數字建造下施工階段成本管理研究
——基于區塊鏈技術應用

莫盛杰 張東林 張國興 季凡杰 羅甜湉 黃鳳玲

(1.河北建筑工程學院，河北 張家口 075000；2.秦皇島廣建工程項目管理有限公司，河北 秦皇島 066000)

1 引 言

在數字技術驅動行業發展的大環境下，建筑實體數字化、過程數字化、管理數字化將成為推動建筑產業變革與發展的主要動力.但是就現階段而言，建筑行業整體上在數字化、信息化水平還處于非常低的水平.近年來，由于住房城鄉建設部和各地政府的引導和鼓勵建筑企業信息化發展，建筑工程行業對BIM技術的認知水平在不斷提高，BIM技術在國內諸多施工企業的應用也愈來愈深入；建筑行業從業主、各專業工程師、施工方和供應商等利益相關方角度來看，提速BIM技術在建筑企業落地應用，盡早統一基于BIM的各類相關標準制度，在各個利益相關方之間共享使用，使BIM模型數據互用性更高，使工程各類信息在建筑工程建設中真正做到“無紙化”傳遞、“數字化”傳遞是目前進一步探究的方向.

區塊鏈新興技術的應用在前人的研究中對于在建筑行業的應用已經做出一些展望，對于區塊鏈技術具體怎樣融合于建筑工程項目施工成本管理是亟待研究的問題.在傳統的工程施工成本管理中存在如下難點：(1)工程項目施工成本難以實現動態管理，很難在施工過程中選取一個最合理，最優的施工成本管理方案；(2)工程施工中經常出現變更問題，相關變更經常造成工程量、進度發生較大變化，進而提升實際施工成本.(3)現場施工進度體現在工程量的完成度，工程量的計算和工程量的匯總關系到工程進度款的發放，但是繁雜的數據和繁重的工作量在傳統的工程建造方式中顯得尤為不便.(4)在提倡數字建造的時代，施工成本管理的數字化還遠遠停留在理論階段.

2 研究理論

2.1 BIM技術

2.1.1 BIM概念

2005年出版的《信息化建筑設計》闡述BIM的概念為：建筑信息模型，是利用已有的3D技術為基礎，系統地集合了建筑工程項目中各種各樣與之相關的工程信息數據模型，對建筑工程項目的各種相關信息進行完整地，詳細地數字化呈現.BIM也是一種應用在設計、建造、管理的數字化方法使整個建筑工程項目極大地提高工作效率和減少大量的風險[1].

2.1.2 BIM的特點

(1)3D可視化.

BIM技術在建筑工程項目施工中具有3D模型可視的優點，通過3D模型可視化特點的運用，提高工程的施工設計方案的合理性，為建筑工程項目的順利施工打下良好的根基.

(2)模擬性.

當BIM技術參與到建筑工程項目的施工中,其顯現最突出的特點是施工全真模擬性，通過施工全真模擬性特點可以讓建筑工程項目在正式施工進行前進行動畫模擬，對管道綜合進行碰撞檢測以及對設計的施工方案進行甄選等.

(3)協調性與協同性.

工程項目施工周期一般較長，施工內容范圍一般也較廣，各個施工項目之間專業性較強，各專業之間差異性非常大.如果僅僅依靠工程項目的二維紙質施工圖紙對工程項目施工進行協調和管理，這樣對工程施工中各項目之間的溝通和協調的幫助是非常有限的，并且這樣的管理協調方式也是較為落后的.BIM技術的引入為建筑工程項目的各個利益相關方提供了一個準確的，唯一且高效率的可以相互配合的工作中心平臺，其不僅極大地提高了工程項目的的質量也加快了工程項目的施工進度.

2.2 區塊鏈技術

2.2.1 區塊鏈的基本概念

區塊鏈的概念最初是中本聰在2008年發表的一篇關于Bitcoin論文中提出.區塊鏈，是指利用加密鏈式區塊結構來存儲與驗證數據、利用分布式共識算法來新增和更新數據、利用運行在區塊鏈上的代碼來保證業務邏輯自動強制執行的一種全新的多中心化基礎與分布式計算范式[2].

2.2.2 區塊鏈的核心技術

侯周國在《區塊鏈技術發展現狀及特色應用研究》論文中詳細介紹了有關區塊鏈的共識機制、存儲數據、加密算法、智能合約等核心技術的內涵[7].

3 應用框架理論

數字建造是以BIM技術、區塊鏈技術等相關新興技術的應用為實現的基礎，面向在施工成本管理階段，實現建筑工程項目信息的數字化、集成化以及系統化，以滿足項目施工階段成本管理各個參與方的信息管理需求.數字建造下施工成本管理概念的提出來源于BIM技術、區塊鏈技術以及新時代下建筑工程項目施工成本管理的基礎理論支撐.

圖1 基于BIM技術和區塊鏈技術成本管理框架

在數字建造理念下，在工程項目施工成本管理階段將傳統的二維紙質圖紙轉變為3D、4D甚至5D的數字信息模型.利用BIM技術和區塊鏈技術在建筑工程施工成本管理中可以解決以下問題：

(1)施工前圖紙審核.

