淺談：區塊鏈技術在建筑幕墻行業中的應用(上)

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

　　關鍵詞：區塊鏈 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日下午就區塊鏈技術發展現狀和趨勢進行第十八次集體學習。中共中央總書記習近平在主持學習時強調，區塊鏈技術的集成應用在新的技術革新和產業變革中起著重要作用。我們要把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口，明確主攻方向，加大投入力度，著力攻克一批關鍵核心技術，加快推動區塊鏈技術和產業創新發展。同時，國家發改委2020年4月20日明確的“新基建內容”已經將區塊鏈技術作為信息基礎設施已經上升到國家基礎戰略層面。

　　區塊鏈技術作為前沿的科學科技之一，在數字金融、數字政務、數據服務等領域已初顯其應用價值。區塊鏈技術具有信息的去中心化、去信任、數據集體維護難以篡改、數據信息易查驗可追溯等特點，符合政府監管“放管服”對建筑幕墻行業乃至建筑業的要求。但價格與產品、服務關系的差異化，存在不正當的市場競爭，項目信息碎片化、信息孤島化，權責利的界面不清晰、不平等，這些問題隨著高速建設的展開，越來越挑戰幕墻行業的底線。建筑幕墻行業洗牌的趨勢已經初現端倪。

　　2 區塊鏈技術的基本原理和特征

　　區塊鏈是一種由計算機網絡維護的、去中心化的在線記錄和保存系統(數據庫)，網絡中這些計算機使用既有的加密技術來驗證和記錄交易。圖2.1區塊鏈數據結構原理圖。

　　區塊鏈技術中的數據記錄方式是根據記錄數據先后次序，經過反復地進行哈希計算上鏈以及新數據的寫入，最終形成一條有時間順序的、上下關聯的、不可篡改的“鏈條”。

　　數據上鏈并不是把數據全部放在區塊鏈上，而是把數據仍然保存在原有的地方，只是把數據的校驗信息(數據真實性和一致性的證明信息)放在鏈上。而區塊鏈的“共識機制”在于確保區塊鏈各節點上的數據是一致的，這就意味著節點上鏈的需要其它每個節點的獨立驗證通過后，才可上傳保存形成鏈式結構。

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

　　下圖2.2中心化賬本和分布式賬本的比較示意圖。

　　與傳統的中心化賬本不同的是，區塊鏈每個節點(node)數據上傳需要得到鏈中其他節點大多數的節點相互驗證通過后，才能上傳到區塊鏈中，形成所有節點的共同存儲。區塊鏈是一種分布式數據庫，即點對點的模式，每個節點都有獨立驗證的能力，通過共識算法來保證各個節點數據一致。如想“篡改”數據，首先得攻克每個節點的驗證算法，其次還得攻克整個區塊鏈的共識機制，讓所有的節點都跟著改變，這種情況基本上不可能發生。從而實現區塊鏈上數據的不可篡改性。

　　區塊鏈去中心化、去信任、數據集體維護難以篡改、數據信息易查驗可追溯的特點，而對應的第三方存管引起的風險集中，不同組之間數據交換的信任機制，系統抗內外攻擊抗干擾，數據去偽存真等問題，迎刃而解。

　　由此看到，建筑業建筑幕墻行業的創新，就是在區塊鏈存儲數據系統的創新基礎上，開啟業務流程、商業模式創新的新紀元。

　　3 建筑幕墻行業與區塊鏈技術匹配

　　3.1 幕墻行業的相關現狀

　　作為建設方、設計方、施工方、監管方、材料制造供應方，在30年的中國幕墻發展中，都有自己完善的數據庫，為什么我們還需要區塊鏈。

　　從技術層面看，設計、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。招標代理、材料代理商、工程代建方等第三方咨詢、服務的機構普遍存在，大量的數字資產集中在第三方手上，如設備故障或受到黑客攻擊，其數據商業保密性、可靠性面臨巨大的挑戰。項目政府審核、監管、建設方、設計方、施工方、材料制造方等多方協作，需要內部外部的共享和交換數據等數字資產的情況錯綜繁雜，雙方、多方組織之間的數據交換的信任往往需要第三方背書來實現，造成大量第三方機構和審批程序的滋生，社會資源重復使用，營商環境沒有得到優化和改善。項目中催生的知識產權、商業合同的秘密經常受到攻擊，存儲用戶的個人信息，現在或未來將受第三方《通用數據保護條例》或類似的數據隱私法規的約束，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出來的問題還有：招標的技術規格要求條款往往在施工時，甚至招投標中，由于工期要求緊的原因已經走樣，設計最初的一層皮和施工驗收時的一層皮，效果質量上相差較遠;施工高價中標后，施工使用材料與價格不匹配;如低價中標，各種簽證、最終嚴重超出預算;項目信息不完整，各類建材數據缺失;建造過程中調換材料，信息驗證不能及時跟上，合同的執行不能延續，導致使用成本高、質量難以控制;新建及既有項目量大面廣，監管難度加大;行業誠信體系、保險體系還相當欠缺;項目建成時間較久，各類原始項目信息難調取、難查驗等等，亟需更高維度的技術手段或工具來攻克這種傳統項目商業模式和運作模型的結構性頑疾。

　　3.2 建筑幕墻行業發展的需要

　　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。在政府監管、幕墻安全、項目運維、產品質量和溯源等方面均對幕墻行業提出了更高的要求：

　　政府監管：對城市管理安全、風險的控制及有效追責，建造有韌性的建筑表皮。項目運維：明確合作各方的權責利，促進信息的有效傳遞;進度、質量、成本控制，貫穿于建筑幕墻的全生命周期內。產品質量和溯源：規范市場行為，追溯產品的各類技術指標及其生產制造、運輸、施工安裝等信息，直至幕墻服役全壽命周期。

