基于區塊鏈的建筑供應鏈信息共享演化博弈研究

閆文周，王 瑩，馮中帥

（1.西安建筑科技大學管理學院，陜西西安 710055；2.西安建筑科技大學土木工程學院，陜西西安 710055)

隨著建筑行業信息化水平的不斷提高，建筑供應鏈信息共享方式也發生了轉變［1］?，F階段，BIM協同管理云平臺為項目建筑供應鏈內涉及到業主、設計方、承包方等各參建人員提供了一個跨部門數據集成和協同共享的信息平臺［2］，這大大提高了信息共享效率。但云平臺在推廣過程中存在著一些問題：云平臺是基于第三方建立的系統［3］，可能被破解而導致信息泄露；項目各參建方需要先將信息上傳至云平臺，再根據各自需求下載信息［4］，若密鑰丟失或被泄露，系統信息的安全無法得到保障［5］。信息安全保障體系的缺少嚴重阻礙了各方之間信息共享［6］。與此同時，業主和各參建方因利益目標不同分散決策和信息不對稱的機會成本導致信任度受損［7-9］，嚴重影響項目進展。因此，安全的信息保障體系和相互信任的信息交流方式有助于提高建筑供應鏈內的信息共享效率［10］，保障項目整體績效目標的實現。

區塊鏈作為時代顛覆性的核心技術，利用其獨特的安全加密機制和去中心化的信息交流方式保障建筑供應鏈內各參建方的信息共享效率［10］。已有學者認為區塊鏈有利于供應鏈內信息協同共享［1，4-5，11-12］。因此，引入區塊鏈技術，分析其對建筑供應鏈信息共享組織模式的影響，進而提出新組織模式。任何新組織模式的形成都不是一蹴而就的，構建以核心方-從屬方為代表的演化博弈模型［13］，提出促進信息共享新組織模式形成的影響因素，推動區塊鏈和建筑供應鏈信息管理的結合。

1 基于區塊鏈的建筑供應鏈信息共享的組織模式

1.1 區塊鏈的關鍵技術

1.1.1 聯盟鏈

聯盟鏈是指只針對特定群體的成員，且群體內部需提前安排多個預選節點作為記賬人，每個塊的生成由所有的預選節點共同決定。聯盟鏈大多采用多中心網絡，網絡結構是由一系列星型結構和分布式結構組合而成的層級結構。

1.1.2 時間戳

時間戳是區塊鏈內信息不被惡意篡改特性的重要支撐技術，時間戳服務器會對以區塊形式形成的交易進行哈希運算并寫上時間戳，它能夠保證該區塊的交易信息必定存在于某個特定的時間點。每一個時間戳會將前一時間戳納入其哈希值，形成一條環環相扣的時間戳鏈條。

1.1.3 非對稱加密

密碼學是區塊鏈技術的重要組成部分，非對稱加密系統一般使用相互匹配的一對密鑰，即公鑰和私鑰。公鑰可向其他用戶公開，私鑰是保密的，并且無法通過公鑰推算出相應的私鑰。哈希算法是一種不對稱、不可逆的加密方式，能實現從純文本到加密文本的單向加密。

1.2 建筑供應鏈信息共享傳統組織形式的不足

1.2.1 信息安全性問題

項目參建方在基于第三方建立的BIM 協同管理云平臺上共享信息，建筑供應鏈各參建方所需要的信息和提交的信息各不相同［14］，大家根據各自需求下載信息（如圖1）。比如，業主需提供設計方項目可行性研究報告和設計任務書。各參建方交流的信息可能涉及各公司的商業機密,信息的安全問題尤其重要。平臺本身的安全性、用戶的訪問權限設置等問題不得不引起項目參建方的重點關注。

圖1 BIM 協同管理云平臺組織交流模式

1.2.2 相互信任的信息交流方式

首先，建筑供應鏈各參與方由于利益目標不同，為保證各自的利益而單方面決策，無形中可能傷害其它方的利益，造成大家都達不到最優，從而降低建筑供應鏈的整體工作效率［15］；其次，建筑供應鏈各參與方在分配利潤的時候不可能絕對的公平公正，從而導致各方的各謀其利，互相不信任；信息變化頻率高、信息失真、信息不匹配等信息不對稱可能導致機會主義在建筑供應鏈內經常發生［16］，這也是引發隱藏行為和利益沖突的主要原因。

