基于區(qū)塊鏈技術的裝配式建筑供應鏈信息流應用研究

摘要：供應鏈信息共享對于提升裝配式建筑供應管理效率具有重要意義。我國建筑業(yè)正逐步向裝配式建筑方向發(fā)展。然而，由于裝配式建筑涉及眾多參與方、協(xié)同效率低，以及信息不透明等問題，供應鏈效率低。通過對裝配式建筑傳統(tǒng)供應鏈信息共享結構進行深入分析，從信息流角度出發(fā)，從實體層、區(qū)塊鏈層、交互層、應用層4個層次闡述平臺的構成要素及關系，構建基于區(qū)塊鏈技術的裝配式建筑供應鏈信息平臺。同時，以項目全生命周期理論為基礎，對區(qū)塊鏈技術在裝配式建筑供應鏈的應用場景進行設想與展望，以期為供應鏈領域中區(qū)塊鏈技術的應用提供新的想法和思路。

關鍵詞：區(qū)塊鏈技術；裝配式建筑；供應鏈；信息流

0"引言

裝配式建筑因其工廠化生產、裝配式施工、信息化管理及智能化應用的優(yōu)勢，在全球范圍內被迅速推廣，并受到業(yè)界的廣泛關注與重視。裝配式建筑在項目全生命周期中縮短了中間流程，通過標準化的模數(shù)組合形式，減少了濕作業(yè)，不僅改善了施工現(xiàn)場環(huán)境，還顯著提高了生產效率。其建造模式由現(xiàn)場建造轉變?yōu)楣S制造，最大限度地滿足了我國可持續(xù)發(fā)展的要求^[1]。以裝配式建筑混凝土結構為例，相較于傳統(tǒng)建筑，其供應鏈更具有復雜性和不確定性。裝配式建筑區(qū)別于傳統(tǒng)建筑的施工現(xiàn)場建造，多以預制構件、部品拼裝而成，在建造過程中更加注重信息、技術、組織、管理的集成整合。因此，在供應過程中某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題會向供應鏈下游傳遞，導致信息失真^[2]。產品構件溯源過程中信息的可靠性、溯源系統(tǒng)的安全性、物流運輸過程中構件的安全性及中小企業(yè)融資過程中的信任管理等方面均易面臨不同程度的挑戰(zhàn)。同時，出于信息系統(tǒng)的異構性及自我保護性等，供應鏈各參與方之間普遍存在著“信息孤島”現(xiàn)象^[3]。此外，供應鏈信息傳遞特性使得供應鏈透明度低，導致供應鏈上各參與方之間缺乏信任、信息失真，進而阻礙交易信息流通，影響供應鏈整體決策效率^[4]。供應鏈整體決策效率越高，可使工程建筑業(yè)更加具有競爭力，在降低建造成本、經濟風險的同時，創(chuàng)造價值優(yōu)勢，為實現(xiàn)建筑目標奠定良好基礎^[5]。傳統(tǒng)供應鏈信息共享結構存在信息不透明、信息不對等、無法信息溯源等問題，且未綜合考慮政府相關監(jiān)管部門對供應鏈各參與方的集成管理。因此，針對目前裝配式建筑供應鏈運作過程中存在的問題，迫切需要引入新技術，為整個過程的管理提供新思路。

區(qū)塊鏈技術是將交易信息按時間順序連接成鏈，應用P2P技術、共識機制、加密算法等，使交易信息具有不可篡改、可以追溯、公開透明等特點的一個去中心化數(shù)據庫。在我國技術和產業(yè)變革中，區(qū)塊鏈技術的集成應用起著重要作用。如今，區(qū)塊鏈技術在數(shù)字金融、醫(yī)療保健、農業(yè)、能源等領域都有著長足的發(fā)展，但是區(qū)塊鏈技術在供應鏈領域的應用還處于起步階段。本文針對傳統(tǒng)裝配式建筑供應鏈信息系統(tǒng)中的難題，提出構建以區(qū)塊鏈技術為核心的裝配式供應鏈信息共享平臺，以項目全生命周期理論為基礎，展望裝配式建筑在區(qū)塊鏈信息平臺上的應用，以解決傳統(tǒng)裝配式建筑供應鏈信息系統(tǒng)中的存在的問題。

