基于區(qū)塊鏈和BIM技術(shù)的綠色建筑管理平臺研究

鄧 華

（福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州 350108）

0 引言

在我國有關(guān)部門的大力提倡、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及法律法規(guī)的要求下，發(fā)展節(jié)能環(huán)保型建筑物是建筑領(lǐng)域總體達(dá)成高品質(zhì)升級改進(jìn)的必然發(fā)展方向。根據(jù)環(huán)保型建筑物的可持續(xù)性發(fā)展理念，相關(guān)工程技術(shù)人員首先要在建筑工程整體使用周期內(nèi)全面掌握各類建筑原材料及建筑裝備的總體技術(shù)參數(shù)采用協(xié)作改進(jìn)的管控模式，達(dá)到節(jié)能環(huán)保、低碳減排及提高效率降本成本的目的，這種情況就是建筑領(lǐng)域需要BIM技術(shù)積極參與的原因[1]。BIM技術(shù)是一類輔助設(shè)計(jì)工具、一整套信息技術(shù)共享平臺及屬于互聯(lián)互通信息交互環(huán)境，在3D立體模型的前提下配合時(shí)間及預(yù)算，在信息傳送、參數(shù)數(shù)據(jù)交換的情況下，完成透明度高、實(shí)效性好、精細(xì)化管控，從而加快項(xiàng)目進(jìn)度，提高項(xiàng)目品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)效益。區(qū)塊鏈技術(shù)指的是一類基于比特幣的1種基層技術(shù)模式，大范圍使用在金融系統(tǒng)、醫(yī)療體系及建筑行業(yè)等實(shí)體經(jīng)濟(jì)的適用強(qiáng)的信息科技。區(qū)塊鏈技術(shù)是一類分布模式的共享賬單，一類去中心化、操作透明公開及可以使所有參與者一同參加和維護(hù)的因特網(wǎng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

1 BIM技術(shù)定義及核心技術(shù)

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)指的是一類廣泛使用在建筑項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工作業(yè)及工程管理的數(shù)字化工具，經(jīng)過對于相關(guān)建筑物的數(shù)字化與參數(shù)化建模整理，在項(xiàng)目工程規(guī)劃、運(yùn)作及后期維護(hù)的整體使用生命周期進(jìn)程中完成數(shù)據(jù)信息的傳輸與共享，使相關(guān)建筑工程技術(shù)人員準(zhǔn)確地理解各類建筑物相關(guān)參數(shù)信息以及快速應(yīng)變，為工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)隊(duì)伍及包括建筑、施工單位在內(nèi)的各個(gè)建筑工程主體帶來合作的平臺基礎(chǔ)，在提升工程施工進(jìn)度、作業(yè)效率、節(jié)省預(yù)算成本及壓縮工期等方面起到關(guān)鍵的作用。

BIM相關(guān)技術(shù)的重點(diǎn)是借助生成虛擬的項(xiàng)目工程3D立體模型，使用數(shù)字信息科技，給相關(guān)模型供應(yīng)完整的和真實(shí)狀況一致的建筑項(xiàng)目工程信息數(shù)據(jù)庫。該信息數(shù)據(jù)庫不僅包括表達(dá)建筑物相關(guān)結(jié)構(gòu)件的幾何參數(shù)信息、專門特性和狀態(tài)參數(shù)信息，而且包括了非構(gòu)件項(xiàng)目（例如空間相對位置、運(yùn)動軌跡）的實(shí)時(shí)狀態(tài)參數(shù)信息。采用相關(guān)包括建筑項(xiàng)目工程參數(shù)信息的3D立體模型，顯著提升了項(xiàng)目工程的數(shù)據(jù)信息綜合化水平，進(jìn)而為項(xiàng)目工程的有關(guān)利益主體提供了一類項(xiàng)目工程參數(shù)信息共享及交換的數(shù)據(jù)平臺[2]。

