區(qū)塊鏈在建筑工程質(zhì)量監(jiān)督中的應(yīng)用研究

楊英浩 黃喜兵

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川 成都 610031)

0 引言

建筑工程質(zhì)量對國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人民生命安全至關(guān)重要，是建筑工程項目經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)效益的重要體現(xiàn)。把保證建筑工程質(zhì)量放在首位，把有限的資源用于加強建筑工程質(zhì)量管理，不僅是建設(shè)單位和各質(zhì)量責(zé)任主體的重要責(zé)任，更是政府監(jiān)督部門致力于維護(hù)人民生命財產(chǎn)安全的集中體現(xiàn)。近20年以來，隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對建筑工程質(zhì)量監(jiān)督提出了更高的要求，建筑工程質(zhì)量監(jiān)督面臨諸多挑戰(zhàn)。在新時期，通過信息技術(shù)手段優(yōu)化建筑工程質(zhì)量監(jiān)督模式，提高建筑工程質(zhì)量監(jiān)督效能十分必要。

區(qū)塊鏈作為一種去中心化技術(shù)，依賴于各方之間的共識機制，具有可追溯性、實時共享性、不可篡改性和相對匿名性等優(yōu)點，可以為當(dāng)前建筑工程質(zhì)量監(jiān)督工作中存在的問題提供解決方案。目前，區(qū)塊鏈在建筑行業(yè)的應(yīng)用大多集中于建筑供應(yīng)鏈信息共享和追溯[1]、施工管理[2]以及區(qū)塊鏈與BIM的集成應(yīng)用[3]等方面，缺乏專門針對政府主導(dǎo)的區(qū)塊鏈建筑工程質(zhì)量監(jiān)督系統(tǒng)的研究。基于此，本文探討將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于建筑工程質(zhì)量監(jiān)督的可行性和優(yōu)勢，構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的建筑工程質(zhì)量監(jiān)督系統(tǒng)，以解決當(dāng)前建筑工程質(zhì)量監(jiān)督工作中面臨的難題，切實提高建筑工程質(zhì)量監(jiān)督效能。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)在建筑質(zhì)量監(jiān)督中的適用性

1.1 問題識別

建筑工程質(zhì)量監(jiān)督工作主要分為兩類：需要在規(guī)定時間內(nèi)完成的工作，以抽查巡檢為主的日常監(jiān)督工作。前者包括及時受理建設(shè)單位的質(zhì)量監(jiān)督申請、編制質(zhì)量監(jiān)督工作方案和監(jiān)督工程竣工驗收等有明確時間節(jié)點的事務(wù)。后者要求建筑工程質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)根據(jù)企業(yè)資質(zhì)和工程類型進(jìn)行差異化管理和不定期抽查巡檢。隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)張，現(xiàn)有建筑工程質(zhì)量監(jiān)督模式的不足開始顯現(xiàn)，主要表現(xiàn)在以下4個方面。

1.1.1 監(jiān)督力量不足

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，建筑工程項目的數(shù)量大幅增長，但建筑工程質(zhì)量監(jiān)督人員的數(shù)量并未大幅提高。為了提高質(zhì)量安全監(jiān)督人員的素質(zhì)，各地提升了從業(yè)門檻，不但要求具有本科學(xué)歷和工程類執(zhí)業(yè)注冊資格，還需要具有工程行業(yè)3年及以上從業(yè)經(jīng)驗，監(jiān)督力量明顯不足。

1.1.2 監(jiān)督效率較低

差異化管理的實質(zhì)是要抓住建筑工程質(zhì)量監(jiān)督工作的主要矛盾，將監(jiān)督執(zhí)法資源向工程建設(shè)過程中最容易出現(xiàn)質(zhì)量問題的重點項目、重點部位傾斜，提高監(jiān)督工作效率。然而面對工程建設(shè)各個階段產(chǎn)生的海量紙質(zhì)文件，缺乏有效的工具對質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，制訂的建筑工程質(zhì)量監(jiān)督方案不符合差異化管理的要求，導(dǎo)致監(jiān)督員在監(jiān)督檢查頻率和檢查內(nèi)容上出現(xiàn)嚴(yán)重的主觀性、盲目性，導(dǎo)致監(jiān)督效率較低。