1"國內外研究現(xiàn)狀

1.1"區(qū)塊鏈技術應用

區(qū)塊鏈技術在金融領域應用廣泛。例如，全球范圍內規(guī)模最大的區(qū)塊鏈聯(lián)盟組織R3致力于探索區(qū)塊鏈技術在全球私有網絡中實時執(zhí)行金融交易的概率。同時，很多學者也對區(qū)塊鏈技術在金融領域的應用開展了研究。馮文芳等^[6]認為在金融領域應用區(qū)塊鏈技術可以使得資本市場和金融中介的效率大幅提升，并且可能重新定義貨幣、信用、支付職能等體現(xiàn)金融本質的概念。鞏世廣等^[7]基于區(qū)塊鏈技術連接政府、科技公司、投資機構三方構建模型，解決融資難問題，為科技金融發(fā)展提供良好的生態(tài)環(huán)境。

區(qū)塊鏈技術在其他領域也有著廣泛應用。在醫(yī)療保健領域，翟社平等^[8]基于區(qū)塊鏈技術提出了電子病歷共享模型，適用于用戶在不同醫(yī)療機構之間對自身電子病歷匿名，提供便捷與安全共享的場景。在農業(yè)領域，于合龍等^[9]解決了水稻供應鏈生產、加工、流通等多節(jié)點之間的數(shù)據共享問題。在能源領域，楊德昌等^[10]基于區(qū)塊鏈技術，對能源供給、輸送、分配、消費等方面應用前景進行了展望。

1.2"區(qū)塊鏈技術在建筑業(yè)供應鏈中的應用

許多學者對于區(qū)塊鏈技術在建筑業(yè)供應鏈中的應用進行了研究。曹洋等^[11]"為了解決建筑供應鏈內各主體間缺乏信任、監(jiān)管溯源困難、信息安全等問題，對建筑供應鏈信息傳統(tǒng)共享結構的缺點進行分析，提出將區(qū)塊鏈技術應用于建筑供應鏈信息共享結構中，為建筑供應鏈的信息共享提供新的模式。楊德欽等^[12]在項目供應鏈信息平臺基礎上，結合項目信息采集系統(tǒng)及項目管理職能信息，構建智慧建造的工程項目信息集成管理平臺，并對該平臺存在的優(yōu)勢進行了分析，為實現(xiàn)建設項目信息全覆蓋、提升信息交互質量與信息化水平提供新思路。夏曼曼等^[13]引入信任關系中介變量，探究了裝配式建筑中區(qū)塊鏈技術對供應鏈績效的影響機制。

歷史文獻法研究表明，目前區(qū)塊鏈技術在傳統(tǒng)建筑業(yè)供應鏈中應用的研究相對比較集中，而區(qū)塊鏈技術在裝配式建筑供應鏈中應用的研究較為匱乏。裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑的建造方式有所區(qū)別，裝配式建筑更加注重集成化、工業(yè)化生產，使其具有制造業(yè)和建筑業(yè)雙重屬性，且建造過程中參與方眾多，不僅強調信息、技術、管理的集成整合，也追求“綠色化”生產。因此，裝配式建筑更應注重供應鏈管理，以提高整體效益。