美國Stanford University設施集成工程中心就建設工程項目使用BIM技術后調查研究后發現：BIM技術的使用消除了多達百分之四十的造價更改，僅僅是碰撞檢查一項就可以節約百分之十的成本[5].因此在建筑工程項目中，工程變更是增加施工成本的一個重要因素.在現實工程項目中，工程的變更往往是因為圖紙設計的錯誤.施工前，經過BIM數字信息模型的建立，再使用相關BIM軟件對數字信息模型、管道綜合進行碰撞沖突檢測，以此來發現施工圖存在的不合理或者謬誤的地方.(如圖2、圖3所示)施工方在施工之前就避免因為圖紙的錯誤而造成工程變更而帶來成本的損失.

圖2 橋架碰撞 圖3 管板碰撞

(2)精益建造，出量精確.

建筑工程中施工材料費和工程量是施工成本的占有重要的地位.上述調查還發現，在建立BIM模型時合理控制建模的精度，可以將造價估算精度控制在百分之三范圍內.因為BIM信息模型本身就存在大量的具體的數據信息，包含了建筑實體結構的尺寸信息、材質和工程材料型號等非常具體的工程數據信息，當我們需要較為準確的工程量時，我們只需要提高建模精度，這樣再使用相關BIM軟件自動生成工程量.減少建筑工程施工材料的浪費以便降低工程項目的施工成本.

結構精益建模 建筑精益建模 機電精益建模

(3)施工方案模擬優化.

不同的施工方案往往具有不一樣施工成本，選取最為合適的方案是降低成本的途徑之一.因為建筑物本身的特點，在選擇施工方案時僅靠經驗并不一定是最佳選擇.施工方可以應用BIM技術中的模擬性特點，對工程項目施工方案進行全真模擬施工，以此對不同施工方案進行對比，選擇最合理的施工方案.

圖5 施工動畫模擬

(4)進度控制，實現動態管理.

建筑工程項目施工進度的有效控制是施工管理中的一個重要環節.合理把握工程項目施工進度，動態地計算已完工程量是發放進度款的依據.但是在傳統施工中計算完成工程量的工作是繁重的，引入BIM技術后，BIM軟件將動態地呈現施工已完工程量并進行工程量的匯總.

(5)信息安全保護.

建筑信息模型中工程數據信息內容龐大、各種信息之間關聯性強且往往需要多方協同工作，這樣一來，信息的安全是一個亟待解決的問題.利用區塊鏈技術和BIM技術相結合，增加一個安全信息維度和智能合約[6]等便可保證建筑工程全壽命期的安全和智能控制.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[4].建筑信息模型中有了區塊鏈技術的加持，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.

(6)信息共識機制.

在建筑數字信息模型中，這個建筑工程項目的所有工程量、建造材料、成本等信息是均可在項目參與方之間共享.如果在施工過程中材料價格有波動、工程量有變化時，各個利益相關方(如業主，施工單位與供應商等)信息是共享的.此時利用區塊鏈技術中共識機制的特點，在三方面對材料價格波動，工程量變化進行驗證識別，達成一致意見時將形成新的信息區塊被存儲起來.這樣一來，工程中任何的變化三方是知曉的，一方面避免了當工程中出現成本變化時的爭執，另一方面也避免了工程管理人員利用自己手中權力為己尋租.這其中工程承包方進行非法轉包、發包方惡意拖欠工程款、施工方偷工減料、采購方壓價要回扣等違法情況將會得到有效遏制.

(7)信息可追溯性.

區塊鏈技術進行的數據存儲是不可更改的，信息一旦確認將被永久保存不能被任意第三方任意改變[3].區塊鏈上的每一個節點信息的改變都可以根據時間順序、更改數據對信息更改源頭進行追溯，從而保證了項目中數據的可信性.除此之外，區塊鏈的加密方法也確保了建筑工程項目信息的保密性.除非授權他人很難破解區塊鏈中存儲的信息，以此確保了在數字建造下資料的安全性.

4 總 結

綜上所述，基于BIM和區塊鏈技術的數字建造在施工成本管理應用的優勢如下：

(1)提高了建筑施工中數字化水平，使得原本需要紙質記錄的資料以數字資料的形式存儲、傳遞.改變了傳統二維紙質信息交互途徑和方式，提升了工程項目信息交互質量和精度水平；更進一步實現建筑工程項目施工成本的信息化管理，提升工程項目信息可追溯的便利性水平；提高建筑行業的數字化程度，為數字建造給予了強有力的支持.

(2)利用BIM技術對圖紙審核，進行碰撞檢查和漫游，減少了在施工進行中的工程變更，節省了工期、人工、施工材料費用等成本費用.

(3)模擬施工選擇最優施工方案，進度控制進行動態管理使施工費用趨于合理化.

(4)BIM技術結合區塊鏈技術，在建筑施工信息化進程中保證了工程項目中大數據的管理、信任、安全和隱私等重要問題.