淺談：區(qū)塊鏈技術(shù)在建筑幕墻行業(yè)中的應(yīng)用(上)

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　　提要：20世紀(jì)末開始，中國建筑幕墻行業(yè)通過各類 CAD、CAM 等技術(shù)和工具的運用，極大提升了項目品質(zhì)與建造效率;隨著近年來 BIM 技術(shù)的推進與應(yīng)用，項目的品質(zhì)和突破不斷得到提升。但建筑幕墻對于數(shù)字科技的應(yīng)用和融合，仍然還有較大的發(fā)展空間。區(qū)塊鏈技術(shù)作為數(shù)字科技的重要組成部分，在建筑幕墻行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展具有著重要的意義。本文將從三個方面介紹區(qū)塊鏈技術(shù)的基本原理和特征，建筑幕墻行業(yè)與區(qū)塊鏈技術(shù)匹配，區(qū)塊鏈應(yīng)用的技術(shù)實現(xiàn);另外區(qū)塊鏈在幕墻中應(yīng)用場景以及未來的展望，將另篇講述。

　　關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈 智能合約 去中心化 去信任 難以篡改

　　1 前言

　　新華社：(2019年)中共中央政治局10月24日下午就區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進行第十八次集體學(xué)習(xí)。中共中央總書記習(xí)近平在主持學(xué)習(xí)時強調(diào)，區(qū)塊鏈技術(shù)的集成應(yīng)用在新的技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)變革中起著重要作用。我們要把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破口，明確主攻方向，加大投入力度，著力攻克一批關(guān)鍵核心技術(shù)，加快推動區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。同時，國家發(fā)改委2020年4月20日明確的“新基建內(nèi)容”已經(jīng)將區(qū)塊鏈技術(shù)作為信息基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)上升到國家基礎(chǔ)戰(zhàn)略層面。

　　區(qū)塊鏈技術(shù)作為前沿的科學(xué)科技之一，在數(shù)字金融、數(shù)字政務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)等領(lǐng)域已初顯其應(yīng)用價值。區(qū)塊鏈技術(shù)具有信息的去中心化、去信任、數(shù)據(jù)集體維護難以篡改、數(shù)據(jù)信息易查驗可追溯等特點，符合政府監(jiān)管“放管服”對建筑幕墻行業(yè)乃至建筑業(yè)的要求。但價格與產(chǎn)品、服務(wù)關(guān)系的差異化，存在不正當(dāng)?shù)氖袌龈偁�，項目信息碎片化、信息孤島化，權(quán)責(zé)利的界面不清晰、不平等，這些問題隨著高速建設(shè)的展開，越來越挑戰(zhàn)幕墻行業(yè)的底線。建筑幕墻行業(yè)洗牌的趨勢已經(jīng)初現(xiàn)端倪。

　　2 區(qū)塊鏈技術(shù)的基本原理和特征

　　區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N由計算機網(wǎng)絡(luò)維護的、去中心化的在線記錄和保存系統(tǒng)(數(shù)據(jù)庫)，網(wǎng)絡(luò)中這些計算機使用既有的加密技術(shù)來驗證和記錄交易。圖2.1區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)原理圖。

　　區(qū)塊鏈技術(shù)中的數(shù)據(jù)記錄方式是根據(jù)記錄數(shù)據(jù)先后次序，經(jīng)過反復(fù)地進行哈希計算上鏈以及新數(shù)據(jù)的寫入，最終形成一條有時間順序的、上下關(guān)聯(lián)的、不可篡改的“鏈條”。

　　數(shù)據(jù)上鏈并不是把數(shù)據(jù)全部放在區(qū)塊鏈上，而是把數(shù)據(jù)仍然保存在原有的地方，只是把數(shù)據(jù)的校驗信息(數(shù)據(jù)真實性和一致性的證明信息)放在鏈上。而區(qū)塊鏈的“共識機制”在于確保區(qū)塊鏈各節(jié)點上的數(shù)據(jù)是一致的，這就意味著節(jié)點上鏈的需要其它每個節(jié)點的獨立驗證通過后，才可上傳保存形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。

