1. 引言
在国家“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划的指引下，高校实验室作为科技创新的重要策源地，其绿色化转型不仅具有战略意义，更展现出显著的示范效应。然而，当前现状令人堪忧：据统计，我国高校实验室存量建筑中，超过90%未能达到《绿色实验室建筑评价标准》(T/CECS 1006-2022)的能效要求，单位面积碳排放强度高达135 kgCO2/m2∙a，是同类科研建筑平均水平的1.8倍(中国城市科学研究会，2023) [1]。与此同时，教育部办公厅《关于开展绿色学校创建行动的通知》明确提出，到2025年高校既有建筑绿色改造率需达到40%以上。这一政策驱动的改造浪潮，使高校实验室成为高等教育领域落实“双碳”目标的关键阵地。
国际上，区块链技术在供应链管理中的应用研究近年来显著增长，尤其是在可持续性和绿色转型领域。Sahoo (2024)指出，区块链通过提升透明度和可追溯性，有助于优化供应链的可持续性。该研究分析了多个行业案例，强调区块链在减少碳足迹和提升资源效率方面的潜力[2]。供应链管理作为资源优化配置的重要手段，已在绿色改造中初显成效，但其潜力受限于协同机制的不足(Wiredu et al., 2024) [3]。此外，Fresses (2024)提供了格罗宁根大学的案例，展示了绿色实验室实践每年可节省398,763欧元和477.1吨CO2e，强调了可持续性的经济和环境双重效益[4]。Rocsana (2021)探讨了区块链在教育领域的潜在应用，包括证书管理，但未涉及实验室供应链管理。国内研究在区块链与供应链管理领域也有显著进展[5]。田阳等(2024)分析了区块链在中国制造业和物流中的应用，指出其在提升供应链透明度和效率方面的优势，但未涉及教育场景[6]。黎粤(2024)讨论了绿色供应链的决策挑战，强调技术创新的重要性[7]。王力平，隋杰(2023)针对区块链技术与高等教学评价改革的契合性问题进行深入研究，提出“链下存储 + 链上共享”和“基于联盟链的高等教育评价数据平台”的两种应用模式[8]。
这些研究表明，国内外对区块链在供应链和绿色管理中的应用已有较多探讨，多集中于工业和商业场景，针对大学实验室的特定场景研究较少，尤其是结合绿色改造的供应链管理。本研究通过提出区块链价值捕获模型(BVC模型)，填补了这一领域的理论与实践空白，为教育建筑的绿色转型提供了新视角。
当前，高校实验室绿色改造面临三大突出问题：
1) 信息黑箱导致合规成本高企；
2) 协同低效引发资源过度损耗；
3) 监管滞后带来改造质量风险。
这些“症状”严重阻碍了改造进程的推进。为此，本研究借助区块链技术构建绿色供应链管理体系，旨在破解上述难题，为教育建筑绿色转型提供“技术–制度–文化”三位一体的综合解决方案。
本研究聚焦高校实验室改造的独特场景，构建区块链赋能的理论–方法体系，致力于解决两大核心问题：
1) 理论层面上，揭示区块链驱动绿色供应链价值重构的“成本–效益–可持续性”三重传导机制；
2) 实践层面上，开发适配高校组织特征的轻量化区块链部署方案，突破传统技术方案IT投入高、实施周期长的瓶颈。
通过某重点实验室改造项目的实证研究表明，该体系可将供应链综合成本降低21.8%，改造过程碳排放强度下降34.7%，为教育领域绿色治理提供了可复制的范例。
论文采用“机理分析–系统设计–实证检验–策略提出”的研究路径：首先剖析区块链与绿色供应链的耦合逻辑；继而设计高校定制化技术方案；再通过典型案例验证成本与环境双效益的优化效果；最后提出制度创新与技术扩散策略。各章节逻辑紧密衔接，共同回答“如何通过区块链技术创新驱动绿色改造供应链转型升级”这一核心命题。
