基于區塊鏈技術的BIM建筑信息管理研究

劉洋

本文將當前流行的兩大技術區塊鏈與BIM技術相結合，分析兩者之間的契合度，創建出一種新型建筑項目信息化管理模式，并分析應用場景，設計了基于區塊鏈技術的建筑信息化管理模型的運行方式及實施途徑，為綠色建筑信息化探索出一條新型的途徑。

一、BIM技術與區塊鏈技術概述

（一）BIM技術

BIM （Building Information Modeling）技術為建筑業實現信息化的支撐技術建筑項目繪圖從傳統的手工繪圖，到CAD軟件二維繪圖，再到BIM的3D（三維模型）、BIM 的4D（四維模型）附加了時間因素，將建筑物三維模型與施工的進度相連接，跟隨著時間軸變化，以動畫的形式生動的展現模型的生成過程。 BIM的5D（五維模型） 模型以4D模型為基礎，融入成本管理思想，通過項目成本的管控與其影響因素分析，將項目計劃與實際消耗進行對比統計，綜合清單資源的對比，從而實現建設項目整個動態過程的自動優化控制。BIM不僅僅是一種計算機軟件，更是一種新型的管理方法。

（二）區塊鏈技術

區塊鏈的概念最早由中本聰在2008年發表的一篇論文提出。美國學者梅蘭妮 斯萬將區塊鏈技術定義為是一種可以公開、透明、去中心化的數據庫技術。網絡中所有節點共享數據庫，數據庫的運營者負責更新、監管。而且所有的參與者都可以隨時進行訪問和更新，確保其數據是真實、可靠的。

（三）將區塊鏈技術引入到BIM中的必要性

BIM技術已經發展到五維模型，如果再增加一個安全信息維度、智能合約便可實現建筑全壽命期的安全、自治化智能管控。區塊鏈是一種去中心化、無需信任的分布式賬簿技術，具有公開透明、防篡改、可追溯、可靠性高等特點，有望解決BIM建筑發展中的大數據管理、信任、安全和隱私等關鍵問題。BIM技術是目前流行的數據采集、數據處理和數據展示的信息技術手段，主要應用于施工管理、協同設計、設備管理等方面，適用于對建筑項目全生命周期管理的應用領域。本文將區塊鏈技術與BIM技術相結合，力圖通過兩者的契合點找到新的方法，助力綠色建筑信息化的發展。

二、區塊鏈技術與BIM技術的契合性分析

（一）工程數據信息量大

BIM中包含的建筑信息是可以模擬和仿真的，BIM平臺為信息集成管理提供完整和準確的數據庫技術支持。從項目生命周期角度看，BIM體現了項目整個生命周期的規劃設計、施工建設、交付運營以及拆除終止的所有信息，信息可謂含量全面而豐富。從施工信息內容的角度來看，BIM中能夠提供建筑項目運營整個過程中的經濟、管理、技術等信息，可以稱為一個富含可視化數據信息的綜合型數據庫，能夠將多個信息源集成到整個信息庫中。大量用戶的參與，積累了大量交易數據，這使得基于區塊鏈的數據分析成為一個重要且有價值的研究問題。

（二）信息關聯性管理

BIM技術基于工業基礎類數據模型標準，而且有聯動修改的功能。當輸入施工參數時，則會自動生成結構、建筑、裝飾、成本、工程量、材料需求量等相關信息。比如更改某一項設計參數，后期的采購信息、施工信息也會隨之改變。如果，材料供應商在交互平臺上更新由于建筑材料市場的供求關系造成材料價格浮動相關信息，設計方、投資方、建設方也能同時共享信息。

眾所周知，區塊鏈上的節點可以根據某一次的交易內容、交易時間戳、交易順序針對需要進行溯源的信息進行追蹤。信息一旦得到驗證，將被永久保存。區塊鏈節點綁定了交易者的信息，記錄了每一筆交易記錄，而且交易傳遞路徑被標記，可以完整的記錄和追溯，不能被第三方任意篡改。

