CN116151828A - 基于区块链的碳足迹追踪方法、***、设备及介质 - Google Patents

基于区块链的碳足迹追踪方法、***、设备及介质 Download PDF

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CN116151828A CN202310426915.8A CN202310426915A CN116151828A CN 116151828 A CN116151828 A CN 116151828A CN 202310426915 A CN202310426915 A CN 202310426915A CN 116151828 A CN116151828 A CN 116151828A
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Abstract

本发明提出了基于区块链的碳足迹追踪方法、***、设备及介质，涉及碳排放技术领域。其把建筑物在生产建设过程中的每个构件、每个施工工艺产生的碳排放量在碳标签上用量化的指数标示出来。然后，由于建设过程是基于业主、设计、施工、监理等多方主体协作的业务流程，它们在一定程度上存在互不信任的关系，所以将区块链技术的可信数据存证和安全交换特点应用于建筑材料生产、运输、建造过程中，以满足碳排放信息的数据在录入、存储、交换过程中的存证需求。最后，利用二维码或RFID技术，将碳足迹的信息生成碳标签并上链，通过多方确认建造过程中碳排放信息在各阶段的过程的变化，形成完整可信的用于碳足迹追踪的信息溯源链和碳标签标识***。

Description

基于区块链的碳足迹追踪方法、***、设备及介质
技术领域
本发明涉及碳排放技术领域，具体而言，涉及基于区块链的碳足迹追踪方法、***、设备及介质。
背景技术
建筑物从建材生产、运输到建造过程中的“碳足迹”（Construction CarbonFootprint），即“建设过程中的碳耗用量”，标示的是建筑在整个物化阶段，包括从建材生产、运输、建造全过程中直接与间接产生的温室气体排放量的集合，通常所有温室气体排放用二氧化碳当量（CO2e，carbon dioxide equivalent）来表示。
中国专利文献CN115344809A公开了“一种临时建筑的全生命周期碳排放计算方法”，该方法将临时建筑生命周期分为建材与构件生产阶段、运输阶段、临建设施运行阶段、构件拆卸与再利用阶段这样四个阶段，对各个阶段的计算边界做出界定，临时建筑总碳排放量P总为各阶段碳排放量相加所得。从而建立临建设施的全生命周期碳足迹计算模型，辨识和量化整个周期中能源消耗和碳排放量。但是其不能对碳足迹进行追踪。因而现有技术中缺乏对建筑在整个物化阶段的碳排放进行核算和追踪，很难实现建筑的能耗及碳排放精益化管理。
发明内容
本发明的目的在于提供基于区块链的碳足迹追踪方法、***、设备及介质，通过利用区块链技术的可信数据存证和安全交换特点，将建筑物整个建设过程中全周期的碳排放量在碳标签中标示出来，并通过多方确认建造过程中碳排放信息在各阶段的过程的变化，生成相应的碳标签，形成完整可信的碳足迹追踪溯源链。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供基于区块链的碳足迹追踪方法，
建立建筑施工项目溯源的联盟链，并为联盟链中的各参与方生成对应的公私钥对；
基于BIM技术提取并根据建筑构件的基础信息对建筑构件和施工工艺进行统一编码，同步到各参与方；
各参与方利用对应的公钥加密上述编码，生成区块链地址，并结合建筑构件和施工工艺编码生成碳标签索引，上述区块链地址为碳标签的索引地址；
计算建筑物物化阶段中建材生产、运输以及施工过程中的碳排放量，利用各参与方对应的私钥对计算得到的碳排放信息，生成碳标签并进行签名后上链；
根据上述碳标签和上链的碳排放信息对建筑物物化阶段的碳足迹进行查询和追踪。
基于第一方面，在本发明的一些实施例中，建立建筑施工项目溯源的联盟链包括建立：
网络层，用于提供底层节点P2P组网协议、数据安全和加解密协议，以建立通信；
核心层，用于对联盟链中的各参与方进行身份验证和管理，并对交易信息和分布式账本进行同步校验和管理，以及建立智能合约服务；
接口层，用于提供接口服务以读取分布式存储的区块交易数据并展示溯源结果。
