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        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

        2023-08-17 10:33:02吳鴻毅
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2023年14期
        關(guān)鍵詞:信息質(zhì)量管理

        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)過加密的, 不可篡改的。 區(qū)塊鏈廣義上的概念為,一種通過“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)部成員的訪問權(quán)限。 若有新的單位參與,需通過組織認(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)全過程的質(zhì)量鏈,它是工程質(zhì)量數(shù)據(jù)的來源;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)懲說明,各單位通過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;

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