《Buildings》：Blockchain for Safety Compliance in Construction: A Comprehensive Literature Review
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本文系统综述了区块链（Blockchain）在建筑安全合规领域的应用。文章指出，传统集中式数据库（CDEs）存在数据易篡改、透明度低等缺陷，而区块链凭借其不可篡改性、去中心化及智能合约（Smart Contracts）等特性，为构建可信、自动化的安全管理系统提供了新范式。综述通过分析115篇文献，重点探讨了区块链与物联网（IoT）及建筑信息模型（BIM）的融合，旨在实现从被动响应到主动预防的安全管理转型，并指出了“预言机问题”（Oracle Problem）及法律认可等关键挑战。
引言：建筑安全的“信任赤字”
建筑行业是全球最危险的行业之一。根据国际劳工组织（ILO）的数据，该行业每年因工伤相关因素导致的死亡人数约为293万，全球非致命性伤害达3.95亿起。在美国，职业安全与健康管理局（OSHA）报告称，防坠落保护违规行为在2024财年仍是最常被引用的标准，凸显了监管要求与现场执行之间持续存在的鸿沟。
传统的安全合规依赖于人工检查和纸质报告，这些方法充满延迟和人为错误。尽管行业数字化引入了电子健康与安全（EHS）平台和通用数据环境（CDEs）来集中信息，但这些系统存在一个关键的结构性缺陷：中心化。中心化的CDEs依赖于单一的可信机构，使得安全记录容易受到事后篡改、数据孤岛和“单点故障”风险的影响。在发生事故时，标准SQL数据库中的数字日志可以被任何具有根访问权限的管理员篡改，在利益相关者（业主、承包商、监管机构）之间造成了“信任赤字”。
区块链技术（或分布式账本技术，DLT）提供了一种从“信任权威”到“信任代码”的范式转变。通过将账本分布在多个节点上，区块链确保安全检查或事件报告一旦被记录，就具有加密的不可变性和可追溯性。与主要关注数据存储的标准EHS软件不同，区块链专注于数据来源和问责制。这种区别对于现代安全合规至关重要，因为数字记录的法律可采性以及安全协议的自动执行正变得至关重要。
区块链技术基础
区块链概述
区块链是一种分布式账本技术（DLT），它提供了一个防篡改的共享数据库，由多方维护，无需中央机构。每个区块都包含通过加密方式链接的交易，确保了不变性并能够快速检测篡改。虽然最初应用于加密货币，但以太坊（Ethereum）等平台将区块链扩展到可编程的智能合约，拓宽了其在包括建筑在内的各个行业的应用。在多个利益相关者必须协调但可能不完全信任彼此的安全关键环境中，区块链的去中心化“单一事实来源”提供了安全、可审计的安全记录，减少了争议并增强了合规性。许可或联盟区块链在建筑领域最适用，在透明度和保护敏感安全及劳动力数据的需求之间取得了平衡。
共识机制
共识算法确保所有节点共享相同的安全合规记录，而无需中央机构。工作量证明（PoW）提供了强大的安全性，但资源密集；而权益证明（PoS）和实用拜占庭容错（PBFT）提供了更快、更节能的替代方案。在建筑领域，像Hyperledger Fabric这样的框架采用PBFT风格的协议，使联盟参与者（如业主、承包商、监管机构）能够快速验证安全数据。机制的选择会影响信任模型和实际部署：公共PoS系统可以支持行业范围的安全平台，而私有PBFT系统则适用于项目级的合规监控。
智能合约
智能合约通过将规则直接嵌入区块链来自动化安全合规。例如，如果工人的数字安全证书过期或发生事故，可以自动限制现场访问，并立即向所有利益相关者广播。这消除了人工检查，减少了延迟，并确保了一致的执行。自动化工作流程（如危险报告或实时批准）加强了问责制并最大限度地减少了争议。挑战依然存在——代码中的错误可能破坏可靠性，基于区块链的执行的法律认可仍在发展中。尽管如此，像Hyperledger Fabric这样的平台上的智能合约正越来越多地被探索用于凭证验证和合规自动化。
与建筑相关的特性
区块链技术具有几个独特的特性，直接解决了安全管理中的痛点：
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不可变日志：检查、培训和事件报告的不可变日志简化了监管审计并减少了掩盖行为。
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加密不变性：防止伪造的安全记录；许可访问保护敏感的工人数据。
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去中心化：减少对单一权威的依赖，允许监管机构、承包商和业主在共享账本上共享经过验证的安全数据，并访问安全关键事件的一致审计跟踪。
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物联网（IoT）集成：与物联网设备（如智能徽章和传感器）集成，提供对工人位置、设备状况和危险级别的实时可见性。
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自动化合规：智能合约自动执行合规规则，确保只有经过认证的工人才能执行高风险任务，并确保警报即时传播。
区块链在安全合规中的应用
安全合规的挑战
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文档碎片化和数据管理不善：建筑安全管理涉及大量文档，这些文档通常保存在纸张或不同的数字系统中。当发生事件或进行安全审计时，收集所有相关文档可能很麻烦，并且可能会遗漏项目。此外，版本控制也是一个问题——不清楚使用的清单是否是最新的，或者程序变更是否已通知所有人。缺乏统一的系统也意味着在一个项目上学到的经验教训可能不容易转移到另一个项目上。
