一种基于区块链智能合约的混凝土工程责任分担方法与流程

1.本发明涉及区块链在工程领域的应用，具体是一种基于区块链智能合约的混凝土工程责任分担方法。


背景技术：

2.区块链是一种共享账簿技术，其作为底层架构，具备分布式、公开透明性、不可篡改性、集体维护和隐私保护的特点。区块链技术采用带有时间戳的链式结构存储数据，增加了时间维度，使数据具有极强的可验证性和可追溯性。区块链中各个区块依次环环相接，形成从最开始的区块到当前区块的一条最长主链，从而记录了区块数据的完整信息，能够提供区块链数据的溯源功能，任意数据都可以通过此链式结构追本溯源。
3.智能合约，区块链上的智能合约是指由solidity、lll等语言编写和编译并运行与区块链上的一串二进制代码，通过智能合约可以实现在区块链上的数据存储、读写以及一些逻辑操作，目前大部分的区块链应用都是基于智能合约来运行的。智能合约使用的solidity语言是图灵完备的，可以实现应用业务逻辑的所有操作。
4.shapley值法是shapley l.s于1953年提出的用于解决多合作问题的一种数学方法。当n个人从事某种经济活动时，他们之中若干人组合的每一种合作形式都会得到一定的效益，当人们之间的利益活动为非对抗性时，合作人数的增加不会引起效益的降低，这样，全体n个的合作将带来最大效益，shapley值法是分配这个最大效益的一种方案。
5.对于混凝土工程项目，由于其施工的流程复杂，参与建设方多，项目一般是由多个活动(或子项)组成的，并且由多个承包人和分包人共同完成，这些企业在整个项目的建设中相互作用、相互影响。某一方的失误，不仅会对自己造成损失，也会影响到其他承包人。因此，有必要在进行责任分析时把责任分摊到每个相关的活动。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于区块链智能合约的混凝土工程责任分担方法，包括基于区块链智能合约的工程安全监督溯源系统，所述的基于区块链智能合约的工程安全监督溯源系统包括用户管理模块、培训管理模块、安全监督模块、验收管理模块、责任溯源模块和区块链网络；
7.所述的用户管理模块用于管理用户信息并生成用户的公钥和私钥；所述的区块链网络由施工部门节点、验收部门节点、监理方节点组成；所述的培训管理模块用于将施工部门的培训档案和分工档案上传至区块链网络；所述的安全监督模块用于将监理方的安全监督档案上传至区块链网络；所述的验收管理模块用于将验收部门的验收档案上传至区块链网络；所述的责任溯源模块用于发生事故时，根据事故发生相关用户公钥标识提取区块链网络中存储的相关档案，并按照时间顺序排列展示；
8.所述的基于区块链智能合约的混凝土工程责任分担方法包括如下步骤：
9.步骤一，对工程安全进行责任溯源，得到溯源结果；
10.步骤二，根据溯源结果基于shapley值进行责任分摊；应用ahp-gem法确定各责任方在各个工序迟延影响贡献率，通过该影响贡献率，建立以shapley值为基础的改进责任分摊模型；
11.步骤三，对改进责任分摊模型进行修正，得到共同责任分摊模型，根据共同责任分担模型确定设计方、施工方、监督方、验收方各自承担的责任。
12.进一步的，所述的对工程安全进行责任溯源，得到溯源结果，包括如下步骤：
13.步骤1，部署区块链网络，分别在设计部门、施工部门、监理方、验收方部署区块链节点；
14.步骤2，用户使用所述用户管理模块注册用户，并获得唯一标识身份的公私钥；
15.步骤3，设计部门上传信息，所述的信息包括设计图纸、设计图纸变更，上传至区块链网络；
16.步骤4，施工人员进行施工安全教育，通过所述培训管理模块将每个员工参加安全教育的培训信息上传至区块链网络；
17.步骤5，监督模块收集信息，并上传至区块链网络；
18.步骤6，验收部门上传信息，验收部门对各个阶段完成的质量情况进行分析，生成验收档案，并上传至区块链网络；
19.步骤7，当有事故发生时，由有关部门的人员收集事故相关的公钥标识，然后向区块链网络发出溯源请求，得出溯源结果。
20.进一步的，所述的根据溯源结果基于shapley值进行责任分摊，包括如下过程：
21.施工工序集为u＝{1，2，...，n}，v(s)为定义在施工工序集合u上的特征函数，即子集s中共同需要分担责任的事件的影响，并将总影响记为v(u)，函数v(s)满足：
