區(qū)塊鏈在裝配式建筑供應(yīng)鏈信息流中的應(yīng)用研究

劉喆，白潔 （吉林建筑大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，吉林 長春 130118）

1 引言

建筑業(yè)迅速發(fā)展，裝配式建筑建造流程越發(fā)復(fù)雜、參與主體增多，建造過程中各參與方既需要獲取其他參與方信息，又要及時提供自身作業(yè)信息，因此供應(yīng)鏈內(nèi)會形成大量且復(fù)雜的信息流。信息技術(shù)不斷革新，在一定程度實(shí)現(xiàn)了各參與方之間信息交換與共享，增進(jìn)了建筑供應(yīng)鏈運(yùn)行；但在信息交流過程中仍存在信息所有者不明、信息被盜用、安全與透明、監(jiān)管困難等問題，導(dǎo)致裝配式建筑供應(yīng)鏈參與者之間缺乏信任，建造進(jìn)程緩慢，建造成本較高，制約裝配式建筑發(fā)展升級。

近幾年，區(qū)塊鏈技術(shù)得到很多行業(yè)重視并應(yīng)用，區(qū)塊鏈技術(shù)在建筑領(lǐng)域得到不斷推廣，將其應(yīng)用在裝配式建筑供應(yīng)鏈信息流中，既能為供應(yīng)鏈信息流中存在的問題提供解決思路，又可以為裝配式建筑供應(yīng)鏈管理實(shí)踐提供參考。

2 區(qū)塊鏈在裝配式建筑信息流中應(yīng)用的可行性分析

2.1 裝配式建筑供應(yīng)鏈

裝配式建筑供應(yīng)鏈?zhǔn)且环N按訂單制造的供應(yīng)鏈，是以工程項(xiàng)目整個生命周期為視角，以總承包商為核心，由業(yè)主、設(shè)計(jì)單位、總承包商、供應(yīng)商、制造商和分包商、監(jiān)理單位、政府以及金融保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)，圍繞建設(shè)工程項(xiàng)目組成的一個包括設(shè)計(jì)、采購、制造、裝配、交付的整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[1]，由此體現(xiàn)裝配式建筑生產(chǎn)方式不集中。在生產(chǎn)建造過程中分為工廠式生產(chǎn)與裝配化施工，不管哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會在供應(yīng)鏈中逐級傳導(dǎo)。

2.2 信息流

裝配式建筑供應(yīng)鏈主要有物流、信息流、資金流三種表現(xiàn)形式，物流從根本上從屬于信息流，即信息流尤為關(guān)鍵。從供應(yīng)鏈信息流角度，利用供應(yīng)鏈相關(guān)參與方之間信息交流與共享，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑整個供應(yīng)鏈高效運(yùn)行。以供應(yīng)鏈為視角，裝配式建筑建造全過程各參與方之間形成龐大信息流，如圖1所示。

圖1 裝配式建筑各參與方信息流結(jié)構(gòu)圖

針對裝配式建筑供應(yīng)鏈信息量龐大、交互復(fù)雜等特點(diǎn)，目前較多的是借助第三方信息管理中心，如圖1所示，運(yùn)用集成化形式對信息進(jìn)行管理。這種信息管理方式，盡管能將信息集中管理，但這種方式信息共享速率較慢、信息安全性較低、各參與方之間信任程度不高，不利于裝配式建筑一體化發(fā)展。

2.3 區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N分布式賬本，由不可更改的數(shù)字記錄數(shù)據(jù)包構(gòu)成，這些數(shù)據(jù)包被稱作“區(qū)塊”，然后利用加密簽名將每一個小區(qū)塊“鏈接”到一個區(qū)塊，這就使區(qū)塊鏈如分類賬本一樣被使用，可由具有適當(dāng)權(quán)限的任何人進(jìn)行共享和訪問，其特點(diǎn)如下。

①去中心化：區(qū)塊鏈運(yùn)用分布式存儲與核算，各參與方?jīng)]有第三方參與就能在任意節(jié)點(diǎn)了解信息，并擁有均等的權(quán)利與義務(wù)。

