基于區(qū)塊鏈技術(shù)的垃圾逆向供應(yīng)鏈信息平臺構(gòu)建

孫冬石，郭 笛 （大連東軟信息學(xué)院，遼寧 大連116023）

0 引 言

目前，國內(nèi)的垃圾分類運(yùn)動(dòng)開展得如火如荼，通過垃圾分類管理，從源頭上保證對垃圾產(chǎn)生的污染進(jìn)行限制，改善居民生活環(huán)境質(zhì)量。垃圾分類的另一個(gè)作用是減少垃圾處置量，為垃圾的處理和再利用提供便利條件。但在實(shí)踐中，垃圾分類后的后續(xù)工作還有較大的提升空間，現(xiàn)有的垃圾處理方式以焚燒和掩埋為主，大量可再利用資源被浪費(fèi)。

針對該問題，比較理想的解決方案是構(gòu)建垃圾分類驅(qū)動(dòng)的廢棄品逆向供應(yīng)鏈（以下簡稱垃圾逆向供應(yīng)鏈），源頭減量、資源化利用、無害化處理并舉，實(shí)現(xiàn)前端分類、中間轉(zhuǎn)運(yùn)和終端處理環(huán)節(jié)的聯(lián)動(dòng)才可以在根源上形成垃圾處理的良性循環(huán)[1]。

構(gòu)建垃圾逆向供應(yīng)鏈的構(gòu)建步驟如圖1 所示。由于垃圾逆向供應(yīng)鏈的公益屬性，所以設(shè)計(jì)有效的激勵(lì)機(jī)制，使供應(yīng)鏈的運(yùn)作由垃圾分類驅(qū)動(dòng)，又能被市場需求拉動(dòng)，是供應(yīng)鏈構(gòu)建的重點(diǎn)和難點(diǎn)。另外，垃圾分類的多樣性使加工處理階段的業(yè)務(wù)流程可能非常復(fù)雜，需要供應(yīng)鏈成員之間的高效協(xié)同，并積極進(jìn)行綠色技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用[2]。

圖1 垃圾逆向供應(yīng)鏈構(gòu)建流程

但目前，垃圾逆向供應(yīng)鏈的成員之間存在著“信息孤島”現(xiàn)象。首先，沒有有效的信息交流途徑，受垃圾處理加工的復(fù)雜性影響，垃圾逆向供應(yīng)鏈層次復(fù)雜，終端的市場需求如不能有效的傳遞，供應(yīng)鏈上會出現(xiàn)嚴(yán)重的“牛鞭效應(yīng)”。其次，逆向過程可追溯性差。隨著在垃圾逆向供應(yīng)鏈上各個(gè)層級之間的流轉(zhuǎn)，垃圾的形態(tài)功能改變可能很大，如果對供應(yīng)鏈中間各層垃圾處理商和粗精加工商的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和加工流程不了解，末端的生產(chǎn)企業(yè)無法信任從逆向供應(yīng)鏈中獲得的生產(chǎn)原材料，消費(fèi)者也可能對產(chǎn)品的質(zhì)量擔(dān)憂?？勺匪菪圆顣?dǎo)致信任缺乏，使生產(chǎn)企業(yè)失去參與垃圾逆向供應(yīng)鏈運(yùn)營的動(dòng)力[3]。最后，垃圾逆向供應(yīng)鏈中每個(gè)環(huán)節(jié)都有自己的管理信息系統(tǒng)，但卻缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，在產(chǎn)品交接上將出現(xiàn)阻礙，深層次的技術(shù)共享、聯(lián)合研發(fā)合作上更是困難重重。