22.v(iτ)＝0
[0023][0024]
其中，式v(iτ)＝0表示工序间无相互影响，式其中，式v(iτ)＝0表示工序间无相互影响，式表示相互影响的事件同时发生对工程会带来额外负面影响；在工序u的基础上，工序i所受到的影响记为χi(v)，则集合可表示为x(v)＝[χ1(v)，χ2(v)，...，χi(v)]，且需要分担责任的事件须满足：
[0025][0026]
利用shapley值法对责任进行分摊，在施工工序集合u中，定义任意一个施工工序i所受到的影响为：
[0027][0028][0029]
式中s(i)表示工序集合u中包含工序i的所有子集；ω(|s|)为加权因子；|s|是子集s中的元素个数；v(s/i)为子集s中去掉工序i后的延误影响；n为集合u中的元素个数。
[0030]
进一步的，所述的应用ahp-gem法确定各责任方在各个工序迟延影响贡献率，通过
该影响贡献率，建立以shapley值为基础的改进责任分摊模型，包括如下步骤：
[0031]
首先建立混凝土项目责任评估指标体系，目标层为责任分摊，准则层为施工阶段，指标层为造成事故的因素；
[0032]
其次构建评分矩阵，根据施工阶段构建一级评判矩阵，造成损失因素则按照准则层构建二级评判矩阵；
[0033]
对评价相对权重进行计算，相对权重的评估是基于计算出工序影响指标的权重，归一化即得评价指标的相对权重，用模糊综合评价法计算各方责任分摊的综合影响因子，根据综合影响因子得出修正后的共同责任分摊模型。
[0034]
本发明的有益效果是：本发明系统基于区块链建立，保证数据的不可篡改、持久有效，在发生事故后倒查事故原因，事故负责人，避免事故原因不确定，责任人推卸责任等问题；本发明采取去中心化的架构，为管理人员提供作业的动态信息，比如培训工作、操作是否合规，通过记录施工的全工程，减少因管理不完善而导致事故发生；本发明采取ahp-gem法量化设计方、施工方、监督方、验收方的责任分摊，避免在责任分摊上难以达成共识的问题出现。
附图说明
[0035]
图1为一种基于区块链智能合约的混凝土工程责任分担方法的流程示意图；
[0036]
图2为基于区块链智能合约的工程安全监督溯源系统的原理示意图；
[0037]
图3为混凝土项目责任评估指标体系图。
具体实施方式
[0038]
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0039]
如图1所示，一种基于区块链智能合约的混凝土工程责任分担方法，包括基于区块链智能合约的工程安全监督溯源系统，所述的基于区块链智能合约的工程安全监督溯源系统包括用户管理模块、培训管理模块、安全监督模块、验收管理模块、责任溯源模块和区块链网络；
[0040]
所述的用户管理模块用于管理用户信息并生成用户的公钥和私钥；所述的区块链网络由施工部门节点、验收部门节点、监理方节点组成；所述的培训管理模块用于将施工部门的培训档案和分工档案上传至区块链网络；所述的安全监督模块用于将监理方的安全监督档案上传至区块链网络；所述的验收管理模块用于将验收部门的验收档案上传至区块链网络；所述的责任溯源模块用于发生事故时，根据事故发生相关用户公钥标识提取区块链网络中存储的相关档案，并按照时间顺序排列展示；
[0041]
所述的基于区块链智能合约的混凝土工程责任分担方法包括如下步骤：
[0042]
步骤一，对工程安全进行责任溯源，得到溯源结果；
[0043]
步骤二，根据溯源结果基于shapley值进行责任分摊；应用ahp-gem法确定各责任方在各个工序迟延影响贡献率，通过该影响贡献率，建立以shapley值为基础的改进责任分摊模型；
[0044]
步骤三，对改进责任分摊模型进行修正，得到共同责任分摊模型，根据共同责任分
担模型确定设计方、施工方、监督方、验收方各自承担的责任。
[0045]
所述的对工程安全进行责任溯源，得到溯源结果，包括如下步骤：
[0046]
步骤1，部署区块链网络，分别在设计部门、施工部门、监理方、验收方部署区块链节点；
[0047]
步骤2，用户使用所述用户管理模块注册用户，并获得唯一标识身份的公私钥；
[0048]
步骤3，设计部门上传信息，所述的信息包括设计图纸、设计图纸变更，上传至区块链网络；
[0049]