基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述对联盟链中的各参与方进行身份验证和管理的步骤包括：
对各参与方向区块链平台提交的注册信息进行身份认证，若认证通过，则为上述参与方签发数字证书，生成对应的公私钥对。
基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述对交易信息和分布式账本进行同步校验和管理的步骤包括：
背书节点获取各参与方节点的交易广播请求，对各参与方节点的数字签名进行校验，校验通过后为参与方进行交易背书，并向排序节点申请排序；
排序节点对链上交易顺序进行排序，并对交易信息进行确认和打包，形成区块，上述区块包括建筑构件和每项施工工艺的碳排放信息；
将确认后的交易信息进行广播，并添加上链形成区块记录；
各参与方节点对各自的节点账目进行更新，形成分布式账本。
基于第一方面，在本发明的一些实施例中，对建筑构件和施工工艺进行统一编码包括建立标准化构件库和施工工艺库，上述标准化构件库用于存储构件的厚度、高度、重量、RFID/二维码/地址码的编号以及材质信息和对应的碳排放因子。
基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述建筑物物化阶段中的运输过程基于GPS技术计算得到建筑构件的运输距离，并按如下公式计算运输过程的碳排放量CYS：
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为建筑材料的种类。
基于第一方面，在本发明的一些实施例中，还包括：对于建筑物物化阶段中出现的影响碳排放量计算的修改，通过各参与方的多重签名对链上的地址进行电子签名和交易，以对碳排放量进行相应的调整。
第二方面，本申请实施例提供基于区块链的碳足迹追踪***，其包括：
联盟链建立模块，用于建立建筑施工项目溯源的联盟链，并为联盟链中的各参与方生成对应的公私钥对；
编码模块，用于基于BIM技术提取并根据建筑构件的基础信息对建筑构件和施工工艺进行统一编码，同步到各参与方；
碳标签索引生成模块，被配置成各参与方利用对应的公钥加密上述编码，生成区块链地址，并结合建筑构件和施工工艺编码生成碳标签索引，上述区块链地址为碳标签的索引地址；
碳排放计算及上链模块，用于计算建筑物物化阶段中建材生产、运输以及施工过程中的碳排放量，利用各参与方对应的私钥对计算得到的碳排放信息，生成碳标签并进行签名后上链；
碳足迹追踪模块，用于根据上述碳标签和上链的碳排放信息对建筑物物化阶段的碳足迹进行查询和追踪。
第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，其包括存储器，用于存储一个或多个程序；处理器。当上述一个或多个程序被上述处理器执行时，实现如上述第一方面中任一项上述的方法。
第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面中任一项上述的方法。
相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
本发明提供一种基于区块链的碳足迹追踪方法，首先把建筑物在生产建设过程中的每个构件、每个施工工艺所排放的温室气体排放量（碳足迹）在产品标签上用量化的指数标示出来。然后，由于建设过程是基于业主、设计、施工、监理等多方主体、多方协作的业务流程，它们在一定程度上存在互不信任的关系，所以将区块链技术的可信数据存证和安全交换特点应用于建筑材料生产、运输、建造过程中，以满足碳排放信息的数据在录入、存储、交换过程中的存证需求。最后，利用二维码或RFID技术，将碳足迹的信息生成碳标签并上链，通过多方确认建造过程中碳排放信息在各阶段的过程的变化，形成完整可信的用于碳足迹追踪的信息溯源链和碳标签标识***。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的基于区块链的碳足迹追踪方法一实施例的步骤框图；
图2为本发明提供的基于区块链的碳足迹追踪方法一实施例中联盟链的构成示意图；
图3为本发明提供的基于区块链的碳足迹追踪方法一实施例的流程示意图；
图4为本发明提供的基于区块链的碳足迹追踪***的结构框图；
图5为本发明实施例提供的一种电子设备的结构框图。
图标：1、存储器；2、处理器；3、通信接口；11、联盟链建立模块；12、编码模块；13、碳标签索引生成模块；14、碳排放计算及上链模块；15、碳足迹追踪模块。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例