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，搭建一個(gè)供應(yīng)鏈信息平臺是有效的解決方式[4]，但垃圾逆向供應(yīng)鏈的復(fù)雜性，使平臺需要耗費(fèi)巨大的成本，而垃圾處理的公益性又使供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)都缺乏投資意愿，完全由政府主導(dǎo)又無法保證市場機(jī)制的有效運(yùn)作，這也是阻礙垃圾逆向供應(yīng)鏈發(fā)展的瓶頸因素之一。本文利用區(qū)塊鏈技術(shù)，探討構(gòu)建新型供應(yīng)鏈信息平臺的可行性和方法，為垃圾逆向供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)提供解決方案。

1 文獻(xiàn)研究

區(qū)塊鏈技術(shù)在近幾年得到了迅猛的發(fā)展[5]，我國在2019年發(fā)布了《區(qū)塊鏈信息服務(wù)管理規(guī)定》，并將區(qū)塊鏈列入戰(zhàn)略性前沿技術(shù)超前布局，要求加快推動(dòng)區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。區(qū)塊鏈作為共享數(shù)據(jù)庫，存儲于其中的數(shù)據(jù)或信息，具有不可偽造、全程留痕、可以追溯、公開透明、集體維護(hù)等特征?；谶@些特征，區(qū)塊鏈技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)的信任基礎(chǔ)，創(chuàng)造了可靠的合作機(jī)制，具有廣闊的運(yùn)用前景。

區(qū)塊鏈在供應(yīng)鏈領(lǐng)域已經(jīng)有很多的研究成果。企業(yè)層面，沃爾瑪、中興云鏈、京東、中糧我買網(wǎng)應(yīng)用區(qū)塊鏈在供應(yīng)鏈產(chǎn)品溯源方面進(jìn)行了實(shí)踐，并取得了很好的效果。在學(xué)術(shù)研究層面，Kshetri[6]通過11 個(gè)案例探究區(qū)塊鏈如何在不同階段實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈管理的關(guān)鍵目標(biāo)，如成本、質(zhì)量、可靠性、風(fēng)險(xiǎn)降低和可持續(xù)性；Hackius 和Petersen 在線調(diào)查物流專家，據(jù)此介紹區(qū)塊鏈在物流和供應(yīng)鏈管理中的應(yīng)用示范、阻力、推動(dòng)因素和前景等；Kinra 等以農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈為例，研究何種類型的供應(yīng)鏈更能從區(qū)塊鏈中受益；Abeyratne 和Monfared[7]利用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建了制造業(yè)供應(yīng)鏈管理的概念模型，保障了信息的透明性和可溯源性，降低了供應(yīng)鏈管理成本和運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，并基于紙盒供應(yīng)鏈管理場景闡述區(qū)塊鏈各節(jié)點(diǎn)權(quán)限和作用。

朱建明、付永貴[8]證明了區(qū)塊鏈與供應(yīng)鏈的結(jié)合可以借助信息系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)，通過數(shù)字供應(yīng)鏈、供應(yīng)鏈多中心協(xié)同認(rèn)證和智能合約等促進(jìn)多方的商務(wù)合作；曾小青等[9]認(rèn)為將區(qū)塊鏈技術(shù)和無線射頻RFID 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等新技術(shù)融合使用，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品冷鏈、醫(yī)藥冷鏈的實(shí)時(shí)監(jiān)控和安全溯源；汪傳雷等[10]構(gòu)建了以區(qū)塊鏈為基礎(chǔ)的供應(yīng)鏈物流信息生態(tài)圈，認(rèn)為區(qū)塊鏈的去中心化特征可以使供應(yīng)鏈中每個(gè)節(jié)點(diǎn)平等地進(jìn)行信息的交換和儲存工作，共識機(jī)制可以有效消除獲取供應(yīng)鏈信息的機(jī)會成本，基于區(qū)塊鏈的智能合約記錄并監(jiān)督供應(yīng)鏈的業(yè)務(wù)實(shí)施，并能夠有效追溯產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)母黝悊栴}。

