區(qū)塊鏈技術(shù)在配電電纜網(wǎng)精益化管理中的應(yīng)用研究

高爽，王珞珈，楊鑫，張振宇，王國(guó)民，劉向軍

GAO Shuang1，WANG Luojia1，YANG Xin1，ZHANG Zhenyu1，WANG Guomin1，LIU Xiangjun2

（1.國(guó)網(wǎng)北京昌平供電公司，北京102200；2.華北電力大學(xué)，北京102206）

（1.State Grid Beijing Changping Power Supply Company，Beijing 102200，China；2.North China Electric Power University，Beijing 102206，China）

0 引言

電力行業(yè)正隨著城市建設(shè)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步而發(fā)展，地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)緊跟著地區(qū)用電需求的變化而變化。近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力供應(yīng)需求日益增加，電網(wǎng)改造、架空線(xiàn)入地的步伐也逐漸加快，這對(duì)配電電纜網(wǎng)建設(shè)與城市建設(shè)規(guī)劃的契合度、地下空間資源的利用率以及電纜精益化管理水平等方面提出了更高的要求。

1 配電電纜工程建設(shè)需求分析

1.1 配電電纜工程建設(shè)流程

配電電纜網(wǎng)建設(shè)一般要經(jīng)歷方案審核、管網(wǎng)占用、設(shè)計(jì)審核、工程施工（土建、電纜）、工程竣工驗(yàn)收、并網(wǎng)發(fā)電6 個(gè)環(huán)節(jié)（如圖1 所示）。在方案制定的過(guò)程中，合理規(guī)劃、正確地選擇電纜敷設(shè)方式及路徑是電纜網(wǎng)建設(shè)工作的首要環(huán)節(jié)。方案應(yīng)以工程條件、地區(qū)地貌、環(huán)境特點(diǎn)是否滿(mǎn)足管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行為依據(jù)，以城市管理委員會(huì)對(duì)地區(qū)建設(shè)的規(guī)劃為基本方向，促使市政、園林等政府部門(mén)與熱力、燃?xì)獾饶茉聪到y(tǒng)部門(mén)共謀發(fā)展、共同規(guī)劃城市地下管線(xiàn)建設(shè)。

圖1 配電電纜網(wǎng)工程建設(shè)流程Fig.1 Distribution cable network construction process

1.2 配電電纜網(wǎng)精益化管理需求

隨著我國(guó)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)模的進(jìn)一步發(fā)展擴(kuò)大和我國(guó)電力體制改革的不斷深入，以企業(yè)人力資源管理投入為主的傳統(tǒng)電纜網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和電力運(yùn)檢管理模式對(duì)電網(wǎng)安全、質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)效率等多維度的提升形成制約，難以適應(yīng)地區(qū)電網(wǎng)發(fā)展要求，迫切需要挖掘管理和技術(shù)上的潛力，以加快運(yùn)檢信息化建設(shè)，推動(dòng)運(yùn)檢業(yè)務(wù)向智能化、精益化轉(zhuǎn)變。

從電纜網(wǎng)工程建設(shè)的角度分析，工程前期的路徑規(guī)劃涉及熱力、燃?xì)獾榷嗄茉聪到y(tǒng)的信息交互和市政、園林等多政府部門(mén)的聯(lián)合響應(yīng)。如何高效、合理地規(guī)劃地下管網(wǎng)建設(shè)、簡(jiǎn)化信息交互流程、保障信息互換安全至關(guān)重要；在工程啟動(dòng)、施工階段，如何精準(zhǔn)辦理斷面審批，實(shí)現(xiàn)多行業(yè)、多部門(mén)聯(lián)動(dòng)發(fā)布施工信息，亦是提升工程建設(shè)效率的關(guān)鍵；在工程竣工及電纜網(wǎng)運(yùn)維階段，如何提升配電電纜網(wǎng)反外力水平、提高運(yùn)檢效率效益、集約運(yùn)檢管控、實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)和管理的有機(jī)結(jié)合，是提升配電網(wǎng)管理水平的主要課題。因此，以有效提升配電電纜網(wǎng)供電可靠性水平為技術(shù)主線(xiàn)，以提高配電電纜線(xiàn)路及通道標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)水平、精益化運(yùn)維水準(zhǔn)、智能化管控效果為技術(shù)指導(dǎo)，充分發(fā)揮區(qū)塊鏈特性，施行電纜工程全流程管理、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)全維度管控、施工檢修全環(huán)節(jié)監(jiān)管,是配電電纜網(wǎng)精益化管理的迫切需求。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)在配電電纜網(wǎng)精益化管理中的應(yīng)用維度