请参照图1，图1所示为本申请实施例提供的基于区块链的碳足迹追踪方法的步骤框图，该方法包括以下步骤：
步骤S1：建立建筑施工项目溯源的联盟链，并为联盟链中的各参与方生成对应的公私钥对。
请参照图2，上述步骤中，建立建筑施工项目溯源的联盟链包括建立：网络层，用于提供底层节点P2P组网协议、数据安全和加解密协议，以建立通信。
核心层，用于对联盟链中的各参与方进行身份验证和管理，并对交易信息和分布式账本进行同步校验和管理，以及建立智能合约服务。具体的，区块链底层平台提供身份认证服务、共识服务和智能合约服务。其中，身份认证服务主要是对各参与方向区块链平台提交的注册信息进行身份认证，若认证通过，则为参与方签发数字证书，生成对应的公私钥对并绑定。后续通过对工程建设的各参与方的注册信息进行管理，可以更换证书，对不诚信方的证书做撤销处理。最重要的是，考虑到商业应用对安全、隐私、监管、审计和性能的要求，节点成员只有获得证书才能加入到区块链网络中。共识服务主要是对交易信息和分布式账本进行同步校验和管理，包括：背书节点获取各参与方节点的交易广播请求，对各参与方节点的数字签名进行校验，校验通过后为参与方进行交易背书，并向排序节点申请排序；排序节点对链上交易顺序进行排序，并对交易信息进行确认和打包，形成区块，上述区块包括建筑构件和每项施工工艺的碳排放信息；将确认后的交易信息进行广播，并添加上链形成区块记录；同时各参与方节点对各自的节点账目进行更新，形成分布式账本。从而保障业务结果正确上链，维护分布式数据库。智能合约服务主要从运行环境、监控管理及灵活扩展等方面进行规划，配置了安全容器、合约管理和脚本解析三大功能，构建了一套完整的智能合约服务体系。
接口层，用于提供接口服务以读取分布式存储的区块交易数据并展示溯源结果。具体的，联盟链底层平台提供应用支持开发服务，提供web层应用开发的的SDK支持组件，包括管理审核SDK、业务开发SDK、运维监控SDK，开发者可以轻松的读取分布式存储上的区块交易数据并展示溯源结果。服务体系间可以轻松调取统一的服务接口，方便完成溯源应用开发。
需说明的是，上述各参与方均为记录方，参与方包括业主方、生产方、运输方、设计方、施工方和监管方。
步骤S2：基于BIM技术提取并根据建筑构件的基础信息对建筑构件和施工工艺进行统一编码，同步到各参与方。
上述步骤中，在构建碳标签的过程中，基于BIM技术提取并根据建筑构件的基础信息对建筑构件和施工工艺进行统一编码时需要先建立统一的设计标准，方便进行模块化设计。例如，建立标准化构件库和施工工艺库，上述标准化构件库用于存储构件的厚度、高度、重量、RFID/二维码/地址码的编号以及材质信息和对应的碳排放因子。然后采用二维码、RFID或地址码等多种构件标识跟踪技术，生成建筑构件全生产和施工的信息，存储后上链，方便对应统计建造过程中碳排放的动态释放情况。
步骤S3：各参与方利用对应的公钥加密上述编码，生成区块链地址，并结合建筑构件和施工工艺编码生成碳标签索引，上述区块链地址为碳标签的索引地址。
上述步骤中，各参与方利用对应的公钥加密上述编码，生成区块链地址，并将区块链地址写入建筑构件标识牌的RFID芯片/印刷在标识牌上的二维码中。后续就可以通过扫码打印设备读取建筑构件标识牌上RFID芯片的数据里的区块链地址，或者扫描印刷在对应的建筑构件标识牌上的二维码里的区块链地址，将建筑物物化过程中的碳足迹信息显示出来。
步骤S4：计算建筑物物化阶段中建材生产、运输以及施工过程中的碳排放量，利用各参与方对应的私钥对计算得到的碳排放信息，生成碳标签并进行签名后上链。
上述步骤中，建筑物物化阶段中建材生产过程中的碳排放量CSC的计算公式为：
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建筑物物化阶段中的运输过程基于GPS技术计算得到建筑构建的运输距离，并按如下公式计算运输过程的碳排放量CYS：
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建筑物物化阶段的施工过程中的碳排放量CJz的计算公式为：
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种能源的碳排放因子，按预置的建筑碳排放规范标准附录A 确定。建造施工阶段的碳排放是指建筑开始开工建造到竣工验收这一阶段产生的碳排放。其主要来源是施工现场的各种机械设备耗能以及由于使用需要所建造的办公用房、施工人员生活用房等临时建筑耗能产生的碳排放。