2"區(qū)塊鏈技術與信息流

2.1"區(qū)塊鏈技術概念

區(qū)塊鏈技術一詞于2008年在論文《比特幣：一種點對點電子現(xiàn)金系統(tǒng)》中首次提出，其是一種利用P2P技術、共識機制、加密算法的分布式賬本數(shù)字貨幣解決方案，也是一種新型應用模型。在區(qū)塊鏈中，每個參與者參與記賬，可以點對點直接發(fā)生交易，通過共識機制選出代表，組成區(qū)塊，并加蓋時間戳，獨立存儲、集體維護，同時采用非對稱技術對其進行加密。在進行下一項交易時，會對前一個區(qū)塊進行驗證，若與51%的數(shù)據記錄相符，則進行記錄，并在記錄當前數(shù)據時，同步錄入前一區(qū)塊密碼，以減少儲存空間。其中，數(shù)字簽名技術和非對稱加密技術的運用，保證了信息安全。分布式存儲方式可以解決各參與方之間缺乏信任、信息不透明及不安全、信息監(jiān)管溯源困難等問題。加密算法可以在打破地域限制的同時，保證運作流程的標準化。區(qū)塊鏈數(shù)據結構圖如圖1所示。

區(qū)塊鏈分為公有鏈、私有鏈和聯(lián)盟鏈。其中，公有鏈向全世界任何團體或個人開放，無須許可即可加入，并具有參與共識機制的身份，可以進行交易，并獲得有效確認。為促使公有鏈上各節(jié)點積極提供資源，自發(fā)維護整個信息系統(tǒng)，公有鏈系統(tǒng)需要設計激勵機制，以保證公有鏈系統(tǒng)持續(xù)健康運行。私有鏈由一個公司或個人構建，只對特定節(jié)點開放，讀取和寫入信息均需要權限，參與節(jié)點的權限被嚴格限制。聯(lián)盟鏈是由某個特定群體內部成員和有限的第三方進行共識認證，有權進行驗證或發(fā)布交易，其他成員可以查閱交易，但不能驗證交易或發(fā)布智能合約。

2.2"信息流

在供應鏈管理中，產品的生產和流通涉及多個關鍵流程，包括信息流、物流、資金流、業(yè)務流、價值流，其中信息流和物流最為重要。信息流始于消費者，作用于原材料供應商，呈現(xiàn)出拉式特征；而物流始于原材料供應商，作用于消費者，呈現(xiàn)出推式特征。工程建筑是典型的訂單式生產模式，缺乏消費者需求時，便無供應商的供貨要求。因此，沒有拉式的信息，便沒有推式的物流，由此可得，物流在某種程度上從屬于信息流^[14]。因此，本文將在供應鏈信息流的基礎上，深入探討區(qū)塊鏈技術的應用。通過系統(tǒng)梳理與匯總，得到裝配式建筑相關參與方信息流表，見表1 。

3"基于區(qū)塊鏈技術的裝配式建筑供應鏈平臺構建

為解決裝配式建筑供應鏈中各參與方缺乏信任、信息監(jiān)管溯源困難、信息不透明不安全等一系列問題，提高各參與方協(xié)同合作關系，本文將區(qū)塊鏈技術引入裝配式建筑供應鏈中。從信息流角度出發(fā)，連接供應鏈聯(lián)盟組織與政府監(jiān)管部門，旨在構建一個高度自治的供應鏈信息平臺。

3.1"區(qū)塊鏈類型選擇

建筑供應鏈是典型的按訂單生產制造的供應鏈，其運作應以業(yè)主的需求出發(fā)，以總承包商為核心，連接所有建造活動及所涉及的有關組織機構，共同組成建設網絡。聯(lián)盟鏈區(qū)別于公有鏈和私有鏈，具有交易成本低、節(jié)點容易連接、非完全去中心化的特點，可以保證項目各參與方在聯(lián)盟中安全、快速、低成本地進行信息交互，同時保障業(yè)主與總承包商在建筑供應鏈中的相對領導地位。因此，本研究選擇以聯(lián)盟鏈形式構建裝配式建筑供應鏈平臺。基于區(qū)塊鏈技術的裝配式建筑供應鏈信息平臺如圖2所示。

