数字建造下施工阶段成本管理研究——基于区块链技术应用

莫盛杰 张东林 张国兴 季凡杰 罗甜湉 黄凤玲

(1.河北建筑工程学院，河北 张家口 075000；2.秦皇岛广建工程项目管理有限公司，河北 秦皇岛 066000)

1 引 言

在数字技术驱动行业发展的大环境下，建筑实体数字化、过程数字化、管理数字化将成为推动建筑产业变革与发展的主要动力.但是就现阶段而言，建筑行业整体上在数字化、信息化水平还处于非常低的水平.近年来，由于住房城乡建设部和各地政府的引导和鼓励建筑企业信息化发展，建筑工程行业对BIM技术的认知水平在不断提高，BIM技术在国内诸多施工企业的应用也愈来愈深入；建筑行业从业主、各专业工程师、施工方和供应商等利益相关方角度来看，提速BIM技术在建筑企业落地应用，尽早统一基于BIM的各类相关标准制度，在各个利益相关方之间共享使用，使BIM模型数据互用性更高，使工程各类信息在建筑工程建设中真正做到“无纸化”传递、“数字化”传递是目前进一步探究的方向.

区块链新兴技术的应用在前人的研究中对于在建筑行业的应用已经做出一些展望，对于区块链技术具体怎样融合于建筑工程项目施工成本管理是亟待研究的问题.在传统的工程施工成本管理中存在如下难点：(1)工程项目施工成本难以实现动态管理，很难在施工过程中选取一个最合理，最优的施工成本管理方案；(2)工程施工中经常出现变更问题，相关变更经常造成工程量、进度发生较大变化，进而提升实际施工成本.(3)现场施工进度体现在工程量的完成度，工程量的计算和工程量的汇总关系到工程进度款的发放，但是繁杂的数据和繁重的工作量在传统的工程建造方式中显得尤为不便.(4)在提倡数字建造的时代，施工成本管理的数字化还远远停留在理论阶段.

2 研究理论

2.1 BIM技术

2.1.1 BIM概念

2005年出版的《信息化建筑设计》阐述BIM的概念为：建筑信息模型，是利用已有的3D技术为基础，系统地集合了建筑工程项目中各种各样与之相关的工程信息数据模型，对建筑工程项目的各种相关信息进行完整地，详细地数字化呈现.BIM也是一种应用在设计、建造、管理的数字化方法使整个建筑工程项目极大地提高工作效率和减少大量的风险[1].

2.1.2 BIM的特点

(1)3D可视化.

BIM技术在建筑工程项目施工中具有3D模型可视的优点，通过3D模型可视化特点的运用，提高工程的施工设计方案的合理性，为建筑工程项目的顺利施工打下良好的根基.

(2)模拟性.

当BIM技术参与到建筑工程项目的施工中,其显现最突出的特点是施工全真模拟性，通过施工全真模拟性特点可以让建筑工程项目在正式施工进行前进行动画模拟，对管道综合进行碰撞检测以及对设计的施工方案进行甄选等.

(3)协调性与协同性.

工程项目施工周期一般较长，施工内容范围一般也较广，各个施工项目之间专业性较强，各专业之间差异性非常大.如果仅仅依靠工程项目的二维纸质施工图纸对工程项目施工进行协调和管理，这样对工程施工中各项目之间的沟通和协调的帮助是非常有限的，并且这样的管理协调方式也是较为落后的.BIM技术的引入为建筑工程项目的各个利益相关方提供了一个准确的，唯一且高效率的可以相互配合的工作中心平台，其不仅极大地提高了工程项目的的质量也加快了工程项目的施工进度.

2.2 区块链技术

2.2.1 区块链的基本概念

区块链的概念最初是中本聪在2008年发表的一篇关于Bitcoin论文中提出.区块链，是指利用加密链式区块结构来存储与验证数据、利用分布式共识算法来新增和更新数据、利用运行在区块链上的代码来保证业务逻辑自动强制执行的一种全新的多中心化基础与分布式计算范式[2].

2.2.2 区块链的核心技术

侯周国在《区块链技术发展现状及特色应用研究》论文中详细介绍了有关区块链的共识机制、存储数据、加密算法、智能合约等核心技术的内涵[7].

3 应用框架理论

数字建造是以BIM技术、区块链技术等相关新兴技术的应用为实现的基础，面向在施工成本管理阶段，实现建筑工程项目信息的数字化、集成化以及系统化，以满足项目施工阶段成本管理各个参与方的信息管理需求.数字建造下施工成本管理概念的提出来源于BIM技术、区块链技术以及新时代下建筑工程项目施工成本管理的基础理论支撑.

图1 基于BIM技术和区块链技术成本管理框架

在数字建造理念下，在工程项目施工成本管理阶段将传统的二维纸质图纸转变为3D、4D甚至5D的数字信息模型.利用BIM技术和区块链技术在建筑工程施工成本管理中可以解决以下问题：

(1)施工前图纸审核.

