近年来, 国内建筑材料质量问题事件频发。偷工减料、以此充好、以假乱真等情况使我国建材的安全性问题日益突出。建材质量安全直接影响建筑安全也关系人民财产和生命安全问题, 对社会的稳定发展产生巨大影响。同时, 建筑质量安全也是全球备受瞩目的关键问题, 事关中国在建造领域的国际竞争力和国家声誉, 甚至影响“一带一路”基础设施建设与大型工程建设的顺利推进。所以, 应当对建材建立相应的追溯体系, 完整地记录建材从生产到最终被消费者购买的所有详细信息, 以及中间所有经销节点, 保证对整个建材生命周期的完整监督, 实现建材追源溯本。

ISO9000将“可追溯性”定义为在全部生产、加工和销售过程中, 发现并追寻其痕迹的可能性。本文定义建筑材料追溯体系为通过在建材上添加相关标识用于记录其相应的生产来源和场地信息等, 通过该标识可以实现对建材整个生命周期应用信息的追溯和调查。信息可追溯绝大部分被运用在了食品和农业领域, 针对建筑领域, 信息可追溯在钢结构和装配式建造方面得到了一些应用。在对国内外质量追溯体系进程以及食品和农产品相关质量追溯系统进行研究和借鉴后提出了建筑材料质量可追溯体系的构建方案, 研究建材质量与安全追溯相关问题。

建材质量可追溯体系的作用是对建材从生产到最终消费全部过程进行监控并记录, 且随时可以进行信息查询。实现对建筑材料质量信息的正向跟踪和反向追溯。体系分为两大模块, 第一是建筑材料生产厂家利用该系统可以对建筑材料的生产、检测、入库全程进行标准化登记, 用户可以利用该系统对每一批建筑材料进行查询溯源, 查看建筑材料所有相关的生产信息, 第二是该系统能够录入并管理建筑材料质量与安全检测标准字典, 并将生产的建筑材料的质量数据与国家建筑材料安全与质量标准字典进行自动比对, 得出比对列表, 供用户参考。

建筑材料生产者、供应者和检测机构等将采集的生产信息通过平台进行传输与管理, 监管部门和消费者可通过平台实现建筑材料信息追溯和全程质量监督。监管部门可根据追溯的信息记录, 得知建筑材料的原料来源、标准执行情况及产品流向, 判断建筑材料质量情况, 从而对产品进行监督管理和信息反馈;消费者则可通过网络端、移动端等方式查询并进行质量反馈。最终该平台能实现对建筑材料质量信息的正向跟踪和反向追溯。系统数据传输流程参见图1。

建材质量可追溯体系的建立依赖建材质量数据库实现。数据库主要涵盖五个方面的信息:产品信息 (规格、型号、数量、产品执行标准等) 、生产者信息 (厂家提供的合格证、加工车间信息等) 、供应企业信息 (经销商和生产商等) 、检测信息 (质量检验报告、性能检测报告、材料和设备取样送检和见证人员的信息等) 、文件信息 (认证信息、参考标准等) 。

建筑材料涉及范围:砌块、保温材料、预拌砂浆、钢材、水泥、混凝土、防水材料、管材管件、门窗、散热器、节水器具等。

数据库管理包括数据库建立、调整、重组、安全与完整性控制、备份、恢复与监控。管理员对数据库进行管理的核心是数据的备份和恢复。数据备份分为手动备份和自动备份。手动备份是由管理员根据实际需要进行, 自动备份是在数据库中编写程序实现。当数据库信息出现问题时, 管理员可以手动通过数据库备份文件对数据进行恢复。

建筑材料质量可追溯体系的功能模式设置:信息采集、数据比对、信息查询、系统设置、系统帮助这五个模块。

(1) 信息采集。相关功能和作用是对建材相应的生命周期节点动向信息进行采集记录, 包括生产信息录入和销售信息录入等, 在相应的信息数据库中进行记录以备查询。主要采集五个方面的信息:产品信息采集设置商品名称、规格型号、执行标准、成分组成、容量、分级、材料性能 (如蒸压加气混凝土砌块应含有抗压力、强度、吸水率、干密度等信息) 、生产批号、出厂日期、商品描述 (如选用要点或施工注释) 、产品质量检验状态 (出产是否合格) ;生产者信息设立厂家提供的合格证、加工车间信息等;供应企业信息设立经销商和生产商信息, 包括企业名称、地址、联系方式、注册资金、业务范围、公司简介、企业性质和信用等指标, 经营者信息的采集设立经销、批发、配送、物流环节及其对应负责人联系方式等指标;检测信息设立质量检验报告、性能检测报告、材料和设备取样送检和见证人员的信息、检测机构信息等;文件信息设立执行标准、认证信息等指标。