2.1 區(qū)塊鏈技術(shù)原理與特征探究

區(qū)塊鏈作為一項(xiàng)顛覆性技術(shù)，正在引領(lǐng)全球新一輪的技術(shù)變革和產(chǎn)業(yè)變革，有望成為全球技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新的“策源地”，推動(dòng)“信息互聯(lián)網(wǎng)”向“價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)”變遷。在我國(guó)《“十三五”國(guó)家信息化規(guī)劃》中首次提出將區(qū)塊鏈作為一項(xiàng)重點(diǎn)前沿技術(shù)并強(qiáng)調(diào)要深入研究該項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用。

區(qū)塊鏈基于分布式賬本、密碼學(xué)、共識(shí)管理機(jī)制、智能金融合約四大核心技術(shù)，可以搭建無(wú)需第三方的可信交互環(huán)境，為企業(yè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的安全記錄和管理提供一種新思路。在鏈內(nèi)封閉的系統(tǒng)內(nèi)可以基于共識(shí)機(jī)制自主定義不同權(quán)限的參與方，進(jìn)行多方記賬；所有用戶(hù)都可以被賦予訪問(wèn)區(qū)塊內(nèi)容的權(quán)限，實(shí)現(xiàn)全員監(jiān)督；加上區(qū)塊鏈基于非對(duì)稱(chēng)加密、時(shí)間戳等技術(shù)，可以確保區(qū)塊記錄內(nèi)容難篡改、可追溯［1-3］；整個(gè)區(qū)塊鏈不需要依賴(lài)第三方信任中心，可以自身構(gòu)建用戶(hù)之間可信度。可見(jiàn)，區(qū)塊鏈具有去中心化、公開(kāi)性、自治性、防篡改性等特性，能夠很好地適應(yīng)分散化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2.2 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用維度分析

區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用及核心特征體現(xiàn)為數(shù)據(jù)的去中心化，保障了用戶(hù)數(shù)據(jù)的真實(shí)可信，打破了數(shù)據(jù)信任管理壁壘，極大程度地降低了傳統(tǒng)業(yè)務(wù)全流程管理中數(shù)據(jù)的信任管理成本。該核心特征與電纜精確效益化管理需求高度吻合，可以從對(duì)象維度、功能維度和屬性維度等3 個(gè)方面研究區(qū)塊鏈在配電電纜網(wǎng)精益化管理中的應(yīng)用，如圖2所示。

2.2.1 對(duì)象維度

隨著市轄區(qū)、縣的建設(shè)和綠色能源經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電力、熱力、燃?xì)獾戎饕獏^(qū)域能源傳輸網(wǎng)絡(luò)的空間界限逐漸模糊，不同區(qū)域能源系統(tǒng)的管網(wǎng)耦合性明顯增強(qiáng)，地下能源管網(wǎng)呈現(xiàn)出相互交織的復(fù)雜狀態(tài)，地下管線(xiàn)資源的綜合利用率有待提升，這給目前能源行業(yè)傳統(tǒng)的管網(wǎng)聯(lián)動(dòng)管理模式和地下管網(wǎng)斷面申請(qǐng)、審批流程都帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。區(qū)塊鏈的多能源“對(duì)等”控制模式以及去中心化的特質(zhì)，能夠?yàn)槎嗄茉磪f(xié)同發(fā)展提供關(guān)鍵的信息技術(shù)支撐。

圖2 區(qū)塊鏈技術(shù)在配電電纜網(wǎng)精益化管理中的應(yīng)用Fig.2 Application of blockchain technology in lean management of distribution cable network

