基于区块链的装配式建筑供应链采购模型研究

谭兆秋 王金茹

(1.陆军工程大学，江苏 南京 210007；2.东北林业大学土木与交通学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

0 引言

建筑业是我国经济增长的关键驱动力，但传统建筑业的生产力持续低迷。随着装配式建筑的日渐成熟，将传统建筑工程项目的施工建造转变成工业化的生产制造，依靠装配式建筑供应链系统实现信息共享、各节点企业的高效运作，有序地完成绿色制造、绿色运输、绿色装配和绿色交付[1-3]。装配式建筑供应链的采购环节作为整个系统的源头，尤为重要。但由于建筑业的分散度较高、建筑项目现金流滞纳、企业间信任度较低及供应链需求信息传递不够及时，使得供应链采购的效率、成本、风险及整体复杂性等问题更加突出，阻碍了装配式建筑进一步的发展，因此有必要针对装配式建筑供应链采购环节进行研究[4-6]。

区块链具有标准化的过程和更加透明的采购环节，极大地降低了建筑业的分散程度，实现了装配式建筑高度透明度、高度可追踪性、相互协作。区块链技术能使所有网络节点用户都能获得一个独一和真实的账本副本，所有信息都会随着区块链信息完善而同步更新，并且在区块链的分散化管理下，不存在第三方和中央机构的运作，能有效解决采购过程中的纠纷，节约法律及管理的成本。随着区块链技术发展，已有学者将其引入建筑业，但对于区块链技术与装配式供应链结合的方法缺乏深入研究。因此，本文针对装配式建筑供应链采购环节过程分散、企业间信息不对称等问题，在装配式建筑绿色采购参考模型(Prefabricated Construction Green Procurement Reference model，PCGP)基础上，分析装配式建筑供应链采购现状及问题，阐述区块链技术引入装配式建筑供应链采购的可行性，将区块链技术、CPFR管理和绿色采购相结合，构建基于区块链技术的装配式建筑供应链采购模型。

1 装配式建筑供应链采购现状及问题分析

现有装配式建筑供应链是以总承包商为核心，设计单位、总承包商、供应商、制造、施工分包商、监理单位、业主、政府和金融机构通过信任基础相互协作，围绕建设工程项目将单个企业串联起来，将松散的关系组成一个包括设计、采购、制造、装配和交付的整体网络结构，实现供应链整体效率优化。装配式建筑供应链采购作为供应链的桥头堡，是一种供应链机制下的采购模式。随着社会科技的进步，供应链采购上下游订单的财务交流、构件需求预测、产品反馈等存在一定问题，导致供应链采购过程中的信息数据传递不及时、共享缺失，阻碍了装配式建筑供应链采购的高效运转。具体分析如下：

(1)采购环节的核心企业对供应链控制能力较弱。核心企业在装配式建筑供应链采购管理过程中的协同计划预测、补货、库存管理没有做到统一规划、商品追踪及协调完善，对于资金流、信息流、商品流和物流未进行资源整合及合理的管理。

(2)供应链采购需求与能力现状匹配度较低。装配式建筑采购的部品构件、原材料等监管能力不足，采购订单审批具有主观性，缺乏有效方式保证采购商品在数量、质量和时间上的统一，而采购环节的信息滞后性给供应链整体带来严重隐患。

(3)供应链采购信息容易产生孤岛现象。采购与生产、供应信息交流存储不完善，缺少信息载体将相关信息数据统一处理、存储、反馈等，容易导致因装配式建筑采购安排不合理而出现窝工、大量库存、二次搬运存放安全等问题。

(4)供应链采购环节缺乏有力的信任机制。装配式建筑采购的供应与需求需要强大的协同运营能力，而供应链协同的基础是信任，反之则容易导致信息流失真，所产生的不可信任因素直接扰动供应链生态系统的平衡。

因此，在大数据时代背景下，装配式建筑供应链采购环节应充分利用区块链新型技术的优势，在区块链的支撑下促进供应商选择、绿色原材料采购、采购资金融资、采购数据库构建和采购管理等供应链采购环节各模块运作及优化，提高装配式建筑供应链运作效率及供应链上下游企业间的信任度，实现区块链支持下装配式建筑供应链的可持续采购。

2 区块链在装配式建筑供应链采购中的可行性分析

2.1 区块链内涵

区块链是一种基于计算机分布式数据存储、共识机制、点对点传输和加密算法等技术的新型应用范式，将交易、协议等信息按时间顺序非对称加密存储于互联网中，去除中心化的分布式数据库具有安全可靠、高度透明、可追踪性和可共享等特点。其本质上是一种信息交互规则，由区块组成、由链建立连接关系的分布式账本，无须第三方就能实现信息共享，提供了一个高可靠性的信息载体。