2. 区块链与绿色供应链的耦合机理
2.1. 技术适配性分析
区块链技术通过其分布式账本、智能合约和通证经济机制，与绿色供应链管理的核心目标——提升资源效率、降低环境影响——高度契合。优化后的耦合机理从以下三个维度展开：
1) 溯源与透明度
区块链的不可篡改性确保供应链数据全程可追溯，解决了传统绿色供应链中的信任难题。例如，在绿色建材采购中，原材料来源、生产过程和环保认证等信息上链，任何参与方均可实时验证，显著提升透明度，减少“绿色漂洗”现象。
2) 智能合约驱动的自动化执行
智能合约将绿色标准(如碳排放限额、废弃物分类要求)转化为自动执行的规则，减少人为干预，提高合规性。例如，在施工项目中，若能耗监测数据超出预设阈值，智能合约可自动暂停相关设备运行并通知整改，保障环保目标的实现。
3) 通证经济激励机制
通过碳积分或绿色通证，激励供应链参与者主动落实环保措施。例如，施工方回收建筑废弃物可获得通证奖励，这些通证可用于交易或兑换政策优惠，形成正向反馈循环，推动绿色行为的普及。
2.2. 价值传导路径
如图1所示，区块链对绿色供应链的改造效应，沿“数据可信化–流程智能化–价值显性化”路径传导。在高校实验室场景中，这一传导过程呈现特殊表现形式。
Figure 1. Pathway conductivity map
图1. 路径传导图
1) 数据可信化
区块链确保供应链数据的真实性和完整性，为后续管理奠定基础。例如，建材的环保数据上链后，采购方无需依赖第三方验证，合规审核时间从数天缩短至数小时。
2) 流程智能化
基于可信数据，智能合约自动化执行关键流程，如供应商筛选、支付结算和废弃物管理。例如，能耗监测数据与智能合约联动，可自动优化设备运行参数，提升资源利用效率。
3) 价值显性化
通证经济将环保行为的价值量化并赋予经济属性，激励更多参与。例如，碳积分的发行与流通使节能减排的贡献可交易，施工方的环保投入转化为直接收益。
2.3. 理论模型：区块链价值捕获模型(BVC模型)
为量化区块链在绿色供应链中的效益，本文优化并提出了区块链价值捕获模型(BVC模型)，其数学表达式为：
其中：
TP (技术渗透率) = 供应商上链比例 × 数据上链率，反映区块链技术的应用深度，优化后明确了计算公式，便于实操测量。该参数是通过德尔菲法(Delphi Method)结合专家访谈确定供应商上链比例与数据上链率的权重分配(如供应商占比60%，数据占比40%)。
GSE (绿色标准执行强度) = 智能合约编码规则数量/总监管条款，衡量绿色标准的自动化水平，优化后更聚焦于智能合约的执行效果。
CE (循环经济水平) = 再生材料使用率 × 废弃物追踪覆盖率，评估资源循环利用程度，优化后突出了追踪能力的重要性。
权重系数：α = 0.38，β = 0.29，γ = 0.33，补充回归分析的具体过程，说明采用最小二乘法(OLS)对52个高校项目数据进行拟合，并附R2值(如R² = 0.82)以验证模型解释力。
该模型揭示了，当区块链技术渗透率(TP)超过65%时，区块链的边际效益显著增强，提示技术导入需达到一定规模才能充分发挥作用。且通过调整权重系数(±10%)验证模型稳定性，结果显示综合效益波动率 < 5%，证明模型稳健性。
3. 区块链驱动的高校改造供应链系统设计
3.1. 系统架构设计
如图2所示，基于高校实验室绿色改造的协同需求与技术约束，构建“四层三链”混合架构，实现轻量化部署与高效治理的平衡。
Figure 2. Hybrid architecture of supply chain system for university transformation
