整记录,使得造价数据溯源存在盲区,责任界定困难｡工程结算阶段,审核人员需耗费大量时间核实数据来源及变更过程,影响结算效率｡造价数据管理缺乏标准化流程和规范化制度,各方数据上传､审核､存储等环节随意性较大｡造价数据的采集､传递､存储等过程缺乏有效监管,数据变更未经严格审批即可修改,严重影响造价数据的可靠性与真实性｡

2、基于区块链的造价数据管理体系设计

2.1系统架构设计

造价数据管理系统划分为五层架构,如图1所示｡数据层部署分布式数据库集群,存储区块数据与索引数据｡部署Redis缓存服务器,提升数据读取速度｡建立数据备份机制,定时增量备份区块数据与合约代码｡网络层配置负载均衡服务器,实现节点间数据高效传输｡部署防火墙､入侵检测等安全设备,构建多层安全防护体系[2]｡共识层设置共识服务节点集群,运行PBFT共识算法｡配置共识参数,单区块最大容量设为2MB,区块生成周期设为15s｡合约层搭建智能合约执行环境,部署造价数据处理相关合约｡设置合约调用权限,施工单位可调用工程量计算合约,监理单位可调用签证合约｡应用层开发Web端和移动端应用程序,提供造价数据管理功能｡在系统网络拓扑设计中,采用星型结构连接各节点服务器,核心交换机采用双机热备份｡系统通过CA证书中心统一管理用户身份与权限,实现基于角色的访问控制｡

图1区块链造价数据管理系统架构图

图1展示了区块链造价数据管理系统的五层架构设计｡应用层提供用户交互界面和造价管理功能;合约层实现工程量计算､价格管理等智能合约;共识层负责数据验证与节点同步;网络层确保数据安全传输;数据层实现区块存储与加密｡各层之间通过标准接口实现数据交互,保障系统高效运行｡

2.2造价数据存储机制

造价数据存储采用双链结构,构建数据链与业务链｡数据链部署MongoDB数据库集群,采用分片机制存储工程量､人材机价格､费率等数据｡设置主从复制,确保数据一致性｡业务链部署MySQL数据库集群,存储变更签证､结算等业务数据｡采用读写分离策略,提升查询效率｡区块头大小限制在1KB,记录产生时间､区块高度､默克尔根等信息｡区块体大小限制在1.9MB,按业务类型分区存储数据[3]｡工程量数据､价格数据等结构化数据直接存储区块｡图纸､影像等非结构化数据存储IPFS系统,区块仅存储内容哈希值｡数据加密采用国密算法,密钥长度2048位｡数据备份策略为每日增量备份,每周全量备份｡区块存储采用分层结构,最新区块存储在高速固态硬盘,历史区块迁移至大容量机械硬盘｡构建数据索引服务,支持区块高度､交易哈希､时间戳等多维度检索｡实现数据冷热分离存储,优化系统存储性能｡

2.3智能合约设计

基于Solidity语言开发造价数据处理智能合约｡工程量计算合约内置定额计算引擎,支持土建､安装等专业工程量自动计算｡集成40类清单项目的计算规则,覆盖常见工程类型｡价格管理合约设置材料价格波动监控阈值,主要材料波动超过3%触发调整机制｡签证变更合约内置多级审批流程模板,支持按额度自动选择审批流程｡合约之间通过事件机制通信,工程量变更自动触发价格调整｡合约测试采用单元测试与集成测试相结合,测试覆盖率达95%｡按业务模块划分合约,实现功能内聚｡设置合约调用权限矩阵,明确各方权限边界｡关键操作需70%节点签名确认后执行,杜绝篡改｡合约升级采用代理模式,实现合约逻辑热更新｡合约执行采用Gas计费机制,避免资源滥用｡构建合约审计模块,记录合约调用日志,支持异常回溯分析｡为提升系统性能,对频繁调用的合约采用预编译技术优化｡

3、造价数据溯源技术实现

3.1数据溯源模型

造价数据溯源模型在施工各环节植入数据采集点,如图2所示｡在人材机管理环节,配置RFID设备采集工人考勤数据,安装GPS定位器跟踪机械设备使用情况,部署物联网传感器监测材料消耗｡工程量计量环节,采用激光测距仪､三维扫描仪等设备采集实测数据,数据直接上传区块链｡在材料进场环节,使用智能地磅自动称重,扫码记录材料信息｡签证变更环节,通过移动终端采集现场影像资料,自动关联工程量数据[4]｡结算环节对接财务系统导入支付数据｡各采集点数据实时上链存储,生成包含时间戳､地理位置､设备编号､操作人员等元数据信息｡将所有数据通过哈希算法串联,建立数据溯源索引｡在数据采集设备选型时,优先采用具备数字证书的智能设备,确保数据源头可信｡针对隐蔽工程等重点部位,设置多重采集验证机制｡

