工程质量问题贯穿于建设项目的整个生命周期，任一环节出问题，都会影响工程质量，甚至酿成严重的工程事故。工程质量管理中常出现的问题包括工程质量事前预防不严谨、事中控制不到位、事后追责不精准等。因此，需要构建质量管理及追溯系统以实现全过程的质量控制、问题追溯并精确问责。然而，目前研究领域对质量追溯的相关研究较少；实践领域还主要依靠粗放的传统管理模式，如质量控制依靠工程质量责任制，质量追溯依靠人工调查散落于各参与方的书面记录等，质量管理与追溯难度大、效率低。因此，亟需改变目前低效率的质量管理与追溯方式，建立能够真正发现、预防、追溯质量问题的管理与追溯系统。

当前，各种新技术已经渗透到建筑领域，不断改变建筑行业的固有模式。其中，区块链作为全新分布式账本形式的数据库技术，由于其深度整合了P2P网络技术、非对称加密技术、共识机制、链上脚本等多种技术，在信息数据管理及追溯方面具有巨大优势。因此，可进行区块链在工程质量管理及追溯领域应用的探索。

学者们在全过程质量管理、追溯系统、区块链等方面进行了有益的研究：

(1）针对工程质量管理的研究大多注重施工阶段质量控制，对全过程质量管理的研究仍局限于建设各阶段的改进；

(2）追溯系统的研究大多在于食品质量、农业，且形成产学研一体的全面研究，而在工程领域中仅有对通过二维码建立质量追溯的研究；

(3）在研究区块链的特点、组成及运行机制等基础上，更多研究集中于其在金融、社会系统中的应用。特别地，有研究发现区块链为各行业建立了新的信任模式，为行业痛点带来变革性的解决方案；

(4）同时，也有研究逐步将区块链引入工程研究领域中。

上述研究成果为本文提供了有益参考和理论支撑：区块链技术使建设项目全过程质量管理及追溯成为可能，有助于解决工程质量难以把控、质量问题无法追溯等痛点问题。因此，本文致力于构建基于区块链技术的建设项目质量管理及追溯系统的基本框架，使其具备多角色、多要素和全过程的信息管理能力，以及预防性、快速性、准确性、规范性的质量管理、查询与追溯功能。

区块链中的数据需通过全链共识验证后才能存储，可保障信息可靠性，为真实追溯打下基础；独有的分布式账本及信息不可篡改等特点能够将信息进行全记录；时间戳特征方便信息追踪与证实；信任机制可解决工程建设中多方参与的信任危机；智能合约能够实现对信息的快速反应。这些优势完美地契合工程质量管理与追溯的需求。

(1）工程数据信息量大

工程建设全过程质量管理包含项目生命周期的所有经济、管理、技术等信息；同时大量用户的参与，积累了大量交易数据。区块链分布式账本式的数据管理技术为上述问题提供了重要的解决方案。

(2）信息关联性管理

全过程质量管理需将对全过程建设信息数据进行分析、管理，同时大量信息处于变动状态。而区块链上的节点绑定了交易者的信息，记录了每一笔交易，而且交易传递路径也被标记，且不能被第三方任意篡改，可保证信息完整地记录和追溯，且真实透明。

(3）多方协同工作

建设过程由多方参与，进行多边信息传送，达到信息共享，使各专业协同工作，实现建设全过程多阶段协同运作。而基于区块链技术中的共识，营造出系统内部信任环境；通过设智能合约，形成良好的协同合作环境。

通过区块链技术信息不可篡改性、透明性及多方访问能力可跟踪工程建设全过程中信息变化，极大地提升各环节效率和准确性；并通过区块链技术对危险因子分析、预警、自动执行溯源，预防工程质量问题；其应用能够促使参与主体在建设过程中必须行为规范，形成工程质量的全过程监管。因此，基于区块链技术的工程建设质量管理及追溯系统构建的目标是：通过区块链技术的嵌入，实现工程建设质量信息的全程监管，提高质量管理精细化程度以提高工程质量；实现质量精确追溯，从而解决质量问题难以找到根源、事后问责不济的情况。

