基于区块链与BIM 技术的绿色建筑管理平台的应用研究

王梦超

(华东都市建筑设计研究总院)

1 引言

在国家政府的提倡和法律法规的要求下，大力发展绿色友好型建筑是整个建筑行业实现高质量转型升级的必然之路。绿色建筑的可持续性发展，首先需要在建筑全生命周期内对各种建筑材料、设备的完整信息了如指掌，通过协同优化的管理方式，最终实现节能减排、提效降本的目标，这也是需要BIM 技术助力的缘由[1]。BIM 技术作为一种设计辅助工具，一种信息化共通平台，一种开放性共享环境，在三维模型的基础上加上时间和成本维度，在数据传输、信息交换的同时，实现透明、实时、精细化管理，进而缩短工程进度，提升工程质量与经济效益。

区块链是源于比特币的一种底层技术体系，被广泛应用于金融、医疗、建筑等实体经济的通用性信息技术。区块链从本质上说就是一个分布式的共享账本，一种去中心化、公开透明的、让每个人共同参与维护的互联网数据库[2]。早在2015 年我国推出“互联网+”以后，在包括国务院《“十三五”国家信息化规划》等文件中就明确强调了区块链举足轻重的国策地位，即作为核心技术自主创新的重要突破口，作为新型智慧城市建设的重要探索方向。因此，探索研究了基于区块链与BIM 技术的绿色建筑管理平台的应用框架与推广价值。

2 BIM 平台下绿色建筑管理面临的问题

建筑项目的实施过程中会产生大量的信息和数据，比如合同、图纸、变更单，现场计量单等。这些信息和数据上传到BIM 平台，虽然有效整合了各专业分项领域的复杂知识，实现了数字化作业流程，与集成协作的精细化管理，但是电子资料在迭代便利的流程中易于被修改，一旦出现问题，往往难于找到源头，即使找到根源诉诸法律，取证问责也同样困难重重[3]。

在建筑项目设计、施工以及后续运维中，对材料、设备的供应链和资金链的管理也是问题不断。比如由于建材种类繁多，供应商来源不一，造成的品质参差不齐；由于交通管制等额外因素，造成的运输费用高昂；由于设计盲点或施工工艺有限，造成成本上升，预算不足。再比如采用传统、手工式仓储管理的公司，不仅仓储成本过高，而且监管质量不佳，容易出现库存积压或缺乏，进而影响工程进度、成本投入，以及人力、财力、物力的浪费等[2]。

绿色建筑是遵循因地制宜的原则，强调通过优化设计、高新技术、科学管理等方法，实现对资源、能源、材料等最大限度的节约与循环使用，在满足用户舒适性与安全性的同时，实现人与环境和谐共生。因此，对建筑全生命周期内所涉及的绿色建材和设备，在供应管理上提出了更高要求[2,4]：

①建立统一的建材、设备绿色度认定标准，从生产商开始对建材设备做好绿色认定，并跟踪记录产量、销售量、库存量等电子信息。

②建立共通的建材设备管理机制和信息数据平台，使项目主要参与方能及时根据设计精度、施工质量、供配货情况，跟踪把控建材设备的库存、需求与成本，避免进度拖延、资金不足、质量隐患等问题。

③建立闭环的信息交付工作流程，从设计到施工再到后续无缝对接运维平台，使物业管理轻松掌控各建材设备的维修保养、更换售后等信息。

3 区块链技术的特点及应用优势

区块链 (Blockchain technology，BT)被称为继互联网之后，能改变世界的下一代颠覆性核心技术，它最早出现在2008 年中本聪的《比特币：一种点对点电子现金系统》[2-3,5]。区块链是将数据存放在叫区块的地方，再按照时间顺序、以链条方式将这些区块组合成特定的数据结构，并运用大量的密码学知识来确保系统的安全性，防止数据被篡改、信息被造假。每个区块包含了当前的有效交易列表，以及对前一个区块的加密引用。因此，区块链具有去中心化分布式存储，公开透明、不可篡改，信任共享的功能特点。