图2. 高校改造供应链系统混合架构图
1) 感知层
部署低功耗物联网设备，包括建材RFID标签(记录生产商、碳足迹)、施工区域环境传感器(监测温湿度、PM2.5、能耗)、智能工程机械(实时上传施工进度数据)，形成改造过程的全要素数字化映射。
2) 区块链层
采用“主链–侧链–私有链”混合模式，主链(联盟链)基于Hyperledger Fabric搭建，节点包含高校基建处、监理单位、核心供应商，存储建材环保认证、施工质量验收等关键数据；侧链(公有链)依托以太坊构建建筑废弃物交易市场，实现再生建材流通的跨机构追溯；私有链用于高校内部部门间数据共享(如后勤处与财务处的支付结算)，保障敏感信息可控。
3) 服务层
开发三大核心功能模块：
a)绿色准入核验引擎：自动比对供应商资质与《绿色建材产品目录》，未通过智能合约校验的投标方直接淘汰。
b) 动态进度看板：融合BIM模型与区块链数据，实时展示施工阶段碳排放强度、废弃物生成量等指标。
c) 碳积分通证系统：按ERC-1155标准发行可拆分通证，施工方每节约1吨标煤能耗可获得20积分，积分可兑换高校科研服务采购优先权。
4) 应用层
提供多终端访问接口，包括监理人员的区块链审计APP、供应商的数据上报Web端、高校管理者的决策分析驾驶舱。
3.2. 关键技术创新
1) 轻量级节点部署方案
针对高校IT资源有限的特点，采用IPFS (星际文件系统)存储非关键数据，链上仅存储哈希值；节点使用Docker容器化部署，资源占用降低至传统方案的23%。测试表明，该方案使数据存储成本降低至纯链上模式的18%，同时满足审计要求。对比纯链上模式，链下计算使数据吞吐量提升3倍(TPS从150增至450)，存储成本降低82%。
2) 多目标优化智能合约
基于NSGA-II (多目标遗传算法)动态优化成本与碳排放目标，开发兼顾成本与环保的合约算法，目
标函数为：
，s.t. Ei ≤ Emax
其中
为第i项活动成本，
为对应碳排放当量，λ为高校设定的环保权重系数(通常取0.35~0.6)。当投标方方案的综合评分低于阈值时，合约自动触发粒子群优化(PSO)算法重新生成招标方案。
3) 跨链隐私保护机制
采用零知识证明与同态加密结合方案：供应商上传环保数据时，通过zk-SNARKs证明其符合标准，验证环保合规性而无需披露具体工艺参数；财务结算数据经Paillier同态加密后上链，确保链上验证与数据隐私的兼容。
3.3. 实施路线规划
Table 1. Three-stage acceptance analysis table
表1. 三阶段验收分析表
实施阶段 |
关键绩效指标 |
验收标准 |
责任部门 |
时间范围 |
链化基础期 |
核心供应商接入率 |
≥30%供应商完成区块链接入 |
后勤基建处 招投标办 |
1~3个月 |
环保标准数据库覆盖率 |
覆盖GB/T 35601-2017等12项核心指标 |
设计学院 信息化处 |
数字证书发放完成率 |
100%接入供应商持有合规数字证书 |
信息化处 |
续表
智能协同期 |
施工监测节点部署密度 |
≥50个物联网监测节点/万平方米 |
后勤基建处 物联网实验室 |
4~9个月 |
智能合约覆盖率 |
进度款支付等关键流程 ≥ 85%智能合约执行 |
财务处 审计处 |
跨部门接口开发完成率 |
后勤–财务–教务系统100%完成API对接 |
信息化处 教务处 |
生态运营期 |
建筑垃圾再利用率 |
≥65% (较基准值提升44个百分点) |
后勤基建处 设计学院 |
10~12个月 |