　　區(qū)塊鏈進行數(shù)據(jù)的驗證需要計算機密碼學(xué)：哈希算法和數(shù)字簽名技術(shù)。在區(qū)塊鏈里保存數(shù)據(jù)的時候，在每一“塊”數(shù)據(jù)里都保留有這一塊數(shù)據(jù)經(jīng)過哈希函數(shù)計算的值，而區(qū)塊鏈里每一塊的數(shù)據(jù)還包含著前一塊的哈希計算值，并且把前一塊的哈希函數(shù)計算值作為當(dāng)前區(qū)塊來計算自己的哈希函數(shù)值。區(qū)塊鏈上保存的來自用戶的數(shù)據(jù)都包含該用戶的數(shù)字簽名，數(shù)字簽名的特點是可以迅速驗證簽名的正確性，而且篡改數(shù)據(jù)、偽造簽名幾乎都是不可能的。每個區(qū)塊鏈的節(jié)點軟件都會獨立驗證每條數(shù)據(jù)的簽名是否吻合。

　　下圖2.2中心化賬本和分布式賬本的比較示意圖。

　　與傳統(tǒng)的中心化賬本不同的是，區(qū)塊鏈每個節(jié)點(node)數(shù)據(jù)上傳需要得到鏈中其他節(jié)點大多數(shù)的節(jié)點相互驗證通過后，才能上傳到區(qū)塊鏈中，形成所有節(jié)點的共同存儲。區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N分布式數(shù)據(jù)庫，即點對點的模式，每個節(jié)點都有獨立驗證的能力，通過共識算法來保證各個節(jié)點數(shù)據(jù)一致。如想“篡改”數(shù)據(jù)，首先得攻克每個節(jié)點的驗證算法，其次還得攻克整個區(qū)塊鏈的共識機制，讓所有的節(jié)點都跟著改變，這種情況基本上不可能發(fā)生。從而實現(xiàn)區(qū)塊鏈上數(shù)據(jù)的不可篡改性。

　　區(qū)塊鏈去中心化、去信任、數(shù)據(jù)集體維護難以篡改、數(shù)據(jù)信息易查驗可追溯的特點，而對應(yīng)的第三方存管引起的風(fēng)險集中，不同組之間數(shù)據(jù)交換的信任機制，系統(tǒng)抗內(nèi)外攻擊抗干擾，數(shù)據(jù)去偽存真等問題，迎刃而解。

　　由此看到，建筑業(yè)建筑幕墻行業(yè)的創(chuàng)新，就是在區(qū)塊鏈存儲數(shù)據(jù)系統(tǒng)的創(chuàng)新基礎(chǔ)上，開啟業(yè)務(wù)流程、商業(yè)模式創(chuàng)新的新紀(jì)元。

　　3 建筑幕墻行業(yè)與區(qū)塊鏈技術(shù)匹配

　　3.1 幕墻行業(yè)的相關(guān)現(xiàn)狀

　　作為建設(shè)方、設(shè)計方、施工方、監(jiān)管方、材料制造供應(yīng)方，在30年的中國幕墻發(fā)展中，都有自己完善的數(shù)據(jù)庫，為什么我們還需要區(qū)塊鏈。

　　從技術(shù)層面看，設(shè)計、材料、工程的驗收付款需要過程中的都需要公開可透明核實的記錄。招標(biāo)代理、材料代理商、工程代建方等第三方咨詢、服務(wù)的機構(gòu)普遍存在，大量的數(shù)字資產(chǎn)集中在第三方手上，如設(shè)備故障或受到黑客攻擊，其數(shù)據(jù)商業(yè)保密性、可靠性面臨巨大的挑戰(zhàn)。項目政府審核、監(jiān)管、建設(shè)方、設(shè)計方、施工方、材料制造方等多方協(xié)作，需要內(nèi)部外部的共享和交換數(shù)據(jù)等數(shù)字資產(chǎn)的情況錯綜繁雜，雙方、多方組織之間的數(shù)據(jù)交換的信任往往需要第三方背書來實現(xiàn)，造成大量第三方機構(gòu)和審批程序的滋生，社會資源重復(fù)使用，營商環(huán)境沒有得到優(yōu)化和改善。項目中催生的知識產(chǎn)權(quán)、商業(yè)合同的秘密經(jīng)常受到攻擊，存儲用戶的個人信息，現(xiàn)在或未來將受第三方《通用數(shù)據(jù)保護條例》或類似的數(shù)據(jù)隱私法規(guī)的約束，不能有序有求的進行項目信息的流動。

