水利工程建設(shè)管理中電子簽章系統(tǒng)設(shè)計(jì)

朱曉斌，劉 輝，李 韡，李霖澤

(水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120)

在水利工程建設(shè)管理過(guò)程中引入電子簽章技術(shù)，既是推動(dòng)水利行業(yè)信息化發(fā)展的重要手段，也是提升水利工程建設(shè)管理信息化水平的必然要求。隨著新一代信息技術(shù)(如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、BIM[1]等)與水利工程建設(shè)管理深度融合，業(yè)務(wù)模式和業(yè)務(wù)流程持續(xù)創(chuàng)新，水利工程的數(shù)字化、信息化和智能化水平逐步提高[2]，越來(lái)越多的工程建設(shè)管理文件以電子化的形式產(chǎn)生、傳輸、審批和應(yīng)用。電子文件具備查閱方便、檢索高效、傳遞快速、修改便捷、存儲(chǔ)節(jié)約等諸多優(yōu)勢(shì)，有效地提升了工程建設(shè)管理效率。然而，由于缺少電子簽章，不能保證電子文件具備法律效力，導(dǎo)致在水利工程圖紙交付、質(zhì)量驗(yàn)評(píng)、監(jiān)督檢查、工程驗(yàn)收等過(guò)程中，電子文件不能作為合法依據(jù)，仍然需要辦理紙質(zhì)文件，產(chǎn)生線上、線下兩次重復(fù)流程，對(duì)資金成本、時(shí)間成本、管理成本造成浪費(fèi)。

電子簽章應(yīng)用的相關(guān)法律法規(guī)和政策文件的陸續(xù)出臺(tái)，以及水利工程建設(shè)管理信息化系統(tǒng)的探索實(shí)踐，為水利工程中電子簽章技術(shù)的應(yīng)用提供了實(shí)踐基礎(chǔ)[3]。同時(shí)，電子簽章系統(tǒng)在交通[4]、保險(xiǎn)[5]、政務(wù)[6]等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，也為水利工程中電子簽章系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了參考。

目前，建設(shè)工程對(duì)電子簽章技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探索，但主要集中于工程檔案管理方面，大多缺乏對(duì)簽章過(guò)程中真實(shí)身份、真實(shí)意愿、文件防篡改、文件存證等關(guān)鍵過(guò)程的詳細(xì)論證，且大多直接采購(gòu)成熟的商業(yè)產(chǎn)品，未針對(duì)水利工程建設(shè)管理特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)，無(wú)法充分發(fā)揮電子簽章技術(shù)對(duì)工程建設(shè)過(guò)程中質(zhì)量控制的作用，系統(tǒng)的實(shí)用性有待提高。白鶴灘水電工程中，利用施工管理系統(tǒng)、電子檔案管理系統(tǒng)和電子簽章技術(shù)，推動(dòng)電子文件的直接歸檔。豐寧抽水蓄能工程中，利用數(shù)字化電站工程管控系統(tǒng)和電子簽章技術(shù)，推動(dòng)部分工程驗(yàn)評(píng)文件的電子歸檔。敦化抽水蓄能工程[7]中，將電子簽章技術(shù)應(yīng)用于歸檔文件的簽審流程，探索了單軌制檔案管理的可行性。

本文通過(guò)開(kāi)展三方面工作，即分析總結(jié)水利工程建設(shè)管理特點(diǎn)和電子簽章應(yīng)用誤區(qū)，設(shè)計(jì)水利工程建設(shè)管理的電子簽章系統(tǒng)，研究系統(tǒng)應(yīng)用方法和應(yīng)用效益，解決水利工程中電子簽章應(yīng)用的兩項(xiàng)問(wèn)題，即工程電子文件簽署的合法合規(guī)性和電子簽章技術(shù)與施工質(zhì)量控制、檔案管理等業(yè)務(wù)結(jié)合的安全實(shí)用性，從而支撐水利工程的數(shù)字化、信息化和智能化升級(jí)。

1 電子簽章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 PKI體系

公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(Public Key Infrastructure，PKI)是一組建立在公開(kāi)密鑰算法基礎(chǔ)上的數(shù)字認(rèn)證體系，主要由認(rèn)證中心(Certification Authority，CA)、注冊(cè)中心(Register Authority，RA)、應(yīng)用接口系統(tǒng)、密鑰證書管理系統(tǒng)構(gòu)成[8]。CA是PKI體系的核心，負(fù)責(zé)向用戶簽發(fā)、管理和廢除數(shù)字證書(內(nèi)含公鑰和證書所有者信息)，由工信部對(duì)CA進(jìn)行管理，目前全國(guó)共有50余家CA。