2 BIM技術(shù)特點(diǎn)

BIM技術(shù)具有如下特點(diǎn)：該技術(shù)不僅能夠在規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中使用，而且能夠使用在建筑工程的全生命周期過程中；使用BIM相關(guān)技術(shù)實(shí)施設(shè)計(jì)工作屬于一類參數(shù)化設(shè)計(jì)工作的范疇；BIM技術(shù)的信息數(shù)據(jù)庫屬于實(shí)時(shí)變化的數(shù)據(jù)庫，在實(shí)際使用進(jìn)程中持續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)更新、擴(kuò)充及升級；為項(xiàng)目工程各主體帶來了協(xié)作工作的數(shù)字化平臺。國內(nèi)BIM技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)正處于研究制定的階段，相關(guān)研發(fā)部門已經(jīng)獲得初步成果。

3 BIM相關(guān)技術(shù)管理平臺下綠色建筑管理研究

建筑工程的建設(shè)進(jìn)程中將會生產(chǎn)海量的數(shù)據(jù)信息，例如合同文本、工程施工圖紙、技術(shù)變更通知單及現(xiàn)場測量單等。相關(guān)數(shù)據(jù)信息將會傳輸至BIM技術(shù)管理平臺，盡管有效綜合了各個(gè)專門分類行業(yè)的專業(yè)知識，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)信息化工作流程，與綜合協(xié)作的細(xì)致化管控過程，然而相關(guān)電子數(shù)據(jù)信息在傳輸過程中非常容易被修改，如果發(fā)生信息安全問題，通常很難找到根源，即使發(fā)現(xiàn)問題源頭并且走法律程序，取證過程也非常困難[3]。

相關(guān)工程技術(shù)人員在項(xiàng)目工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工作業(yè)及后期運(yùn)行維護(hù)管理過程中，對原材料及相關(guān)裝備的資金及供應(yīng)商的管控也存在較多的問題。例如因?yàn)楣こ探ㄖ牧项愋捅姸?，供?yīng)商分散，導(dǎo)致原材料質(zhì)量良莠不齊；因?yàn)榻煌ㄏ到y(tǒng)限制等外部要素，引起的物流成本非常高昂；因?yàn)樵O(shè)計(jì)水平及施工作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有限，導(dǎo)致成本增加及工程預(yù)算出現(xiàn)缺口。此外，使用常規(guī)及人工物流管理的企業(yè)，不僅材料儲存成本高，還存在監(jiān)管水平低下，極易產(chǎn)生倉儲缺乏及積壓的情況，從而影響了項(xiàng)目工程施工周期、經(jīng)營成本投入，甚至造成人員、物力及財(cái)力的資源浪費(fèi)等。

綠色環(huán)保建筑是根據(jù)因地制宜的理念，通過科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)、新型建筑技術(shù)及先進(jìn)的管理模式等方式，最大程度地節(jié)約資源、有限的能源及現(xiàn)有的原材料等，在符合終端用戶安全性及舒適性要求的前提下，使人類和自然環(huán)境和諧共存。所以，對于建筑工程整體生命周期之內(nèi)所牽扯的綠色環(huán)保建筑原材料及相關(guān)裝備，在供應(yīng)鏈管控方面提出了更嚴(yán)格的技術(shù)要求[4]：1） 頒布統(tǒng)一的建筑原材材、相關(guān)裝備綠色環(huán)保程度認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，從供應(yīng)商著手對于建筑相關(guān)裝備進(jìn)行綠色環(huán)保認(rèn)證，并且跟蹤記錄產(chǎn)銷數(shù)量及庫存數(shù)量等相關(guān)參數(shù)信息。2） 搭建共有的建筑原材料裝備管控體系及參數(shù)信息管理平臺，使工程項(xiàng)目重要參與者可以迅速根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)程度、施工作業(yè)品質(zhì)及供貨配貨狀況，跟蹤管控建筑原材料相關(guān)裝備的庫存狀態(tài)、需求量及使用成本，防止出現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)度拖延、資金出現(xiàn)缺口以及質(zhì)量問題等情況。3） 搭建封閉的數(shù)據(jù)信息交互式工作流程，相關(guān)工程技術(shù)人員從規(guī)劃設(shè)計(jì)到施工作業(yè)再到后期無縫銜接運(yùn)行維護(hù)工作平臺，使相關(guān)物業(yè)管理人員掌握各個(gè)建筑原材料相關(guān)裝備的維護(hù)保養(yǎng)及售后等重要信息。