1.3 基于區塊鏈的建筑供應鏈信息共享的組織交流模式

本文利用聯盟鏈的多中心化思想，項目供應鏈內涉及到業主、總承包方、設計方和供應商等企業構成聯盟鏈的分布式結構，各企業內部相關部門的負責人和工作人員構成聯盟鏈的星型結構。建筑供應鏈信息共享組織交流模式如圖2 所示，分為以下部分：

圖2 建筑供應鏈信息共享組織交流模式

1.3.1 組織網絡聯盟

組織聯盟鏈中含有兩種節點：一種是普通節點，另一種是專業記賬節點（超級節點）［17］。普通節點不參與記賬過程，但能查詢到共識進程，并同步更新信息。普通節點可理解為各企業內部相關部門的工作人員。超級節點參與并負責全程記賬過程，它們由普通節點投票選出。

若整個網絡結構有超級節點m 個，其中有1 個主節點，其余為記賬節點。組織聯盟各方根據職責提供信息。

1.3.2 數據結構

區塊頭有時間戳、密鑰、哈希值等內容組成。建筑供應鏈內各用戶基于RSA 算法生成各自的一對密鑰，用于對信息簽名；時間戳用來記錄信息生成的時間；哈希算法用于對信息進行加密。每一個區塊的生成都包含上一個區塊的哈希值。圖中的“C”表示“共識過程”［18］。一般來說，運用智能合約預先設定好的流程。首先，各主管理節點的超級節點需先達成共識；其次，整個網絡所有超級節點都達成共識區塊寫入鏈上。

1.3.3 組織聯盟交流方式

組織聯盟的交流方式分為企業內部交流和企業間交流［19］。企業內各部門超級節點根據項目信息將工作下發給普通節點，普通節點完成后由主節點審核并發起流程，經記賬節點達成共識后由主節點記賬。企業間交流是指經預先設定的智能合約實現工作流程的自動流轉。比如因業主需求變動設計方發起變更交易信息n1，經咨詢方主節點記賬交易信息n2 后，業主各部門評估成本、進度等信息達成一致后主節點記賬交易信息n3，并以區塊n寫入鏈中；同時，普通節點負責同步信息［20］?？偝邪酵ㄟ^查詢區塊n執行變更信息。

1.4 新組織交流模式的實現

基于RSA 算法保證組織間的新交流模式的安全性。假設設計方是發送方A，業主是接收方B，雙方交流模式如圖3 所示。同時，組織間交流模式由密鑰生成、簽名加密和驗證解密

圖3 安全性分析

三階段構成，用JAVA 語言實現設計和業主間的安全交流［21］，關鍵代碼如下。

2 基于區塊鏈的建筑供應鏈信息共享演化博弈模型分析

建筑供應鏈內各參建方進行信息共享的程度是形成新組織交流模式的關鍵，各參與方之間是否選擇更加透明的信息共享需要在一段時間周期內進行多次博弈［22］，經過不斷調整選擇并達到穩定狀態，這是一個長期動態調整的博弈演化過程。為簡化分析本文對建筑供應鏈信息共享組織模式中有代表性的2 類群體進行博弈，分別為以業主為代表的核心方a以及除核心方a外供應鏈上的從屬方b。

2.1 基本假設

假設1：博弈群體1：核心方a博弈群體2：從屬方b。兩者皆是有限理性人，核心方a和從屬方b需根據自身收益情況略實時調整選擇，它可被認為是有限理性。

假設2：在進行信息共享博弈時，核心方a和從屬方b的行為策略皆為{共享，不共享}。核心方a 選擇共享的概率為x,選擇不共享的概率為1-x;從屬方b選擇共享的概率為y,選擇不共享的概率為1-y。（x,y∈［0,1］）

