建筑业的突破:区块链技术

以下文章来源于复杂工程视点 ,作者王梦琪

区块链已到来。区块链技术为行业提供了更高效、透明、高产和可持续的巨大机会。但是,区块链究竟是什么?企业、工程师以及建筑环境专家该从哪里入手?他们如何利用这一潜力?

英国土木工程师协会(The Institution of Civil Engineers, 简称ICE)2018年12月发表《Blockchain Technology in the Construction Industry——Digital Transformation for 

High Productivity》报告,由浅入深地解答了行业疑惑。

建筑业的突破:区块链技术-BIMBANK

ICE的工程知识主管Nathan Baker在前言部分说到:全世界范围内,建筑业长期以来一直面临提高效率、生产力和利用新兴技术带来的机遇的挑战。这篇ICE洞悉报告探讨了区块链技术的潜力,并询问这种颠覆性技术如何彻底改变建筑业。

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报告主体内容包括:引言(Introduction)介绍了区块链的本质、必要性和重要地位;理解区块链和智能合同(Understanding Blockchain and Smart contracts)阐述了区块链的运作方

式、类型,区块链支持的智能合约,再次指出区块链技术的必要性;付款和项目管理(Payment and Project Management)、采购和供应链管理(Procurement and Supply Chain Management)、BIM和智能资产管理(BIM and Smart Asset Management)三部分是区块链的3个主要应用;挑战和实施(Challenges and Implementation)指出建筑业面临的独特挑战,以及对于是否需要区块链的判断过程;最后,总结和未来工作(Conclusion and Future work)对全报告总结概括并展望行业未来。

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引言

建筑业现状和发展趋势:全球范围内建筑业是最大行业之一,仍将是经济增长关键驱动力,但其生产力表现持续低迷。数字化是未来建筑业发展趋势之一,BIM即代表。

1)全球行业中的区块链和信任

先进技术的使用帮助企业快速适应市场并获得竞争优势,为客户和用户提供更优质的服务。而区块链技术成为这些变革技术之一。另外,作为企业最无形但最具价值的资产之一,在高复杂性和交互的快节奏全球经济背景下,通过第三方建立信任变得不切实际,区块链便成为解决方案之一。

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2)区块链是什么

区块链本质上是一种信息的分布式账本,将包括交易或协议等信息按时间顺序加密储存在计算机网络中,且不可更改。所有网络节点用户都可以获得一个唯一、真实账本的副本,所有储存信息都会同步更新。而且,区块链是分散化管理,不存在第三方或中央机构。

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3)为什么区块链对建筑业如此重要

建筑业通常被认为是最分散、高影响力的行业之一。供应链复杂、问责制缺乏等“痛点”长期困扰着建筑业。区块链这项创新技术恰好能够对症下药,为建筑业带来“透明度”“可追踪性”和“协作”:

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理解区块链和智能合同

11世纪,中东发明了复式记账法。20世纪60年代早期,电子数据交换系统(Electronic Data Interchange, EDI)出现,实现了参与方间的信息自动共享。直到分布式账本技术的发明,区块链网络上所有用户可以从同一个账本中共享信息。近些年,各种分布式账本技术被广泛应用在各个领域。

1)运作中的区块链

通过一个交易的例子说明区块链如何运作:

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每个参与者都会有自己的、相同的区块链副本,包括各方之间的每个交互和交易,进而提高过程效率和可追踪性。有了这样一个系统,所有参与者之间的信任和协作会从根本上提高。

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2)公共和私人区块链类型

区块链系统可分为公共区块链和私有/许可区块链,它们的区别在于:

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3)区块链上的智能合同以提高效率

区块链技术的一项关键创新,即智能合同。通过一个简单的例子来说明:

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这种方式下,所有数据和信息以及启动的交易都会被记录在区块链上,整个项目系统对于协作参与者来说都是透明和可追踪的。