②去信任化：區(qū)塊鏈可以實(shí)現(xiàn)不同程度的信息開放，節(jié)點(diǎn)之間沒有信任也可以進(jìn)行交易，系統(tǒng)會對發(fā)生的每項(xiàng)交易進(jìn)行實(shí)時記錄，使節(jié)點(diǎn)之間沒法傳播虛假信息、互相欺騙。

③可追溯性：區(qū)塊鏈中各個小區(qū)塊中都記錄著信息錄入時間，并一直在區(qū)塊鏈中保留，有助于事后對裝配式建筑建造過程中存在的問題進(jìn)行追溯。

④安全可靠性：區(qū)塊鏈具有特別的加密方式和塊鏈?zhǔn)酱鎯軜?gòu)，各個節(jié)點(diǎn)均不可以擅自對數(shù)據(jù)進(jìn)行篡改，一旦數(shù)據(jù)被篡改，系統(tǒng)就會主動對照確認(rèn)數(shù)據(jù)是否真實(shí)。

針對目前裝配式建筑供應(yīng)鏈信息流存在的問題，利用區(qū)塊鏈技術(shù)以上特點(diǎn)，將裝配式建筑各參與方形成的大量復(fù)雜信息，通過建立區(qū)塊鏈信息流模型，對信息進(jìn)行保存與整合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各參與方之間高效的信息交流、增加各參與者之間信任程度、確保信息真實(shí)有效，便于追究建造過程中過錯方責(zé)任、優(yōu)化作業(yè)流程、降低建造成本等。

3 基于區(qū)塊鏈的裝配式建筑供應(yīng)鏈信息流模型及應(yīng)用

為解決裝配式建筑供應(yīng)鏈信息流中所有者不明，信息安全透明、交互速率等問題，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)建立裝配式建筑供應(yīng)鏈信息流模型，如圖2所示。

3.1 裝配式建筑供應(yīng)鏈信息流模型架構(gòu)

3.1.1 數(shù)據(jù)層

圖2 基于區(qū)塊鏈技術(shù)裝配式建筑供應(yīng)鏈信息流模型

數(shù)據(jù)層是對信息進(jìn)行記錄與存儲，是組成數(shù)據(jù)區(qū)塊的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)層首先確定聯(lián)盟節(jié)點(diǎn)、各聯(lián)盟節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交易、最終構(gòu)成區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈主要分為私有鏈、聯(lián)盟鏈、公有鏈三種類型，聯(lián)盟鏈兼具私有高度集權(quán)與公有高度公開的特征。由于裝配式建筑在建造過程中會產(chǎn)生大量復(fù)雜的信息數(shù)據(jù)，使用聯(lián)盟鏈，能夠?qū)崿F(xiàn)信息存儲與共享，并能保證業(yè)主與總承包商相對領(lǐng)導(dǎo)地位。

在裝配式建筑建造過程中，各節(jié)點(diǎn)將各自工作執(zhí)行狀態(tài)形成數(shù)據(jù)，實(shí)時記錄建造過程中狀態(tài)信息，便于各參與方對建造狀態(tài)及時了解，提高信息交流效率。各聯(lián)盟節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交易時，由于交易數(shù)據(jù)量龐大，可使用哈希算法將信息迭代轉(zhuǎn)換，最終“鏈接”形成區(qū)塊鏈，并將其過程保存在區(qū)塊中，確保每條交易數(shù)據(jù)都可以追溯，同時哈希算法具有不可逆性，可保證數(shù)據(jù)安全可靠。

3.1.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層主要是應(yīng)用P2P網(wǎng)絡(luò)，沒有中間服務(wù)器、完全是參與方之間直接進(jìn)行信息交換，從而提高各參與方之間信息交換速度。通過該網(wǎng)絡(luò)技術(shù)各參與方在鏈上共享自身工作狀態(tài)信息，自動組成信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，各參與方可以互相查看或驗(yàn)證各節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)、履約情況等信息，進(jìn)而保證信息真實(shí)可靠。