對(duì)于水利工程建設(shè)管理中的電子簽章應(yīng)用，可充分利用已有PKI體系，降低系統(tǒng)建設(shè)成本。通過(guò)構(gòu)建電子簽章系統(tǒng)，接收并審核工程項(xiàng)目中所有用戶(包括業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工等單位的企業(yè)和個(gè)人)的注冊(cè)信息和數(shù)字證書的申請(qǐng)資料，向CA申請(qǐng)數(shù)字證書并負(fù)責(zé)發(fā)放、存儲(chǔ)和管理，同時(shí)與工程建設(shè)管理應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行深入融合，對(duì)工程文件進(jìn)行電子簽章，承擔(dān)PKI體系中RA和應(yīng)用接口系統(tǒng)的功能。

1.2 水利工程建設(shè)管理特點(diǎn)

電子簽章系統(tǒng)在商務(wù)、金融、政務(wù)等領(lǐng)域應(yīng)用較為成熟，但仍然需要適應(yīng)水利工程的建設(shè)特點(diǎn)：

(1)全生命期管理。由于大中型水利工程的建設(shè)單位和運(yùn)行單位大多為同一法人，從設(shè)計(jì)、施工到后期運(yùn)行管理具有連續(xù)性，具備較好的全生命期管理?xiàng)l件，因此對(duì)電子簽章系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行維護(hù)、技術(shù)升級(jí)和功能擴(kuò)展提出較高的要求。

(2)工程復(fù)雜性高[9]。水利工程的結(jié)構(gòu)類型多樣、施工環(huán)節(jié)復(fù)雜、專業(yè)系數(shù)較高，需重點(diǎn)對(duì)工程質(zhì)量、進(jìn)度、資金、安全4個(gè)方面進(jìn)行控制，涉及對(duì)“人機(jī)料法環(huán)”的管理，每個(gè)控制和管理環(huán)節(jié)都可能產(chǎn)生不同格式的電子文件，因此要求電子簽章系統(tǒng)的適用性和實(shí)用性強(qiáng)。

(3)人員流動(dòng)性大。水利工程的參建單位涉及的企業(yè)和人員相對(duì)眾多且構(gòu)成復(fù)雜，同時(shí)由于工程建設(shè)周期長(zhǎng)，因此人員流動(dòng)性較高，對(duì)于電子簽章系統(tǒng)運(yùn)行而言，注冊(cè)信息管理、用戶身份審核、證書頒發(fā)吊銷以及系統(tǒng)操作培訓(xùn)等方面的工作量增大。

(4)質(zhì)量責(zé)任重大。大中型水利工程是關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的重大工程，對(duì)于工程質(zhì)量安全的要求高。工程電子文件是工作質(zhì)量控制、責(zé)任追溯的重要依據(jù)，因此電子簽章系統(tǒng)的合法性十分重要。

1.3 電子簽章技術(shù)應(yīng)用的常見(jiàn)誤區(qū)

由于電子簽章系統(tǒng)需要完整的體系支撐，其技術(shù)構(gòu)成和邏輯基礎(chǔ)較為復(fù)雜，且市場(chǎng)中相關(guān)產(chǎn)品良莠不齊，極易造成工程建設(shè)者對(duì)電子簽章技術(shù)應(yīng)用的誤區(qū)。

誤區(qū)1：工程中檔案要求長(zhǎng)期存儲(chǔ)，電子簽章過(guò)程中用戶的數(shù)字證書一般為一年期，因此需要持續(xù)購(gòu)買數(shù)字證書，成本較高。

數(shù)字證書的作用是保證信息和數(shù)據(jù)的完整性和安全性，在用戶簽署過(guò)程中進(jìn)行身份認(rèn)證和信息加密，因此，在數(shù)字證書的有效期內(nèi)用戶簽署的文件，是具備永久法律效力的，不會(huì)因證書過(guò)期而導(dǎo)致文件失效。數(shù)字證書包括長(zhǎng)期證書和事件型證書，事件型證書的有效期僅10min，但利用事件型證書進(jìn)行簽署的文件同樣具備永久法律效力。

誤區(qū)2：電子簽章僅服務(wù)于檔案系統(tǒng)，與工程建設(shè)管理過(guò)程無(wú)關(guān)。

電子簽章技術(shù)具備防篡改、防抵賴和時(shí)間認(rèn)證的基礎(chǔ)功能，可以通過(guò)與工程建設(shè)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集成，對(duì)工程安全檢查、材料質(zhì)量檢測(cè)等進(jìn)行全過(guò)程的存證，有效地避免事后修改數(shù)據(jù)、事后抵賴、集中補(bǔ)簽文件等情況的發(fā)生，從而對(duì)工程建設(shè)過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)管，檔案系統(tǒng)的應(yīng)用僅是對(duì)電子簽章技術(shù)的應(yīng)用結(jié)果的存儲(chǔ)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)未發(fā)揮電子簽章對(duì)工程全生命期電子文件管理的作用。