1.1.3 存在信息安全風(fēng)險

檔案管理工作是建筑工程質(zhì)量監(jiān)督的重要組成部分，在嚴(yán)格執(zhí)行終身責(zé)任制的大背景下，必須保證關(guān)鍵部位質(zhì)量信息的安全性和不可篡改性。目前常用的信息管理方法是設(shè)立檔案室進(jìn)行專門管理，但這種管理方式較為落后，存在被人為篡改或銷毀的風(fēng)險。

1.1.4 數(shù)據(jù)共享程度不足

落后的數(shù)據(jù)管理方式導(dǎo)致建筑工程質(zhì)量信息無法與建筑工程質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)共享，監(jiān)督人員只能在現(xiàn)場抽查時了解工程的質(zhì)量情況，監(jiān)督工作不深入，尤其是對于已經(jīng)覆蓋的隱蔽工程的質(zhì)量監(jiān)督不到位，只能做到事后監(jiān)督，難以落實全過程監(jiān)督的要求。

1.2 基于區(qū)塊鏈的建筑工程質(zhì)量監(jiān)督系統(tǒng)的優(yōu)勢

鑒于建筑工程質(zhì)量監(jiān)督與食品和醫(yī)療藥品的質(zhì)量安全監(jiān)管有一定的相似性，本文認(rèn)為區(qū)塊鏈技術(shù)同樣適用于提升建筑工程質(zhì)量監(jiān)督能效，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下3個方面。

1.2.1 提升事故處理效率

建筑工程質(zhì)量追溯更為快速和準(zhǔn)確，提高了工程事故的調(diào)查和處理效率。在建筑工程質(zhì)量事故調(diào)查過程中，調(diào)查人員可以通過基于區(qū)塊鏈的建筑工程質(zhì)量監(jiān)督平臺調(diào)取與事故發(fā)生部位有關(guān)的建筑工程質(zhì)量數(shù)據(jù)，快速掌握事發(fā)部位的設(shè)計信息、施工記錄、材料記錄、監(jiān)理記錄和相關(guān)負(fù)責(zé)人等關(guān)鍵線索，在很大程度上縮短事故調(diào)查時間，提升事故處理效率。

1.2.2 增強信息的安全性

去中心化數(shù)字賬本使篡改數(shù)據(jù)的成本更高，有利于增強信息的安全性。區(qū)塊鏈驅(qū)動下建筑工程質(zhì)量信息記錄由多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點共同參與，通過共識機制對信息的有效性進(jìn)行相互驗證和背書，實現(xiàn)信息防偽。另外，區(qū)塊鏈上各區(qū)塊的交易信息按時間順序串聯(lián)起來形成完整的建筑工程質(zhì)量記錄清單，能夠確保建設(shè)過程清晰透明，有效破解數(shù)據(jù)確權(quán)問題。

1.2.3 實現(xiàn)差異化監(jiān)督和實時監(jiān)督

在完整的區(qū)塊鏈生態(tài)環(huán)境下，基于區(qū)塊鏈的系統(tǒng)可通過對過往項目的合格率進(jìn)行統(tǒng)計分析，輔助監(jiān)督員制訂科學(xué)的監(jiān)督方案，將監(jiān)督重點放在更容易出現(xiàn)質(zhì)量問題的項目上，真正實現(xiàn)差異化監(jiān)督。同時，建設(shè)過程產(chǎn)生的各種質(zhì)量信息會實時上傳到區(qū)塊中，監(jiān)督員可以隨時通過區(qū)塊鏈應(yīng)用對鏈上質(zhì)量信息進(jìn)行檢查，實現(xiàn)對建設(shè)過程的實時監(jiān)督。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計和技術(shù)架構(gòu)設(shè)計

2.1 功能模塊設(shè)計

本文設(shè)計的基于區(qū)塊鏈的建筑工程質(zhì)量監(jiān)督系統(tǒng)共包括4個功能模塊：系統(tǒng)管理模塊、合約管理模塊、質(zhì)量監(jiān)督模塊和質(zhì)量追溯模塊，每個功能模塊又包括若干個子模塊。