(2) 系统设置。包括基本设置、安全设置、权限设置等功能, 作用是管理用户的账号密码等用户信息, 确保整个系统安全有效。

(3) 系统帮助。主要是向用户提供相应的系统操作技术支持。可以向用户快速提供常见问题的答案、疑难解答提示以及操作执行说明。

(4) 数据比对。主要针对建筑材料的质量检测。从材料的取样、送检、检验流程中获得的数据, 与循序标准进行比对, 得出比对列表, 供用户参考。循序标准可根据具体情况进行录入, 包括现行标准、一律标准、暂定标准。循序标准针对不同的建筑材料也不尽相同, 比如, GB11968-2006是蒸压加气混凝土砌块标准、混凝土质量控制标准GB50164-92、通用硅酸盐水泥GB175-2007、预拌混凝土GB/T14902-2003等。建筑材料生产全过程的质量监督管理标准, 规范了建筑材料的质量和安全, 严格、详尽地规定了建筑材料生产的全过程, 建筑材料生产企业若严格执行标准文件的相关管理规定, 如实记录整个过程信息, 则可为建筑材料产品提供详细可靠的质量追溯信息, 建立建筑材料质量保证体系。

(5) 信息查询。以信息采集模块为基础, 设置相关字段记录生产、加工、包装、运输、贮藏以及检测记录等各环节的相关数据信息, 且添加生产者信息和经营者信息记录, 提供给消费者和其他需要了解相关信息的人或主体来进行查询和追踪, 一旦发现建材质量存在问题, 可以实时对相应问题所在的节点进行追踪并落实责任主体。

系统管理需进行用户管理、角色管理、权限管理、数据管理 (图2) 。用户管理主要是创建和删除用户, 创建登入用户时要设置用户名、密码、用户信息等。角色管理可以实现对平台使用者进行角色设置以及角色信息的增加、修改、删除和查询, 平台可以定义每位参与者的角色。权限管理主要是对平台使用者所分配的角色进行权限设置。

后台管理人员通过平台系统录入建材的生产、加工、存储、检测等一系列信息。共分六种角色:

1) 超级管理员:管理所有使用该追溯系统的公司、设置角色权限、管理建材列表数据。

2) 公司管理员:由超级管理员创建并授权, 可管理建材公司基本信息, 负责管理采集权限发放者角色用户, 可查看公司的生产、加工、仓库存储、运输信息;管理公司建材信息、运输信息、仓库信息。

3) 检测者:由超级管理员创建, 由检测机构管理。主要负责建筑材料质量与安全检测和报告数据输入等操作。

4) 采集权限发放者:由“公司管理员”创建并管理。生产者生产的建筑材料由“采集权限发放者”这个角色授权给生产车间、加工车间、存储、运输、出库入库等信息的采集者。

5) 信息采集者:由“采集权限发放者”创建并管理。获得授权的人员, 可通过设备和平台对生产车间、加工车间、存储、运输、出库入库等信息进行数据采集并上传至平台数据库。

6) 数据管理员:管理该追溯平台的数据库, 主要在于数据更新、备份与恢复。

建筑材料质量可追溯数据平台主要由“客户端-服务器”和“浏览器-服务器”模式构建。建筑材料生产者、供应者和检测机构等通过“客户端-服务器”模式将采集的生产信息进行传输与管理, 监管部门和消费者则通过“浏览器-服务器”模式实现对建筑材料的质量监督与信息追溯。

该平台应是基于Web的应用, 用户和商家通过互联网可以方便地进行访问。MVC (模型-视图-控制器) 模式可以使应用程序的输入、处理和输出强制性地分开, 适合建筑材料追溯数据平台里对来自不同主体的不同格式数据的处理。

视图允许被用户操作并输出数据;由于模型返回数据的中立性, 多个不同的视图可以对应同一个模型;用户可以通过控制器对相应的模型和视图进行调用。此外, 该模式易于维护拓展, 可以在平台后期的使用中不断根据实际的使用情况添加功能模块。

建筑材料从生产到检测销售各环节的追溯信息都不可或缺。可追溯技术的核心部分是可追溯信息采集与传输。

现如今, 已应用于信息可追溯系统中的信息采集技术主要有条码识别、射频识别 (Radio Frequency Identification, RFID) 、无线传感网络 (Wireless Sensor Networks, WSN) 、机器视觉等技术。这几种技术的比较见表1。

发送、传输和接收是信息传输主要过程。在进行建筑材料质量与安全信息追溯时, 信息链上有多个主体参与, 且主体来源包括企业、政府机构、个人, 信息系统存储的数据是独立、分散的, 数据源存在很大差别, 形成了众多异构数据。而可扩展标记语言 (Extensible Markup Language, XML) 是一种允许用户根据需要自己定义标记的源语言, 具有平台无关性、易于扩展、交互性好等特点, 是最常见的异构数据库之进行电子数据交换 (Electronic Data Interchange, EDI) 与传输的标准。根据信息链的特征, 可以认为XML是最合适的信息传输语言。