3.2"供應鏈信息平臺技術架構

3.2.1"實體層

在實體層中，裝配式建筑的所有參與方共同組成一個聯(lián)盟。各參與方將自己所需材料、設備、構件、服務等需求內容信息化，并上傳至聯(lián)盟鏈中。在聯(lián)盟鏈中，業(yè)主和總承包商被賦予發(fā)布交易和進行共識認證的權利，而其他參與方只可查閱交易信息。若其他參與方希望進行交易，則需要獲得業(yè)主與總承包商的認證。在聯(lián)盟鏈中，所有交易信息均被保護，僅聯(lián)盟成員可以查看。新加入的參與方需提交申請驗證，經業(yè)主和總承包方同意后，方可進入聯(lián)盟鏈。

3.2.2"區(qū)塊鏈層

區(qū)塊鏈平臺可劃分為三個層次，網絡層、共識層、合約層。網絡層利用P2P技術對發(fā)生的交易進行記錄、傳輸、存儲與檢索，是實現(xiàn)區(qū)塊鏈技術的基本。由于不存在中心化服務器，聯(lián)盟鏈中每個參與方既是客戶端又是服務端，這既符合建筑供應鏈的結構特點，又保障了交易信息的安全性。其健壯性使得系統(tǒng)具備耐攻擊和高容錯的特點。共識層利用PoW算法、PoS算法和DPoS算法，對所記錄的交易進行驗證，確保不同參與方記錄數(shù)據一致，防止參與方為私利篡改交易信息。該做法是實現(xiàn)去中心化、保證網絡不被惡意節(jié)點攻擊的關鍵。項目各參與方在發(fā)生交易前，將擬定的合約內容與觸發(fā)機制以代碼形式嵌入合約層，一旦滿足觸發(fā)條件，合約不受外界干擾，自動執(zhí)行。合約層受事件驅動，程序算法代替人工仲裁和執(zhí)行合同，從而節(jié)約人力，提高處理效率。同時，合約層允許在互不信任的環(huán)境下進行交易，解決了各參與方信息不對稱的行為。

3.2.3"交互層

經區(qū)塊鏈層處理的數(shù)據信息流入交互層，為參與方提供了一個信息交流、共享、協(xié)同合作的平臺。在當前監(jiān)管機制下，監(jiān)管組織難以實時掌控項目實施狀態(tài)，導致僅在里程碑事件及項目發(fā)生事故時，才會組織人力進行調查。這種狀態(tài)不僅管理成本高、耗時、耗力，還可能使參與方產生投機心理?，F(xiàn)將政府監(jiān)管機構加入聯(lián)盟鏈，賦予其查閱各節(jié)點交易的權利。同時，將與建筑業(yè)相關監(jiān)管條例、法律法規(guī)以腳本代碼形式嵌入系統(tǒng)。一旦滿足觸發(fā)條件，則立刻開啟懲罰或獎勵機制，并依據P2P技術對交易信息進行查詢，快速定位問題所在，實現(xiàn)取證方便、問責可靠。項目安全監(jiān)管重心從傳統(tǒng)的事后追溯查證逐漸向事前預警和事中控制轉移，可有效降低安全風險。將政府監(jiān)管機構與聯(lián)盟連接，不僅杜絕了不法交易行為、保障了項目質量安全，也提升了事故處理能力。