綜上，區(qū)塊鏈可以有效解決供應(yīng)鏈運(yùn)營中的問題，能夠創(chuàng)建一個(gè)開放標(biāo)準(zhǔn)，成本低且易于采用，可以減少供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，推動(dòng)供應(yīng)鏈重組與模式創(chuàng)新。與此同時(shí)，也應(yīng)該看到區(qū)塊鏈的應(yīng)用會導(dǎo)致供應(yīng)鏈上核心企業(yè)控制捆綁、供應(yīng)鏈隔離和隱私安全等問題，且目前區(qū)塊鏈在供應(yīng)鏈上的應(yīng)用也主要集中于農(nóng)業(yè)及食品行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)和國際貿(mào)易領(lǐng)域上，在電子廢舊商品的回收物流中有少量涉及，在全品類垃圾逆向供應(yīng)鏈中還存在理論空白。但學(xué)者們的理論研究成果已經(jīng)證明了區(qū)塊鏈的優(yōu)勢對解決垃圾逆向供應(yīng)鏈的痛點(diǎn)具有高度耦合性。如何揚(yáng)長避短，在區(qū)塊鏈視角下進(jìn)行垃圾分類驅(qū)動(dòng)的逆向供應(yīng)鏈的構(gòu)建與協(xié)調(diào)，是本文的研究目標(biāo)。

2 基于區(qū)塊鏈的垃圾逆向供應(yīng)鏈信息平臺構(gòu)建

2.1 平臺主體接入

要實(shí)現(xiàn)平臺信息共享、數(shù)據(jù)可追溯、有效激勵(lì)等功能，平臺需要以下四類主體的接入。且由于平臺接入的企業(yè)和機(jī)構(gòu)數(shù)量龐大，為保證數(shù)據(jù)處理的高效，需要對各主體上鏈的信息進(jìn)行篩選。

（1） 供應(yīng)鏈運(yùn)營主體

該主體包括垃圾逆向供應(yīng)鏈的各級機(jī)構(gòu)和企業(yè)。按照廢棄品的處理流程梳理，包括：垃圾分類機(jī)構(gòu)、駁運(yùn)企業(yè)、廢棄品處理機(jī)構(gòu)（主要進(jìn)行焚燒與掩埋等業(yè)務(wù)）、廢棄品加工企業(yè)（包含預(yù)處理、粗加工、精加工等企業(yè)）、資源再利用企業(yè)（利用廢棄品加工后的產(chǎn)品作為原材料的企業(yè)，其產(chǎn)品與市場對接）。

第一，垃圾分類機(jī)構(gòu)。垃圾分類機(jī)構(gòu)是垃圾逆向供應(yīng)鏈的前端起點(diǎn)，其上鏈的信息關(guān)系到信息平臺全域的有效性。其必須上鏈的信息包括：各類型垃圾的數(shù)量和狀態(tài)信息、處理情況信息、暫存地信息、與駁運(yùn)企業(yè)的交接信息。

第二，駁運(yùn)企業(yè)。目前垃圾逆向供應(yīng)鏈中的一個(gè)主要問題是，垃圾的精細(xì)化和駁運(yùn)的粗糙之間的矛盾。所以駁運(yùn)企業(yè)要上鏈的信息包括：與垃圾分類機(jī)構(gòu)交接信息、與垃圾處理和加工企業(yè)交接信息、車輛信息、運(yùn)輸狀態(tài)、駁運(yùn)起止時(shí)間。

第三，廢棄品處理機(jī)構(gòu)。處理機(jī)構(gòu)是廢棄品的處理流程終點(diǎn)之一，直接關(guān)系到生態(tài)保護(hù)效果。上鏈的信息既要有助于政府進(jìn)行環(huán)保監(jiān)督，又要與其他主體對接，使綠色技術(shù)可以提升廢棄品轉(zhuǎn)化率，應(yīng)包括：與駁運(yùn)交接信息、處理數(shù)量、處理方法、殘余物處理、污染物排放信息。