以区块链为手段构建的质量管理及追溯系统，可将各阶段与多参与主体紧密联系在一起，形成快速反应并相互监管的集成化动态联盟组织，促使建设全过程、全参与主体共同监管全范围的质量行为和活动，净化行业质量管理环境。

通过本系统实现质量管理及追溯的逻辑如图1所示。

(1）以区块链为技术支撑手段，构建质量管理及追溯系统，保障工程建设全过程质量管理顺利实施。工程建设全过程质量管理涉及多技术、多环节、多主体等，其管理、规划、优化的任务艰巨。因此，有效的建设全过程质量管理需要更强大的技术工具来提高运作效率，区块链技术的优势契合了本系统需求，可保证系统可行性。

(2）以实现工程建设质量全过程管理为前提，达到质量问题可追溯。基于区块链技术形成环环相扣的全过程质量管理，这是工程质量检查或质量问题追溯的前提，可从根本上解决工程质量问题问责难的情况。

(3）以实现质量问题追溯为前提，促使形成参与主体相互监管平台。在工程质量全过程管理体系中，参与主体将技术、资金等资源整合，高效实行质量追溯，不仅可使建设过程中各部门形成自我监管，也使外部的协同监管都公开透明。

如图2所示，系统整体架构分为六层，分别包括数据存储层、技术服务层、接口层、功能层、应用层及用户层。

(1）数据储存层。选择“联盟区块链”作为组织形式，其共识过程是由若干个主要节点管理，这种形式既能够保证组织运作的效率，又可以兼顾系统安全和成员共同维护的特性，其中所有数据都遵循区块链格式、加解密算法和传递机制加上时间戳存储于区块链各节点的数据库中。

(2）技术服务层。技术服务层包括四大部分：账户体系、分布式账本、合约区，共识机制。1）账户体系管理所有账户账号及秘钥信息，进行身份验证、接入管理；2）分布式账本以HASH算法登记交换的资产、交易执行、数据共识等；3）合约区将政策、法律条文、行业标准、合同等内容以智能合约的形式内嵌在区块链中，实现职能跟随工作流程被自动化、强制化地执行；根据智能合约使各环节能够自动执行对质量指标的排查，及时发现问题，避免质量问题的发生，其过程如图3所示。4）共识机制呼应联盟区块的决策特点，使用POS权益证明的准入共识机制，成员的准入由建设单位和政府部门作为牵头单位组建联盟，其他相关政府部门、企业和组织被联盟批准后作为成员节点加入区块链，准入式机制可以承载政府部门对企业资质的审核与管理，保证参与主体的合法合规性。

(3）接口层。接口层应用APIS实现系统内部的交互。

(4）功能层。功能层是系统面向参与主体提供应用功能，针对不同角色工作职能的功能呈现。构建面向监管部门、企业、技术人员的多角色信息共享系统，包括数据采集与分析、溯源编码、溯源验证、技术方案推荐、危险预警等功能。参与主体可以通过本系统加强与建设过程中其他上下游单位的信息交换；建设单位及施工单位能够更加准确地掌握工程动态；在工程出现质量问题时通过系统及时追溯问题源头；政府监管部门可以提高办事效率，加强质量监管。

(5）应用层。应用层采取构建BIM平台作为开放窗口向用户提供服务。BIM平台上提供查询窗口供用户查找信息，同时其作为外部数据库根据用户需求提取区块链信息，快速呈现于用户。

(6）用户层。用户层包括材料供应方，设计单位，勘察单位，建设单位，施工单位，监理单位，物业单位，政府部门等。

系统框架各层级之间逻辑关系如图4所示。

工程建设流程一般分为四大阶段：投资决策阶段、工程设计阶段、采购与施工阶段、交付使用阶段，各阶段内又包括若干关键工作节点，如图5所示。

工程建设质量管理及追溯系统的建立首先要基于工程建设流程，采集各阶段各节点的数据信息，建立全过程完整信息数据库。以建筑材料信息采集为例，收集建筑材料属性信息（名称、厂家、规格、批号等）及相关控制管理信息，包括环境信息（储存环境卫生、温度湿度等）、控制信息（使用部位等技术参数）、管理信息（责任人、管理制度、执行标准等）等。