2.2 区块链应用于装配式建筑供应链采购的可行性分析

供应链采购的活动交易过程、信息数据，公开透明地存储在区块链上，能有针对性地改善传统供应链的采购环节存在的问题，保证采购环节中的融资、业务、财务、数据、管控及反馈优化等一体化管理，区块链下的采购模型如图1所示。同时，供应链与区块链存在耦合关系，形成的平台能有效连接链上的相关企业机构，去除中心化的理念能使供应链企业间进行平衡的信息交换和存储，促使装配式建筑供应链中的资金流、信息流、物流和商品流交汇，实现互信共赢的“区块链-供应链”绿色生态系统。在区块链技术的支撑下，装配式建筑供应链中的企业间的信任度显著提升，达到吸引优质、剔除劣质的效果，降低信息不对称程度，提高供应链节点企业的协同效率。区块链-供应链能够综合人工智能、物联网、大数据和互联网等技术，用来处理复杂多变供应链的海量数据和信息，并自动优化和动态调整供应链规则，提高供应链上各环节的韧性能力。

图1 区块链下的采购模型

2.3 区块链应用于装配式建筑供应链采购的优势

应用区块链技术构建一个服务装配式建筑供应链的区块链平台，其中包含着对应的技术模块，能在生产建设中实现提高质量、缩短周期、降低成本、满足需求和信息共享等目标。在装配式建筑供应链的运营中，区块链的监督模块能随时跟踪所采购的部品构件，以保证其质量符合建设标准；节点管理模块能调控供应链的交互，以缩短装配式建筑供应链的运行周期；分布式数据库能将装配式建筑所需部品构件的价格透明化，防止产生因信息不对称而导致的成本增加；数据可视化及后台管理，能实现供应链的信息共享；数据服务模块、相关系统，能满足供应链运作需求。

区块链能有效且针对性地解决装配式建筑供应链采购环节存在的问题，基于区块链技术平台的绿色供应链采购具有多中心、可靠性、可信任、开放性、高效率和安全性等优势。多中心体现在供应链的核心节点上，区块链平台上的每个核心节点都能存储完整的数据，以保证链条上下游企业间的数据实时同步、核对；可靠性是基于强大的区块链数据实现的，供应链产生的数据不仅能独立完整的存储于各节点，而且不会因节点崩溃，造成链条网络受损；可信任源于区块链信息处理的不可逆性，供应链信息不能凭空捏造、篡改、销毁，能够维护良好的运营环境；开放性是基于区块链的加密算法，能保证数据共享过程不受破坏，且开放所需的成本较低；高效率是基于区块链平台的智能合约，采购订单无需考虑人工时间成本和人为错误，符合订单合约规定条件即可生效；安全性是基于区块链平台的数据服务，供应链采购环节的交易会产生并记录数据指纹，以保证清晰的交易权责。

3 基于区块链的装配式建筑供应链采购模型构建

3.1 装配式建筑供应链绿色采购简介

绿色采购(Green Procurement，GP)在传统采购的基础上融合了“绿色、环境意识”，使整个供应链采购的资源利用率更高、更生态友好型、更注重绿色成本，有效地改善了装配式建筑建设带来的浪费资源和污染环境等问题，寻求采购活动与生态环境的相对和谐[7-9]。绿色采购运作模型是由采购、供应商、原材料、制造商、分包商、消费者及环境系统等多种因素协同作用，主要由供应商选择、绿色原材料采购、采购管理、商品运输组成，绿色采购模型如图2所示。相较于传统的采购，其在采购目标方面能更注重绿色成本控制、采购人员的专业度、产品的环境属性、采购绩效表现等，使得供应链上节点企业内外资源一体化、专业化和信息化，促使供应链的源头起到龙头作用。

图2 绿色采购模型

3.2 CPFR协同采购

协同式供应链库存管理模式(Collaborative Planning Forecasting Replenishment，CPFR)是一种集成化的供应链库存管理，通过供应链信息流的交互来协调采购计划和生产制造，从规划、预测和补货三方面对供应链库存进行管理[9-11]。其通过集合供应商、项目方、合作意向协议、制订实际联合商务计划、进行商品需求预测、进行订单预测、物流配送中心等节点，建立统一的库存协同计划，并将各节点的数据库进行资源整合，将共享信息数据输入CPFR统一管理。CPFR库存控制从供应商库存出发，建立CPFR数据库，通过整理链上各供应商的库存品类、数量、质量等数据，并收集配送中心数据、工程项目进度计划、物资需求计划、产品绿色度、废品回收度等，给出符合工程项目的供给预测。协同采购模型如图3所示。