　　3.3 區塊鏈技術的特性與建筑幕墻行業需求的匹配

　　如下表3.1所示：

　　3.4 應用原理

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

　　應用的前提是標準的制定：首先將節點、成果、內容形成格式化的可讀數據;確保不同階段的主體之間數據上能夠形成關聯;要要確保不同主體之間的數據格式能夠相互可讀可編輯可用。這些內容應該包含：節點成果的驗收有誰進行、主體責任方、前序依據是什么、其前序信息由誰提供、本節點又是后續那些節點的前序條件等等。

　　4 幕墻行業應用的技術實現

　　4.1 邏輯構架

　　通常，區塊鏈的應用邏輯框架如下表4.1典型區塊鏈應用框架系統表

　　可以看到從數據層到激勵層，主要以計算機學科為主，用戶面對的是應用層，即功能界面業務操作流程。而合約層是區塊鏈技術連接應用不可或缺的一環。

　　智能合約如何構建，首先明確的是在幕墻工程項目中，是以實物與資產的交換作為項目推進的物質基礎，商業合同作為見證物資交換的重要憑證，是記錄參建各方責權利關系的重要角色，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用的切入點。

　　智能合約可作為區塊鏈的載體，把商業合同翻譯成區塊鏈能看懂并能進行數據處理的程序。這樣紙質合同轉化為能夠實時調整的智能合約，并能實時便捷的進行更新，在合同各參與方達成一致意見后，可將相關決議材料或證明文件上傳到區塊鏈進行存證;也避免傳統紙質合約簽字流程長、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、完整地體現各類合同的實際執行和變更狀態。另外，以智能合約作為項目管理中心而展開的建設項目全生命周期中，能夠利用區塊鏈智能合約中的各類數據直接驅動項目各階段成果的達成。

　　通過將區塊鏈技術與建筑行業大力推行的BIM、數字標識、數字賦能等數字技術相結合，不僅能夠實現項目階段的實時多方驗收;還能夠進一步充分發揮建設項目BIM應用中的各類數據系統性和關聯性，在幕墻設計、生產、建造、驗收、供應鏈溯源等方面有廣闊的應用前景。

　　4.2 技術實現

　　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 轉化為智能合約SC1，雙方協商同意后，智能合約(即app)正式成立。甲乙雙方均具備各自的存儲系統(正常也要用的)，用以存儲各類與合約有關的數據(如表3.2內容)。根據智能合約的要求雙方進行數據上傳、驗證、存儲系統進行同步的過程。同時這一數據由程序上鏈，區塊鏈記錄，保證數據資料的一致性。而如果需要調整合約或推進進度節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，確保智能合約的執行與相關實際進度相一致。如此循環，最終完成整個合同的全部內容上鏈。

　　實際上與傳統的存儲系統操作相比，并沒有犧牲太多的人工，在存儲紀錄時，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部的存儲操作沒有區別，內部的大量工作均由底層區塊鏈操作系統完成。

　　通過上述方法，最終形成一套結合區塊鏈智能合約運行的合同履行系統。需要提醒的是，在雙方授權的情況下，第三方存儲，下游供應鏈合約，監管合約等均可與本SC1合約調用許可的數據部分上鏈，形成多方監管，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雜，由總包、分包、三方協議，在下游材料供應、外照明、與土建的工作內容上也有相互重疊的內容，導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據關系，于是可考慮采用主鏈和側鏈的區塊鏈模型框架形式。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置為區塊鏈主鏈;而側鏈以分包合同的形式進行信息數據的采集。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塊鏈的側鏈，同時仍然保持其與主鏈的數據交換，保持其溯源功能。通過側鏈架構，可分擔由于項目信息量大、驗證多等造成系統效率低下的缺點，另外信息的存儲也進行了多級分散，加強了數據存儲和使用的安全級別。

　　隨著5G時代的來臨，未來數據密集型產業將成為發展最快的產業。BIM和數據驅動技術在建筑幕墻的智能設計、智能生產、智能施工、智慧維護上扮演著越來越重要的角色，以區塊鏈為核心框架，結合BIM和數據驅動技術，并在VR、云數據、超級傳感器、近場通訊、物聯網等技術的輔助下，在幕墻項目進度、質量、驗收、支付上，工程管理和實施將會發生重大變革，在在項目業主確認(可由建筑師或咨詢顧問單位協助)工作已完成并滿足預先確定的驗收標準達成條件后，可由區塊鏈智能合約自動執行驗收和支付流程。

　　5 小結

　　本文對為什么幕墻行業需要區塊鏈這個問題談起，詳細講述了區塊鏈的原理、特性以及和建筑幕墻行業的匹配性，最后通過技術上應用的剖析，對技術可行性進行了探討。從建筑幕墻從業者看來，區塊鏈是一個金融行業的舶來品，很陌生。但通過本文的介紹，相信讀者已經感受到區塊鏈將來改變傳統建筑幕墻行業工程建造和管理模式的力量，希望給行業管理和誠信體系的建立與完善，提供新的思路。相關在幕墻行業具體應用場景的設計介紹，由于篇幅有限，另文再做探討。待續未完。

　　參考文獻

　　【1】《區塊鏈實戰：從技術創新到商業模式》，p21，冒志鴻，陳俊;2020

　　【2】《區塊鏈技術在中國建筑行業的首次嘗試》，建筑實踐，第八期，曹嘉明，雷李坤，2020