（1）在配電電纜網(wǎng)搭建方面，工程建設(shè)在進(jìn)行通道路由選擇、路徑規(guī)劃時(shí)，也面臨著管網(wǎng)斷面占用、施工方資質(zhì)認(rèn)證等信息交互環(huán)節(jié)，其申請(qǐng)、批復(fù)、驗(yàn)收環(huán)節(jié)的效率和準(zhǔn)確性也將影響工程建設(shè)的時(shí)效性和電纜網(wǎng)運(yùn)行規(guī)劃合理性。區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化的特點(diǎn)。采用基于區(qū)塊鏈的資質(zhì)認(rèn)證和斷面審批流程，能夠?qū)崟r(shí)共享施工方的施工資質(zhì)狀態(tài)以及配電電纜網(wǎng)各通道的斷面占用情況，各配電電纜工程的建設(shè)方、組織方可采用區(qū)塊鏈實(shí)時(shí)共享占用信息，自主確定配電電纜工程建設(shè)實(shí)施方案，有效實(shí)現(xiàn)生態(tài)化的建設(shè)管理模式。

（2）在能源系統(tǒng)建設(shè)方面，電力、熱力、燃?xì)獾榷嗄茉聪到y(tǒng)管網(wǎng)信息的接入將極大程度地輔助工程施工方案的設(shè)計(jì)。區(qū)塊鏈能夠?yàn)楦髂茉垂芫W(wǎng)提供開(kāi)放、公平的記賬和信息發(fā)布平臺(tái)［4-5］，能夠面向多能源管網(wǎng)提供完備的管網(wǎng)占用信息，為能源系統(tǒng)建設(shè)者、規(guī)劃者提供參考，從而實(shí)現(xiàn)地下管網(wǎng)空間立體化應(yīng)用，減少因管線(xiàn)跨越交叉、安全距離不足導(dǎo)致的運(yùn)維沖突，實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)維，也能為更多參與者（例如地下管線(xiàn)測(cè)繪單位）加入能源行業(yè)管網(wǎng)建設(shè)提供便利。

（3）在城市建設(shè)規(guī)劃方面，涉及大量能量流和信息流的傳輸和處理:能量流的合理、準(zhǔn)確分布和流動(dòng)，可以保障地區(qū)能源系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，還要對(duì)實(shí)際的地區(qū)能源負(fù)荷進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量、合理分布，以便于實(shí)現(xiàn)地區(qū)綜合能源發(fā)展的長(zhǎng)期規(guī)劃；針對(duì)信息流，則需要保證系統(tǒng)狀態(tài)信息數(shù)據(jù)、參數(shù)的可靠傳遞，并能夠綜合各種信息對(duì)能源系統(tǒng)全局開(kāi)展評(píng)估。區(qū)塊鏈技術(shù)通過(guò)保證信息的可靠性和透明性，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)能量流和信息流的可靠計(jì)量，例如開(kāi)發(fā)基于區(qū)塊鏈的政府-能源企業(yè)狀態(tài)估計(jì)平臺(tái)并對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)和估計(jì)。區(qū)塊鏈技術(shù)通過(guò)采用統(tǒng)一的能源計(jì)量、核算手段，打破能源網(wǎng)絡(luò)間、政府與企業(yè)之間的隔閡，從而消除網(wǎng)絡(luò)阻塞。

2.2.2 功能維度

區(qū)塊鏈去中心化的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)模式與技術(shù)使其天然地能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的多源備份，在機(jī)制上能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)來(lái)源可信任與“交易流程”自組織，因此不再需要第三方機(jī)構(gòu)，這對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)思維”下的綜合能源網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)具有重要指導(dǎo)意義。具體而言，區(qū)塊鏈將在電纜網(wǎng)建設(shè)工程資質(zhì)認(rèn)證、斷面申請(qǐng)及審批流程管理、多能源和多機(jī)構(gòu)參與的組織協(xié)同、能源網(wǎng)絡(luò)智能化運(yùn)維管理等方面發(fā)揮巨大作用。