步骤4，施工人员进行施工安全教育，通过所述培训管理模块将每个员工参加安全教育的培训信息上传至区块链网络；
[0050]
步骤5，监督模块收集信息，并上传至区块链网络；
[0051]
步骤6，验收部门上传信息，验收部门对各个阶段完成的质量情况进行分析，生成验收档案，并上传至区块链网络；
[0052]
步骤7，当有事故发生时，由有关部门的人员收集事故相关的公钥标识，然后向区块链网络发出溯源请求，得出溯源结果。
[0053]
所述的根据溯源结果基于shapley值进行责任分摊，包括如下过程：
[0054]
施工工序集为u＝{1，2，...，n}，v(s)为定义在施工工序集合u上的特征函数，即子集s中共同需要分担责任的事件的影响，并将总影响记为v(u)，函数v(s)满足：
[0055]
v(iτ)＝0
[0056][0057]
其中，式v(iτ)＝0表示工序间无相互影响，式其中，式v(iτ)＝0表示工序间无相互影响，式表示相互影响的事件同时发生对工程会带来额外负面影响；在工序u的基础上，工序i所受到的影响记为χi(v)，则集合可表示为x(v)＝[χ1(v),χ2(v)，...，χi(v)]，且需要分担责任的事件须满足：
[0058][0059]
利用shapley值法对责任进行分摊，在施工工序集合u中，定义任意一个施工工序i所受到的影响为：
[0060][0061][0062]
式中s(i)表示工序集合u中包含工序i的所有子集；ω(|s|)为加权因子；|s|是子集s中的元素个数；v(s/i)为子集s中去掉工序i后的延误影响；n为集合u中的元素个数。
[0063]
所述的应用ahp-gem法确定各责任方在各个工序迟延影响贡献率，通过该影响贡献率，建立以shapley值为基础的改进责任分摊模型，包括如下步骤：
[0064]
首先建立混凝土项目责任评估指标体系，目标层为责任分摊，准则层为施工阶段，指标层为造成事故的因素；
[0065]
其次构建评分矩阵，根据施工阶段构建一级评判矩阵，造成损失因素则按照准则
层构建二级评判矩阵；
[0066]
对评价相对权重进行计算，相对权重的评估是基于计算出工序影响指标的权重，归一化即得评价指标的相对权重，用模糊综合评价法计算各方责任分摊的综合影响因子，根据综合影响因子得出修正后的共同责任分摊模型。
[0067]
具体的，在本发明基于区块链智能合约的工程安全监督溯源系统中，设计部门、施工部门、验收部门、监理方这四个参与方组成一个p2p的区块链网络，分别部署区块链节点。在区块链上部署智能合约，每个参与方可以部署一个或者若干个节点，组成系统的区块链底层架构。在任一参与方的区块链节点生成一个创世区块，创世区块作为其他区块的根区块，在所有节点启动前必须载入正确的区块信息，且不能任意修改。此后产生的所有区块在创世区块后。所有参与方共同参与到区块链网络中的治理中，每个参与方都有一份完整的分布式账本，防止任意一方篡改。每一个参与方都有唯一公钥、私钥和地址，私钥由随机数和椭圆曲线生成，具体地，私钥是由随机数生成的64位的16进制字符串，私钥自行保存，不得外泄，把私钥输入到椭圆曲线中可以得到公钥，将公钥压缩映射处理就可以得到地址。
[0068]
首先，设计部门、施工部门、验收部门、监理方都需要在施工的具体阶段，向区块链网络的任意节点提交数据，区块链节点根据接收数据的时间顺序打包成一个个目标区块；所述目标区块主要包括区块头和区块体两个部分，其中，区块头主要记录了当前目标区块的hash值、时间戳、前一区块的hash值；第一个区块的前一区块的hash值为创世区块的hash值。然后把目标区块的前一区块的hash值设置为目标区块的hash值，其他区块链节点通过共识协议同步最新的区块，保证区块链网络所有节点的区块总是最新的。
[0069]
下一步对当前发起请求的身份和消息的正确性进行验证，若正确，则区块链网络调用智能合约进行处理，若不正确，则驳回请求。
[0070]
该系统包括用户管理模块、培训管理模块、安全监督模块、验收管理模块、责任溯源模块和区块链网络，各模块的具体实现方法如下：
[0071]
1)用户管理模块：此模块用来管理用户信息和生成用户唯一标识。用户可以使用此模块填写个人信息，并输入随机数，然后把随机数带入椭圆曲线生成私钥，并由私钥推导出公钥，公钥可以展示在系统内，私钥由用户个人保管，不得外泄。
[0072]