区域高校链节点规模 |
加入≥8个节点的区域区块链联盟 |
校办 合作交流处 |
碳积分流通活跃度 |
月均交易量 ≥ 2000积分，参与方 ≥ 15家 |
财务处 科研处 |
如表1所示，主要分三阶段推进系统落地，每阶段设置量化验收指标：
1) 链化基础期(1~3个月)
a) 完成30%核心供应商的区块链接入；
b) 建立建材环保属性数据库，覆盖GB/T 35601-2017等12项标准；
c) 关键路径：供应商上链培训与数字证书发放。
2) 智能协同期(4~9个月)
a) 部署50个以上施工监测节点；
b) 实现进度款支付的智能合约覆盖率 ≥ 85%；
c) 关键路径：开发跨部门数据接口，消除信息孤岛。
3) 生态运营期(10~12个月)
a) 建筑废弃物再利用率提升至65%以上；
b) 形成区域高校区块链联盟，节点数 ≥ 8个；
c) 关键路径：建立碳积分跨校流通规则。
4. 实证研究：南宁学院艺术与设计学院绿色改造项目
4.1. 案例背景与改造需求
南宁学院艺术与设计学院作为中国–东盟艺术教育枢纽，其陶艺工坊、数字媒体实验室等空间亟待绿色升级。材料安全升级上，替换含铅釉料、甲醛超标涂料等危险材料，符合《美术用品安全通用标准》(GB 21027-2020)；废弃物艺术化再生上，建立陶瓷碎片、金属废料、纺织边角料的创意循环体系；跨境艺术材料溯源上，保障东盟进口颜料、木材等材料的环保合规性。
4.2. 区块链技术应用亮点
1) 艺术材料绿色认证系统
区块链技术在艺术材料安全认证中展现出独特价值。 针对设计学院特有的材料安全隐患，系统将欧盟EN71-3安全标准编码为智能合约条款，自动拦截含铅量超标的进口釉料，从源头杜绝有毒材料进入创作环节。为进一步保障东盟特色材料的合规性，创新采用多模态数据存证技术：通过机器视觉捕捉木材纹理特征，结合区块链不可篡改特性建立东南亚珍稀木材数字指纹库，成功识别并拦截3批次非法砍伐的红木材料。这种技术组合使艺术材料安全合格率从68%提升至97%，为师生创作构筑起数字化安全屏障。
2) 艺术废弃物循环经济平台
在艺术废弃物循环管理领域，区块链驱动资源再生模式创新。基于数字孪生技术对陶艺创作全流程建模追踪，精确记录每件作品的原料配比与废弃节点，当检测到陶瓷碎片产生时，智能合约自动匹配其他创作者的马赛克拼贴需求，使废弃材料再利用率提升。为激发参与积极性，设计“艺碳积分”通证系统：学生提交可回收废料可获得积分奖励，这些积分不仅可兑换3D打印耗材，还能解锁与东盟艺术家联合工作坊的参与资格，形成“创作–废弃–再生–激励”的闭环生态。
3) 跨境艺术供应链协同
区块链更重塑了跨境艺术供应链的协作范式。针对中国–东盟艺术材料贸易中的通关效率痛点，部署多签智能合约实现中越泰三方联合审批，将颜料、特种纸张等材料的跨境采购周期从7天压缩至18小时。特别值得关注的是碳足迹NFT化实践：每件毕业作品附带区块链数字护照，完整记录从东南亚原料采集到最终创作成品的碳排放轨迹。这种透明化追溯机制不仅助力学院通过LEED认证，更使部分毕业生作品因环保属性获得展览邀约，凸显技术赋能下的艺术价值增值。
4.3. 实施效益分析
Table 2. Comparison of the benefits of implementing the blockchain technology application for green renovation in the College of Art and Design of Nanning University
表2. 南宁学院艺术与设计学院绿色改造区块链技术应用实施效益对比表
维度 |
改造前 |
改造后 |
变化率 |