2.1.1 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊包括區(qū)塊鏈系統(tǒng)設(shè)置、用戶管理、個人設(shè)置和通知消息4個子模塊。

(1)區(qū)塊鏈系統(tǒng)設(shè)置主要由政府部門引入的區(qū)塊鏈服務(wù)提供商使用，負(fù)責(zé)對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的性能、證書管理等進(jìn)行維護(hù)和優(yōu)化，保證區(qū)塊鏈系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

(2)用戶管理主要由監(jiān)督機構(gòu)和各建設(shè)單位使用。監(jiān)督機構(gòu)負(fù)責(zé)邀請和管理建設(shè)單位節(jié)點，建設(shè)單位負(fù)責(zé)邀請和管理參建企業(yè)節(jié)點。

(3)個人設(shè)置提供賬戶信息修改、秘鑰管理和實名制管理等功能。

(4)通知消息承擔(dān)各個節(jié)點之間的信息傳遞，政府監(jiān)督機構(gòu)可以在全系統(tǒng)進(jìn)行新聞推送，模范工程、優(yōu)秀團(tuán)體和企業(yè)信譽榜單等宣傳資料的傳播均可通過該功能實現(xiàn)。

2.1.2 合約管理模塊

合約管理模塊又包括智能合約部署、智能合約升級兩個子模塊。

(1)智能合約部署模塊中的各節(jié)點將自己的需求和合約內(nèi)容提交給區(qū)塊鏈服務(wù)提供商，由區(qū)塊鏈服務(wù)提供商將客戶需求和合同條款代碼化并部署在區(qū)塊鏈上，各節(jié)點也可自行聘請專業(yè)人才進(jìn)行智能合約的部署工作。

(2)智能合約升級模塊中需要注意的是，智能合約一旦上鏈就不可修改，但當(dāng)建設(shè)項目發(fā)生變更時，如設(shè)計圖變更、建筑材料更換等導(dǎo)致智能合約的部署條件發(fā)生變化時，原有智能合約的確定性被破壞，此時可以通過該模塊對智能合約進(jìn)行升級處理。這樣的設(shè)置不僅保證了操作留痕，還能使智能合約不斷適應(yīng)現(xiàn)實情況的變化。

2.1.3 質(zhì)量監(jiān)督模塊

質(zhì)量監(jiān)督模塊是系統(tǒng)中最重要的功能模塊，包括規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)庫、項目庫、事件審批、監(jiān)督計劃、日程管理、監(jiān)督文件6個子模塊。

(1)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)庫模塊主要負(fù)責(zé)收錄國家和地方建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)督規(guī)范，為建筑工程質(zhì)量監(jiān)督提供審批和判定標(biāo)準(zhǔn)，庫中的數(shù)據(jù)會跟隨最新的規(guī)則變化進(jìn)行實時更新。

(2)項目庫模塊負(fù)責(zé)保管建設(shè)項目的全部質(zhì)量信息，包括已完成的項目和在建項目。

(3)事件審批模塊主要聚焦從項目規(guī)劃設(shè)計階段到工程竣工驗收的各類審批事項，通過區(qū)塊鏈數(shù)字簽名實現(xiàn)在線審批，有效壓縮審批時間，幫助各單位完成與建筑工程質(zhì)量有關(guān)的各項業(yè)務(wù)的快速辦理。

(4)監(jiān)督計劃模塊負(fù)責(zé)協(xié)助監(jiān)督人員制訂和管理在建項目的監(jiān)督計劃。在制訂監(jiān)督計劃時，區(qū)塊鏈智能合約算法會自動結(jié)合五方單位的信譽為每個項目設(shè)定初始的差異化考核等級，并據(jù)此安排項目的監(jiān)督檢查頻率和力度。

(5)日程管理模塊負(fù)責(zé)根據(jù)監(jiān)督員所參與的監(jiān)督計劃生成日程表，監(jiān)督員也可以自己添加或變更日程，系統(tǒng)會根據(jù)監(jiān)督計劃和用戶添加的日程動態(tài)調(diào)整后續(xù)的日程安排。