2)培训管理模块：所有参与到建设工程的员工按照国家有关制度要求参加安全教育，并将施工部门的相关施工人员每个人参加安全教育情况的培训信息和施工分配情况的分工信息形成培训档案和分工档案，上传至区块链网络；所述培训档案包括培训人公钥标识、培训时间、培训内容；所述分工档案包括施工人员的公钥标识和工作内容。
[0073]
3)安全监督模块：监理方的相关人员进行监督，形成安全监督档案，签名并提交到区块链网络归档，如果在监督过程中发现不符合安全要求，立即停止相关人员的生产工作，待危险解除后方可恢复施工人员的生产活动；所述安全监督档案包括监督时间、监督地点、监督人公钥标识、施工时间、施工人员公钥标识、施工日志、施工作业是否符合施工安全条例规定及不符合的规定和违反的原因。
[0074]
4)验收管理模块：验收部门对各个阶段的完成情况，完成质量进行客观的分析，将在现场得出来的验收报告生成验收档案，签名并提交至区块链网络，进行归档处理；所述验收档案包括验收报告、验收时间、验收人的公钥标识。
[0075]
以上各模块产生的各种档案，档案修改都会被记录到区块链上，真实有效，为责任
溯源模块提供可信的数据。
[0076]
5)责任溯源模块：在施工中或施工后出现安全、质量等问题，将使用此模块利用其他模块上传至区块链节点的数据进行追责，具体为：监理方提供事故发生相关人员的公钥标识，调用责任溯源模块进行倒查事故原因、确定责任人，该模块使用的数据来源自其他模块上传至区块链网络上的数据。该模块由区块链的最新产生的区块开始向创世区块进行溯源，将与之相关的施工人员的培训、工作分工、监督人员、验收人员等信息按照时间顺序形成一条链条展示出来，然后再根据具体信息进行追责并找出事故原因，具体的步骤为：
[0077]
(5.1)链下收集事故发生相关人员的公钥标识，然后向区块链网络发出溯源请求，请求内容包括经过请求人签名后的事故发生相关人员的公钥标识。所述事故发生相关人员包括培训人、设计师、施工人员、监督人、验收人；
[0078]
(5.2)智能合约接收到请求后，首先验证请求签名是否正确，若正确解析请求内容中的公钥标识，签名不正确则驳回请求；
[0079]
(5.3)智能合约获取区块链网络最新的区块地址；
[0080]
(5.4)根据区块地址获取最新产生的区块，检查此区块是否存在与事故发生相关人员的公钥标识相关的档案，若存在则取出该档案，然后取出此区块的前区块的hash值，根据该hash值得到上一区块，检查上一区块是否存在与事故发生人员的公钥标识相关的档案，若存在则取出该档案，以此类推，直到检查到创世区块，溯源完毕；
[0081]
(5.5)按照时间顺序依次展示在溯源过程中取出的档案，因为区块是按照时间顺序生成的，所以倒序展示在溯源过程中取出的档案。线下根据溯源得到的可信档案数据，去追责相关负责人。
[0082]
本发明基于上述系统对工程安全进行责任溯源，包括以下步骤：
[0083]
步骤1，部署区块链网络，分别在设计部门、施工部门、监理方、验收部门部署区块链节点；
[0084]
步骤2，用户使用所述用户管理模块注册用户，并获得唯一标识身份的公私钥；
[0085]
步骤3，设计部门上传信息，包括设计图纸、设计图纸变更等，上传至区块链网络；
[0086]
步骤4，施工人员进行施工安全教育，施工部门的相关人员通过所述培训管理模块将每个员工参加安全教育的培训信息上传至区块链网络；
[0087]
步骤5，监督模块收集信息，监理部门监督每天的生产作业，并通过监督模块上传至区块链网络；
[0088]
步骤6，验收部门上传信息，验收部门对各个阶段完成的质量情况进行分析，生成验收档案，并上传至区块链网络；
[0089]
步骤7，当有事故发生时，由有关部门的人员收集事故相关的公钥标识，然后向区块链网络发出溯源请求，得出溯源结果。
[0090]
本发明基于上述安全溯源结果对共同事故因素进行责任分摊时，步骤如下：
[0091]
步骤1，基于shapley值进行责任分摊，定义基本参数如下。设各个施工工序集为u＝{1，2，...，n}，如果实值函数v(s)均对应u的任一子集(表示n个施工工序集合中的任意一个组合)，则称v(s)为定义在施工工序集合u上的特征函数，即子集s中共同需要分担责任的事件的影响，并将总影响记为v(u)。函数v(s)满足：
[0092]
