1 引言

建筑工程管理的现代化和信息化是提升工程质量、 节约建设资源的重要措施。 机电工程属于建筑工程的复杂配套工程，涉及信号、电力、通信等多项专业，技术含量高、参建单位多，传统总包单位对机电工程的质量管理始终存在不小难度。

对于复杂集成工程的质量管理， 国内外研究人员均做出不少探索。 Troczynski[1]首先提出质量链管理的概念。 Beach T[2]将内部集成、客户集成及供应商集成综合考虑，提出了更加完善的质量链管理概念。陈雍君[3]等分析了机电工程传统封闭管理模式的弊端，提出了综合接口管理、工程过程及信息共享的质量协同管理方案。

目前， 对建筑机电工程协同质量管理的研究还停留在理论阶段，信息化程度还不够深入，缺乏对项目总体过程、涉及单位质量流的管理研究。 因而，本文引入区块链技术构建建筑机电工程质量协同管理框架， 提出区块链技术在建筑建设管理中的应用方案。

2 区块链相关概念及应用基础

2.1 区块链基本概念

区块链这一概念起源于2008 年中本聪（Satoshi Nakamoto）发表的论文《比特币：一种点对点电子现金系统》。 从狭义上来讲，区块链是一种链式数据结构，“区块”存储数据信息，将各个“区块”按照时间顺序排序并链接在一起形成“区块链”，这种类似分布式分类账本的记录方式是经过加密的， 不可篡改的。 区块链广义上的概念为，一种通过“块”型数据结构进行存储及验证、运用分布式节点中的一致性算法进行数据更新、使用密码算法保证数据传输和数据访问的安全性的数据结构。

2.2 区块链的主要特征

区块链技术广为人知的特点包括：去中心化、去信任、不可篡改、匿名性、自治性、可追溯。 在工程领域，目前最具有应用价值的特点在于去中心化、不可篡改及可追溯。 去中心化使信息向工程参与各方共享成为可能， 多方透明， 防止暗箱操作； 不可篡改和可追溯特性对于降低工程人为事故风险及事后追责有重要意义。

2.3 区块链在工程中的应用基础

无论区块链应用于哪个领域，其架构是基本一致的，自下而上包含数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层。这些架构层可根据场景需要进行组装，例如，在工程领域可以不进行激励层的架构，而作为自动脚本、保密算法和智能合约等核心的封装层，合约层在工程质量管理领域是必不可少的。

2.4 机电建设特点及区块链的优势

建筑机电工程涉及单位众多， 传统的机电管理模式是封闭式的，各单位各自为战，管理动作重叠且并未做到全覆盖，如图1 所示。

图1 机电建设质量链传统管理模式

传统的机电建设质量管理模式有以下显著弊端。

组织层面： 以业主为绝对中心的质量管理高度依赖业主专业能力。 其余各单位间存在严重的信任问题，不利于项目质量协同管理。

管理层面：机电工程交接面众多，现缺乏直接有效的协调约束机制，导致推诿质量责任频发，质量问题追溯困难。

信息层面：各方质量信息不对等，且信息安全性不够，进一步加剧了各方互信问题。

上文简要介绍了区块链技术的主要特点，其去中心化、信息可追溯、明确责权、提升信息安全等优点可有效解决当前机电工程质量协同管理的困局， 区块链在机电协同管理中的应用基础见表1。

表1 区块链在机电协同管理中的应用基础

3 机电建设质量管理内嵌区块链思路

3.1 区块链类型的选择

区块链根据不同的应用场景，采用不同应用条件和特点的区块链平台，这些平台大致可以分为3 类：公共链（免许可链）；私有链（许可链）；联盟链（混合链），他们的差异对比见表2。

表2 不同平台区块链类型对比

由表2 可见，联盟链仅对协议内部成员开放，在保证信息不外泄的同时， 设置内部成员的访问权限。 若有新的单位参与，需通过组织认可方以新的信息节点加入信息共享平台。 从而联盟链极为适宜多方参与的集成工程， 同样适合机电工程质量的协同管理。

