基于區(qū)塊鏈與BIM 技術(shù)的綠色建筑管理平臺(tái)的應(yīng)用研究

王夢超

(華東都市建筑設(shè)計(jì)研究總院)

1 引言

在國家政府的提倡和法律法規(guī)的要求下，大力發(fā)展綠色友好型建筑是整個(gè)建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然之路。綠色建筑的可持續(xù)性發(fā)展，首先需要在建筑全生命周期內(nèi)對(duì)各種建筑材料、設(shè)備的完整信息了如指掌，通過協(xié)同優(yōu)化的管理方式，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、提效降本的目標(biāo)，這也是需要BIM 技術(shù)助力的緣由[1]。BIM 技術(shù)作為一種設(shè)計(jì)輔助工具，一種信息化共通平臺(tái)，一種開放性共享環(huán)境，在三維模型的基礎(chǔ)上加上時(shí)間和成本維度，在數(shù)據(jù)傳輸、信息交換的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)透明、實(shí)時(shí)、精細(xì)化管理，進(jìn)而縮短工程進(jìn)度，提升工程質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益。

區(qū)塊鏈?zhǔn)窃从诒忍貛诺囊环N底層技術(shù)體系，被廣泛應(yīng)用于金融、醫(yī)療、建筑等實(shí)體經(jīng)濟(jì)的通用性信息技術(shù)。區(qū)塊鏈從本質(zhì)上說就是一個(gè)分布式的共享賬本，一種去中心化、公開透明的、讓每個(gè)人共同參與維護(hù)的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫[2]。早在2015 年我國推出“互聯(lián)網(wǎng)+”以后，在包括國務(wù)院《“十三五”國家信息化規(guī)劃》等文件中就明確強(qiáng)調(diào)了區(qū)塊鏈舉足輕重的國策地位，即作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破口，作為新型智慧城市建設(shè)的重要探索方向。因此，探索研究了基于區(qū)塊鏈與BIM 技術(shù)的綠色建筑管理平臺(tái)的應(yīng)用框架與推廣價(jià)值。

2 BIM 平臺(tái)下綠色建筑管理面臨的問題

建筑項(xiàng)目的實(shí)施過程中會(huì)產(chǎn)生大量的信息和數(shù)據(jù)，比如合同、圖紙、變更單，現(xiàn)場計(jì)量單等。這些信息和數(shù)據(jù)上傳到BIM 平臺(tái)，雖然有效整合了各專業(yè)分項(xiàng)領(lǐng)域的復(fù)雜知識(shí)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化作業(yè)流程，與集成協(xié)作的精細(xì)化管理，但是電子資料在迭代便利的流程中易于被修改，一旦出現(xiàn)問題，往往難于找到源頭，即使找到根源訴諸法律，取證問責(zé)也同樣困難重重[3]。

在建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工以及后續(xù)運(yùn)維中，對(duì)材料、設(shè)備的供應(yīng)鏈和資金鏈的管理也是問題不斷。比如由于建材種類繁多，供應(yīng)商來源不一，造成的品質(zhì)參差不齊；由于交通管制等額外因素，造成的運(yùn)輸費(fèi)用高昂；由于設(shè)計(jì)盲點(diǎn)或施工工藝有限，造成成本上升，預(yù)算不足。再比如采用傳統(tǒng)、手工式倉儲(chǔ)管理的公司，不僅倉儲(chǔ)成本過高，而且監(jiān)管質(zhì)量不佳，容易出現(xiàn)庫存積壓或缺乏，進(jìn)而影響工程進(jìn)度、成本投入，以及人力、財(cái)力、物力的浪費(fèi)等[2]。

綠色建筑是遵循因地制宜的原則，強(qiáng)調(diào)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)、高新技術(shù)、科學(xué)管理等方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源、能源、材料等最大限度的節(jié)約與循環(huán)使用，在滿足用戶舒適性與安全性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境和諧共生。因此，對(duì)建筑全生命周期內(nèi)所涉及的綠色建材和設(shè)備，在供應(yīng)管理上提出了更高要求[2,4]：

①建立統(tǒng)一的建材、設(shè)備綠色度認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)，從生產(chǎn)商開始對(duì)建材設(shè)備做好綠色認(rèn)定，并跟蹤記錄產(chǎn)量、銷售量、庫存量等電子信息。