資質(zhì)認(rèn)證是配電電纜網(wǎng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)放與公平的重要基礎(chǔ)。配電電纜網(wǎng)工程建設(shè)涉及施工單位、設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位等多類(lèi)合作方，也包含多種交易，比如施工交易、代維服務(wù)交易等。因此要想確保配電電纜網(wǎng)工程全方位的穩(wěn)定、高效運(yùn)行，亟須建立具有高可信度的計(jì)量機(jī)制和高權(quán)威的認(rèn)證機(jī)制。區(qū)塊鏈分布式賬本技術(shù)以其公開(kāi)、透明的特性，為每位參與方賦予擁有、查詢(xún)賬本等權(quán)限，實(shí)現(xiàn)賬本難篡改，保證了記錄數(shù)據(jù)真實(shí)性和完整性，保障了公共認(rèn)證的合法性、權(quán)威性［6-7］，這在配電電纜網(wǎng)工程建設(shè)資質(zhì)認(rèn)證方面發(fā)揮重要作用。此外，區(qū)塊鏈還能夠?yàn)榕潆婋娎|地下管網(wǎng)占用的資源搭建數(shù)據(jù)記錄管理平臺(tái)，采用公共數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)制減少壞數(shù)據(jù)出現(xiàn)的概率，有效保證數(shù)據(jù)的真實(shí)、可信。

流程管理是配電電纜網(wǎng)建設(shè)信息化的主要應(yīng)用方向。在多行業(yè)和多能源領(lǐng)域的建設(shè)模式下，流程管理的信息化將促進(jìn)各行業(yè)主體的公平競(jìng)爭(zhēng)以及行業(yè)主體與能源網(wǎng)絡(luò)的信息交互，而區(qū)塊鏈在交易和信息透明公開(kāi)的應(yīng)用方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì):首先，區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制促使鏈上所有節(jié)點(diǎn)為交易的清算提供算力，極大地減少了交易成本；其次，鏈上的區(qū)塊信息具有公開(kāi)透明性，確保信息的對(duì)稱(chēng)性和市場(chǎng)的有效性；再次，區(qū)塊鏈的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有一份相同并完整的賬本，增加了數(shù)據(jù)被篡改的難度，保證交易系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠；最后，區(qū)塊鏈可提供智能合約，雙方在滿(mǎn)足合約條款時(shí)將自動(dòng)執(zhí)行，提高了交易的執(zhí)行力和可靠性，保障交易市場(chǎng)的公平性和可靠性。

組織協(xié)同是配電電纜網(wǎng)提升建設(shè)水平和管網(wǎng)利用率的重要保障。地下管網(wǎng)建設(shè)不僅僅局限于電力電纜管線(xiàn)，而是包含熱力、燃?xì)獾榷喾N能源系統(tǒng)，建設(shè)參與者也不僅僅局限于施工單位，而囊括了設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位、運(yùn)維單位等眾多參與者。在合理的區(qū)塊鏈機(jī)制下，促進(jìn)多類(lèi)型的能源系統(tǒng)、多組織參與主體的共同發(fā)展和高效協(xié)同需要2個(gè)基本條件:一是各方共同利益和私有利益的合理分配，以保障工程建設(shè)的切實(shí)可行；二是各方交換的信息一定是真實(shí)、有效的，以便提高協(xié)同工作的效率。而區(qū)塊鏈可以很好地滿(mǎn)足以上需求，并且去中心化的運(yùn)行管理模式賦予每個(gè)節(jié)點(diǎn)一定的自治權(quán)限，能夠根據(jù)參與者自身實(shí)際利益需求做出最優(yōu)的決策，從而在更大的空間內(nèi)優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)能源的高效綜合利用。

智能運(yùn)維是配電電纜網(wǎng)精益化管理的階段性目標(biāo)。智能運(yùn)維立足于服務(wù)基層一線(xiàn)班組，服務(wù)各級(jí)運(yùn)檢管理人員，以信息技術(shù)為支撐，以保障配電網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行、提升運(yùn)維效率為目標(biāo)，以“突出設(shè)備、強(qiáng)化基層、精益管理”為重點(diǎn)，從而形成信息化、智能化配電電纜網(wǎng)工程建設(shè)和運(yùn)維管控的有機(jī)體。區(qū)塊鏈將每一次的數(shù)據(jù)更新從更新者的信息到傳遞路徑完整地記錄下來(lái)，實(shí)現(xiàn)了記錄數(shù)據(jù)的可追溯；同時(shí)通過(guò)密碼學(xué)增加了數(shù)據(jù)被摧毀或篡改的難度，有利于實(shí)現(xiàn)地下管網(wǎng)的高效監(jiān)管。