3.1.3 共識層

共識層主要是各參與方利用共識算法與共識機(jī)制，進(jìn)行信息核實(shí)、確保真實(shí)有效。由于裝配式建筑建造過程中參與方較多，可采用股份授權(quán)證明機(jī)制，各參與節(jié)點(diǎn)共同投票，被選出的節(jié)點(diǎn)要對其他節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)，該節(jié)點(diǎn)一旦作弊就會被系統(tǒng)指出，其他節(jié)點(diǎn)就不會再信任該節(jié)點(diǎn)，并將其移出聯(lián)盟鏈，避免供應(yīng)鏈內(nèi)各節(jié)點(diǎn)提供虛假信息，同時能夠讓分散的各參與方在系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)達(dá)成共識，解決各參與方之間信任問題。

3.1.4 合約層

合約層主要包含智能合約與各類交易代碼。智能合約是存儲在區(qū)塊鏈上無需操作，自動執(zhí)行的計(jì)算機(jī)代碼，由其運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督執(zhí)行。通過智能合約，雙方可自動進(jìn)行交易，進(jìn)而提高工作效率。

3.1.5 應(yīng)用層

應(yīng)用層搭建了裝配式建筑建造過程中各參與主體間交易過程的應(yīng)用場景，區(qū)塊鏈應(yīng)用范圍，即交易過程當(dāng)中信息存儲、查詢及驗(yàn)證。

3.2 區(qū)塊鏈技術(shù)在裝配式建筑供應(yīng)鏈信息流中的應(yīng)用

依據(jù)裝配式建筑建造過程，來論述區(qū)塊鏈技術(shù)在設(shè)計(jì)、構(gòu)件制造、運(yùn)輸、裝配施工等階段的應(yīng)用。

3.2.1 勘察設(shè)計(jì)階段

在勘察設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)方需要按照業(yè)主提供的項(xiàng)目可行性報(bào)告、設(shè)計(jì)任務(wù)書，要求提供勘察報(bào)告、初步設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)變更、技術(shù)變更等眾多信息。針對龐大的信息流，可建立設(shè)計(jì)方、業(yè)主及相關(guān)參與方為聯(lián)盟節(jié)點(diǎn)區(qū)塊鏈，通過P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)各參與方在鏈上共享自身工作狀態(tài)信息，自動組成信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，供各節(jié)點(diǎn)參與方進(jìn)行查看與驗(yàn)證，方便設(shè)計(jì)方與業(yè)主等參與方進(jìn)行實(shí)時溝通，提高各自工作效率。另外區(qū)塊鏈上各參與方需要共同對區(qū)塊信息安全與傳播負(fù)責(zé)，進(jìn)而保證信息安全可靠、增進(jìn)參與方之間信任程度。另外，在勘察設(shè)計(jì)階段有大量數(shù)據(jù)采集工作，如地形數(shù)據(jù)測量，準(zhǔn)確真實(shí)的地形數(shù)據(jù)將關(guān)系到建筑建造設(shè)計(jì)方案。由于區(qū)塊鏈技術(shù)具有不可篡改性，勘察單位可以借助區(qū)塊鏈技術(shù)將其采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲與共享，進(jìn)而便于設(shè)計(jì)單位制定出合理的設(shè)計(jì)方案。

隨著裝配式建筑建造流程增加，設(shè)計(jì)方案不可避免會做相應(yīng)調(diào)整，其調(diào)整會造成相關(guān)專業(yè)間配合，進(jìn)行多次信息傳遞。區(qū)塊鏈在數(shù)據(jù)交易過程當(dāng)中，可記錄各節(jié)點(diǎn)工作狀況信息，當(dāng)各節(jié)點(diǎn)任務(wù)完成或有所變動時，原狀況信息就會被自動刪除，新信息隨之加入；便于其他節(jié)點(diǎn)查看新信息、提高信息交換速率，利于設(shè)計(jì)單位按時按質(zhì)完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