图2造价数据溯源模型示意图

3.2溯源流程设计

造价数据溯源流程从数据产生源头开始实施全过程管控｡在施工现场部署工程量采集设备,包括50台激光测距仪､20台三维扫描仪､100个RFID读写器,覆盖主要施工区域｡材料堆场安装8台智能地磅,接入物料管理系统｡机械设备加装GPS定位模块,每10min自动上报位置与工作状态｡施工人员配备NFC工牌,通过门禁系统记录工时｡所有采集设备通过企业内网接入区块链节点,实时上传数据[5]｡数据上链前进行格式校验,剔除异常数据｡工程量数据经项目部初审､监理复核后方可上链｡材料结算数据需采购部门确认､财务部门审核｡隐蔽工程量数据要求施工､监理､建设三方共同确认｡系统自动对采集数据进行分类存储,工程量､材料､人工､机械等数据分别建立索引｡数据检索支持按区域､时间､数据类型等条件组合查询｡

3.3溯源算法设计

溯源算法针对造价数据特点进行优化设计｡在工程量数据采集环节,将BIM模型划分为1000个网格单元,每个单元关联实测数据与验收记录｡材料用量数据按进场批次､使用部位建立溯源链,记录从供应商到施工现场的全过程信息｡人工数据基于NFC考勤记录,对接劳务管理系统,建立工时与工程量关联关系｡机械设备数据根据GPS轨迹,计算设备实际作业时间｡所有原始数据通过改进的Merkle树结构存储,每个叶子节点代表一条造价数据记录｡数据节点之间建立双向链接,上层节点存储数据摘要,底层节点存储详细信息｡系统集成并行计算框架,支持千万级数据秒级检索｡数据可信度评估采用五级量化标准,计入数据来源可靠性､验证节点数量､历史记录一致性等因素｡设置数据有效期与存储策略,定期归档历史数据｡

4、应用效果

4.1应用案例分析

区块链造价数据管理系统在某大型商业综合体项目中进行应用实践｡项目总建筑面积82000m2,合同造价1.8亿元,施工工期18个月｡项目现场部署数据采集设备42台,覆盖施工区域90%以上｡施工人员考勤通过RFID门禁系统实时记录,工时数据直接上传区块链平台｡材料进场采用智能地磅称重,结合移动终端扫码确认,自动生成电子收料单｡现场28台机械设备加装GPS定位器,实时跟踪设备位置与工作状态｡工程量计量采用激光测距仪与三维扫描仪采集数据,监理方通过移动终端在线复核确认｡项目部署8个区块链节点,施工､监理､建设等参与方分别运行2个~3个节点｡项目实施过程中,累计采集工程量数据23580条,记录材料进场436批次,处理设计变更52项,办理工程签证86份,所有数据实现全程可溯源､可追踪｡

4.2效果评估

将传统造价管理模式与区块链管理模式进行对比分析,从管理效率､数据质量､业务流转三个维度评估应用效果,评估结果如表1所示｡数据显示,采用区块链技术后,造价数据录入效率提升42%,数据差错率降低至1.2%｡工程变更与签证的在线审批业务处理速度显著提升,平均审批时间从3.5d缩短至1.8d｡通过对施工现场实时监控,有效降低虚报冒算现象,工程结算偏差率控制在3.2%以内｡造价数据全程留痕,责任明确,施工过程中仅发生1次造价纠纷｡

表1区块链造价管理模式应用效果对比表

5、结语

基于区块链技术实现的建筑工程造价数据管理与溯源系统,通过分布式存储､智能合约等技术手段,有效解决了传统造价数据管理中存在的问题｡在实际工程应用中,该系统显著提升了造价数据的真实性､可靠性与可追溯性,实现了多方协同场景下的高效数据共享｡未来可进一步优化智能合约设计,提升系统运行效率,扩展区块链在建筑工程领域的应用｡同时需要加强数据安全保护,完善权限管理机制,构建更完善的数据加密机制｡此外,还需要建立健全区块链造价数据管理相关标准规范,加强行业内的技术交流与合作,推动区块链技术在建筑工程造价管理中的规范化应用｡

参考文献:

[1]王正,白杨,任建峰,等.基于区块链的电网工程造价数据可靠性评估及差异化管理[J].武汉大学学报(工学版),2024,57(5):683-690.

[2]胡婷婷.新技术在项目工程造价控制中的应用研究[J].科技资讯,2023,21(19):253-256.

[3]徐恩利,汤佩豫,易望,等.基于BIM的新兴城市地铁工程全生命周期造价管理研究[J].住宅与房地产,2023(26):16-18.

[4]徐恩利,汤佩豫,王伟刚,等.大数据技术应用于工程造价管理的趋势与路径[J].中国招标,2023(8):84-86.

[5]廖伟刚.基于区块链建设工程招标控制价审核工作平台的研究[J].中国住宅设施,2021(12):64-65.

文章来源:许传磊.基于区块链的建筑工程造价数据管理与溯源技术研究[J].山西建筑,2025,51(15):187-190.