2.2.3 屬性維度

區(qū)塊鏈技術(shù)映射于配電電纜網(wǎng)建設(shè)及精益化管理的不同環(huán)節(jié)中，會(huì)體現(xiàn)出具有差異化的屬性特點(diǎn)。根據(jù)不同的服務(wù)與管理對(duì)象以及預(yù)期目標(biāo)，區(qū)塊鏈技術(shù)于配電電纜網(wǎng)中的應(yīng)用可體現(xiàn)出3 種屬性，見(jiàn)表1。

表1 區(qū)塊鏈技術(shù)在配電電纜網(wǎng)精益化管理中的應(yīng)用Tab.1 Application of blockchain technology in the lean management of distribution cable network

（1）信息物理屬性是指區(qū)塊鏈技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)配電電纜網(wǎng)建設(shè)、運(yùn)維等環(huán)節(jié)中物理過(guò)程和物理對(duì)象的可靠傳送和精準(zhǔn)記錄，及對(duì)其物理特性和內(nèi)在聯(lián)系的高效整合，是配電電纜網(wǎng)智能挖掘和綜合分析的前提。信息安全功能的完善是信息物理屬性的主要表現(xiàn)方式，其應(yīng)用主要針對(duì)如下問(wèn)題:現(xiàn)有配電電纜網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中重要信息數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收途徑包含內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)，其數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程易受侵入；由于采用中心化處理方式，入侵者僅需要侵入少數(shù)節(jié)點(diǎn)或中心節(jié)點(diǎn)即可對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行篡改，難以保證數(shù)據(jù)有效性。

針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題，可采用區(qū)塊鏈技術(shù)中密碼學(xué)技術(shù)，即非對(duì)稱(chēng)加密與哈希運(yùn)算保證信息的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?］；采用共識(shí)機(jī)制實(shí)現(xiàn)去中心化認(rèn)證機(jī)制，從原理上降低了“以少控多”的可能性。

（2）金融屬性指區(qū)塊鏈技術(shù)可為配電電纜網(wǎng)建設(shè)中資質(zhì)認(rèn)證、管網(wǎng)占用提供一個(gè)公開(kāi)、透明、可信的平臺(tái)，提升市場(chǎng)參與意愿，同時(shí)降低合約執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)和監(jiān)管成本［9-10］。將交易平臺(tái)應(yīng)用于管網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)維全流程管控是金融屬性的主要體現(xiàn)，其應(yīng)用主要針對(duì)如下問(wèn)題:地下管網(wǎng)自規(guī)劃階段至建設(shè)、運(yùn)維階段參與主體類(lèi)型眾多、數(shù)量龐大，全流程管控難度大；現(xiàn)有管網(wǎng)建設(shè)參與方需要對(duì)不同類(lèi)型的能源以及不同來(lái)源的信息進(jìn)行融合，即要對(duì)數(shù)據(jù)交換進(jìn)行多次驗(yàn)證和核對(duì)，導(dǎo)致用戶(hù)獲取信息不及時(shí)，因而產(chǎn)生交易成本。

針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題，可將管網(wǎng)占用規(guī)則寫(xiě)入?yún)^(qū)塊鏈智能合約，使管網(wǎng)占用透明化，以實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的自動(dòng)申報(bào)，降低人力成本。采用集體維護(hù)的共識(shí)機(jī)制實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)占用審批，每個(gè)參與方皆可直接或間接地參與管網(wǎng)占用審批的確認(rèn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)審批過(guò)程和結(jié)果的透明化與公開(kāi)化。采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信將最新管網(wǎng)建設(shè)、占用信息廣播同步至各節(jié)點(diǎn)，使各參與方獲得實(shí)時(shí)信息并進(jìn)行工程方案調(diào)整，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益最大化。