第四，廢棄品加工企業(yè)。各級加工企業(yè)是廢棄品循環(huán)轉(zhuǎn)化的直接機(jī)構(gòu)，關(guān)系到廢棄品轉(zhuǎn)入再利用渠道的比例。上鏈信息涉及到最終產(chǎn)品的質(zhì)量，是垃圾供應(yīng)鏈參與市場機(jī)制的基礎(chǔ)，應(yīng)包括：與駁運(yùn)企業(yè)交接信息、業(yè)務(wù)流程上下游企業(yè)的交接信息、產(chǎn)品的數(shù)量質(zhì)量信息、銷售信息、庫存管理信息、生產(chǎn)加工記錄、產(chǎn)品質(zhì)量檢測證明、待研發(fā)技術(shù)信息。

第五，資源再利用企業(yè)。產(chǎn)品直接進(jìn)入市場，與消費(fèi)者直接接觸，經(jīng)營情況是供應(yīng)鏈良性發(fā)展的基礎(chǔ)。上鏈信息應(yīng)對產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行保障，同時(shí)公開利潤，便于供應(yīng)鏈契約的設(shè)計(jì)，應(yīng)包括：與加工企業(yè)交接信息、生產(chǎn)信息、出入庫記錄、質(zhì)量證明、銷售信息、產(chǎn)品存儲要求、消費(fèi)者評價(jià)、政府征信記錄。

（2） 政府部門

政府部門的主要作用有兩點(diǎn)：一是進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)管，由于垃圾逆向供應(yīng)鏈終端產(chǎn)品的原材料來源是廢棄品，供應(yīng)鏈上的企業(yè)以次充好或產(chǎn)品不完全達(dá)標(biāo)的門檻極低，政府部門必須參與監(jiān)管；二是垃圾供應(yīng)鏈前端的垃圾處理業(yè)務(wù)公益屬性比例大，要保證供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)協(xié)同，有蓬勃的生命力，政府部分必須參與激勵(lì)機(jī)制的設(shè)計(jì)。上鏈信息要體現(xiàn)上述兩方面的內(nèi)容，應(yīng)包括：監(jiān)管審批流程結(jié)果信息、激勵(lì)政策發(fā)布、投訴渠道、相關(guān)公報(bào)、獎(jiǎng)懲通告。

（3） 科研機(jī)構(gòu)

科研機(jī)構(gòu)的作用是對垃圾逆向供應(yīng)鏈上的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，與企業(yè)構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研一體化合作聯(lián)盟，其上鏈信息主要保證研發(fā)合作信息共享，應(yīng)包括：合作企業(yè)信息、合作協(xié)議信息、技術(shù)研發(fā)進(jìn)度信息、技術(shù)應(yīng)用反饋。

（4） 中介機(jī)構(gòu)

中介機(jī)構(gòu)對垃圾逆向供應(yīng)鏈的作用是提供第三方質(zhì)量檢測和信用評估機(jī)構(gòu)，其上鏈信息應(yīng)包括：檢測報(bào)告、信用評價(jià)信息、企業(yè)經(jīng)營情況、消費(fèi)者評價(jià)。

2.2 區(qū)塊鏈類型選擇

信息平臺上需要根據(jù)各主體的連接關(guān)系和供應(yīng)鏈特點(diǎn)選擇不同的區(qū)塊鏈[12]。區(qū)塊鏈的類型分為：封閉私有鏈、半公開私有鏈和公開鏈。其中，封閉私有鏈準(zhǔn)入門檻最高，且必須有核心機(jī)構(gòu)進(jìn)行主導(dǎo)，節(jié)點(diǎn)的權(quán)限不平等，區(qū)塊鏈上的識別、記賬、信息共享等嚴(yán)格控制，通常是實(shí)體連接的主體內(nèi)部或之間進(jìn)行使用。而公開鏈?zhǔn)侨ブ行幕膮^(qū)塊鏈，任何人都可以加入節(jié)點(diǎn)，需要一定的激勵(lì)機(jī)制才可保證運(yùn)營，且信息交互速度較低。半公開私有鏈的特征介于封閉私有鏈和公開鏈之間。三種類型的區(qū)塊鏈各有使用環(huán)境，根據(jù)垃圾逆向供應(yīng)鏈的特點(diǎn)和主體的責(zé)任界定，本文構(gòu)建的信息平臺采用三種區(qū)塊鏈聯(lián)合使用的模式。