目前的关键挑战是,创造一个像区块链本身一样防篡改的系统,否则如果数据损坏,就会导致决策不准确。随着物联网的到来,这种相互连接的传感器可以作为智能合约的封闭数据源,消除潜在的人为错误。

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4)建筑行业理想的解决方案

建筑业的效率长期以来一直饱受批评。

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使用智能合约可以扭转和改善建筑业这一令人担忧的趋势,并释放建筑环境部门的利益。

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(以下三部分为区块链的潜在应用)

01

付款和项目管理(应用1)

滞纳金和相关现金流问题一直是建筑业长期存在的问题。2015年期间,建筑企业和小中型企业(Small and Medium-sized Enterprises, SMEs)平均付款时间变成了82天(增长毁灭性的27%),有的还高达120天。这种情况很容易将整个供应链置于风险中,尤其对SMEs来说是破坏性的。

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在建筑业,区块链最有效的利用就是将基于区块链的平台嵌入到项目实施实践中,使项目自动依据数字化工作、合同条款和智能合同行动启动付款操作。这种平台的关键优势就在于,不仅非常高效,还对所有利益相关方高度透明。

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1)区块链支持的项目协作

试想,在设计合资企业(Design Joint Venture, DJV)内应用这种技术平台,强化协作:

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注:QA为质量保证,全称Quality Assurance。

当一项设计完成时,文件控制系统会通知智能合同,一个设计包已提交: 

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其优势在于,能提高项目的管理和监督方式。区块链支持的智能合同可以最大限度减少合同执行偏差,在合资企业中实施集体纠偏措施。通过区块链上可追踪的数据信息,过程监督和成本进度估算的准确性都大幅提升。仅这些方面的改变,就能够提高生产率9%,节约成本7%。

2)通向透明建筑业的路

区块链支持的付款和项目管理系统的实施是实现和激励范式转型的关键步骤。它帮助解决长期存在的滞纳金和现金流问题,为管理者提供了跟踪逾期付款的工具。这项技术大幅提升了透明度和协作程度,有助于建立各相关方之间的信任。

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02

采购和供应链管理(应用2)

现今,设计者、承包商和供应商非常重视建筑项目中材料的来源。在区块链系统中,关于材料的全部信息对所有利益相关方都透明,包括生产、质量保证以及运输直到交付现场的追踪。因此,区块链带来的优势是意义重大的。

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该方案有标准化的过程和更加透明的采购操作,会极大地降低建筑业的分散程度。而有了实时的材料来源,一个真正的追踪应用在该行业得以实现,以减少污染、推动现场的材料精简和解决材料伪造问题。

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区块链支持下的文档衔接(包括开发票、自动付款等)和供应链管理最终会创造一个更加负责的(accountable)系统,所有问题都会被更快发现和解决,这将降低风险和整体复杂性。IBM Global Financing的例子(将数据转换到区块链系统,从而在减少75%的时间内解决25000例纠纷、节约法律和管理成本40%)有力地证明了这一点。

1)建筑业中区块链支持的可持续采购

该行业分散采购过程的优化和材料源头的实施进而提高了整个供应链的可持续性

如果建设期间的所有材料证书和质量检测都被储存和共享在区块链系统中,这会使度量可持续性方面简单不少。Tata Steel联合建筑智能合同委员会(The Construction Smart Contract Committee)的成员SAP, IBM和Arup进行了区块链试点项目,描述了区块链如何直接应用于建筑行业。但有一点,诸如运输细节和规范的数据往往是特定的参与方添加到区块链系统中的,而非封闭的自动协作系统(closed, automatic oracle systems)。

2)提高供应链中的效率和信任度

具有透明监管链的系统鼓励良好的行为和驱动质量,进而,拥有高质量产品、值得信赖的供应商脱颖而出,双方建立长期伙伴关系。这样的信任会让该行业的供应链从一次性交易向更完整的关系基础转型,这与ICE和Infrastructure Client Group发布的Project 13- A new approach to delivering high performing infrastructure的目标产生共鸣。