美国Stanford University设施集成工程中心就建设工程项目使用BIM技术后调查研究后发现：BIM技术的使用消除了多达百分之四十的造价更改，仅仅是碰撞检查一项就可以节约百分之十的成本[5].因此在建筑工程项目中，工程变更是增加施工成本的一个重要因素.在现实工程项目中，工程的变更往往是因为图纸设计的错误.施工前，经过BIM数字信息模型的建立，再使用相关BIM软件对数字信息模型、管道综合进行碰撞冲突检测，以此来发现施工图存在的不合理或者谬误的地方.(如图2、图3所示)施工方在施工之前就避免因为图纸的错误而造成工程变更而带来成本的损失.

图2 桥架碰撞 图3 管板碰撞

(2)精益建造，出量精确.

建筑工程中施工材料费和工程量是施工成本的占有重要的地位.上述调查还发现，在建立BIM模型时合理控制建模的精度，可以将造价估算精度控制在百分之三范围内.因为BIM信息模型本身就存在大量的具体的数据信息，包含了建筑实体结构的尺寸信息、材质和工程材料型号等非常具体的工程数据信息，当我们需要较为准确的工程量时，我们只需要提高建模精度，这样再使用相关BIM软件自动生成工程量.减少建筑工程施工材料的浪费以便降低工程项目的施工成本.

结构精益建模 建筑精益建模 机电精益建模

(3)施工方案模拟优化.

不同的施工方案往往具有不一样施工成本，选取最为合适的方案是降低成本的途径之一.因为建筑物本身的特点，在选择施工方案时仅靠经验并不一定是最佳选择.施工方可以应用BIM技术中的模拟性特点，对工程项目施工方案进行全真模拟施工，以此对不同施工方案进行对比，选择最合理的施工方案.

图5 施工动画模拟

(4)进度控制，实现动态管理.

建筑工程项目施工进度的有效控制是施工管理中的一个重要环节.合理把握工程项目施工进度，动态地计算已完工程量是发放进度款的依据.但是在传统施工中计算完成工程量的工作是繁重的，引入BIM技术后，BIM软件将动态地呈现施工已完工程量并进行工程量的汇总.

(5)信息安全保护.

建筑信息模型中工程数据信息内容庞大、各种信息之间关联性强且往往需要多方协同工作，这样一来，信息的安全是一个亟待解决的问题.利用区块链技术和BIM技术相结合，增加一个安全信息维度和智能合约[6]等便可保证建筑工程全寿命期的安全和智能控制.区块链是一种去中心化、无需信任的分布式账簿技术，具有公开透明、防篡改、可追溯、可靠性高等特点[4].建筑信息模型中有了区块链技术的加持，有望解决BIM建筑发展中的大数据管理、信任、安全和隐私等关键问题.

(6)信息共识机制.

在建筑数字信息模型中，这个建筑工程项目的所有工程量、建造材料、成本等信息是均可在项目参与方之间共享.如果在施工过程中材料价格有波动、工程量有变化时，各个利益相关方(如业主，施工单位与供应商等)信息是共享的.此时利用区块链技术中共识机制的特点，在三方面对材料价格波动，工程量变化进行验证识别，达成一致意见时将形成新的信息区块被存储起来.这样一来，工程中任何的变化三方是知晓的，一方面避免了当工程中出现成本变化时的争执，另一方面也避免了工程管理人员利用自己手中权力为己寻租.这其中工程承包方进行非法转包、发包方恶意拖欠工程款、施工方偷工减料、采购方压价要回扣等违法情况将会得到有效遏制.

(7)信息可追溯性.

区块链技术进行的数据存储是不可更改的，信息一旦确认将被永久保存不能被任意第三方任意改变[3].区块链上的每一个节点信息的改变都可以根据时间顺序、更改数据对信息更改源头进行追溯，从而保证了项目中数据的可信性.除此之外，区块链的加密方法也确保了建筑工程项目信息的保密性.除非授权他人很难破解区块链中存储的信息，以此确保了在数字建造下资料的安全性.

4 总 结

综上所述，基于BIM和区块链技术的数字建造在施工成本管理应用的优势如下：

(1)提高了建筑施工中数字化水平，使得原本需要纸质记录的资料以数字资料的形式存储、传递.改变了传统二维纸质信息交互途径和方式，提升了工程项目信息交互质量和精度水平；更进一步实现建筑工程项目施工成本的信息化管理，提升工程项目信息可追溯的便利性水平；提高建筑行业的数字化程度，为数字建造给予了强有力的支持.

(2)利用BIM技术对图纸审核，进行碰撞检查和漫游，减少了在施工进行中的工程变更，节省了工期、人工、施工材料费用等成本费用.

(3)模拟施工选择最优施工方案，进度控制进行动态管理使施工费用趋于合理化.

(4)BIM技术结合区块链技术，在建筑施工信息化进程中保证了工程项目中大数据的管理、信任、安全和隐私等重要问题.