封閉私有鏈需要作為信息平臺的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源。垃圾逆向供應(yīng)鏈上的企業(yè)內(nèi)部的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)識別、記賬涉及到企業(yè)的機(jī)密和隱私。信息平臺的主要功能是信息溯源、質(zhì)量監(jiān)督和技術(shù)共享，對于企業(yè)運(yùn)營層面的信息不需要其他主體共享，所以，企業(yè)內(nèi)部的區(qū)塊鏈采用封閉私有鏈，便于內(nèi)部控制。

企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)的技術(shù)合作、企業(yè)與中介機(jī)構(gòu)的質(zhì)量檢測和信用評估需要企業(yè)提供篩選后的特定信息，需要企業(yè)與外部主體進(jìn)行交互，并保證信息的不可篡改和可溯源性，且由于交互的頻率需要一定的信息傳輸速度，適合應(yīng)用半公開私有鏈。

政府與其他主體之間的關(guān)系主要是監(jiān)管和激勵(lì)，其交互的頻率是最低的，是間斷性、隨機(jī)性的交互，其應(yīng)用的信息范圍和信息量也是最小的，但涉及的主體數(shù)量確是最多的，所以，這部分應(yīng)用公開鏈?zhǔn)亲钸m合的。

圖2 顯示了各主體之間選擇不同類型區(qū)塊鏈的示意圖。

圖2 不同主體選擇區(qū)塊鏈類型示意圖

2.3 平臺概念模型設(shè)計(jì)

由于信息平臺的參與者眾多，廢棄品在供應(yīng)鏈中的流轉(zhuǎn)過程可能非常復(fù)雜，所以，不僅要利用區(qū)塊鏈技術(shù)保證信息的可溯源、不可篡改，還要保證上鏈信息的客觀性、準(zhǔn)確性。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與垃圾逆向供應(yīng)鏈的特性匹配性強(qiáng)，可以利用傳感器、監(jiān)視器等物聯(lián)設(shè)備在廢棄品流轉(zhuǎn)的重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息的采集和與信息平臺的接入，保證信息的及時(shí)、可靠。

利用物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行信息溯源的理論模型如下所示：

其中，MIT代表產(chǎn)品溯源信息，F(xiàn)P為產(chǎn)品溯源信息影響函數(shù)，EN為供應(yīng)鏈上各級企業(yè)，G為政府部門，QU為質(zhì)量檢測部門，IOT為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)記錄的數(shù)據(jù)，BC為區(qū)塊鏈算法，O為其他人工溯源路徑。利用該理論模型，構(gòu)建垃圾逆向供應(yīng)鏈信息平臺概念模型如圖3 所示。

3 信息平臺技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本部分應(yīng)用區(qū)塊鏈的體系構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合垃圾逆向供應(yīng)鏈信息平臺的功能需求進(jìn)行平臺技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)。區(qū)塊鏈的體系構(gòu)架從上至下共7 層[13]。

應(yīng)用層是各主體之間按照信息邏輯連接進(jìn)行信息自由交流的區(qū)域。信息平臺通過該層實(shí)現(xiàn)物流、商流、資金流的信息記錄，由于具體內(nèi)容在平臺主體接入部分已經(jīng)描述，在此不再贅述。