（3）社會(huì)屬性是指區(qū)塊鏈技術(shù)可在配電電纜網(wǎng)精益化運(yùn)維中輔助人的思考與決策，提升對(duì)人員和人員行為的管理水平。行為管理功能在配電電纜網(wǎng)精益化運(yùn)維中的應(yīng)用主要針對(duì)如下問(wèn)題:電纜地下管網(wǎng)數(shù)字化普及度不高，歷史信息儲(chǔ)備少；對(duì)管網(wǎng)隱患記錄、治理記錄等過(guò)程記錄信息化程度較低，對(duì)管網(wǎng)運(yùn)維造成一定困難；人工巡檢記錄分散，信息化程度低且易被篡改，不利于管控人員行為及事故追責(zé)。

針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題，可利用鏈上信息具有可追溯性的特點(diǎn)，對(duì)巡檢計(jì)劃和行為進(jìn)行記錄，實(shí)現(xiàn)人員行為管控和責(zé)任回溯；采用分布式賬本結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)人員行為記錄，實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證、鏈上審核與數(shù)據(jù)記錄，將歷史行為歸檔留存，便于查詢(xún)和調(diào)用。

3 區(qū)塊鏈技術(shù)的典型應(yīng)用示例

3.1 地下管網(wǎng)占用認(rèn)證

以某地下管網(wǎng)建設(shè)場(chǎng)景為例，對(duì)信息安全功能的應(yīng)用進(jìn)行說(shuō)明。傳統(tǒng)模式下管網(wǎng)數(shù)據(jù)以單向信息流的方式自單個(gè)能源行業(yè)至多個(gè)管網(wǎng)建設(shè)參與方方向流動(dòng)，各工程管網(wǎng)建設(shè)存在時(shí)間軸上的重疊，如圖3a所示。單向的數(shù)據(jù)傳輸和更新將造成信息滯后、數(shù)據(jù)量不完整，管網(wǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、有效性難以得到保證。

引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)的管網(wǎng)建設(shè)，可將區(qū)塊鏈視為數(shù)據(jù)防護(hù)屏障。數(shù)據(jù)的錄入、廣播、存儲(chǔ)等過(guò)程都建立在區(qū)塊鏈體系之上，各能源行業(yè)和管網(wǎng)建設(shè)參與方都成為具有通信與驗(yàn)證功能的分布式賬本，從而防范數(shù)據(jù)侵入，提升數(shù)據(jù)更新的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，如圖3b所示。采用區(qū)塊鏈模式的地下管網(wǎng)系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)。

（1）具有抗攻擊性。由于區(qū)塊鏈技術(shù)下的系統(tǒng)具有去中心化的技術(shù)特點(diǎn)，全網(wǎng)中所有的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)都必須擁有數(shù)據(jù)庫(kù)的完整數(shù)據(jù)備份，若攻擊者試圖完全篡改數(shù)據(jù)庫(kù)中的部分?jǐn)?shù)據(jù)，則至少需要控制系統(tǒng)中超半數(shù)的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)篡改［11-12］，這使得數(shù)據(jù)篡改的成本大大增加，數(shù)據(jù)被篡改的可能性大大降低。

（2）數(shù)據(jù)的保密性。由于區(qū)塊鏈采用了非對(duì)稱(chēng)的密鑰加密技術(shù)，破解條件繁瑣復(fù)雜，極大增加了攻擊者破解密鑰的難度和可行性。

（3）自我備份修復(fù)韌性。由于系統(tǒng)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都對(duì)區(qū)塊鏈內(nèi)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行了完整備份，即使系統(tǒng)中部分節(jié)點(diǎn)或部分通路受到攻擊而癱瘓，也能保證系統(tǒng)中的特定節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)其他通路和節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)重構(gòu)所需信息。

3.2 多機(jī)構(gòu)協(xié)同、多能源系統(tǒng)融合

圖3 2種模式下管網(wǎng)建設(shè)拓?fù)鋵?duì)比Fig.3 Topology of pipeline under two construction modes