　　另外項目實操中表現(xiàn)出來的問題還有：招標(biāo)的技術(shù)規(guī)格要求條款往往在施工時，甚至招投標(biāo)中，由于工期要求緊的原因已經(jīng)走樣，設(shè)計最初的一層皮和施工驗收時的一層皮，效果質(zhì)量上相差較遠(yuǎn);施工高價中標(biāo)后，施工使用材料與價格不匹配;如低價中標(biāo)，各種簽證、最終嚴(yán)重超出預(yù)算;項目信息不完整，各類建材數(shù)據(jù)缺失;建造過程中調(diào)換材料，信息驗證不能及時跟上，合同的執(zhí)行不能延續(xù)，導(dǎo)致使用成本高、質(zhì)量難以控制;新建及既有項目量大面廣，監(jiān)管難度加大;行業(yè)誠信體系、保險體系還相當(dāng)欠缺;項目建成時間較久，各類原始項目信息難調(diào)取、難查驗等等，亟需更高維度的技術(shù)手段或工具來攻克這種傳統(tǒng)項目商業(yè)模式和運作模型的結(jié)構(gòu)性頑疾。

　　3.2 建筑幕墻行業(yè)發(fā)展的需要

　　隨著中國城市化進程的推進，建筑幕墻伴隨公建項目的茂盛繁榮而茁壯成長。在政府監(jiān)管、幕墻安全、項目運維、產(chǎn)品質(zhì)量和溯源等方面均對幕墻行業(yè)提出了更高的要求：

　　政府監(jiān)管：對城市管理安全、風(fēng)險的控制及有效追責(zé)，建造有韌性的建筑表皮。項目運維：明確合作各方的權(quán)責(zé)利，促進信息的有效傳遞;進度、質(zhì)量、成本控制，貫穿于建筑幕墻的全生命周期內(nèi)。產(chǎn)品質(zhì)量和溯源：規(guī)范市場行為，追溯產(chǎn)品的各類技術(shù)指標(biāo)及其生產(chǎn)制造、運輸、施工安裝等信息，直至幕墻服役全壽命周期。

　　3.3 區(qū)塊鏈技術(shù)的特性與建筑幕墻行業(yè)需求的匹配

　　如下表3.1所示：

　　3.4 應(yīng)用原理

　　通常幕墻工程項目可分為設(shè)計、采購、工程建設(shè)、竣工與交付、運營維護等階段;各階段節(jié)點和成果內(nèi)容是直接或間接推進項目的重要依據(jù)，各類項目信息需要在眾多參與方中進行共享和傳遞。需將項目各節(jié)點和成果進行數(shù)字化后形成相關(guān)數(shù)據(jù)，并且將區(qū)塊鏈作為數(shù)據(jù)傳遞的底層信息基礎(chǔ)設(shè)施傳遞各類項目信息，最終推動項目不斷前進。

　　應(yīng)用的前提是標(biāo)準(zhǔn)的制定：首先將節(jié)點、成果、內(nèi)容形成格式化的可讀數(shù)據(jù);確保不同階段的主體之間數(shù)據(jù)上能夠形成關(guān)聯(lián);要要確保不同主體之間的數(shù)據(jù)格式能夠相互可讀可編輯可用。這些內(nèi)容應(yīng)該包含：節(jié)點成果的驗收有誰進行、主體責(zé)任方、前序依據(jù)是什么、其前序信息由誰提供、本節(jié)點又是后續(xù)那些節(jié)點的前序條件等等。