合約層的核心是智能合約，通過嵌入的合約腳本和算法機(jī)制等實(shí)現(xiàn)。智能合約發(fā)生在不同主體之間，由腳本代碼寫入，具有智能觸發(fā)的功能，防止環(huán)境干擾。智能合約大大提高主體間合作的效率，且規(guī)則公開，在半公開私有鏈中大量使用具體到本文研究的垃圾逆向供應(yīng)鏈信息平臺中，各主體之間應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)內(nèi)涵構(gòu)建的合適智能合約。供應(yīng)鏈運(yùn)營主體之間應(yīng)構(gòu)建智能采購合約、運(yùn)輸控制合約、倉儲管理合約、延遲交貨合約、智能退款和賠償合約等提升業(yè)務(wù)流程的規(guī)范性和銜接流暢度；企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)之間應(yīng)構(gòu)建聯(lián)合研發(fā)合約、智能投資合約、收益分享合約等保證雙方的收益、減少企業(yè)投資風(fēng)險(xiǎn)、保護(hù)研發(fā)成果；企業(yè)與中介機(jī)構(gòu)之間應(yīng)構(gòu)建信息保密合約、智能檢測合約等保證質(zhì)量認(rèn)證等業(yè)務(wù)的順利開展；主體與政府之間構(gòu)建智能處罰合約、智能監(jiān)督合約等保證政府監(jiān)管和數(shù)據(jù)追溯的進(jìn)行。智能合約的構(gòu)建需根據(jù)平臺業(yè)務(wù)的開展進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整。

激勵(lì)層為資源的激勵(lì)手段，以保證實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的去中心化，同時(shí)保證各節(jié)點(diǎn)可以有效地獲取所需的信息。主要需要設(shè)計(jì)資源的發(fā)布機(jī)制和調(diào)節(jié)機(jī)制，保證信息查詢、數(shù)據(jù)驗(yàn)證和交互功能的實(shí)現(xiàn)。本文構(gòu)建的信息平臺中在激勵(lì)層的構(gòu)建無特殊要求，參考現(xiàn)有區(qū)塊鏈技術(shù)的成果即可。

共識層中的共識算法保證區(qū)塊鏈的抗風(fēng)險(xiǎn)能力和去中心化的功能。不同的算法機(jī)制有不同的適用范圍，已經(jīng)有十幾種主流的共識機(jī)制，如比特幣應(yīng)用的工作量證明（PoW）、點(diǎn)點(diǎn)幣的股份證明（PoS）、央行數(shù)字票據(jù)交易平臺應(yīng)用的實(shí)用拜占庭容錯(cuò)PBFT 等。根據(jù)本文構(gòu)建的信息平臺功能要求，在現(xiàn)有的共識算法中建議使用消逝時(shí)間量證明（PoET）。當(dāng)然在投資和研發(fā)能力充足的條件下可以自主研發(fā)與信息平臺完全匹配的共識算法，研發(fā)的方向主要針對體現(xiàn)時(shí)間戳的可靠性和主體之間的關(guān)聯(lián)互驗(yàn)。

網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施層無特別的構(gòu)建要求。基于區(qū)塊鏈技術(shù)的垃圾逆向供應(yīng)鏈信息平臺技術(shù)架構(gòu)如圖4 所示。

圖3 垃圾逆向供應(yīng)鏈信息平臺概念模型

圖4 信息平臺技術(shù)架構(gòu)

4 結(jié) 論

本文對垃圾逆向供應(yīng)鏈構(gòu)建中的“信息孤島”現(xiàn)象，引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建供應(yīng)鏈信息平臺，可以增加供應(yīng)鏈端到端的數(shù)據(jù)透明度，降低交易成本，對垃圾在供應(yīng)鏈中運(yùn)轉(zhuǎn)的信息不可追溯問題和由于信息不對稱導(dǎo)致的供應(yīng)鏈上下游之間的信任問題及其他可能的導(dǎo)致供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)失靈的情況進(jìn)行預(yù)警測評并提出解決方案。使垃圾分類、垃圾回收、垃圾處理、垃圾加工和垃圾再利用等環(huán)節(jié)更高效協(xié)同，提高垃圾逆向供應(yīng)鏈一體化運(yùn)營效率。