配電電纜網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，促使多機(jī)構(gòu)的協(xié)同配合、多能源系統(tǒng)的資源融合是適應(yīng)地區(qū)發(fā)展的重要前提。傳統(tǒng)能源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)處于各自獨(dú)立建設(shè)、運(yùn)維的狀態(tài)。而在未來(lái)能源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中，尤其是地下管網(wǎng)建設(shè)，政府部門(mén)與能源企業(yè)、能源企業(yè)與施工方等工程建設(shè)參與方，在整體規(guī)劃、方案制定、路由選擇、施工風(fēng)險(xiǎn)等環(huán)節(jié)的緊密融合、協(xié)同優(yōu)化，可使單一能源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與地區(qū)建設(shè)規(guī)劃有機(jī)融合，從而實(shí)現(xiàn)地區(qū)能源建設(shè)最優(yōu)化。

在多機(jī)構(gòu)協(xié)同、多能源系統(tǒng)融合的愿景中，存在一系列制約其實(shí)際落地應(yīng)用的挑戰(zhàn)與技術(shù)需求。

（1）傳統(tǒng)運(yùn)行模式下的各能源系統(tǒng)處于分立自治的狀態(tài)，分屬于不同管理部門(mén)，其運(yùn)行機(jī)制和管理模式存在一定差異，難以由一個(gè)中心機(jī)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一運(yùn)行管理，因此需要建立去中心化的新體制。

（2）不同能源系統(tǒng)管網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)、特性迥異，所構(gòu)成的能源網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模式存在差異，導(dǎo)致管網(wǎng)的發(fā)展方向、建設(shè)機(jī)制無(wú)法統(tǒng)一。因此，需要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)間“對(duì)話(huà)”，以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)數(shù)據(jù)在多個(gè)能源系統(tǒng)及其管網(wǎng)系統(tǒng)間的同步，其中亟須實(shí)現(xiàn)的功能是數(shù)據(jù)的可靠傳輸和安全存儲(chǔ)。

（3）工程建設(shè)參與方、能源系統(tǒng)和政府部門(mén)之間缺乏激勵(lì)機(jī)制。一方為其他參與方的建設(shè)或運(yùn)維做出貢獻(xiàn)時(shí)應(yīng)獲得相應(yīng)收益，以形成良性循環(huán)。

區(qū)塊鏈能夠?yàn)槎鄼C(jī)構(gòu)協(xié)同、多能源系統(tǒng)融合提供一個(gè)去中心化的系統(tǒng)平臺(tái)，如圖4所示。

圖4 去中心化的多機(jī)構(gòu)協(xié)同、多能源系統(tǒng)融合Fig.4 Decentralized multi-agency collaboration and multi-energy system integration

就服務(wù)與管控對(duì)象而言，采用區(qū)塊鏈技術(shù)記錄政府部門(mén)、各能源系統(tǒng)以及工程建設(shè)參與方的實(shí)時(shí)管網(wǎng)建設(shè)、占用信息，工程建設(shè)過(guò)程中，涉及跨能源系統(tǒng)的地下管網(wǎng)時(shí)，可記錄該工程與多個(gè)能源系統(tǒng)管網(wǎng)之間的建設(shè)及占用信息，在此基礎(chǔ)上實(shí)時(shí)生成該地塊各類(lèi)能源管網(wǎng)的實(shí)時(shí)信息（如管網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀、占用現(xiàn)狀、申請(qǐng)占用情況）；不同能源系統(tǒng)可以通過(guò)區(qū)塊鏈中的各類(lèi)管網(wǎng)建設(shè)信息對(duì)自身管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，政府部門(mén)亦可通過(guò)區(qū)塊鏈中的綜合管網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀優(yōu)化地區(qū)發(fā)展規(guī)劃。

該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)。

（1）地區(qū)多能源管網(wǎng)建設(shè)、多機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)調(diào)度的去中心化。區(qū)塊鏈?zhǔn)苟鄠€(gè)能源系統(tǒng)間無(wú)需統(tǒng)一調(diào)度，將不同能源系統(tǒng)以及不同工程中的管網(wǎng)建設(shè)、占用信息在多能源系統(tǒng)、多機(jī)構(gòu)中共享，處于區(qū)塊鏈中的每個(gè)個(gè)體都能夠進(jìn)行自調(diào)度決策，優(yōu)化自身收益，促進(jìn)多機(jī)構(gòu)協(xié)同、多能源系統(tǒng)融合。