图3 协同采购模型

协同式供应链库存管理能保证在装配式建筑供应链绿色采购中的原材料、部品构件是在绿色环保且废弃物绿色化回收处理的基础上，实现供应链的商品流、信息流、物流、知识流协同采购(Collaborative procurement，CP)，所采购的部品构件、成品、半成品能畅通供应整个供应链条。将CPFR数据库融入区块链平台中的供应链管理业务，能明显地改善采购环节的核心企业对供应链控制能力不足及采购需求的匹配度低的问题。通过有效的规划、预测和补货等协调管理，防止因采购供应、运输到达时间不符合工程项目的建设进度安排而引起的工地窝工、二次搬运、大量库存、部品构件堆积安全等问题，不仅保证了供应链上各节点的生态健康，而且保障了装配式建筑工业化的优势。

3.3 装配式建筑供应链采购模型构建

基于SCOR的装配式建筑绿色供应链模型[1]，充分融合了协同式供应链库存管理模型(CPFR)、区块链技术，实现了“供应链绿色采购+协同采购+区块链支撑”的有力结合，形成了基于区块链的装配式建筑供应链采购模型(Prefabricated Construction Supply Chain Procurement Model，PCSCP)。基于区块链的装配式建筑供应链采购模型如图4所示。在装配式建筑绿色采购的基础上，CPFR模型保证了供应链的库存协同，区块链技术是两者的信息流、资金流、物流、知识流的信息技术支撑平台。参照传统的装配式建筑绿色供应链模型，将装配式建筑供应链采购分为PCSCP计划层、PCSCP运营层、PCSCP支持层三个层次[12-17]。

图4 基于区块链的装配式建筑供应链采购模型

3.3.1 PCSCP计划层

绿色采购是装配式建筑供应链的源头，而PCSCP计划层则是供应链采购的核心设计前提。PCSCP计划层提供了供应链采购运作模型的指导思想，能通过提前设计，预防供应链采购过程中，出现由不确定因素导致的链上主体效率降低及成本升高等问题，影响供应链采购生态健康。PCSCP计划层从以供应商为核心的绿色采购系统出发，充分考虑绿色采购系统上下游企业的供需关系，在装配式建筑供应链的基础上详细设计绿色采购系统的运营。参考传统的装配式建筑绿色供应链计划层的基本流程，充分结合CPFR管理、区块链的优势，建立基于区块链的供应链采购计划，主要包含供应商选择计划、绿色原材料计划、采购资金融资计划、采购数据库构建计划、采购管理计划。

3.3.2 PCSCP运营层

PCSCP运营层是装配式建筑供应链采购的主体，主要包含环境系统、社会系统、生产系统、消费系统，通过信息流、资金流、物流、知识流维持四大系统的生态健康。其中生产系统和消费系统是整个PCSCP运营层的核心，与环境系统进行了能源物质交换、废弃物处理回收及信息交流，

与社会系统进行信息交互的关系。消费系统是装配式建筑供应链的主要驱动力，消费需求能反馈于供应链采购；环境系统是自然资源配置的基础；社会系统能持续为供应链整体的发展提供技术创新、约束监督。

基于区块链的生产系统作为PCSCP运营层的重要运行载体，包含了“采购+制造+运输+装配+交付”为整体的生产运营，同时建立了CPFR数据库进行供应链采购模块、制造模块、运输模块、装配模块、交付模块的信息交互。在绿色采购和区块链的基础上的供应链采购系统，充分吸收CPFR管理模式的优势，建立包括绿色供应商、总承包商、施工分包商、制造分包商、监理方的采购系统。总承包商与供应商间有信息流、资金流、物流；施工分包商与供应商间有信息流、物流；制造分包商与供应商间有信息流、物流；监理方与供应商间有信息流。通过CPFR数据库信息流进行规划、预测、补货的协同管理。区块链技术平台支持采购系统进行内部自我评价，分别对环境影响、采购效果、采购满意度实现整体绩效评价，将评价信息通过数据形式上传至支持层中的区块链数据服务中。

3.3.3 PCSCP支持层

PCSCP支持层是在区块链技术平台基础上，为计划层及运营层提供信息交流、内外联动、管理维护，为装配式建筑供应链信息技术平台构建、技术创新研发、风险防范、运行评价及供应链全面管理的提供支持，构建符合装配式建筑特点的支撑体系。区块链平台主要以核心节点企业为基础，提供所需的日志、内存池、智能合约等技术模块，从技术模块上建立监控服务、合约管理等系统，技术模块与平台系统可支撑供应链采购需要的采购资金融资、采购管理、CPFR库存管理等管理业务，实现供应链信息数据可视化及对应的后台管理。区块链技术平台在绿色供应链采购中发挥核心作用，不仅能够保证采购信息的唯一性和精准性，而且能够优化采购环节、提高采购效率。区块链支持的主要流程如下：

