基于區(qū)塊鏈技術(shù)的建筑機(jī)電質(zhì)量協(xié)同管理研究

1 引言

建筑工程管理的現(xiàn)代化和信息化是提升工程質(zhì)量、 節(jié)約建設(shè)資源的重要措施。 機(jī)電工程屬于建筑工程的復(fù)雜配套工程，涉及信號(hào)、電力、通信等多項(xiàng)專業(yè)，技術(shù)含量高、參建單位多，傳統(tǒng)總包單位對(duì)機(jī)電工程的質(zhì)量管理始終存在不小難度。

對(duì)于復(fù)雜集成工程的質(zhì)量管理， 國(guó)內(nèi)外研究人員均做出不少探索。 Troczynski[1]首先提出質(zhì)量鏈管理的概念。 Beach T[2]將內(nèi)部集成、客戶集成及供應(yīng)商集成綜合考慮，提出了更加完善的質(zhì)量鏈管理概念。陳雍君[3]等分析了機(jī)電工程傳統(tǒng)封閉管理模式的弊端，提出了綜合接口管理、工程過(guò)程及信息共享的質(zhì)量協(xié)同管理方案。

目前， 對(duì)建筑機(jī)電工程協(xié)同質(zhì)量管理的研究還停留在理論階段，信息化程度還不夠深入，缺乏對(duì)項(xiàng)目總體過(guò)程、涉及單位質(zhì)量流的管理研究。 因而，本文引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建建筑機(jī)電工程質(zhì)量協(xié)同管理框架， 提出區(qū)塊鏈技術(shù)在建筑建設(shè)管理中的應(yīng)用方案。

2 區(qū)塊鏈相關(guān)概念及應(yīng)用基礎(chǔ)

2.1 區(qū)塊鏈基本概念

區(qū)塊鏈這一概念起源于2008 年中本聰（Satoshi Nakamoto）發(fā)表的論文《比特幣：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電子現(xiàn)金系統(tǒng)》。 從狹義上來(lái)講，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，“區(qū)塊”存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息，將各個(gè)“區(qū)塊”按照時(shí)間順序排序并鏈接在一起形成“區(qū)塊鏈”，這種類似分布式分類賬本的記錄方式是經(jīng)過(guò)加密的， 不可篡改的。 區(qū)塊鏈廣義上的概念為，一種通過(guò)“塊”型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)及驗(yàn)證、運(yùn)用分布式節(jié)點(diǎn)中的一致性算法進(jìn)行數(shù)據(jù)更新、使用密碼算法保證數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)訪問(wèn)的安全性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2.2 區(qū)塊鏈的主要特征

區(qū)塊鏈技術(shù)廣為人知的特點(diǎn)包括：去中心化、去信任、不可篡改、匿名性、自治性、可追溯。 在工程領(lǐng)域，目前最具有應(yīng)用價(jià)值的特點(diǎn)在于去中心化、不可篡改及可追溯。 去中心化使信息向工程參與各方共享成為可能， 多方透明， 防止暗箱操作； 不可篡改和可追溯特性對(duì)于降低工程人為事故風(fēng)險(xiǎn)及事后追責(zé)有重要意義。

2.3 區(qū)塊鏈在工程中的應(yīng)用基礎(chǔ)

無(wú)論區(qū)塊鏈應(yīng)用于哪個(gè)領(lǐng)域，其架構(gòu)是基本一致的，自下而上包含數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層、激勵(lì)層、合約層和應(yīng)用層。這些架構(gòu)層可根據(jù)場(chǎng)景需要進(jìn)行組裝，例如，在工程領(lǐng)域可以不進(jìn)行激勵(lì)層的架構(gòu)，而作為自動(dòng)腳本、保密算法和智能合約等核心的封裝層，合約層在工程質(zhì)量管理領(lǐng)域是必不可少的。

2.4 機(jī)電建設(shè)特點(diǎn)及區(qū)塊鏈的優(yōu)勢(shì)

建筑機(jī)電工程涉及單位眾多， 傳統(tǒng)的機(jī)電管理模式是封閉式的，各單位各自為戰(zhàn)，管理動(dòng)作重疊且并未做到全覆蓋，如圖1 所示。

圖1 機(jī)電建設(shè)質(zhì)量鏈傳統(tǒng)管理模式

傳統(tǒng)的機(jī)電建設(shè)質(zhì)量管理模式有以下顯著弊端。

組織層面： 以業(yè)主為絕對(duì)中心的質(zhì)量管理高度依賴業(yè)主專業(yè)能力。 其余各單位間存在嚴(yán)重的信任問(wèn)題，不利于項(xiàng)目質(zhì)量協(xié)同管理。