誤區(qū)3：電子簽章只能在電腦端操作，因?yàn)楸仨毷褂肬key。

Ukey是企業(yè)或個(gè)人數(shù)字證書的載體之一，但不是唯一的載體，目前在金融、地產(chǎn)、商務(wù)等領(lǐng)域電子簽章的應(yīng)用絕大多數(shù)是采用存儲(chǔ)服務(wù)器作為數(shù)字證書的載體，在用戶需要簽章時(shí)自動(dòng)調(diào)用，因此，電子簽章可以在電腦端、移動(dòng)端、H5端等多種終端中進(jìn)行使用。此外，結(jié)合移動(dòng)定位系統(tǒng)，系統(tǒng)可以記錄用戶簽署時(shí)的位置，從而在工程中擴(kuò)展更多的應(yīng)用場(chǎng)景。

誤區(qū)4：電子簽章只能對(duì)Word和PDF文件進(jìn)行簽署。

電子簽章是電子簽名的外在表現(xiàn)形式，通過(guò)圖像處理技術(shù)、加密解密技術(shù)以及數(shù)字簽名技術(shù)，實(shí)現(xiàn)與紙質(zhì)文件蓋章操作相同的可視化效果[10]，從而符合我國(guó)應(yīng)用習(xí)慣，真正的電子簽名技術(shù)并不受限于文件的格式，目前在PDF、DOCX、XLSX、HTML、JPG、GIF等格式的文件中均可采用電子簽章系統(tǒng)進(jìn)行簽署，DWG等工程專業(yè)格式文件也有研究進(jìn)行開(kāi)發(fā)[11]，因此，電子簽章系統(tǒng)的基本可以滿足工程涉及的文件類型。

1.4 系統(tǒng)總體架構(gòu)

作為水利工程信息化系統(tǒng)的重要組成部分，完整的電子簽章體系由身份認(rèn)證、證書管理、電子簽章等模塊組成，應(yīng)定位為后臺(tái)支撐服務(wù)，為各業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供簽章技術(shù)支持，為用戶提供證書管理、身份認(rèn)證等服務(wù)。用戶向電子簽章系統(tǒng)提交注冊(cè)信息、數(shù)字證書發(fā)放申請(qǐng)、吊銷申請(qǐng)等，審核通過(guò)后由系統(tǒng)向CA認(rèn)證中心提交申請(qǐng)，從而獲得數(shù)字證書和私鑰后進(jìn)行存儲(chǔ)、發(fā)放和管理；電子簽章系統(tǒng)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)深度融合，嵌入業(yè)務(wù)系統(tǒng)后臺(tái)，用戶在各建設(shè)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)(如建設(shè)管理系統(tǒng)、質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等)中進(jìn)行電子文件簽署，產(chǎn)生合法有效的電子文件后直接歸檔到工程數(shù)字檔案管理系統(tǒng)中，同時(shí)通過(guò)電子簽章系統(tǒng)遞交司法機(jī)構(gòu)進(jìn)行司法存證。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 電子簽章系統(tǒng)總體架構(gòu)

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

水利工程建設(shè)管理電子簽章系統(tǒng)的建設(shè)，應(yīng)遵循《電子簽名法》、《水利信息化項(xiàng)目驗(yàn)收規(guī)范》等相關(guān)法律、標(biāo)準(zhǔn)的要求。作為水利工程信息化系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐，為工程各參建方提供實(shí)名認(rèn)證服務(wù)、證書管理服務(wù)、電子簽章服務(wù)、存證服務(wù)等功能，通過(guò)與業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的深度融合(系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn))，滿足水利工程圖紙、合同、驗(yàn)評(píng)文件等重要資料的在線審批、在線簽署、一鍵歸檔等應(yīng)用需求，確保工程電子文件防偽造、防篡改，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的身份識(shí)別，確保其簽署的真實(shí)意愿，防止事后抵賴，從而解決水利工程建設(shè)管理過(guò)程中電子文件的合法性問(wèn)題，杜絕電子文件的安全隱患，滿足工程檢查、驗(yàn)收、督查的檔案管理需求，提升水利工程的數(shù)字化、信息化和智能化水平。