如图6所示，根据工程项目流程所形成的数据库建构8个功能子系统。

(1）工程项目智能化决策。工程项目的智能化决策是通过建立定量分析各种因素对工程的影响模型，分析实时信息，得到初步的风险评估，以提高可行性研究的精度和深度以及投资决策的准确性与科学性，避免因决策不当对后期工程实施质量的影响。

(2)BIM设计质量控制。通过虚拟建筑模型设计和检测分析，以及有效地协同工作与交流，在施工之前解决所有设计问题，确保设计可建造，减少设计与施工返工、提高工程质量；且建筑信息在建设过程中能够动态调整，从而加快紧急情况下的决策进度，提高决策质量和项目质量。

(3）建筑材料、机械设备管理。对建筑材料、机械设备实行从预定、进场到使用的全方位跟踪、监控和管理，保证建筑材料与机械来源有出处，施工使用、维修等有记录。

(4）施工过程智能化质量控制。通过分析施工现场信息，对照设计方案，对施工现场工作节点进行分析、预测等，实现对全部现场技术状况做到精确、高效地分析处理，从而加强施工质量管理。

(5）验收过程管理。加强竣工验收阶段的质量控制，主要是要严格执行竣工验收制度和验收程序。在本系统内施工方可自查是否满足竣工验收的条件，政府部门可直接检查需验收的文件，且现场验收过程也被直接录入系统内，保证过程公开透明，确保工程建设质量的全面落实。

(6）质量维修保障。通过对建筑物状态进行信息收集、识别和监控，预测是否出现质量问题，并及时预警；以及自动定时安排维修检查，保证工程得到正当的保修。

(7）危险因子的风险评估与追溯方案。如图7所示，通过系统，关联工程建设全过程的质量信息，在数据采集时进行危险因子识别，预测危险因子影响范围，进行风险评估，根据评估结果，提示是否需要进行防范和处理（预警），根据预警结果，如果危险需要进行处理，则对危险因子进行溯源，以及时发现隐患和问题源头，根据危险源头的风险程度判断是否做出调整，若需要调整，提出解决方案，重新进行数据分析，若不需要处理则结束此流程，以此循环加强对质量问题预防。

本系统的查询与追溯过程是将建设过程层级化。如图5所示，第一级为建设过程四大阶段，第二级为第一级下的关键节点，如1.1项目建议书、1.2可行性研究、1.3项目评估、1.4立项决策（第二级），第三级又为第二级下的分支，以此分层作为在查询窗口选择查询范围的依据。

在系统运行阶段，根据建设过程以及层次划分，通过API将区块链中数据导出，形成监听与解析模块，并导入到BIM平台中；以BIM平台作为媒介，用户在BIM平台查询接口内逐级选择节点信息作为所要追溯问题的关键词条，实现查询与追溯。此查询与追溯过程以简单的实现方式换取较高的查询效率和丰富的查询功能，如图8所示。

目前实践中对工程质量管理及追溯的方式仍较为传统，表1给出了基于区块链的工程建设质量管理及追溯系统与传统管理方式的对比，反映了本系统的优势。

基于区块链的工程建设质量管理与追溯系统可实现对全过程信息的记录、监管，对危险因子进行评估及追溯，有助于解决工程建设产业内部信任问题、监管问题、发展问题。

本文将区块链这一新技术引入工程质量全过程管理之中，提出了利用区块链将工程建设质量管理中各阶段与多参与主体紧密联系在一起，真正实现全过程质量管理，形成快速反应并相互监管的集成化动态联盟组织的思想，并构建了参与主体高度自治、协同监管、信息不可篡改、危险因子可追溯的工程建设质量管理及追溯系统的框架，为实现全过程质量管控和质量问题追溯提供了解决方案。

构建基于区块链技术的工程建设质量管理及追溯系统框架对于推进工程建筑行业现代化改革具有重大的意义，其能够解决工程建设管理过程中的两个层面的问题：一是为解决工程建设全过程中质量管理及追溯的行业痛点问题提供解决方案；二是探索了区块链技术在工程建设质量管理方面的作用机制和意义，为未来区块链技术广泛应用于建设领域提供了可能性，有助于解决工程建设产业内部信任问题、监管问题、发展问题。