（三）支持多方協同工作

BIM技術為施工企業提供一個良好的信息共享平臺和技術協作平臺，參與項目建設的各方協同管理。BIM中記錄項目管理過程，在承包人、業主、設計人、投標、監測、授權、安裝和運營方執行智能合約。建設項目中各方從協同平臺中獲取自己所需要的信息，進行各種樣式的信息傳送與共享，實現項目各階段信息共享，使項目各專業協同工作協同有效，從而實現從建筑工程項目階段性工作到全壽命周期多階段協同的轉變。

區塊鏈技術基于共識的規范和協議，在這個系統中所有節點都在受信任的環境中，可以自由地、安全地交換數據。通過設置寫入軟件代碼信息的智能合約，在其規定的智能合約的判定條件下以及其合約中雙方需要履行的義務。區塊鏈技術會對該合約的執行條件進行自動判斷，如果所有的判定條件都滿足，則區塊鏈將自動執行合約條款。

三、基于區塊鏈的BIM建筑信息管理架構

本文設計了基于區塊鏈的BIM建筑信息管理架構，該框架總共由五部分組成：信息存儲服務、信息節點服務、信息共識服務、BIM全局信息服務以及區塊鏈平臺監管。

（一）信息存儲服務

基于 Fabric存儲機制，信息存儲服務將數據存儲分為三個部分：賬本存儲、賬本模型和數據接口。區塊鏈技術通過對項目狀態數據的建模，定義數據項、數據類型，按照賬本模型把該項目所涉及到的所有數據信息打包成區塊，并將其記錄到建筑項目的賬本中，即存儲在節點文件系統中，以此提供系統數據檢索和更新接口，供上幾層模型調用。

（二）信息節點服務

信息節點服務主要內容有：賬戶管理、數據訪問服務和智能合約管理，是為區塊鏈節點提供服務。賬戶管理服務是指利用認證機制提供系統節點的注冊、簽發登記證書、簽發交易證書、證書撤銷和需求等服務。數據訪問服務是為系統節點上的合約或者其他的應用管理提供賬本數據訪問服務。智能合約管理是對系統節點上的合約進行管理。例如智能合約的觸發、安裝、調用、部署等。

（三）信息共識服務

該服務是數據管理的核心。通過共識機制從而實現建筑項目參與各方對信息的背書，并且保證分布在不同系統節點上的建筑項目數據信息保持容錯性和同步性。基于Fabric機制建議在應用過程中，結合具體應用場景來選擇某一種算法進行相應的優化與配置，為不同類型的交易建立單獨通道機制，確保交易間的數據信息隔離保密。

（四）信息全局服務

基于區塊鏈的存儲信息進行信息全局服務，通過對項目全過程以及物料狀態對整個項目生命周期的信息進行整理、抽取、處理、分析以及可視化展示。這個過程與制造業經營的過程一樣，隨著原材料的采購、運輸和裝配等一系列活動，供應鏈企業之間產生信息、物料、資金的流動。以滿足業主的需求為主要目標，通過對整個建筑項目的信息流、物流、資金流的有效控制，將分包商、設計方、承包商、材料商以及設備供應商組成一個系統的網狀結構，全面集成信息統一管理。

（五）區塊鏈平臺監管

通過此平臺監管可以監督整個項目的運行狀況，通過發現問題并立即預警，從而做到事前控制。具體內容包括：事務監控、存儲監控、合約監控、網絡節點監控。其中數據存儲監控主要監控系統各個節點存儲賬本信息情況，并對存儲信息的摘要進行展示。事務監控是結合智能合約查看事務運行的基本信息。網絡節點監控主要展示當前基本的各節點狀態信息，網絡拓撲形態等。

四、總結與展望

本文通過分析區塊鏈技術與BIM技術的契合性，分析這兩個目前流行的技術特點的相似性，給出了基于區塊鏈技術的建筑信息化管理模型，使建筑行業現有的技術和管理相結合，為建筑行業注入新鮮信息科技力量，更快更好地將區塊鏈技術在建筑行業的應用進行落實，為下一步建立基于區塊鏈的建筑信息管理平臺奠定基礎。