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事件报告不准确和漏报：安全合规中存在一个众所周知的问题：并非所有事件，尤其是险兆事件或轻微伤害，都能得到准确或完全报告。这可能是由于害怕责备、报告过程繁琐或疏忽造成的。当记录是手动保存时，存在故意篡改的风险。对报告过程缺乏信任会导致功能失调的安全文化。
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缺乏实时危险监控：建筑工地不断变化，使得维护安全具有挑战性。尽管有物联网传感器和闭路电视，但将其用于安全尚未普及。很多时候，安全是被动的，意味着我们只在出现问题或检查期间才处理问题。如果没有最新的信息，风险可能会被忽视，直到有人受伤。沟通也可能很慢。即使发现了问题，通知所有人，尤其是在大型工地上，也可能需要一段时间。因此，当前系统难以提供单一的、实时的现场安全状况视图。
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确保合规和问责：实现合规不仅仅是制定规则，还要确保规则得到遵守，并在违规时追究责任。在建筑项目中，通常有多个承包商重叠——如果发现安全违规，责任可能会被推卸。此外，执行特定协议（如日常设备检查）可能难以核实——你依赖于诚实或安全官员的尽职调查。如果工人认为这仅仅是官僚主义，他们可能没有足够的动力去额外遵守安全规定。
基于区块链的安全合规解决方案
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实时安全数据记录与共享：将物联网传感器和可穿戴设备与区块链集成，可以实现实时、防篡改的安全监控。例如，智能头盔或可穿戴设备可以监测生命体征（心率）和环境条件（靠近危险区域）。这些设备可以持续向区块链系统发送数据。每次读数或事件都成为区块链上的一笔交易，安全经理可以立即查看，如果合适，其他工人也可以查看，作为“单一事实来源”。区块链确保数据不被更改或丢失，并提供所有安全关键事件的时间戳日志。通过提供连续、可信的现场安全数据流，区块链有助于从被动安全管理转向主动安全管理。
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用于自动事件报告和响应的智能合约：区块链智能合约可以形式化安全程序并自动化合规。例如，如果跌倒检测传感器记录到突然停止，合约可以立即记录事件、提醒急救人员并生成事件报告。同样，检查计划可以被编码：如果脚手架在七天内没有数字签核，系统会标记不合规或锁定物联网控制的设备。这些自动化工作流程消除了监督空白，提高了监管遵从性，并减轻了安全管理人员的行政负担。
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用于认证和检查的不可变审计跟踪：区块链的不变性直接解决了记录篡改和审计困难的挑战。通过将所有与安全相关的认证、培训完成日期和检查记录记录在区块链上，创建了一个不可变的审计跟踪。在任何后续审查中——无论是内部审计、客户审查还是事故后的调查——都有一个可信的账本记录了何时、由谁做了什么。这可以加快调查和问责。例如，如果一件有故障的设备导致了事故，区块链记录可能会显示它最后一次检查的时间、由谁检查，以及是否注意到任何缺陷。如果检查被跳过或伪造，链上数据的存在或缺失（或数字签名）就会很明显。此外，由于区块链条目可以链接到个人的数字身份，它促进了个人问责制：检查员知道，一旦他们在账本上认证了某件事，该记录就是永久的并与他们相关联，这可以激励他们更加尽职。
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基于区块链的安全市场和激励计划：区块链可以通过将安全行为与透明的奖励系统联系起来，加强积极的安全文化。遵守个人防护装备（PPE）协议或达到无事故里程碑的工人可能会收到区块链代币，可用于兑换奖金或认可。这些奖励通过智能合约基于防篡改的合规数据进行分配，确保了公平性并防止了偏袒。除了即时奖励外，累积的安全代币可以构成工人数字档案的一部分，向雇主表明其对安全的长期承诺。
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跨组织安全协作：区块链网络可以作为一个中立平台，供利益相关者共享信息，而无需任何一方控制。例如，总承包商、每个分包商和工会都可以是跟踪安全事件的区块链中的节点。因为每个人都有平等的访问权，并且数据完整性得到保证，协作得到改善——分包商无法向总包隐瞒事件，总包也不能单方面更改数据来指责分包商。这促进了更合作的方法，重点转向解决安全问题而不是推卸责任。此外，监管机构（如美国的OSHA或当地劳动部门）可以被授予访问权限或节点参与权，以实时观察合规情况，而不仅仅是在偶尔的检查期间。
案例研究与应用
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区块链安全数据管理框架（美国）：Morteza等人（2021年）开发了一个区块链信息管理概念模型，允许多方在个人区块链上共享检查报告、风险评估和事件日志。模拟揭示了安全数据如何变得可访问、可追踪和不可移动，即使在未集成物联网的情况下也增强了团队合作和信任。
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安全奖励原型（美国）：Naderi等人（2023年）最近的一个项目使用区块链和计算机视觉来监控人们是否佩戴安全装备。遵守安全规则的人会获得存储在区块链上的数字代币。一切都是公开的，没有人可以欺骗系统。他们在测试环境中进行了尝试，结果提高了人们的参与度，并可以通过推广安全第一的理念来减少事故。
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用于工人安全数据的Hyperledger Fabric（韩国）：Saah等人（2023年）在Hyperledger Fabric上实施了一个区块链模型，以安全管理与安全相关的工人数据。该系统在AWS上进行了验证，在数据隐私和安全透明度之间取得了平衡，使授权利益相关者能够访问风险指标，同时保护个人信息——这对于高风险项目尤其重要。