上述实施例中，建筑构件从生产、销售、物流到使用，参与建设的各方主体在施工交接检查确认中，对每一个材料的使用环节和施工工艺中产生的碳排放数量用自己的私钥进行数字签名并广播，之后通过认证，将相关数据写入对应的区块链地址并生成对应的交易区块数据，该交易区块数据中保存有与建筑材料和施工工艺有关的碳足迹信息。
步骤S5：根据上述碳标签和上链的碳排放信息对建筑物物化阶段的碳足迹进行查询和追踪。
示例性的，可以通过扫码打印设备读取建筑构件标识牌上RFID芯片的数据里的区块链地址，或者扫描印刷在对应的建筑构件标识牌上的二维码里的区块链地址，将建筑物物化过程中的碳足迹信息显示出来。
基于第一方面，在本发明的一些实施例中，还包括：对于建筑物物化阶段中出现的影响碳排放量计算的修改，通过各参与方的多重签名对链上的地址进行电子签名和交易，以对碳排放量进行相应的调整。
请参照图3，为便于理解本发明提出的基于区块链的碳足迹追踪方法，通过以下例子进行说明：
首先各建设方参与单位进行注册并通过管理和审核。具体的，工程建设各方下载节点同步软件和区块链数据库成为参与节点。然后各工程建设方向区块链平台申请身份注册（MSP），通过监管方的CA认证（即电子认证服务，是指为电子签名相关各方提供真实性、可靠性验证的活动）后， 平台为工程建设参与方分别签发数字证书，生成相应的公私钥对，用于建筑碳排放过程中的足迹的确认和签名。
之后，读取BIM***中建筑构件和施工工艺的信息，对每个构件和每项施工工艺进行编码。然后各参与方用自己的公钥对编码进行加密，生成每个构件和每项施工工艺特定对应的区块链地址，此区块链地址是建筑碳排放的碳标签索引。
接着在建造过程中，各参与方计算其对应阶段中每个编码的构件或施工工艺的碳排放量，并对碳排放计算结果用私钥进行签名然后提交上链。
计算完建造过程中碳排放信息，需要请求触发上链要求时，请求方如施工方节点，作为客户端，经SDK（软件开发工具包）或API（应用程序编程接口）发起与存证溯源的申请，向背书节点发送交易广播要求。监管方节点是背书节点，则监管方先校验施工方节点的数字签名，并准备执行智能合约。
校验通过后模拟执行智能合约，在施工方数字签名验证通过、交易条件符合智能合约状态要求时，监管方节点确认为施工方进行交易背书，并将背书结果传回SDK或API，再经SDK或API向排序节点申请排序。
排序节点对链上交易顺序进行排序，并对一组交易进行确认、打包，形成一个区块，区块包括了构件和每项施工工艺的碳排放信息。
之后，以上确认后的交易信息向通道中所参与者进行广播，然后将信息添加上链形成区块记录，同时各参与方更新本节点账本。
最后，区块记录的每个构件和每项施工工艺的碳足迹，和对应的区块链地址构成了碳标签，溯源信息可以通过工程建设碳标签管理***在前端以SDK或API方式查询。
基于同样的发明构思，本发明还提出基于区块链的碳足迹追踪***，请参照图4，图4为本申请实施例提供的基于区块链的碳足迹追踪***的结构框图。该***包括：
联盟链建立模块11，用于建立建筑施工项目溯源的联盟链，并为联盟链中的各参与方生成对应的公私钥对；
编码模块12，用于基于BIM技术提取并根据建筑构件的基础信息对建筑构件和施工工艺进行统一编码，同步到各参与方；
碳标签索引生成模块13，被配置成各参与方利用对应的公钥加密上述编码，生成区块链地址，并结合建筑构件和施工工艺编码生成碳标签索引，上述区块链地址为碳标签的索引地址；
碳排放计算及上链模块14，用于计算建筑物物化阶段中建材生产、运输以及施工过程中的碳排放量，利用各参与方对应的私钥对计算得到的碳排放信息，生成碳标签并进行签名后上链；
碳足迹追踪模块15，用于根据上述碳标签和上链的碳排放信息对建筑物物化阶段的碳足迹进行查询和追踪。
请参照图5，图5为本申请实施例提供的一种电子设备的结构框图。该电子设备包括存储器1、处理器2和通信接口3，该存储器1、处理器2和通信接口3相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。存储器1可用于存储软件程序及模块，如本申请实施例所提供的基于区块链的碳足迹追踪***对应的程序指令/模块，处理器2通过执行存储在存储器1内的软件程序及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。该通信接口3可用于与其他节点设备进行信令或数据的通信。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.基于区块链的碳足迹追踪方法，其特征在于，包括：