3.2 区块链技术解决方案

根据上文分析的建筑机电工程传统管理模式的缺陷，拟定区块链技术针对这些问题的3 个解决方案，如图2 所示。

图2 块链技术嵌入质量管理思路

1）建立基于区块链技术的机电工程质量管理平台，加强各参建单位间的信息交流， 一定程度上避免管理重复和管理遗漏。

2）编译智能合约，合约将基于各单位的质量目标、验收标准、合作协议等，并建立信息共享、监督触发机制等，强化质量链条上各节点单位的协同配合，填补交界面质量管理短板。

3）每个管理动作、信息更改在存入区块时，都会被印上时间戳， 保证信息的可追溯性和工程质量及质量管理动作可被监督，同时对信息更改单位及信息访问单位进行筛分，保障工程质量信息共享的同时，保护企业商业机密。

3.3 基于区块链技术质量协同管理平台架构

架构可分为3 个大层：基础层、核心层和应用层，细分为7 层。

1）基础层：包含数据层、设施层和作业层。 作业层是指机电建设全过程的质量链，它是工程质量数据的来源；设施层为实际工程中搜集这些基础数据所需要的设备仪器； 数据层则将收集到的基础数据分类打包存入区块， 各个参建的节点单位均有自己的数据层，可生成自己的信息区块。

2）核心层：包含合约层、共识层和网络层。 网络层通过P2P 网络协议、 身份验证和传播机制将数据区块存储在各节点单位的数据库中。 共识层主要目的为使用DPOS（股份授权证明）机制票选出管理代表，管理其他参建的节点单位。 合约层主要包含的智能合约已在前文介绍，此处不做赘述。

3）应用层：顾名思义，应用层即为区块链技术在各领域的应用，是其与各专业融合的接口和信息交互的载体。 在该处，应用层为质量协同管理平台。

3.4 基于区块链技术质量协同管理流程

在确定好质量协同管理平台的架构模式后， 参与的节点单位需将各个质量管理节点信息、 标准等以电子合约的形式上传至P2P 网络， 按照合约既定的管理方案进行协同质量管理，流程如图3 所示。

图3 于区块链的质量协同管理流程

图中编号所代表的流程分别为：

①项目各参与方组建机电工程质量协同管理联盟链节点，并获取各自的公钥和私钥；

②利用授权机制票选出机电工程协同管理平台的授权节点；

③各参与方共同制订机电工程施工安装方案、 质量管理办法及责任、奖惩说明，各单位通过各自的私钥签字承诺后形成智能合约，由授权节点将智能合约上传至区块链网络；

④交易、检查、整改记录以时间戳的形式上传网络，存入区块；

⑤智能合约定期审查上传的工程进度、质量数据，如果质量、进度满足阶段目标，合约中约定的相关条款将会被触发，自动执行后生成新的区块，接至链尾；

⑥新增、删除单位需向节点网络发起申请，由授权阶段处理。 单位节点增加、删除、访问工程质量信息也需要向节点网络发起申请，由系统判定访问单位所持私钥的权限范围。

4 区块链技术在建筑领域应用扩展

从上文对区块链于建筑机电质量协同管理的应用方案中可以看出，区块链分布式、可追溯、不可篡改等特点在建筑领域一定有极为广阔的应用前景。 对于多方参与的协同工作，均可嵌入区块链技术，提升效率和安全性。 除了在机电工程质量管理环节，在招投标、工程总承包管理、建筑智慧建造、建筑运营管理等领域，均为区块链技术的理想应用场景。 目前，区块链技术在建筑领域仅停留在概念设计阶段， 但随着区块链技术的普及和成熟，其必定成为建筑行业升级转型的一大助力。

5 结论

建筑机电工程专业多、单位多，质量管理难度大，本文探讨了区块链技术对该问题的解决方案， 并基于区块链技术构建机电工程质量协同管理架构，结论如下：

1）分析了机电工程传统质量管理方法的弊端及区块链技术的特点， 阐述了将区块链技术应用于机电工程质量管理的可行性；