　　4 幕墻行業(yè)應(yīng)用的技術(shù)實現(xiàn)

　　4.1 邏輯構(gòu)架

　　通常，區(qū)塊鏈的應(yīng)用邏輯框架如下表4.1典型區(qū)塊鏈應(yīng)用框架系統(tǒng)表

　　可以看到從數(shù)據(jù)層到激勵層，主要以計算機學(xué)科為主，用戶面對的是應(yīng)用層，即功能界面業(yè)務(wù)操作流程。而合約層是區(qū)塊鏈技術(shù)連接應(yīng)用不可或缺的一環(huán)。

　　智能合約如何構(gòu)建，首先明確的是在幕墻工程項目中，是以實物與資產(chǎn)的交換作為項目推進的物質(zhì)基礎(chǔ)，商業(yè)合同作為見證物資交換的重要憑證，是記錄參建各方責(zé)權(quán)利關(guān)系的重要角色，也是工程管理的核心要素，因而可作為連接智能合約與建筑幕墻工程應(yīng)用的切入點。

　　智能合約可作為區(qū)塊鏈的載體，把商業(yè)合同翻譯成區(qū)塊鏈能看懂并能進行數(shù)據(jù)處理的程序。這樣紙質(zhì)合同轉(zhuǎn)化為能夠?qū)崟r調(diào)整的智能合約，并能實時便捷的進行更新，在合同各參與方達(dá)成一致意見后，可將相關(guān)決議材料或證明文件上傳到區(qū)塊鏈進行存證;也避免傳統(tǒng)紙質(zhì)合約簽字流程長、更新頻率低、難以自動化管理、各方信息不全面等缺陷，從而保證智能合約能夠真實、及時、完整地體現(xiàn)各類合同的實際執(zhí)行和變更狀態(tài)。另外，以智能合約作為項目管理中心而展開的建設(shè)項目全生命周期中，能夠利用區(qū)塊鏈智能合約中的各類數(shù)據(jù)直接驅(qū)動項目各階段成果的達(dá)成。

　　通過將區(qū)塊鏈技術(shù)與建筑行業(yè)大力推行的BIM、數(shù)字標(biāo)識、數(shù)字賦能等數(shù)字技術(shù)相結(jié)合，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)項目階段的實時多方驗收;還能夠進一步充分發(fā)揮建設(shè)項目BIM應(yīng)用中的各類數(shù)據(jù)系統(tǒng)性和關(guān)聯(lián)性，在幕墻設(shè)計、生產(chǎn)、建造、驗收、供應(yīng)鏈溯源等方面有廣闊的應(yīng)用前景。

　　4.2 技術(shù)實現(xiàn)

　　智能合約如何形成。參與方甲、乙兩方簽訂合同C1，可由任意一方將合同 A 轉(zhuǎn)化為智能合約SC1，雙方協(xié)商同意后，智能合約(即app)正式成立。甲乙雙方均具備各自的存儲系統(tǒng)(正常也要用的)，用以存儲各類與合約有關(guān)的數(shù)據(jù)(如表3.2內(nèi)容)。根據(jù)智能合約的要求雙方進行數(shù)據(jù)上傳、驗證、存儲系統(tǒng)進行同步的過程。同時這一數(shù)據(jù)由程序上鏈，區(qū)塊鏈記錄，保證數(shù)據(jù)資料的一致性。而如果需要調(diào)整合約或推進進度節(jié)點需要按照智能合約的要求記錄時，一方可提交鏈上廣播修改請求，經(jīng)過另一方驗證后，智能合約 SC1可進行更新，確保智能合約的執(zhí)行與相關(guān)實際進度相一致。如此循環(huán)，最終完成整個合同的全部內(nèi)容上鏈。