日趋成熟的BIM 技术为区块链在建筑行业的推广应用提供了绝佳的基础平台。著名的工程公司Arup 在《BIM 区块链报告》中写到：“建筑的交付，运营和服务部门受到高度分散、低利润和不可预测建筑效能的多方面困扰。专家预测，区块链技术的实施——无中间层的可信任网络，允许每个人就单一事实达成一致——将很快实现可观的运营改进，从而提高质量并降低项目成本。”

因此将区块链技术应用到建筑项目管理中，对工程招投标、安全质量事故溯源、合同管理、供应链管理、风险管理等都有巨大的现实意义[2-3,5]：

1）去中心化、去信任化

区块链是由众多节点（服务器）共同组成的一个端到端的网络结构，不需要借助中心化的设备或第三方管理机构担保，节点之间通过数字签名技术即可进行数据交换。建筑项目各参与方在数据共享和完成交易时，无需建立共同的信任体系即可直接达成共识，实现点对点的交换。

2）不可篡改、可追溯性

一个或多个节点的修改，是不会影响整个链上的节点数据的。所以被盖上时间戳的交易记录会永久保存在区块链之中，具有不可篡改性。而且按照时间顺序，项目参与方可以搜索查询到每个节点上的全部数据，对建筑材料的生产、供应进行全过程追溯。

3）透明性、开放性

区块链中除了私有信息，其他都是公开的，从而保证了系统高度透明，便于工程项目的审计和监督。通过公开接口，项目参与方可以了解和查询交易情况及相关参数信息，将信息不对称而导致的风险损失最小化。

4）安全性、可靠性

区块链技术所拥有的独特加密方式和链式存储结构，提高了系统的安全性，避免了信息的丢失（比如数据中心故障等）、失真、窃取、泄露等问题，从而帮助项目参与者在交易中，快速建立信任体系与防伪识别机制。

4 区块链在BIM 平台下绿色建筑管理的应用架构

区块链在BIM 平台下绿色建筑管理的应用架构可分为四层，模型信息层、数据库层、区块链层和交互层。

1）模型信息层

包含了建筑全生命周期的阶段性模型以及最后的总模型，并在模型中补充了与项目相关的业务信息、与材料供应相关的物流和财务信息等，这些信息和数据源于各阶段的主要参与方。比如在绿色建筑全生命周期中，主体参与者们在通过BIM 模型提取建筑和材料设计信息的同时，补充材料生产信息、功能信息、评价信息、价格信息等，实现信息流、物流、资金流的三流合一。

2）数据库层

主要是对下层静态模型数据及动态监测数据等进行的采集、存储，并通过统一的文件格式，比如IFC 标准，保证数据能够在平台与模型之间应用和转换，以满足在同一平台上对BIM 数据进行统一管理和资源共享。

3）区块链层

是将一系列加盖了时间戳的数据区块以链条形式连接。这些区块代表着项目实施过程中，参与者之间发生的每一次交易记录，这些“交易”可以是物质流动、资金流动，也可以是信息流动（比如已完成项目任务、已完成资源交易、已完成施工任务等[1]）。每个区块包含了当前的有效交易记录，以及对前一个区块的加密引用，存储于其中的数据或信息不可篡改、不可伪造。比如建材供应链的上下游交易信息，通过区块链被打包记录在信息集成平台上，以供项目各主体参与方的应用共享，其中包含交易双方的信息、时间、合同条款等[5]。

4）交互层

项目各参与方通过基于区块链与BIM 技术的绿色建筑管理平台，对绿色建材和绿色设备的设计预算、供配货情况、施工用料等方面，实现溯源、存证、互信、沟通等监管诉求。此外，方便业主对企业内部以及供应链上下游企业的动态监管，一旦发生问题，不仅可以及时发现更换失信企业，也方便取证维权。

图1 基于区块链技术的绿色建筑BIM 平台的框架结构

5 结语

区块链是一种通过去中心化和去信任化，依靠集体共同维护的数据库技术方式，在各行各业引起了广泛的关注与研究的热潮。本文将区块链技术融入BIM 平台对绿色建筑的管理框架和应用前景进行了初步研究。由于目前对区块链技术的监管机制和实施规范，还处于探索阶段，在建筑行业缺乏相应的国家法规与行业标准。另外，区块链与BIM技术的结合的可行性与有效性，需要落地项目的进一步检验与验证，巨大的机遇与挑战激励着更多的创新应用。