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建筑质量与安全管理系统（中国）：J. Li等人（2022年）提出了一个基于区块链的平台，并进行了实验测试，用于质量和安全保证。虽然细节仍然有限，但该系统提高了安全检查清单和检查的数据可靠性，突显了将质量和安全记录整合到统一合规框架中的潜力。
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设备安全监控（中国）：Pan等人（2024年）建议结合深度学习和区块链来监控设备安全。他们的想法是，由物联网提供支持的人工智能发现设备使用不安全的情况（如起重机超载）。当这种情况发生时，它会将事件记录在区块链上。这样，每个人都可以实时看到发生了什么，有助于确保设备正确使用。
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工人级安全追踪（香港）：Cheng等人（2022年）开发了一个基于区块链的个人防护装备（PPE）合规监控系统，使用计算机视觉。工人级的合规数据被不可变地存储，提供了实时监督和问责制，鼓励了更安全的行为并加强了安全文化。
区块链在安全合规中的优势与挑战
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优势：
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数据完整性：区块链的加密哈希和分布式账本确保安全记录一旦写入就无法更改，从而防止了事后篡改和伪造。
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透明度与可追溯性：所有利益相关者都可以访问相同的、经过验证的安全数据，从而减少了争议并促进了协作。
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自动化与效率：智能合约可以自动执行合规检查、事件报告和激励分配，从而减少了人工干预、延迟和错误。
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问责制：不可变的审计跟踪将安全行动与个人或组织联系起来，从而加强了责任。
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实时监控：与物联网集成，可以实现对危险和工人状态的持续、可信监控。
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挑战：
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“预言机问题”：区块链本身无法验证链下数据的真实性。如果传感器数据或人工输入不准确，区块链将记录不准确的信息（“垃圾进，垃圾出”）。
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可扩展性：某些区块链共识机制（如PoW）在处理大量交易时可能速度较慢且能耗高，这可能不适合需要实时响应的安全应用。
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法律与监管认可：区块链记录在法庭上的法律地位以及智能合约的法律可执行性在许多司法管辖区仍不明确。
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实施成本与复杂性：建立和维护区块链基础设施需要专业知识，并且可能比传统系统更昂贵。
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用户接受度与隐私：工人可能对持续监控感到担忧，并且需要仔细设计系统以保护个人数据。
评估指标
为了评估区块链在建筑安全中的实施成功与否，需要明确的评估指标：
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有效性指标：衡量区块链解决方案实现其预期结果的程度。对于安全而言，指标包括减少安全事故或事故率、提高合规率以及加快对危险的响应时间。
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效率指标：考虑生产力收益或资源节约。例如，减少行政劳动——每周在安全报告中节省的时间。
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可扩展性：衡量解决方案在大型项目或跨项目中的扩展能力。指标可能包括网络每秒可以处理的交易数量，以及这与用户体验的相关性。
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安全与数据完整性指标：评估是否发生过任何数据泄露或篡改事件。成功的指标可能是“检测到的未经授权更改次数=0”。
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用户满意度与采用率：定性调查可以作为指标——例如，调查工人和经理对数据的信任度、易用性和感知收益。
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互操作性与集成指标：如果与其他系统集成，衡量数据对账错误和重复记录。一个好的指标是减少重复数据输入。
研究空白与未来方向
关键研究问题
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数据质量与“预言机问题”：如何确保从物联网传感器和人工输入进入区块链的数据是准确和可靠的？