建立建筑施工项目溯源的联盟链，并为联盟链中的各参与方生成对应的公私钥对；
基于BIM技术提取并根据建筑构件的基础信息对建筑构件和施工工艺进行统一编码，同步到各参与方；
各参与方利用对应的公钥加密所述编码，生成区块链地址，并结合建筑构件和施工工艺编码生成碳标签索引，所述区块链地址为碳标签的索引地址；
计算建筑物物化阶段中建材生产、运输以及施工过程中的碳排放量，利用各参与方对应的私钥对计算得到的碳排放信息，生成碳标签并进行签名后上链；
根据所述碳标签和上链的碳排放信息对建筑物物化阶段的碳足迹进行查询和追踪。
2.如权利要求1所述的基于区块链的碳足迹追踪方法，其特征在于，建立建筑施工项目溯源的联盟链包括建立：
网络层，用于提供底层节点P2P组网协议、数据安全和加解密协议，以建立通信；
核心层，用于对联盟链中的各参与方进行身份验证和管理，并对交易信息和分布式账本进行同步校验和管理，以及建立智能合约服务；
接口层，用于提供接口服务以读取分布式存储的区块交易数据并展示溯源结果。
3.如权利要求2所述的基于区块链的碳足迹追踪方法，其特征在于，所述对联盟链中的各参与方进行身份验证和管理的步骤包括：
对各参与方向区块链平台提交的注册信息进行身份认证，若认证通过，则为所述参与方签发数字证书，生成对应的公私钥对。
4.如权利要求2所述的基于区块链的碳足迹追踪方法，其特征在于，所述对交易信息和分布式账本进行同步校验和管理的步骤包括：
背书节点获取各参与方节点的交易广播请求，对各参与方节点的数字签名进行校验，校验通过后为参与方进行交易背书，并向排序节点申请排序；
排序节点对链上交易顺序进行排序，并对交易信息进行确认和打包，形成区块，所述区块包括建筑构件和每项施工工艺的碳排放信息；
将确认后的交易信息进行广播，并添加上链形成区块记录；
各参与方节点对各自的节点账目进行更新，形成分布式账本。
5.如权利要求1所述的基于区块链的碳足迹追踪方法，其特征在于，对建筑构件和施工工艺进行统一编码包括建立标准化构件库和施工工艺库，所述标准化构件库用于存储构件的厚度、高度、重量、RFID/二维码/地址码的编号以及材质信息和对应的碳排放因子。
6.如权利要求1所述的基于区块链的碳足迹追踪方法，其特征在于，建筑物物化阶段中的运输过程基于GPS技术计算得到建筑构件的运输距离，并按如下公式计算运输过程的碳排放量CYS：
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为建筑材料的种类。
7.如权利要求1所述的基于区块链的碳足迹追踪方法，其特征在于，还包括：对于建筑物物化阶段中出现的影响碳排放量计算的修改，通过各参与方的多重签名对链上的地址进行电子签名和交易，以对碳排放量进行相应的调整。
8.基于区块链的碳足迹追踪***，其特征在于，包括：
联盟链建立模块，用于建立建筑施工项目溯源的联盟链，并为联盟链中的各参与方生成对应的公私钥对；
编码模块，用于基于BIM技术提取并根据建筑构件的基础信息对建筑构件和施工工艺进行统一编码，同步到各参与方；
碳标签索引生成模块，被配置成各参与方利用对应的公钥加密所述编码，生成区块链地址，并结合建筑构件和施工工艺编码生成碳标签索引，所述区块链地址为碳标签的索引地址；
碳排放计算及上链模块，用于计算建筑物物化阶段中建材生产、运输以及施工过程中的碳排放量，利用各参与方对应的私钥对计算得到的碳排放信息，生成碳标签并进行签名后上链；
碳足迹追踪模块，用于根据所述碳标签和上链的碳排放信息对建筑物物化阶段的碳足迹进行查询和追踪。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储一个或多个程序；
处理器；
当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1-7中任一项所述的基于区块链的碳足迹追踪方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的基于区块链的碳足迹追踪方法。
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