3.2.4"應用層

應用層包括裝配式建筑全生命周期中供應鏈上各參與方之間的所有交易信息。各參與方可在應用層自主選擇所需信息進行分析處理，如進行決策、確認訂單生產、反饋交易結果等。

4"區(qū)塊鏈技術在裝配式建筑供應鏈的應用

在傳統(tǒng)建造模式下，各參與方在進行交易時，呈現(xiàn)出典型的非信息對稱博弈狀態(tài)，這一過程不僅會耗費大量時間和精力，而且各參與方之間多為臨時伙伴關系，以謀取私利為目標，競爭關系更為顯著。供應鏈的形成使得各參與方節(jié)點間的交易無須再通過第三方平臺進行信任識別。若項目實施過程中各方合作順暢，則可將臨時合作關系轉化為固定的供應鏈戰(zhàn)略伙伴關系，進而形成供應鏈聯(lián)盟。供應鏈聯(lián)盟的形成，可以降低承包商與分包商的采購成本，提高工程質量，也可以使供應商以銷定產，有穩(wěn)定的市場需求，還可以降低雙方市場風險、減少管理成本。然而，當前的供應鏈信息流透明程度不高，供應鏈成員間缺乏信任，制約了信息共享的程度。因此，區(qū)塊鏈技術的應用使信息傳遞方式發(fā)生改變，解決了信息不對稱、信息延滯等一系列問題，加強了各參與方之間的合作關系，為提升供應鏈整體績效提供了可能。

裝配式建筑參與方相較于傳統(tǒng)建筑更多，因此，供應鏈涉及多個維度、多個層級，涵蓋設計、生產制造、運輸、施工裝配、運營維護5個階段。參與方包括業(yè)主、總承包商、勘察設計單位、供應商、制造分包商、施工分包商、監(jiān)理單位、物流單位及政府監(jiān)管機構等。因此，裝配式建筑供應鏈信息流管理相較于傳統(tǒng)建筑更具挑戰(zhàn)性。

使用聯(lián)盟鏈的形式將裝配式建筑供應鏈中各參與方連接起來，通過P2P協(xié)議、共識算法和智能合約，可打造出一個高度自治、集體維護的供應鏈信息系統(tǒng)。基于區(qū)塊鏈技術的裝配式建筑供應鏈聯(lián)盟鏈，通過加入政府監(jiān)管機構，形成了一個互相信任的模式，減少了人力資源的投入，簡化了供應鏈上下游的交易手續(xù)，保障了各環(huán)節(jié)交易信息的準確性和可靠性。

4.1"設計階段

裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑在施工方式上有所區(qū)別。裝配式建筑部分或全部構件由預制工廠制造運輸至項目施工地點，進行組裝、裝配。因此，方案設計階段前期增加了技術策劃環(huán)節(jié)，考察構件的生產及運輸能力、后期裝配復雜程度等。構件標準化設計有助于降低施工成本^[15]，但目前建筑個性化的需求使得構件標準化與消費者審美之間存在沖突。因此，如何調節(jié)標準化與個性化之間的關系，成為設計階段難以處理的問題之一。區(qū)塊鏈技術利用P2P協(xié)議，點對點進行信息交流，削弱了傳統(tǒng)建筑施工總承包商和業(yè)主絕對的領導地位，使設計階段各參與方均可以提出自己的想法，共同尋找更好的解決方案。

在設計階段，設計調整往往會引起相關專業(yè)設計邊界的變化，造成不同專業(yè)之間需要進行多次信息反饋與溝通，因此，確保土建設計、內裝修設計、部品構件設計的統(tǒng)一協(xié)調。然而，參與方間存在信息延滯、信息不透明等問題。聯(lián)盟鏈的應用在保障信息傳遞速度的同時，其去信任的特點使得信息更加透明安全，提高了信息傳遞效率，打破了信息堡壘。

4.2"生產制造階段

生產制造階段主要關注構件庫存與構件質量。供應鏈間各參與方交易信息不透明，容易造成信號失真。供應需求信息流從客戶端流向原始供應商時，會逐漸扭曲且逐級放大，夸大客戶端的真實需求，無法實現(xiàn)有限信息共享，從而產生“牛鞭效應”。供大于求的方式不僅增加了倉儲費用、存儲安全風險，還使流動資金過早投入生產，增加了投資風險。區(qū)塊鏈技術中P2P協(xié)議的應用，確保了信息傳遞速度與真實性，減少了供應鏈中上下游信息傳輸時間，有效解決了信息延滯問題，避免了“牛鞭效應”的發(fā)生。