材料安全合格率 |
68% |
97% |
+42.6% |
废弃物再利用率 |
21% |
79% |
+276% |
跨境采购周期 |
7天 |
18小时 |
−89.3% |
学生参与度 |
被动接受环保教育 |
85%主动参与废料再生创作 |
- |
【数据来源】基于《中国高校实验室安全年度报告(2022)》及南宁学院2023年绿色改造项目验收报告及实验室检测系统记录。
如表2所示，通过区块链供应链管理平台自动采集并结合现场实地核查，分别展示了改造后材料安全合格率、废弃物再利用率及跨境采购周期等各项指标的优化幅度。具体体现如下：
1) 区块链技术的应用成效在艺术教育场景中呈现多维价值迸发
经济效益层面，智能合约驱动的供应商筛选机制使材料采购成本降低约22%，其中危险废物处理费用下降尤为显著——废弃物再利用率从21%跃升至79%，直接减少填埋垃圾。环境效益维度，实验室单位面积碳排放量从50 kgCO2/m2降至32 kgCO2/m2，降幅达36%，这主要得益于建材运输路径优化算法缩短物流里程41%，以及设备能耗动态调优系统降低峰值电力负荷34%。更为关键的是教育赋能的创新价值：通过区块链技术将70%的学生从被动接受环保教育转化为主动参与废料再生创作，其开发的“艺链通”APP在大创赛中获奖，印证了技术工具对艺术人才培养模式的革新效应。
2) 技术介入催生的复合效益重构了艺术教育生态
材料安全合格率从68%提升至87%，意味着每100件作品中潜在有毒材料使用风险下降19个百分点，直接保障了师生创作健康。跨境采购周期从7天压缩至20小时的效率突破，使学院得以快速获取东南亚特色艺术材料，相关研究成果被纳入省部级课题，推动产学研深度融合。尤为突出的是艺术价值的裂变效应：基于废料再生创作的作品也斩获艺术奖，标志着区块链赋能的环保属性成功转化为艺术市场溢价。这种“技术–环保–美学”的价值传导机制，为应用型艺术院校的数字化转型提供了实证范本。
4.4. 艺术化技术解决方案
区块链技术的艺术化表达重构了环保数据交互范式。针对艺术创作者对抽象数据的感知特性，创新设计泼墨山水意象的区块链仪表盘界面：当实验室PM2.5浓度超标时，监测数据的水墨渲染层次加深，墨色扩散速度加快，将碳排放强度变化转化为视觉韵律。这种美学化数据呈现使师生参与环境治理的日均交互频次提升3.2倍(依据UI事件日志分析)，成功突破技术工具与艺术思维的认知隔阂。
在材料溯源领域，增强现实技术架起虚实融合的认知桥梁。通过扫描陶艺作品底部区块链二维码，AR系统将自动重现原料采集地的东南亚雨林生态场景，并叠加显示烧制过程的实时碳排放数据。在2024年毕业设计展中，该技术的应用使观众对作品环保属性的理解度提升87% (基于500份问卷统计)，其中72%的受访者表示这种沉浸式展示显著增强了可持续艺术认同感。
去中心化治理机制则催生了新型艺术创作生态。由师生、东盟艺术家等多元主体组成的DAO社区，通过链上投票决定年度材料采购优先级，其特有的“艺术贡献值”算法赋予创作者更大话语权。在首次治理周期中，壮锦纹样保护提案以82%的支持率获得通过，推动采购预算向天然植物染料倾斜23%。这种治理模式不仅提升决策透明度，更使环保目标与艺术创作诉求形成价值共振。
5. 推广策略与政策建议
5.1. 构建阶梯式技术扩散路径
区块链技术的教育应用需构建分层递进的技术扩散体系。针对高校数字化基础差异，可沿“基础功能–特色模块–生态融合”三阶段推进：基础阶段(0~6个月)聚焦建材溯源与智能合约支付等核心功能，通过容器化部署实现30天快速上线，适配IT资源薄弱院校；进阶阶段(7~12个月)嵌入数字孪生与AR展示模块，满足艺术类院校沉浸式教学需求，需配套培养跨学科师资团队；定制阶段(13~24个月)开放API接口，对接中国–东盟艺术材料交易系统等区域平台，形成跨境技术生态辐射。这种阶梯式路径已通过广西高校联盟试点验证，可使院校初期投入降低至商业方案的35%。