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可扩展性与性能：哪种区块链架构和共识机制最适合需要高交易吞吐量的建筑安全应用？
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法律与监管框架：区块链记录和智能合约在建筑安全合规中的法律地位是什么？它们如何被监管机构接受？
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互操作性：区块链系统如何与现有的建筑信息模型（BIM）、企业资源规划（ERP）和其他遗留系统无缝集成？
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隐私与安全：如何在保持透明度的同时保护工人的个人和生物识别数据？
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成本效益分析：实施区块链安全系统的投资回报率是多少？它如何与传统的安全管理方法进行比较？
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组织变革管理：如何克服建筑行业对采用新技术的阻力，并确保区块链被工人和管理人员接受？
新兴趋势与创新
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人工智能与机器学习：将区块链与人工智能/机器学习相结合，可以在建筑领域解锁强大的用例。人工智能可以分析安全数据以进行预测性洞察，而区块链确保输入数据的完整性并支持结果的安全共享。
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物联网与智能建筑工地：在建筑4.0中，出现了更智能、传感器丰富的工地，实现了实时数据流。区块链可以作为这些物联网数据的可信账本。
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代币化与新的金融模型：代币化将现实世界的资产转化为区块链上的数字代币。在建筑领域，这可能包括将工时、安全积分或工人经验代币化，用于资格市场。
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用于资产和凭证的非同质化代币（NFTs）：非同质化代币是区块链上独特的数字资产，可以应用于建筑领域。例如，NFT可以代表独特的凭证或设备的身份。对于劳动力而言，可以向工人发放培训证书NFT，他们真正拥有该证书，并可以向任何雇主展示。
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标准化与联盟倡议：我们可能会看到专门为建筑创建区块链网络的行业联盟形成。这些联盟可能会制定标准。
未来研究建议
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试点研究与纵向评估：在真实项目上进行长期试点研究，以评估区块链在安全方面的有效性、用户接受度和长期影响。
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安全与隐私框架：研究解决区块链记录的法律可接受性、隐私保护和网络安全问题的方法，例如使用零知识证明。
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标准开发与沙盒环境：创建沙盒环境来测试不同的区块链配置，并为与BIM等系统的集成开发标准。
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用户界面与体验研究：研究如何设计直观的用户界面，使区块链系统对建筑工人易于使用和接受。
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经济与商业模式研究：研究区块链在建筑领域带来的新商业模式，例如通过共享安全数据获得保险折扣，或通过资产代币化进行微投资。
结论
区块链技术正在成为建筑项目安全，特别是安全合规方面的重要潜在推动者。本综述追溯了区块链应用从基本概念到实际案例研究的演变，强调了分布式账本如何解决在捕获、共享和审计安全信息方面持续存在的挑战。原则上，基于区块链的系统可以通过以防篡改的形式记录检查、事件报告和培训记录，为实时监控、问责和协作提供一个平台。当安全行动或不作为被记录在共享账本上时，一种问责文化就会出现：工人和主管都知道遵守协议是可见和可追踪的。与此同时，大多数现有应用仍处于原型或试点阶段，关于事故减少或长期组织变革的严格实证证据仍然有限。
我们对115项研究的综合表明，区块链已被探索用于广泛的安全相关目的——包括事件信息管理、工人级个人防护装备监控、设备安全和安全激励机制——通常与物联网设备、人工智能和建筑信息模型相结合。报告的好处包括改进安全记录的可审计性、更可靠的事件可追溯性、通过智能合约进行自动合规检查的机会，以及奖励安全行为的新方法。与此同时，一些技术和组织挑战在文献中反复出现，例如数据质量问题（“垃圾进，垃圾出”）、与遗留系统的互操作性、用户接受度和隐私问题、实施成本以及未解决的法律和监管问题。
解决这些挑战需要研究人员、行业从业者和监管机构的协调努力。未来的工作应优先考虑在真实项目上进行纵向试点研究；制定安全结果的稳健评估指标；设计保护隐私的数据架构；以及标准化区块链平台、BIM模型和其他建筑信息系统之间的接口。我们的研究结果表明，与其将区块链视为一个独立的解决方案，不如将其嵌入更广泛的数字化转型倡议和健全的安全管理实践中，这样才最有前景。如果持续的实验继续下去，并且关键障碍得到克服，基于区块链的平台很可能成为支持建筑行业劳动力管理和安全监督的数字基础设施的几个重要组成部分之一。