同時，構件質量監(jiān)控尤為重要。生產構件時，對重要和易損構件進行標號，將其標號接入聯(lián)盟鏈中。聯(lián)盟鏈中有權限的成員可以實時監(jiān)控構件制造過程、運輸情況，可有效控制構件質量造假行為。當構件出現(xiàn)質量問題時，利用區(qū)塊鏈技術信息溯源特點，對問題構件交易信息進行追蹤查證，找出問題，并及時處理。

4.3"運輸階段

預制構件、部品在運輸過程中分批次進行運輸，可能造成運輸信息離散，安全性難以保障。利用區(qū)塊鏈技術分布式賬單存儲和共識機制，可以對交易信息進行存儲加密，以保證數(shù)據的安全性，避免參與方篡改數(shù)據或數(shù)據平臺被破解、數(shù)據流失情況的發(fā)生，有效解決了物流信息離散可能導致的部品構件安全性得不到保障的問題。

若在聯(lián)盟鏈中加入的構件質量合格，則自動將應付賬款轉入制造分包商賬戶，這種智能合約使票據、單據電子化，實現(xiàn)數(shù)據安全高效交換，保證了雙方交易順利進行，避免了應收賬款回收不利、資金周轉困難的情況發(fā)生。

4.4"施工裝配階段

施工裝配階段，施工分包商與相關參與方進行信息交流，協(xié)調材料、設備、預制構件進場，并對其進行倉儲管理。在進行部品構件裝配時，及時進行施工技術、施工進度交流。區(qū)塊鏈技術去中心化特點，使各參與方能夠在不同施工階段，依據施工任務階段性需求，動態(tài)轉變?yōu)樾畔⒐芸亍爸行摹保瑢θ诌M行信息管控協(xié)調。施工裝配階段區(qū)塊鏈技術的應用可以保證施工分包商處于相對重要的地位，縮短信息交流時間，提升信息數(shù)據分析、決策、處理、應用效率。憑借區(qū)塊鏈技術強大的追蹤溯源能力，一旦發(fā)生質量安全事故，系統(tǒng)能夠迅速進行信息追蹤，準確定位問題發(fā)生的階段，為事故的取證和處理提供了極大便利。

4.5"運營維護階段

運營維護階段，各參與方可為業(yè)主提供工程運行技術和保養(yǎng)維修服務?；趨^(qū)塊鏈的供應鏈信息平臺的智能合約技術，可以有效簡化保養(yǎng)維修流程。通過區(qū)塊鏈技術，可在平臺上對維修條件存證。當問題交易信息包括生產廠家、安裝日期、尺寸信息等關鍵數(shù)據時，無須業(yè)主提交維修申請，系統(tǒng)即可直接溯源交易信息，從而確定責任歸屬，避免出現(xiàn)相互推諉的現(xiàn)象，極大地提高了維修效率。

5"結語

針對傳統(tǒng)裝配式建筑供應鏈信息不透明、信息監(jiān)管溯源困難等問題，本文從供應鏈信息流角度出發(fā)，構建了基于區(qū)塊鏈技術的裝配式建筑供應鏈信息平臺。該平臺旨在解決傳統(tǒng)供應鏈信息共享平臺的不足，為實現(xiàn)項目信息的可溯源、去信任、高效傳遞提供借鑒?；陧椖咳芷诶碚?，對區(qū)塊鏈技術在裝配式建筑供應鏈的應用場景進行了展望與設想，為區(qū)塊鏈技術在供應鏈領域的應用探索了新的思路。然而，區(qū)塊鏈技術在裝配式建筑供應鏈的應用過程中仍面臨著諸多挑戰(zhàn)。如何將其理論特點最大限度地與工程實踐相結合，成為亟待解決的問題。未來需要在實踐中不斷試錯、不斷改進，隨著問題的逐步解決，區(qū)塊鏈技術有望在供應鏈領域發(fā)揮更加重要的作用。

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