4 區(qū)塊鏈技術(shù)的特性及使用優(yōu)點(diǎn)

區(qū)塊鏈（Blockchain technology，BT）技術(shù)被視為繼因特網(wǎng)以后，可以改變世界的新一代開創(chuàng)性核心科技，該技術(shù)最早體現(xiàn)在2009年的《比特幣：一類點(diǎn)對點(diǎn)電子貨幣體系》。區(qū)塊鏈技術(shù)指的是將數(shù)據(jù)信息存儲在成為區(qū)塊的區(qū)域，然后再依照時(shí)間排序、用鏈條的形式將這類區(qū)塊組成特殊的參數(shù)數(shù)據(jù)框架，并且使用海量的密碼科技相關(guān)知識來保證數(shù)據(jù)信息的安全穩(wěn)定性，預(yù)防相關(guān)信息被改動及造假。所有區(qū)塊包括了現(xiàn)階段的真實(shí)交易清單以及針對前1個(gè)區(qū)塊的加密使用。區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化分散式儲存、數(shù)據(jù)信息透明公開、無法篡改及數(shù)據(jù)信息共享的功能及特性。日漸成熟的BIM技術(shù)為區(qū)塊鏈技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域的廣泛推行過程中帶來了科學(xué)合理的應(yīng)用平臺。知名的建筑工程企業(yè)Arup在《BIM技術(shù)區(qū)塊鏈工作報(bào)告》中提出：“建筑物的交付使用、運(yùn)行管理及物業(yè)服務(wù)組織受到比較分散、利潤率較低及建筑工程能效無法預(yù)測的多層面難題。有關(guān)專家曾經(jīng)測，區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用——沒有中間過度層的可信任網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，統(tǒng)一所有人根據(jù)唯一事實(shí)取得一致——就能夠盡快完成顯著的運(yùn)營效果改善，進(jìn)而提升項(xiàng)目工程的使用作業(yè)品質(zhì)并且能夠使總體成本顯著降低?！痹陧?xiàng)目工程管控過程中使用區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)，對項(xiàng)目工程招標(biāo)投標(biāo)、安全隱患事故追責(zé)、工程項(xiàng)目合同管控、供應(yīng)商管控及項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理等都具有顯著的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[5]。區(qū)塊鏈如圖1所示。

圖1 區(qū)塊鏈

4.1 去信任化及中心化的特點(diǎn)

區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)是由許多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（服務(wù)器）一同構(gòu)成的一類端口至端口的互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系，無須依靠中心化的裝備或者第三方管控部門進(jìn)行擔(dān)保，各個(gè)節(jié)點(diǎn)間借助數(shù)字化簽字的解決方案就能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)信息的互聯(lián)互通。項(xiàng)目工程各個(gè)參與主體在參數(shù)信息共享及達(dá)成交易的過程中，不需要設(shè)立相應(yīng)的信任系統(tǒng)就能夠直接取得共識，達(dá)成點(diǎn)對點(diǎn)參數(shù)信息的交換的目的。

4.2 無法篡改及具備良好的可追溯能力

對于1個(gè)或者多個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的修正，不能制約整體區(qū)塊鏈上的節(jié)點(diǎn)的參數(shù)信息。因此已經(jīng)確定時(shí)間的交易記錄數(shù)據(jù)將會一直儲存在區(qū)塊鏈中，具有無法篡改的特性。并且根據(jù)時(shí)間排序，有關(guān)項(xiàng)目工程參與主體能夠搜索所有節(jié)點(diǎn)上的完整參數(shù)信息，可以完成對于建筑原材料的生產(chǎn)加工及采購工作。

4.3 數(shù)據(jù)信息透明性及開放性的特點(diǎn)

區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)中除了個(gè)人隱私，其他信息都是公開透明的，進(jìn)而確保了相關(guān)數(shù)據(jù)平臺的透明度，這種情況有利于項(xiàng)目工程的監(jiān)督審計(jì)工作。借助公共接口，各個(gè)項(xiàng)目工程參與主體能夠掌握和查找交易狀況及有關(guān)詳細(xì)信息，把數(shù)據(jù)信息不對等而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失降至最小的程度。