(6)監(jiān)督文件模塊支持建筑工程質(zhì)量整改單、停工通知書和復(fù)工通知書等各類監(jiān)督文件的在線生成和管理。監(jiān)督機構(gòu)發(fā)出和收到的各類監(jiān)督文件都會在系統(tǒng)中自動上鏈備份，不僅能避免紙質(zhì)文件流轉(zhuǎn)過程中易丟失損毀的問題，還有助于實現(xiàn)建筑工程質(zhì)量監(jiān)督工作留痕和無紙化辦公。

2.1.4 質(zhì)量追溯模塊

該模塊的使用場景主要有兩個：一是便于政府監(jiān)督機構(gòu)在調(diào)查工程事故時回溯項目建設(shè)過程，盡快查出事故發(fā)生原因，定位主體責(zé)任；二是當(dāng)建筑物使用者發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題需要維權(quán)時，可以通過該模塊獲取質(zhì)量數(shù)據(jù)。質(zhì)量追溯模塊主要包括質(zhì)量信息查詢、質(zhì)量信息下載和事故責(zé)任認(rèn)定三個子模塊。

2.2 基于區(qū)塊鏈的建筑工程質(zhì)量監(jiān)督系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)

為了實現(xiàn)上述功能，本研究構(gòu)建了基于區(qū)塊鏈的建筑工程質(zhì)量監(jiān)督系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)，分為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)核心和頂層應(yīng)用三個部分，如圖1所示。

圖1 基于區(qū)塊鏈的建筑工程質(zhì)量監(jiān)督系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)

2.2.1 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)

基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)由數(shù)據(jù)層和網(wǎng)絡(luò)層組成，負(fù)責(zé)為系統(tǒng)運行提供數(shù)據(jù)支持和組網(wǎng)方式。

(1)數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)充當(dāng)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和物理存儲。本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)層存儲了大量的建筑工程質(zhì)量信息，可為2.1.3中所述的質(zhì)量監(jiān)督模塊提供數(shù)據(jù)支持。

(2)網(wǎng)絡(luò)層設(shè)置區(qū)塊鏈系統(tǒng)的組網(wǎng)方式，保證各個節(jié)點之間的信息交互。區(qū)別于集中化的“客戶端—服務(wù)器”模式，基于區(qū)塊鏈的系統(tǒng)采用點對點網(wǎng)絡(luò)，不僅提高了質(zhì)量信息的共享程度，還能確保鏈上數(shù)據(jù)的不可篡改性。

2.2.2 系統(tǒng)核心

系統(tǒng)核心由共識層及合約層組成，是聯(lián)通基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)與頂層應(yīng)用的橋梁。

(1)共識層設(shè)置了區(qū)塊鏈系統(tǒng)數(shù)據(jù)的上鏈共識機制。本系統(tǒng)選用的是聯(lián)盟鏈常用的PBFT共識機制，將所有節(jié)點分為兩類：記賬節(jié)點，備份節(jié)點。記賬節(jié)點通常只有一個，由系統(tǒng)隨機抽選的建設(shè)單位節(jié)點擔(dān)任，在其任期內(nèi)承擔(dān)打包質(zhì)量信息區(qū)塊的任務(wù)，其余節(jié)點作為備份節(jié)點承擔(dān)共識和賬本備份任務(wù)。任期結(jié)束后系統(tǒng)會重新抽選記賬節(jié)點。

(2)合約層包括虛擬機和智能合約兩部分。本系統(tǒng)的智能合約可將工程建設(shè)相關(guān)的法律規(guī)范、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、激勵機制等條款轉(zhuǎn)化為自執(zhí)行代碼，調(diào)用智能合約輔助監(jiān)督可有效減少監(jiān)督人員工作量，提高監(jiān)督效率。

2.2.3 頂層應(yīng)用

應(yīng)用層是區(qū)塊鏈系統(tǒng)的最頂層，負(fù)責(zé)掩蓋區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)通信通道的基本技術(shù)細(xì)節(jié)，并為系統(tǒng)的四大功能模塊提供面向前端用戶的操作界面。