　　實際上與傳統(tǒng)的存儲系統(tǒng)操作相比，并沒有犧牲太多的人工，在存儲紀(jì)錄時，僅多了鏈上廣播和驗證的程序，其他工作和目前單一組織內(nèi)部的存儲操作沒有區(qū)別，內(nèi)部的大量工作均由底層區(qū)塊鏈操作系統(tǒng)完成。

　　通過上述方法，最終形成一套結(jié)合區(qū)塊鏈智能合約運行的合同履行系統(tǒng)。需要提醒的是，在雙方授權(quán)的情況下，第三方存儲，下游供應(yīng)鏈合約，監(jiān)管合約等均可與本SC1合約調(diào)用許可的數(shù)據(jù)部分上鏈，形成多方監(jiān)管，集體維護，不可篡改的局面。如下圖4.1智能合約核心框架圖。

　　有時，建筑幕墻合同較為復(fù)雜，由總包、分包、三方協(xié)議，在下游材料供應(yīng)、外照明、與土建的工作內(nèi)容上也有相互重疊的內(nèi)容，導(dǎo)致有一個單獨的主鏈無法清晰的理順眾多合同中的有特殊要求或信息量巨大的數(shù)據(jù)關(guān)系，于是可考慮采用主鏈和側(cè)鏈的區(qū)塊鏈模型框架形式。如圖4.2所示

　　由上圖可以看到，例如可將幕墻合約的公有鏈設(shè)置為區(qū)塊鏈主鏈;而側(cè)鏈以分包合同的形式進行信息數(shù)據(jù)的采集。分包多層級和多份合同的參與方共同形成一條基于合同所在區(qū)塊鏈的側(cè)鏈，同時仍然保持其與主鏈的數(shù)據(jù)交換，保持其溯源功能。通過側(cè)鏈架構(gòu)，可分擔(dān)由于項目信息量大、驗證多等造成系統(tǒng)效率低下的缺點，另外信息的存儲也進行了多級分散，加強了數(shù)據(jù)存儲和使用的安全級別。

　　隨著5G時代的來臨，未來數(shù)據(jù)密集型產(chǎn)業(yè)將成為發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)。BIM和數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)在建筑幕墻的智能設(shè)計、智能生產(chǎn)、智能施工、智慧維護上扮演著越來越重要的角色，以區(qū)塊鏈為核心框架，結(jié)合BIM和數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)，并在VR、云數(shù)據(jù)、超級傳感器、近場通訊、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的輔助下，在幕墻項目進度、質(zhì)量、驗收、支付上，工程管理和實施將會發(fā)生重大變革，在在項目業(yè)主確認(rèn)(可由建筑師或咨詢顧問單位協(xié)助)工作已完成并滿足預(yù)先確定的驗收標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成條件后，可由區(qū)塊鏈智能合約自動執(zhí)行驗收和支付流程。

　　5 小結(jié)

　　本文對為什么幕墻行業(yè)需要區(qū)塊鏈這個問題談起，詳細(xì)講述了區(qū)塊鏈的原理、特性以及和建筑幕墻行業(yè)的匹配性，最后通過技術(shù)上應(yīng)用的剖析，對技術(shù)可行性進行了探討。從建筑幕墻從業(yè)者看來，區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋�金融行業(yè)的舶來品，很陌生。但通過本文的介紹，相信讀者已經(jīng)感受到區(qū)塊鏈將來改變傳統(tǒng)建筑幕墻行業(yè)工程建造和管理模式的力量，希望給行業(yè)管理和誠信體系的建立與完善，提供新的思路。相關(guān)在幕墻行業(yè)具體應(yīng)用場景的設(shè)計介紹，由于篇幅有限，另文再做探討。待續(xù)未完。

　　參考文獻(xiàn)

　　【1】《區(qū)塊鏈實戰(zhàn)：從技術(shù)創(chuàng)新到商業(yè)模式》，p21，冒志鴻，陳俊;2020

　　【2】《區(qū)塊鏈技術(shù)在中國建筑行業(yè)的首次嘗試》，建筑實踐，第八期，曹嘉明，雷李坤，2020