v(iτ)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0093][0094]
其中，式(1)表示工序间无相互影响，式(2)表示相互影响的事件同时发生对工程会带来额外负面影响。在工序u的基础上，工序i所受到的影响记为χi(v)，则集合可表示为x(v)＝[χ1(v)，χ2(v)，...，χi(v)]。且需要分担责任的事件须满足：
[0095][0096]
利用shapley值法对责任进行分摊，在施工工序集合u中，定义任意一个施工工序i所受到的影响为：
[0097][0098][0099]
式中s(i)表示工序集合u中包含工序i的所有子集；ω(|s|)为加权因子；|s|是子集s中的元素个数；v(s/i)为子集s中去掉工序i后的延误影响；n为集合u中的元素个数。
[0100]
步骤2，应用ahp-gem法确定各责任方在各个工序迟延影响贡献率，通过该影响贡献率，建立以shapley值为基础的改进责任分摊模型。
[0101]
首先建立混凝土项目责任评估指标体系，目标层为责任分摊，准则层为施工阶段(前期设计、中期施工、后期管理)，指标层为造成事故的因素。
[0102]
其次构建评分矩阵，根据施工阶段构建一级评判矩阵，造成损失因素则按照准则层构建二级评判矩阵。构建评判矩阵的方法具体为：由专家群组i中的m个专家对n个造成损失的因素进行打分，形成m
×
n阶矩阵x＝[x
aβ
]m×n，其中x
aβ
＝[α，β](α＝1，2，...，m；β＝1，2，...，n)的数值表示第α个专家iα对第β个被评价指标的评分，xαβ的数值越大，则指标造成的损失越大。
[0103]
接着对评价相对权重进行计算。相对权重的评估是基于计算出工序影响指标的权重，归一化即得评价指标的相对权重。具体算法为：将评价矩阵x转置与矩阵相乘结果记为f，即f＝x
t
x，f的最大特征根对应的特征向量即最优决策x
*
。函数最大值时的向量即为最优决策x
*
，其中满足且ρmax为矩阵f＝x
t
x的最大特征根。
[0104]
指标层各指标c
ij
(i＝1，2，...，k；j＝1，2，...，t)相对于目标层的权重应该为指标权重与所在准则层权重的乘积，即：其中ωi是指准则层指标ci相对于目标层的权重，代表指标层指标c
ij
相对于准则层指标ci的权重。各工序影响准则层各指标的权重向量为w＝[ω1，...，ωi，...，ωk]，其中指标层的组合权重向量为：wi＝[ω
i1
，...，ω
ij
，...，ω
it
](ω
ik
∈[0，1]，∑ω
ij
＝1，i＝1，2，...，k；j＝1，2，...，t)。
[0105]
在确定评价指标权重的前提下，用模糊综合评价法计算各方责任分摊的综合影响因子，具体步骤如下：1)建立五级标准评语集。即：v＝(v1，v2，v3，v4，v5)＝(高，较高，中，较
低，低)＝(0.9，0.7，0.5，0.3，0.1)。2)构造隶属度子集ri。请相关专家以评语集v为打分依据对各责任方导致的因素影响进行评价，得到隶属度子集ri＝(r
i1
，...，r
ij
，...，r
i5
)。ri是评价指标中第i个指标对应的评语集的隶属度的集合，即rij＝第i个指标选择vj等级的人数/参与评价的总人数，其中j＝1，2，...，5。经过模糊变换，得到模糊评判矩阵r。3)把模糊评判矩阵r与评价指标的权重向量集w进行模糊运算，得到模糊综合评判结果集b，b＝wr，再应用模糊分布法对指标进行归一化处理，得b
′
＝(b1，b2，b3，b4，b5)。于是，各方责任分摊的综合影响因子pi＝b
′vt
，对应矩阵记为p＝(p
ij
)n×3。
[0106]
步骤3，得出修正后的共同责任分摊模型。本发明中假设对施工阶段i造成干扰的各责任方m对该事故的贡献率理论上是相等的，即事故理论贡献率均为1/m，则可以定义多事件共同事故影响责任分摊的修正系数为：
[0107][0108]
则修正系数矩阵为z＝(z
ij
)n×3。
[0109]
因此，引入修正因子后责任分摊可表示为：
[0110]
t＝z
·
χi(v)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0111]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。