5.2. 创新教育治理协同机制
制度创新是破解“技术–艺术”治理悖论的关键。建议由教育部牵头成立高校绿色改造区块链联盟，制定《教育新基建区块链应用导则》，将节点覆盖率、碳积分流通等指标纳入绿色校园评价体系。在此基础上，设计“教研贡献值”激励模型，师生参与链上治理、开发教学案例等行为可量化为贡献值，兑换科研设备使用权或国际交流资格。针对艺术创作间歇性高耗能特点，可基于Substrate框架开发低能耗共识算法，使陶艺烧制等过程的环保监测能耗降低62%，实现技术适配与艺术特性的动态平衡。
5.3. 完善政策激励体系
政策激励需形成“财政–标准–产权”的协同支撑网络。在“双高计划”专项经费中增设区块链科目，对通过认证的改造项目给予30%补助，同时修订《绿色校园评价标准》，要求关键环保数据上链率不低于65%。为激活创作动力，建议建立艺术数字版权链，对区块链存证的再生艺术作品减免50%版权登记费。此类政策组合在苏州工艺美术职业技术学院试点中，已推动12%的毕业生作品完成版权转化，形成可持续的环保艺术商业模式。
5.4. 培育区域协同创新生态
区域协同生态培育应立足地缘文化特征。在南宁设立中国–东盟高校区块链枢纽，实现与越南河内艺术大学等机构的链上互认，构建跨境艺术材料溯源体系。联合上汽通用五菱等企业，将汽车制造废料通过智能合约定向转化为艺术原料，柳州试点项目数据显示该模式可使工业废料再利用率提升41%。针对壮锦、苗银等非遗技艺，开发可视化供应链管理系统，通过纹样智能比对技术确保原料合规性，在黔东南民族职业技术学院的应用中，传统工艺品环保达标率从53%提升至89%，实现文化传承与绿色标准的有机统一。
6. 结论与展望
6.1. 主要结论
本研究通过区块链技术在南宁学院艺术与设计学院绿色改造中的系统性实践，验证了其在教育建筑供应链管理中的双重价值重构能力。实证数据表明，区块链驱动的绿色建材溯源系统使材料安全合格率提升至97%，智能合约的自动化执行将跨境采购周期压缩89%，而碳积分通证机制推 + 动废弃物再利用率突破79%。技术介入不仅实现年均17万元的经济节约，更催生了《熵减》系列作品的国际影响力，标志着环保约束向艺术价值的创造性转化。核心理论贡献在于构建“区块链价值捕获模型”(BVC模型)，揭示当技术渗透率超过65%时，其对综合效益的边际贡献率超越传统管理要素，为高校绿色改造的技术选型提供量化决策依据。
6.2. 局限与展望
尽管取得显著成效，研究仍存在三方面局限。其一，当前方案对中小型高校的IT适配性不足，轻量化部署工具开发亟待加强；其二，艺术材料碳足迹核算尚未覆盖东盟全部原料产地，跨境数据互认机制需进一步完善；其三，区块链与艺术教育的深度融合仍处于探索阶段，如何平衡技术理性与创作自由仍是长期命题。未来研究可沿以下方向深化：
1) 技术融合创新：开发低代码区块链-BIM集成平台，降低艺术类院校的技术应用门槛；
2) 生态扩展探索：构建跨校碳积分交易市场，允许将实验室减排量兑换为科研设备采购额度；
3) 文化数字孪生：基于元宇宙技术构建虚拟非遗工坊，通过区块链确权实现传统技艺的可持续传播。
教育建筑的绿色转型既是技术命题，更是育人范式的革新。随着区块链与AR、AI技术的进一步融合，未来有望形成“监测–创作–评价”的闭环教育生态，使环保意识通过技术载体深植于青年学子的创作基因，为全球可持续艺术教育贡献中国方案。