（2）跨能源系統(tǒng)、跨機(jī)構(gòu)的通用性。區(qū)塊鏈通過(guò)管網(wǎng)信息為各區(qū)域能源系統(tǒng)、各參與機(jī)構(gòu)之間的協(xié)同和信息融合搭建了橋梁。通過(guò)區(qū)塊鏈為不同能源系統(tǒng)、不同參與機(jī)構(gòu)之間的信息交互提供了統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化的“對(duì)話(huà)平臺(tái)”［13］，在不改變其自身原有調(diào)度運(yùn)行方式的基礎(chǔ)前提下實(shí)現(xiàn)多能源系統(tǒng)的融合以及多機(jī)構(gòu)的協(xié)同［14］。

（3）數(shù)據(jù)具有保密性與可靠性。工程建設(shè)中的管網(wǎng)建設(shè)流程進(jìn)度、建設(shè)費(fèi)用等屬私有信息，此類(lèi)信息以公鑰形式經(jīng)過(guò)加密后上傳拷貝的方式可以確保管網(wǎng)建設(shè)交易節(jié)點(diǎn)信息的保密性；而管網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀、管網(wǎng)占用信息屬共有信息可以被公開(kāi)和查詢(xún)，區(qū)塊鏈分布式交易賬本的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算方式能夠有效保證節(jié)點(diǎn)價(jià)格信息的真實(shí)、可靠、不易被篡改進(jìn)而具有公正性。

4 區(qū)塊鏈在工程管理應(yīng)用中的機(jī)遇與前景

區(qū)塊鏈技術(shù)為配電電纜網(wǎng)精益化管理帶來(lái)了新的契機(jī)，其分布式一致性的共享思維打破了電纜網(wǎng)建設(shè)、運(yùn)維只局限于電力系統(tǒng)內(nèi)部的傳統(tǒng)模式。區(qū)塊鏈技術(shù)是數(shù)據(jù)安全共享的技術(shù)集成，其應(yīng)用是一種生產(chǎn)模式的突破與變革。

傳統(tǒng)工程管理模式中，各工程參與方均享有獨(dú)立的業(yè)務(wù)流程和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，相應(yīng)流程和數(shù)據(jù)均保存在各方持有的數(shù)據(jù)庫(kù)中，因此數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)單一，安全性低、聯(lián)動(dòng)能力和抗抵賴(lài)性差，易出現(xiàn)“信息孤島”和“信息不對(duì)稱(chēng)”等問(wèn)題。此類(lèi)問(wèn)題將大幅增加各工程建設(shè)參與方的溝通成本、建立信任的時(shí)間成本，甚至延緩工程建設(shè)進(jìn)度。區(qū)塊鏈技術(shù)為配電電纜網(wǎng)精益化管理提供了發(fā)展方向。

5 結(jié)束語(yǔ)

區(qū)塊鏈技術(shù)下的配電電纜網(wǎng)精益化管理系統(tǒng)搭建雖然較集中式管理成本更低，但將消耗大量的資源于分布式信息存儲(chǔ)和處理，因此，如何權(quán)衡系統(tǒng)的綜合效能、分析不同場(chǎng)景的應(yīng)用效果、最大限度地發(fā)揮區(qū)塊鏈的使用價(jià)值仍需深入研究。

此外，電力系統(tǒng)等各能源系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)人員對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)的基本概念、實(shí)現(xiàn)方法、應(yīng)用價(jià)值認(rèn)識(shí)深度不足，區(qū)塊鏈技術(shù)專(zhuān)業(yè)人員對(duì)能源系統(tǒng)中的基本概念、理論技術(shù)亦不熟悉，交叉學(xué)科人才的缺乏將阻礙技術(shù)的融合應(yīng)用和發(fā)展，系統(tǒng)搭建過(guò)程中知識(shí)體系的建設(shè)、層次結(jié)構(gòu)的劃分、應(yīng)用場(chǎng)景的差異化設(shè)計(jì)均面臨挑戰(zhàn)。