2.2 系統(tǒng)功能

水利工程建設(shè)管理電子簽章系統(tǒng)應(yīng)針對(duì)水利工程建設(shè)管理特點(diǎn)進(jìn)行功能設(shè)計(jì)。

(1)證書管理。系統(tǒng)可對(duì)接多家CA中心，進(jìn)行證書的申請(qǐng)、變更、使用、作廢，包括個(gè)人和企業(yè)的長(zhǎng)效證書或事件型證書，并對(duì)證書的使用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

圖2 水利工程建設(shè)管理電子簽章系統(tǒng)架構(gòu)圖

(2)身份認(rèn)證。為了適應(yīng)水利工程建設(shè)管理過(guò)程中人員流動(dòng)性大的特點(diǎn)，對(duì)于個(gè)人身份認(rèn)證，系統(tǒng)應(yīng)支持姓名、身份證號(hào)、手機(jī)號(hào)、銀行卡以及人臉識(shí)別、指紋識(shí)別等多種形式的快速認(rèn)證，并提供人工審核認(rèn)證服務(wù)。對(duì)于包含有統(tǒng)一用戶服務(wù)的水利工程信息化系統(tǒng)，應(yīng)提供可靠的接口，用于進(jìn)行組織管理。為提高系統(tǒng)的安全性，系統(tǒng)可按照不同角色分別設(shè)置系統(tǒng)管理員、操作員等身份，明確劃分各級(jí)用戶的職責(zé)，確保應(yīng)用系統(tǒng)的安全。

(3)印章管理。系統(tǒng)應(yīng)支持印章的申請(qǐng)、使用、變更、作廢，對(duì)印章的使用權(quán)限進(jìn)行嚴(yán)格控制，對(duì)印章的使用進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)和查詢。

(4)簽章管理。為了適應(yīng)水利工程建設(shè)管理過(guò)程中工程復(fù)雜性高的特點(diǎn)，提高參建人員的使用效率，采用頁(yè)面簽署和靜默簽署的方式進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)，靜默簽署指業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供無(wú)頁(yè)面的簽章方式，在用戶完成意愿校驗(yàn)后，自動(dòng)進(jìn)行文件簽章，用戶的真實(shí)意愿由業(yè)務(wù)系統(tǒng)和電子簽章系統(tǒng)共同承擔(dān)。針對(duì)水利工程建設(shè)文件的簽署環(huán)境，提供PC端、移動(dòng)端等多終端簽署方式，提供批量簽署、多方填參、一鍵簽署、騎縫章、多公章簽署等技術(shù)支持。此外，對(duì)于水利工程涉及文件格式較多的特點(diǎn)，系統(tǒng)應(yīng)支持OFD、PDF、DOCX、XLSX、RVT、DWG等多種文件格式。

(5)證據(jù)鏈保存。除電子簽章系統(tǒng)存證外，還應(yīng)支持公證處、司法鏈、第三方區(qū)塊鏈存證功能，電子簽章系統(tǒng)存證報(bào)告可隨時(shí)下載。

(6)接口管理。由于不同工程的信息化系統(tǒng)具有獨(dú)特性，不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)與電子簽章系統(tǒng)的接口都需要獨(dú)立設(shè)計(jì)，因此接口是水利工程建設(shè)管理電子簽章系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，例如與統(tǒng)一用戶服務(wù)的集成、與短信服務(wù)的集成、與建設(shè)管理系統(tǒng)的集成、與檔案管理系統(tǒng)的集成等。

(7)系統(tǒng)培訓(xùn)。信息化系統(tǒng)的應(yīng)用、升級(jí)和完善需要人力的投入[12]，為了推動(dòng)電子簽章系統(tǒng)的應(yīng)用推廣，水利工程建設(shè)管理電子簽章系統(tǒng)應(yīng)提供完善的系統(tǒng)培訓(xùn)服務(wù)和技術(shù)指導(dǎo)。

2.3 系統(tǒng)性能與部署

水利工程建設(shè)管理電子簽章系統(tǒng)應(yīng)滿足基本的性能要求和部署要求。為了提高水利工程的數(shù)據(jù)安全性，系統(tǒng)進(jìn)行本地化部署，支持集群部署和雙機(jī)熱備，支出負(fù)載均衡，支持異地兩中心部署，電子簽章過(guò)程在本地系統(tǒng)內(nèi)完成，第三方存證只記錄摘要，不記錄原文，文件傳輸經(jīng)過(guò)加密。