(1)区块链技术平台具有数字加密性、高度共享性。当装配式建筑供应链的生产系统需要采购建筑商品和原材料时，只需在区块链系统里针对所需的部品构件向供应商发送计划意向购买信息，由供应商根据该型号部品构件的库存选择是否确认购买信息，一经确认则录入区块链并生成智能合约。

(2)装配式建筑供应链供需双方按照购买信息严格执行智能合约，录入区块链信息一致则可进行下一步，反之则返回上一步。购买信息录入后，采购方需在规定时间内将所需支付的金额汇入平台支付系统，支付系统收到货款会自动生成的采购合同，并将采购合同发给供应商，且供应商需将合同签章回传采购方，合同则生效。供应商在配货时需将每件商品贴上各自的二维码，商品的二维码信息录入平台，采购方利用平台互联网实时跟踪运输、仓储条件，以了解物流信息。当运输运达后，采购方可将将商品的二维码信息进行验证后录入区块链平台，如与配送信息相同时，平台自动会将支付系统中的货款汇入供应商账户，反之则货款将锁定在支付系统。

(3)装配式建筑生产系统中采购的部品构件存在质量问题时，则将出现质量问题商品信息上传至区块链平台，由平台数据服务综合分析，得出是因何节点导致出现质量问题。若运输环节导致部品构件出现损坏，则区块链平台将对运输节点进行综合评价考量，不达标者将被剔除供应链体系；若供应商生产的部品构件、原材料等不达标，则区块链平台将对供应商进行信誉降级，并责令其完成符合购买信息的交易。装配式建筑消费系统存在安全、环境问题等时，消费者将信息录入区块链中，平台将全面考察问题出现的节点，并责令其解决所出现的问题。

此外，运用区块链技术的PCSCP支持层主要有以下6点作用：

(1)区块链的智能合约能实现装配式建筑供应链供应商的选择与自动支付，在装配式建筑采购业务活动中能将供应商的评价规则和评价指标纳入智能合约，通过数据得出供应商的信用等级，从而选择最佳的供应商，后期监督所选供应商信誉的动态并记录其相关日志，随时反馈于智能合约；在装配式建筑采购付款阶段，可把满足支付资金的规则文件写入智能合约，符合付款条件就触发支付，可省去线下人工操作大量繁琐工作。

(2)区块链的共识机制能确保装配式建筑供应链采购合同交易公开透明，供应链上遵守平等规则，不存在审批上下级管理，使审批流程加快、出错率降低；在签订采购合同时，在线进行交易谈判可省去现场交易时的人力、物力、财力，并且线上交易高度透明，使得交易信息的不对称性降至最低。

(3)区块链的加密算法能保障装配式建筑供应链采购资金支付的安全性，在供应链采购资金支付时，对上下游交易的身份信息进行识别认证，使得相关数据能正确定位目标账户，进入不可篡改的模块中，解决人工造成的汇款错误，提升收付款双方的工作效率，优化支付环节的工作流程。

(4)区块链的工作证明机制能保障装配式建筑供应链采购的会计信息质量，在采购财务记账中需遵循供应链上时间序列的不可逆，违者将被记录个人及企业信誉，减少采购造假现象。

(5)其分布式账本数据库能保障装配式建筑供应链下游环节反馈相关信息及供应链采购自身信息，CPFR数据库可与区块链数据库相融合，使装配式建筑制造产品、建造生产发挥联动效果，以保证采购商品的库存协调。

(6)区块链的监控系统能实时对原材料、部品构件进行追踪监测，若出现质量、进度、损耗、污染环境、损害身体健康等问题，可通过逆向物流将残次品、损耗品、剩余商品进行可回收利用，同时由生产、消费、环境、社会四大系统将相关数据信息返回区块链数据库进行存储、处理，并评定不符合标准的各节点信誉，将不符合区块链标准的节点剔除供应链体系。

4 结语

在全球经济高速发展的背景下，装配式建筑供应链采购长期面临提高效率、生产力及新兴技术带来的机遇和挑战。将区块链平台嵌入装配式建筑供应链，能够有效改善采购环节中因订购期长产生的“牛鞭效应”，并最大限度地减少采购中的合同执行偏差，提高供应链透明度、效率、信任度及成本进度估算的准确性。本文在传统的装配式建筑供应链的基础上，通过对原有的供应链绿色采购进行分析，融入CPFR库存管理模式，引入区块链技术构建新型的装配式建筑供应链采购模型，系统地分析了采购环节在“区块链-供应链”信息技术平台运作过程，为改善装配式建筑供应链采购提供理论依据和模型参考。今后，随着区块链技术的日益成熟，区块链与供应链将得到更加充分的融合，其优势不仅限于装配式建筑供应链采购环节，更能协助装配式建筑打造稳定、牢靠的供应链联盟，提高装配式建筑供应链生态韧性，实现装配式建筑价值流的持续增值。