3.2.2 構(gòu)件生產(chǎn)與運(yùn)輸階段

在構(gòu)件制造與運(yùn)輸階段，可建立業(yè)主、構(gòu)件制造商、運(yùn)輸單位等介入方區(qū)塊鏈。為提高裝配式建筑各階段工作效率，可利用區(qū)塊鏈中智能合約，自動完成構(gòu)件生產(chǎn)商、運(yùn)輸單位與業(yè)主之間的交易。即構(gòu)件制造商、運(yùn)輸單位與業(yè)主商定智能合約后，將其合約代碼輸入?yún)^(qū)塊鏈中，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)上傳，系統(tǒng)會自動核定是不是符合合約條件，確定符合條件后合約自動生效，隨之合約金額也將主動劃分到構(gòu)件供應(yīng)商與運(yùn)輸單位賬戶上。

在合約成立后，構(gòu)件生產(chǎn)商可依據(jù)業(yè)主與設(shè)計(jì)單位在鏈上提供的資料與信息，確定構(gòu)件樣式、大小與數(shù)量，并將構(gòu)件生產(chǎn)狀況信息共享到鏈上，以便運(yùn)輸方與施工單位制定合理的運(yùn)輸方式與構(gòu)件安裝方法及注意事項(xiàng)。構(gòu)件運(yùn)輸過程中，利用區(qū)塊鏈共識機(jī)制與分布儲存特點(diǎn)，將構(gòu)件出廠、運(yùn)輸、堆放等信息數(shù)據(jù)錄入到區(qū)塊鏈中，以供業(yè)主或承包商查看、驗(yàn)證，促進(jìn)參與方之間溝通效率，確保建材安全可靠，提高運(yùn)輸效率、降低運(yùn)輸成本。

3.2.3 裝配施工階段

在構(gòu)件安裝過程中，承包商對構(gòu)件關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、吊裝埋件、復(fù)雜部位、施工環(huán)境等熟悉程度很關(guān)鍵，整個過程處于變動狀態(tài)，因此各參與方之間要及時準(zhǔn)確地做好每項(xiàng)工作，進(jìn)度信息的對接與反饋工作。區(qū)塊鏈技術(shù)能夠?qū)⑴c者在施工過程中需要執(zhí)行、操作、交易等各種信息進(jìn)行保存與共享，總承包商可通過區(qū)塊鏈獲得各類真實(shí)信息，高效完成構(gòu)件安裝與現(xiàn)場施工，實(shí)現(xiàn)工程進(jìn)度、質(zhì)量控制，降低建造成本。

另外，建立裝配式建筑供應(yīng)鏈信息流區(qū)塊鏈模型，各參與方在錄入信息或在數(shù)據(jù)交易時都有時間標(biāo)注，因此在調(diào)查工程質(zhì)量安全事故時，可通過對鏈上信息進(jìn)行追溯與查證，確定責(zé)任方，進(jìn)而保證工程質(zhì)量，利于有關(guān)部門對參與者實(shí)時監(jiān)督與事后責(zé)任追究，實(shí)現(xiàn)對裝配式建筑建造過程的多入口管理、全局化控制。

4 結(jié)語

本文根據(jù)裝配式建筑建造特點(diǎn)，針對供應(yīng)鏈內(nèi)存在信息所有者不明、透明度低、存儲不安全、監(jiān)管困難等問題，利用區(qū)塊鏈技術(shù)特點(diǎn)，建立裝配式建筑供應(yīng)鏈信息流模型，并對區(qū)塊鏈技術(shù)在信息流中應(yīng)用進(jìn)行分析。區(qū)塊鏈技術(shù)在裝配式建筑供應(yīng)鏈信息流中應(yīng)用，既能夠提高各參與方信息更新、交互速率、增加各參與方信任度、優(yōu)化作業(yè)流程、降低建造成本，又為裝配式建筑供應(yīng)鏈優(yōu)化管理提供新思路。目前區(qū)塊鏈技術(shù)在建筑業(yè)中應(yīng)用還存在信息容量、是否抗攻擊等一些尚未解決的問題，但其實(shí)不影響區(qū)塊鏈在建筑業(yè)中應(yīng)用。未來隨著新型技術(shù)不斷發(fā)展與涌進(jìn)，可利用“區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)+新技術(shù)”來解決裝配式建筑供應(yīng)鏈中存在的遺留問題，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑供應(yīng)鏈優(yōu)化管理。