3 系統(tǒng)應(yīng)用與效益分析

3.1 施工圖審核流程

結(jié)合基于BIM設(shè)計(jì)模型的水利工程施工圖設(shè)計(jì)送審流程，闡述電子簽章系統(tǒng)在建設(shè)管理中的應(yīng)用。施工圖是水利工程建設(shè)過(guò)程中的重要資料，由設(shè)計(jì)單位提交后依次經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)監(jiān)理、施工單位、施工監(jiān)理和建設(shè)單位審批后，方可指導(dǎo)施工。設(shè)計(jì)單位在建設(shè)管理系統(tǒng)中發(fā)起審核流程，各審批單位通過(guò)審核后，電子簽章系統(tǒng)后臺(tái)判斷審核人是否通過(guò)實(shí)名認(rèn)證并設(shè)置簽字模板，通過(guò)用戶進(jìn)入意愿校驗(yàn)流程，通過(guò)短信驗(yàn)證、人臉識(shí)別、指紋識(shí)別等技術(shù)，完成后系統(tǒng)后臺(tái)自動(dòng)進(jìn)行簽章并將審核流程自動(dòng)推送到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，待全部審核通過(guò)后，建設(shè)管理系統(tǒng)將簽章后的文件自動(dòng)推送到檔案管理系統(tǒng)進(jìn)行保存，同時(shí)電子簽章系統(tǒng)對(duì)文件進(jìn)行存證。

在整個(gè)審核流程中，每個(gè)經(jīng)過(guò)了實(shí)名認(rèn)證并設(shè)置簽字的用戶，僅需登錄進(jìn)入建設(shè)管理系統(tǒng)，通過(guò)待辦事項(xiàng)提醒進(jìn)入審核流程，完成審核后點(diǎn)擊通過(guò)并進(jìn)行意愿校驗(yàn)(自動(dòng)彈窗)，即可完成全部工作，對(duì)工作效率的提升十分顯著。

3.2 應(yīng)用效益分析

對(duì)于大中型水利工程，按照包括15個(gè)施工標(biāo)段計(jì)算，每個(gè)標(biāo)段平均形成案卷1萬(wàn)卷，每卷平均250 頁(yè)，一般標(biāo)段至少需要準(zhǔn)備3套紙質(zhì)檔案供各級(jí)水行政管理部門審查，那么一個(gè)工程項(xiàng)目的文件總頁(yè)數(shù)為11250萬(wàn)頁(yè)(15個(gè)×1萬(wàn)×250頁(yè)×3套)，項(xiàng)目應(yīng)用電子簽章系統(tǒng)后，無(wú)需保留紙質(zhì)檔案，僅此一項(xiàng)即可節(jié)約1125萬(wàn)元(11250萬(wàn)頁(yè)×0.1元/頁(yè))的資金成本，節(jié)約紙張約506t(按平均4.5g/頁(yè)計(jì)算)，同時(shí)，對(duì)應(yīng)的檔案庫(kù)房面積、密集柜以及配套設(shè)施數(shù)量均可減少。應(yīng)用電子簽章系統(tǒng)后，每個(gè)標(biāo)段按照減少一名年薪20萬(wàn)的檔案管理人員計(jì)算，建設(shè)周期5年，則一項(xiàng)工程共可減少人力資金成本1500萬(wàn)元(15個(gè)×1人×20萬(wàn)/年×5年)。此外，電子簽章系統(tǒng)的應(yīng)用可極大地減少了文件傳遞交換的時(shí)間，每個(gè)流程按照平均5次傳遞過(guò)程計(jì)算，每次傳遞時(shí)間節(jié)約0.5h，則單次流程即可節(jié)約2.5h的時(shí)間成本。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究通過(guò)梳理現(xiàn)有電子簽章系統(tǒng)的建設(shè)體系，總結(jié)水利工程特點(diǎn)，分析電子簽章技術(shù)應(yīng)用誤區(qū)，設(shè)計(jì)了水利工程建設(shè)管理電子簽章系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)的框架、功能、性能需求、部署要求進(jìn)行了研究，對(duì)電子簽章系統(tǒng)的應(yīng)用和效益進(jìn)行了分析，為水利工程的信息化發(fā)展提供了技術(shù)支持。電子簽章系統(tǒng)在水利工程全生命周期的應(yīng)用還需要研究發(fā)展，將在后續(xù)研究中深入。對(duì)于水利行業(yè)，由于每個(gè)工程項(xiàng)目選擇不同CA機(jī)構(gòu)頒發(fā)的數(shù)字證書無(wú)法互認(rèn)互通，易造成資源的浪費(fèi)，是行業(yè)中電子簽章技術(shù)推廣應(yīng)用的制約。

圖3 施工圖審核流程