②建立共通的建材設(shè)備管理機(jī)制和信息數(shù)據(jù)平臺(tái)，使項(xiàng)目主要參與方能及時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)精度、施工質(zhì)量、供配貨情況，跟蹤把控建材設(shè)備的庫存、需求與成本，避免進(jìn)度拖延、資金不足、質(zhì)量隱患等問題。

③建立閉環(huán)的信息交付工作流程，從設(shè)計(jì)到施工再到后續(xù)無縫對(duì)接運(yùn)維平臺(tái)，使物業(yè)管理輕松掌控各建材設(shè)備的維修保養(yǎng)、更換售后等信息。

3 區(qū)塊鏈技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)勢

區(qū)塊鏈 (Blockchain technology，BT)被稱為繼互聯(lián)網(wǎng)之后，能改變世界的下一代顛覆性核心技術(shù)，它最早出現(xiàn)在2008 年中本聰?shù)摹侗忍貛牛阂环N點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電子現(xiàn)金系統(tǒng)》[2-3,5]。區(qū)塊鏈?zhǔn)菍?shù)據(jù)存放在叫區(qū)塊的地方，再按照時(shí)間順序、以鏈條方式將這些區(qū)塊組合成特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并運(yùn)用大量的密碼學(xué)知識(shí)來確保系統(tǒng)的安全性，防止數(shù)據(jù)被篡改、信息被造假。每個(gè)區(qū)塊包含了當(dāng)前的有效交易列表，以及對(duì)前一個(gè)區(qū)塊的加密引用。因此，區(qū)塊鏈具有去中心化分布式存儲(chǔ)，公開透明、不可篡改，信任共享的功能特點(diǎn)。

日趨成熟的BIM 技術(shù)為區(qū)塊鏈在建筑行業(yè)的推廣應(yīng)用提供了絕佳的基礎(chǔ)平臺(tái)。著名的工程公司Arup 在《BIM 區(qū)塊鏈報(bào)告》中寫到：“建筑的交付，運(yùn)營和服務(wù)部門受到高度分散、低利潤和不可預(yù)測建筑效能的多方面困擾。專家預(yù)測，區(qū)塊鏈技術(shù)的實(shí)施——無中間層的可信任網(wǎng)絡(luò)，允許每個(gè)人就單一事實(shí)達(dá)成一致——將很快實(shí)現(xiàn)可觀的運(yùn)營改進(jìn)，從而提高質(zhì)量并降低項(xiàng)目成本?！?/p>

因此將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到建筑項(xiàng)目管理中，對(duì)工程招投標(biāo)、安全質(zhì)量事故溯源、合同管理、供應(yīng)鏈管理、風(fēng)險(xiǎn)管理等都有巨大的現(xiàn)實(shí)意義[2-3,5]：

1）去中心化、去信任化

區(qū)塊鏈?zhǔn)怯杀姸喙?jié)點(diǎn)（服務(wù)器）共同組成的一個(gè)端到端的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不需要借助中心化的設(shè)備或第三方管理機(jī)構(gòu)擔(dān)保，節(jié)點(diǎn)之間通過數(shù)字簽名技術(shù)即可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。建筑項(xiàng)目各參與方在數(shù)據(jù)共享和完成交易時(shí)，無需建立共同的信任體系即可直接達(dá)成共識(shí)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的交換。

2）不可篡改、可追溯性

一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)的修改，是不會(huì)影響整個(gè)鏈上的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的。所以被蓋上時(shí)間戳的交易記錄會(huì)永久保存在區(qū)塊鏈之中，具有不可篡改性。而且按照時(shí)間順序，項(xiàng)目參與方可以搜索查詢到每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的全部數(shù)據(jù)，對(duì)建筑材料的生產(chǎn)、供應(yīng)進(jìn)行全過程追溯。

3）透明性、開放性

區(qū)塊鏈中除了私有信息，其他都是公開的，從而保證了系統(tǒng)高度透明，便于工程項(xiàng)目的審計(jì)和監(jiān)督。通過公開接口，項(xiàng)目參與方可以了解和查詢交易情況及相關(guān)參數(shù)信息，將信息不對(duì)稱而導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)損失最小化。

4）安全性、可靠性

區(qū)塊鏈技術(shù)所擁有的獨(dú)特加密方式和鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的安全性，避免了信息的丟失（比如數(shù)據(jù)中心故障等）、失真、竊取、泄露等問題，從而幫助項(xiàng)目參與者在交易中，快速建立信任體系與防偽識(shí)別機(jī)制。