4.4 數(shù)據(jù)信息安全性及可靠性的特點(diǎn)

區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)所具備的特殊加密模式及鏈?zhǔn)酱鎯Ψ绞剑蠓忍嵘讼嚓P(guān)系統(tǒng)的總體安全等級，防止參數(shù)信息的失竊（例如大數(shù)據(jù)中心服務(wù)器發(fā)生故障等）、失真、盜取以及泄密等狀況，進(jìn)而輔助項(xiàng)目工程參與主體在交易過程中，迅速構(gòu)建防偽識別系統(tǒng)及信任機(jī)制。

5 區(qū)塊鏈在BIM平臺下綠色建筑管理的使用構(gòu)造研究

區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)在BIM平臺下綠色建筑管理的使用構(gòu)造一共分為4層，交互層、區(qū)塊鏈層、數(shù)據(jù)庫層及模型層。綠色建筑相關(guān)框架體系如圖2所示。

圖2 綠色建筑相關(guān)框架體系圖

5.1 交互層

交互層是項(xiàng)目工程各參與主體借助基于區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)與BIM的綠色建筑管理平臺，針對綠色建筑原材料及綠色裝備的規(guī)劃預(yù)算、供貨配貨狀況、施工使用原材料等方面，實(shí)現(xiàn)互信、保留憑證、可追溯以及有效溝通等需求。

5.2 區(qū)塊鏈層

區(qū)塊鏈層指的是將1套加蓋時(shí)間的參數(shù)信息區(qū)塊用鏈條模式進(jìn)行連接。該類區(qū)塊表示項(xiàng)目工程在施工作業(yè)進(jìn)程中，項(xiàng)目工程參與主體間產(chǎn)生的任何1次交易記錄。每種區(qū)塊包括了現(xiàn)階段的實(shí)際交易記錄以及對于上一個(gè)區(qū)塊的加密使用，存儲在其中的參數(shù)信息不能偽造及篡改。

5.3 數(shù)據(jù)庫層

數(shù)據(jù)庫層指的是對于下層靜態(tài)數(shù)據(jù)模型及動態(tài)監(jiān)控參數(shù)信息等實(shí)施的收集與儲存，并且經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的文件保存格式，例如IFC標(biāo)準(zhǔn)，確保相關(guān)參數(shù)信息可以在技術(shù)平臺及數(shù)據(jù)模型之間快速進(jìn)行轉(zhuǎn)換并且使用，進(jìn)而保證在相同的平臺上對于BIM參數(shù)信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管控及共享。

5.4 模型層

模型信息層指的是建筑工程整個(gè)生命周期的各個(gè)流程中階段關(guān)口模型及最終的總體模型，并且在相關(guān)模型中增加了與項(xiàng)目密切相關(guān)的重要參數(shù)信息、與建筑原材料供應(yīng)商有關(guān)的財(cái)務(wù)信息及物流信息等，這些重要參數(shù)信息均來自各個(gè)階段的項(xiàng)目工程參與主體。

6 綠色建筑優(yōu)勢研究

綠色建筑指的是在項(xiàng)目工程整個(gè)生命周期內(nèi)，能夠節(jié)約能源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、減少污染為廣大人民群眾提供健康、舒適及高利用率的生活空間，最大程度地使人和大自然和諧共處的高品質(zhì)建筑物。綠色建筑的屋內(nèi)排布非常科學(xué)，最大限度地降低合成材料的使用，充分利用日光照射，節(jié)約能源，為居住者提供了1種無限接近大自然的良好感覺。以人、自然環(huán)境及建筑物的和諧為發(fā)展目標(biāo)，盡量減少對自然環(huán)境的破壞，完全實(shí)現(xiàn)大自然的索取與回報(bào)間的完美平衡。

7 結(jié)語

綜上所述，區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)是1類借助去信任化及中心化，借助集體一同維護(hù)的數(shù)據(jù)信息庫技術(shù)模式，在各個(gè)行業(yè)內(nèi)使用引起了非常多的關(guān)注。該文把區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)融入BIM平臺，針對綠色建筑的管控框構(gòu)及使用前景進(jìn)行詳細(xì)分析。區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)和BIM平臺的有效結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目工程的更深層次的檢測及校核。