管理層面：機(jī)電工程交接面眾多，現(xiàn)缺乏直接有效的協(xié)調(diào)約束機(jī)制，導(dǎo)致推諉質(zhì)量責(zé)任頻發(fā)，質(zhì)量問(wèn)題追溯困難。

信息層面：各方質(zhì)量信息不對(duì)等，且信息安全性不夠，進(jìn)一步加劇了各方互信問(wèn)題。

上文簡(jiǎn)要介紹了區(qū)塊鏈技術(shù)的主要特點(diǎn)，其去中心化、信息可追溯、明確責(zé)權(quán)、提升信息安全等優(yōu)點(diǎn)可有效解決當(dāng)前機(jī)電工程質(zhì)量協(xié)同管理的困局， 區(qū)塊鏈在機(jī)電協(xié)同管理中的應(yīng)用基礎(chǔ)見表1。

表1 區(qū)塊鏈在機(jī)電協(xié)同管理中的應(yīng)用基礎(chǔ)

3 機(jī)電建設(shè)質(zhì)量管理內(nèi)嵌區(qū)塊鏈思路

3.1 區(qū)塊鏈類型的選擇

區(qū)塊鏈根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，采用不同應(yīng)用條件和特點(diǎn)的區(qū)塊鏈平臺(tái)，這些平臺(tái)大致可以分為3 類：公共鏈（免許可鏈）；私有鏈（許可鏈）；聯(lián)盟鏈（混合鏈），他們的差異對(duì)比見表2。

表2 不同平臺(tái)區(qū)塊鏈類型對(duì)比

由表2 可見，聯(lián)盟鏈僅對(duì)協(xié)議內(nèi)部成員開放，在保證信息不外泄的同時(shí)， 設(shè)置內(nèi)部成員的訪問(wèn)權(quán)限。 若有新的單位參與，需通過(guò)組織認(rèn)可方以新的信息節(jié)點(diǎn)加入信息共享平臺(tái)。 從而聯(lián)盟鏈極為適宜多方參與的集成工程， 同樣適合機(jī)電工程質(zhì)量的協(xié)同管理。

3.2 區(qū)塊鏈技術(shù)解決方案

根據(jù)上文分析的建筑機(jī)電工程傳統(tǒng)管理模式的缺陷，擬定區(qū)塊鏈技術(shù)針對(duì)這些問(wèn)題的3 個(gè)解決方案，如圖2 所示。

圖2 塊鏈技術(shù)嵌入質(zhì)量管理思路

1）建立基于區(qū)塊鏈技術(shù)的機(jī)電工程質(zhì)量管理平臺(tái)，加強(qiáng)各參建單位間的信息交流， 一定程度上避免管理重復(fù)和管理遺漏。

2）編譯智能合約，合約將基于各單位的質(zhì)量目標(biāo)、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、合作協(xié)議等，并建立信息共享、監(jiān)督觸發(fā)機(jī)制等，強(qiáng)化質(zhì)量鏈條上各節(jié)點(diǎn)單位的協(xié)同配合，填補(bǔ)交界面質(zhì)量管理短板。

3）每個(gè)管理動(dòng)作、信息更改在存入?yún)^(qū)塊時(shí)，都會(huì)被印上時(shí)間戳， 保證信息的可追溯性和工程質(zhì)量及質(zhì)量管理動(dòng)作可被監(jiān)督，同時(shí)對(duì)信息更改單位及信息訪問(wèn)單位進(jìn)行篩分，保障工程質(zhì)量信息共享的同時(shí)，保護(hù)企業(yè)商業(yè)機(jī)密。

3.3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)質(zhì)量協(xié)同管理平臺(tái)架構(gòu)

架構(gòu)可分為3 個(gè)大層：基礎(chǔ)層、核心層和應(yīng)用層，細(xì)分為7 層。

1）基礎(chǔ)層：包含數(shù)據(jù)層、設(shè)施層和作業(yè)層。 作業(yè)層是指機(jī)電建設(shè)全過(guò)程的質(zhì)量鏈，它是工程質(zhì)量數(shù)據(jù)的來(lái)源；設(shè)施層為實(shí)際工程中搜集這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)所需要的設(shè)備儀器； 數(shù)據(jù)層則將收集到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分類打包存入?yún)^(qū)塊， 各個(gè)參建的節(jié)點(diǎn)單位均有自己的數(shù)據(jù)層，可生成自己的信息區(qū)塊。