4 區(qū)塊鏈在BIM 平臺(tái)下綠色建筑管理的應(yīng)用架構(gòu)

區(qū)塊鏈在BIM 平臺(tái)下綠色建筑管理的應(yīng)用架構(gòu)可分為四層，模型信息層、數(shù)據(jù)庫層、區(qū)塊鏈層和交互層。

1）模型信息層

包含了建筑全生命周期的階段性模型以及最后的總模型，并在模型中補(bǔ)充了與項(xiàng)目相關(guān)的業(yè)務(wù)信息、與材料供應(yīng)相關(guān)的物流和財(cái)務(wù)信息等，這些信息和數(shù)據(jù)源于各階段的主要參與方。比如在綠色建筑全生命周期中，主體參與者們?cè)谕ㄟ^BIM 模型提取建筑和材料設(shè)計(jì)信息的同時(shí)，補(bǔ)充材料生產(chǎn)信息、功能信息、評(píng)價(jià)信息、價(jià)格信息等，實(shí)現(xiàn)信息流、物流、資金流的三流合一。

2）數(shù)據(jù)庫層

主要是對(duì)下層靜態(tài)模型數(shù)據(jù)及動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)等進(jìn)行的采集、存儲(chǔ)，并通過統(tǒng)一的文件格式，比如IFC 標(biāo)準(zhǔn)，保證數(shù)據(jù)能夠在平臺(tái)與模型之間應(yīng)用和轉(zhuǎn)換，以滿足在同一平臺(tái)上對(duì)BIM 數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和資源共享。

3）區(qū)塊鏈層

是將一系列加蓋了時(shí)間戳的數(shù)據(jù)區(qū)塊以鏈條形式連接。這些區(qū)塊代表著項(xiàng)目實(shí)施過程中，參與者之間發(fā)生的每一次交易記錄，這些“交易”可以是物質(zhì)流動(dòng)、資金流動(dòng)，也可以是信息流動(dòng)（比如已完成項(xiàng)目任務(wù)、已完成資源交易、已完成施工任務(wù)等[1]）。每個(gè)區(qū)塊包含了當(dāng)前的有效交易記錄，以及對(duì)前一個(gè)區(qū)塊的加密引用，存儲(chǔ)于其中的數(shù)據(jù)或信息不可篡改、不可偽造。比如建材供應(yīng)鏈的上下游交易信息，通過區(qū)塊鏈被打包記錄在信息集成平臺(tái)上，以供項(xiàng)目各主體參與方的應(yīng)用共享，其中包含交易雙方的信息、時(shí)間、合同條款等[5]。

4）交互層

項(xiàng)目各參與方通過基于區(qū)塊鏈與BIM 技術(shù)的綠色建筑管理平臺(tái)，對(duì)綠色建材和綠色設(shè)備的設(shè)計(jì)預(yù)算、供配貨情況、施工用料等方面，實(shí)現(xiàn)溯源、存證、互信、溝通等監(jiān)管訴求。此外，方便業(yè)主對(duì)企業(yè)內(nèi)部以及供應(yīng)鏈上下游企業(yè)的動(dòng)態(tài)監(jiān)管，一旦發(fā)生問題，不僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)更換失信企業(yè)，也方便取證維權(quán)。

圖1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的綠色建筑BIM 平臺(tái)的框架結(jié)構(gòu)

5 結(jié)語

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N通過去中心化和去信任化，依靠集體共同維護(hù)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)方式，在各行各業(yè)引起了廣泛的關(guān)注與研究的熱潮。本文將區(qū)塊鏈技術(shù)融入BIM 平臺(tái)對(duì)綠色建筑的管理框架和應(yīng)用前景進(jìn)行了初步研究。由于目前對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)的監(jiān)管機(jī)制和實(shí)施規(guī)范，還處于探索階段，在建筑行業(yè)缺乏相應(yīng)的國家法規(guī)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。另外，區(qū)塊鏈與BIM技術(shù)的結(jié)合的可行性與有效性，需要落地項(xiàng)目的進(jìn)一步檢驗(yàn)與驗(yàn)證，巨大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)激勵(lì)著更多的創(chuàng)新應(yīng)用。