信息链上的建筑材料数据分布在每个参与者手中, 从生产到检测和销售, 各环节的信息互相独立。且由于“中心化”管理模式赋予了个人太多的决策权, 存在篡改数据的可能, 区块链技术“去中心化”即分布式的数据库剔除了传统数据库当中“更新”和“删除”操作, 使得数据具有“不可篡改”性, 可为可信溯源带来新机遇。

区块链网络中心化程度的不同分化出公有链、私有链、联盟链。联盟链适用于机构之间, 只针对特定某个群体的成员和有限的第三方, 允许授权的节点加入网络, 可根据权限查看信息, 准入机制避免由于参与者参次不齐产生的一些问题。研究认为联盟链最适用于建材质量追溯平台。

在我国, 目前还没有强制建立相应的建材质量追溯制度, 信息的采集和上传依靠企业意愿。一方面企业实施信息追溯门槛较高, 建筑材料质量信息采集流程的执行势必会在短期增加企业成本。另一方面建筑材料质量的全程信息公开与可追溯也会动摇某些不够规范的企业的利益。企业建立可追溯体系的积极性会受到这些因素影响。

对于平台所采集的数据, 数据的真实性可靠性有三个方面需要考虑:1) 保证输入的原始数据真实性;2) 确保输入的真实数据不被篡改;3) 确认数据对应的建筑材料在出厂到入库的过程中不被调包。

为了保证输入的原始数据真实性, 应当在数据的收集过程中尽量采用被动式的数据收集方法, 更大程度上减少人为的干扰。例如运用物联传感技术进行数据采集。

为了确保输入的真实数据不被篡改, 正如上文提到的信息链上的建筑材料数据分布在各个参与方手中, 个体过多的决策权使得数据篡改存在可能, 联盟区块链则最适用于建材质量追溯平台, 为可信溯源带来新的契机。但联盟成员中的联合欺诈、竞争性联盟成员的利益均衡等问题也依旧需要在技术设计初期从联盟链治理层面统筹, 通过章程和制度进行制约。

为了确认数据对应的建筑材料在出厂到入库的过程中不被调包, 须由政府监管部门对监管体系进行建立与健全, 严格监察把控信息的记录过程, 提升对建筑材料质量安全问题的惩罚力度, 建立企业失信档案。

当前阶段, 我国的追溯体系没有统一的框架, 数据处理方面没有建立标准编码系统和网络连接模式, 这使得信息流在各个环节的传递受到阻碍。信息采集的方式尤其是利用传感物联技术进行被动式信息采集的技术中数据传输协议等问题也需要在应用初期统筹规划。助力可信溯源的区块链分布式数据库以及相应技术的成熟与完善也还需时间沉淀。此外, 在追溯系统中, 所追溯建筑材料的批次、个体信息和单元信息还不够明确, 尤其是对于单位体量较小的建筑材料, 如建筑五金材料则不易进行个体识别和追溯。

为满足消费者的知情权, 监管部门需针对追溯体系的各个环节从不同渠道对追溯平台进行建设, 但这样的平台建设方式易出现信息孤岛和工作不连续等问题, 降低协调性。为保证追溯信息真实性, 须有相应的监管体系保驾护航。这就对监管部门提出一定的要求, 对相关追溯信息进行监督审查, 须消耗一定人力、财力、物力, 对监管部门的积极性会产生一定影响。

目前中国针对建筑材料质量安全问题法律支撑不够健全;相关规范不够完善;问责制度也有待进一步加强, 建筑工程的低价中标制度制约了建筑工程材料质量提高的可能。建材质量追溯体系的建立需要有法律、制度和规范的支撑, 当下的国情对建筑材料质量可追溯体系的健全完善有很大制约。若想切实推进建筑材料质量安全可追溯体系的建立, 需要政府完善顶层设计, 并且制定追溯标准体系。

建筑材料质量安全可追溯数据平台的研究旨在实现建筑材料质量信息全过程正向跟踪和反向追溯, 可以实现建材从生产到销售的全程监管。监管部门和消费者可通过平台对建筑材料质量进行监督与信息追溯, 以及在建材质量出现问题时追踪问题环节的相关负责人。该平台有助于对建筑材料质量和安全进行规范管理和监管作用以及推进质量保证体系的建立。

本文对建材质量可追溯体系的构建包括系统框架的构建、数据库设计与管理、功能设计包括功能模块的设置以及系统角色及权限的设置、关键技术及其特点包括平台技术框架、可追溯信息采集和传输技术、区块链技术方面进行了分析和研究, 并根据平台的应用需求提出了相应的策略。

当下的技术能支撑平台的构建, 但是一些技术的成熟还需时间的沉淀, 此外, 平台的建设和推进需要企业, 政府部门的共同配合, 也需要更加完善的法律法规、管理规范以及标准体系来保障追溯信息真实性以及消费者的知情权。