2）核心層：包含合約層、共識(shí)層和網(wǎng)絡(luò)層。 網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)P2P 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、 身份驗(yàn)證和傳播機(jī)制將數(shù)據(jù)區(qū)塊存儲(chǔ)在各節(jié)點(diǎn)單位的數(shù)據(jù)庫(kù)中。 共識(shí)層主要目的為使用DPOS（股份授權(quán)證明）機(jī)制票選出管理代表，管理其他參建的節(jié)點(diǎn)單位。 合約層主要包含的智能合約已在前文介紹，此處不做贅述。

3）應(yīng)用層：顧名思義，應(yīng)用層即為區(qū)塊鏈技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用，是其與各專業(yè)融合的接口和信息交互的載體。 在該處，應(yīng)用層為質(zhì)量協(xié)同管理平臺(tái)。

3.4 基于區(qū)塊鏈技術(shù)質(zhì)量協(xié)同管理流程

在確定好質(zhì)量協(xié)同管理平臺(tái)的架構(gòu)模式后， 參與的節(jié)點(diǎn)單位需將各個(gè)質(zhì)量管理節(jié)點(diǎn)信息、 標(biāo)準(zhǔn)等以電子合約的形式上傳至P2P 網(wǎng)絡(luò)， 按照合約既定的管理方案進(jìn)行協(xié)同質(zhì)量管理，流程如圖3 所示。

圖3 于區(qū)塊鏈的質(zhì)量協(xié)同管理流程

圖中編號(hào)所代表的流程分別為：

①項(xiàng)目各參與方組建機(jī)電工程質(zhì)量協(xié)同管理聯(lián)盟鏈節(jié)點(diǎn)，并獲取各自的公鑰和私鑰；

②利用授權(quán)機(jī)制票選出機(jī)電工程協(xié)同管理平臺(tái)的授權(quán)節(jié)點(diǎn)；

③各參與方共同制訂機(jī)電工程施工安裝方案、 質(zhì)量管理辦法及責(zé)任、獎(jiǎng)懲說(shuō)明，各單位通過(guò)各自的私鑰簽字承諾后形成智能合約，由授權(quán)節(jié)點(diǎn)將智能合約上傳至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)；

④交易、檢查、整改記錄以時(shí)間戳的形式上傳網(wǎng)絡(luò)，存入?yún)^(qū)塊；

⑤智能合約定期審查上傳的工程進(jìn)度、質(zhì)量數(shù)據(jù)，如果質(zhì)量、進(jìn)度滿足階段目標(biāo)，合約中約定的相關(guān)條款將會(huì)被觸發(fā)，自動(dòng)執(zhí)行后生成新的區(qū)塊，接至鏈尾；

⑥新增、刪除單位需向節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)起申請(qǐng)，由授權(quán)階段處理。 單位節(jié)點(diǎn)增加、刪除、訪問(wèn)工程質(zhì)量信息也需要向節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)起申請(qǐng)，由系統(tǒng)判定訪問(wèn)單位所持私鑰的權(quán)限范圍。

4 區(qū)塊鏈技術(shù)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用擴(kuò)展

從上文對(duì)區(qū)塊鏈于建筑機(jī)電質(zhì)量協(xié)同管理的應(yīng)用方案中可以看出，區(qū)塊鏈分布式、可追溯、不可篡改等特點(diǎn)在建筑領(lǐng)域一定有極為廣闊的應(yīng)用前景。 對(duì)于多方參與的協(xié)同工作，均可嵌入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，提升效率和安全性。 除了在機(jī)電工程質(zhì)量管理環(huán)節(jié)，在招投標(biāo)、工程總承包管理、建筑智慧建造、建筑運(yùn)營(yíng)管理等領(lǐng)域，均為區(qū)塊鏈技術(shù)的理想應(yīng)用場(chǎng)景。 目前，區(qū)塊鏈技術(shù)在建筑領(lǐng)域僅停留在概念設(shè)計(jì)階段， 但隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的普及和成熟，其必定成為建筑行業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型的一大助力。

5 結(jié)論

建筑機(jī)電工程專業(yè)多、單位多，質(zhì)量管理難度大，本文探討了區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)該問(wèn)題的解決方案， 并基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建機(jī)電工程質(zhì)量協(xié)同管理架構(gòu)，結(jié)論如下：

1）分析了機(jī)電工程傳統(tǒng)質(zhì)量管理方法的弊端及區(qū)塊鏈技術(shù)的特點(diǎn)， 闡述了將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于機(jī)電工程質(zhì)量管理的可行性；