3 基于區(qū)塊鏈的建筑工程質(zhì)量監(jiān)督系統(tǒng)的原型設(shè)計和功能演示

本章利用原型設(shè)計軟件Axure RP 9對前文構(gòu)建的基于區(qū)塊鏈的建筑工程質(zhì)量監(jiān)督系統(tǒng)進(jìn)行原型設(shè)計。考慮到本系統(tǒng)的應(yīng)用場景主要是工地現(xiàn)場，對手機App的使用頻率較高，因此以手機App為例演示設(shè)計成果。

3.1 系統(tǒng)登錄流程設(shè)計

圖2展示了基于區(qū)塊鏈的系統(tǒng)的用戶登錄流程。由于不同用戶的系統(tǒng)界面不同，在登錄時系統(tǒng)需要先確定用戶的身份。以監(jiān)督機構(gòu)為例，用戶單擊“監(jiān)督機構(gòu)”按鈕，即可跳轉(zhuǎn)到監(jiān)督機構(gòu)的賬號登錄界面。若用戶綁定了手機號，還可以通過手機號登錄，更加方便快捷。

圖2 系統(tǒng)登錄流程

3.2 系統(tǒng)功能演示

以制訂監(jiān)督計劃功能為例，具體操作流程如圖3所示。

圖3 新建監(jiān)督計劃流程

第一步：在工作臺頁面中點擊“監(jiān)督計劃”功能，進(jìn)入監(jiān)督計劃列表；再點擊頁面右下角的“+”號，進(jìn)入新建監(jiān)督計劃的操作頁面。

第二步：按照頁面要求補充生成監(jiān)督計劃所需信息。由于大部分項目信息都收錄在系統(tǒng)項目庫中，直接調(diào)用即可，無須用戶另外填寫。信息補充完成后，點擊頁面底部的“生成計劃”按鈕，進(jìn)行數(shù)字簽名。

第三步：由于64位字符的私鑰難以記憶，為保證易用性，系統(tǒng)會提前要求用戶綁定指紋或面容ID，在數(shù)字簽名時直接用指紋或面容ID調(diào)用私鑰即可，無須用戶記憶。

第四步：用戶進(jìn)行數(shù)字簽名后，可在線查看生成的監(jiān)督計劃文檔。如需對內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，可以通過電機“修改計劃”按鈕返回新建計劃頁面。

第五步：確認(rèn)監(jiān)督計劃無誤后，選擇主送和抄送對象，點擊“提交審批”按鈕即可提交監(jiān)督計劃，審批結(jié)果通過系統(tǒng)通知的方式傳達(dá)。

4 結(jié)語

作為一項基礎(chǔ)性技術(shù)，區(qū)塊鏈的去中心化特性可以使建設(shè)過程變得更加透明，重塑建筑行業(yè)的發(fā)展模式。雖然區(qū)塊鏈具有多項優(yōu)勢，但在復(fù)雜程度較高的建筑行業(yè)中推廣仍有一定阻礙。為了確保區(qū)塊鏈技術(shù)在建筑工程質(zhì)量監(jiān)督中發(fā)揮實效，本文從政府和企業(yè)兩個層面提出建議：

(1)政府層面。在法律方面，應(yīng)完善與區(qū)塊鏈質(zhì)量信息確權(quán)和場景安全等內(nèi)容相關(guān)的法律法規(guī)和國家標(biāo)準(zhǔn)，在法制層面對區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行定位、定性；在實踐方面，可首先在大型政府投資項目中使用區(qū)塊鏈進(jìn)行建筑工程質(zhì)量監(jiān)督，然后通過大型公共項目帶動其他建設(shè)項目接入?yún)^(qū)塊鏈平臺。

(2)企業(yè)層面。從建筑企業(yè)的長遠(yuǎn)利益來看，區(qū)塊鏈技術(shù)有助于保證建筑工程質(zhì)量，提升建設(shè)過程的信息化水平，進(jìn)而節(jié)約建設(shè)成本。但就短期收益來看，搭建基于區(qū)塊鏈的質(zhì)量管理平臺會帶來額外的成本支出，因此需要建筑企業(yè)著眼企業(yè)未來，持續(xù)推動區(qū)塊鏈應(yīng)用。