03

BIM和智能资产管理(应用3)

尽管,BIM在过去十年里受到广泛关注和应用,但其最大潜力仍未被挖掘。基于所使用信息的类型,建模级别一般通过将“维度”分配给不同的信息类别进行描述。近几年,BIM已经从3D发展到了7D,7D将BIM并入资产管理中,以使用运营绩效数据并覆盖资产的整个生命周期。

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BIM作为一种技术、工作方法和思维方式,已经在建筑行业做出了极大改善。而BIM与区块链技术的结合将会促进BIM的发展,充分利用其全部潜力。

1)BIM和区块链

二者的结合正是基于它们共同的、作为单一事实来源的能力。有两种主要的结合方式:一是BIM结合来自区块链的信息;二是BIM将信息分配到区块链上。

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要实现技术融合的这些方面,就需要一种充分的运作模式(下图为高级概念模型):

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由于每个决策都在区块链上被保存并可追踪,消除了缺乏信任产生的耗时且多余的检查,因此,区块链支持下的BIM方案会带来系统内的固有信任。

2)项目交付的全面解决方案:从‘设计’到‘竣工’

基于模型的交付和智能合同的结合能够实现完全自动的交付过程。而智能合同的特性(当且仅当某个预定义标准满足,交易才会启动)决定了它能够确保交付过程双方需求都被满足。

在设计交付后,BIM面临的关键挑战之一便是在建设期间确保合理捕捉信息到模型中。经常发生的情况是,‘竣工’状态没能被准确捕捉(这也是BIM模型变成真实资产的“数字孪生”的一个主要障碍)。要做到这一点,并推动BIM发展的进程,可能的方法就是使用区块链和智能合同来部分程度地管控付款和项目进度。

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3)BIM和区块链共同走向数字孪生和智能资产管理的方式

大多数项目对资产的管理并不会因交付而停止,而是贯穿整个生命周期。因此,该行业的智能资产管理 (Smart Asset Management, SAM) 系统得到推动。

“数字孪生”则是该新型领域中的一个概念,基本来说就是一种实物资产的数字表示。它包含了资产管理整个生命周期的全面视角,从最初的概念到退役和回收。要实现这个目标,从项目开端就需要一个充分的BIM框架,以为模型的交付提供运维(Operation & Maintenance, O&M)阶段的基础。

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不仅限于“竣工”状态,数字孪生还可以结合物联网(Internet of Things, IoT)数据服务(提供来自高度专业化设备和传感器的大量数据)。这会将数字孪生变为资产管理的实时的、信息丰富的仪表板和报告工具。

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挑战和实施

根据PwC study(Global Blockchain Survey- Blockchain is here. What‘s your next move?),全球大约600家大型企业中86%就应用了区块链,而他们那面对的主要障碍有:

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由于建筑业独特的商业环境,它将面临特定的挑战,在监管(Regulatory)、既得利益(Vested interests)、文化(Cultural)、边际利润率(Narrow margins)、知识共享(Knowledge sharing)和分散化(Fragmentation)方面。

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在真正投入使用区块链之前,各组织应谨慎判断,是否需要一个区块链解决方案?下图展示了从适用性、协作性,到试点项目和实施的四个阶段。

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总结和展望

建筑业将经历一场变革,部分是数字化的,部分是一种商业惯例的变化。区块链技术具有同时影响这两方面并促进创新的潜力。区块链技术结合智能合同不仅会影响付款、项目管理和建筑项目采购,甚至还会影响BIM的未来发展。尽管区块链技术作为一种新的变革技术,在引入过程的早期,建筑业必定会遭遇难题。但区块链技术推动该行业向高效、负责和透明范式转型,彻底改变建筑业现状的潜力巨大,实在不容错过。

建筑业作为世界上最大的行业之一,其建设的基础设施是经济增长和生产力的支柱。因此,推动建筑业数字化变革、以做好充分的准备迎接21世纪的挑战,是我们的固有责任。

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