假設3：核心方a、從屬方b的相關變量選取如下所示：

Ni是博弈群體i(i=a,b)都不共享信息時的基礎收益；

β是博弈雙方都選擇信息共享所產生的協同效果（β＞1）；

Zi是信息提供方共享信息后接收方的重視程度，即信息轉移系數；

Gi是信息提供方分享的信息量，即信息共享水平；

Mi是博弈群體i(i=a,b)選擇信息共享策略耗費的成本；

Ti是政府對選擇信息共享策略企業的財政補貼；

θ 是對不進行共享信息的群體進行懲罰，即懲罰系數；

g 是博弈方進行信息共享時需面臨企業市場優勢流失的風險，即風險系數；

α是信息共享雙方之間的合作親密度；

P是企業不選擇信息共享時對企業間關系的損失，即企業關系成本。

基于以上假設，核心方a、從屬方b雙方不同策略下的博弈收益矩陣如表1 所示。

表1 核心方、從屬方博弈收益矩陣

2.2 模型構建與演化穩定狀態分析

2.2.1 核心方a的模型構建與演化穩定策略分析核心方a的企業選擇信息共享的收益：

核心方a的企業選擇信息不共享的收益：

核心方a 的企業平均收益為：

故核心方a的復制動態方程為

2.2.2 從屬方b的模型構建與演化穩定策略分析

從屬方b的企業選擇信息共享的收益：

2.2.3 動態演化路徑分析

根據式（1）和式（2）可知，博弈雙方可能存在的均衡點有(0,1);(1,1);(0,0);(1,0);（x*,y*）即((Mb+gGb-Tb)/(βZbGa-ZbGa+θGa+αP),(Ma+gGa-Ta)/ (βZaGb-ZaGb+θGb+αP))且x*,y*∈［0,1］。演化路徑有以下5 種：

路徑1：當 (Ma+gGa-Ta)＞(βZaGb-ZaGb+θGb+αP),(Mb+gGb-Tb)＞(βZbGa-ZbGa+θGa+αP)時，博弈雙方投入的成本大于所獲收益，不值得博弈雙方繼續信息共享。如圖4（a）所示，博弈雙方的演化過程逐漸趨于（0,0），即（不共享，不共享）。

路徑2：當 (Ma+gGa-Ta)＞(βZaGb-ZaGb+θGb+αP),(Mb+gGb-Tb)＜(βZbGa-ZbGa+θGa+αP)時，核心方a投入的成本大于所獲收益，而從屬方b投入的成本小于所獲收益。如圖4（b）所示，博弈雙方的演化過程逐漸趨于（0,1），即（不共享，共享）。

路徑3：當 (Ma+gGa-Ta)＜(βZaGb-ZaGb+θGb+αP),(Mb+gGb-Tb)＞(βZbGa-ZbGa+θGa+αP)時，核心方a投入的成本小于所獲收益，而從屬方b投入的成本大于所獲收益。如圖4（c）所示，博弈雙方的演化過程逐漸趨于（1,0），即（共享，不共享）。

在路徑2 和路徑3 的演化過程下，總是存在博弈主體單方面做出信息不共享的選擇。在共享初期，信息提供方在政府的補貼下選擇信息共享，在一段時間后承受著客戶流失等高成本持續風險，最終將導致信息提供方也不愿共享信息。如圖4（d）所示，經博弈雙方持續博弈后，路徑2 和路徑3 最終演化過程趨于（0,0），即（不共享，不共享）。

路 徑 4：當 (Ma+g Ga-Ta)＜(β ZaGb-ZaGb+θGb+αP),(Mb+gGb-Tb)＜(βZbGa-ZbGa+θGa+αP)時，博弈雙方投入的成本均小于所獲收益，但博弈雙方的演化過程存在兩者可能，逐漸趨于（1,1）和（0,0），即（共享，共享）和（不共享，不共享）。

如圖4（e）所示，（0,1）、（x*,y*）和（1,0）三點連線將整個區域分為陰影和非陰影兩個部分，這兩個部分的演化過程分別趨于（0,0）和（1,1）。（x*,y*）是演化博弈的關鍵點，它的位置會影響最終博弈結構。當（x*,y*）趨于（0,0）時，陰影部分的面積逐漸變小，非陰影部分的面積逐漸變大，博弈結果是（共享，共享）的概率就越大；當（x*,y*）趨于（1,1）時，陰影部分的面積逐漸變大，非陰影部分的面積逐漸變小，博弈結果是（共享，共享）的概率就越小。而（x*,y*）的值由博弈雙方的各項參數決定，非陰影部分的面積可表示為。

圖4 動態演化路徑相位圖

3 數值實驗與仿真

本節用MATLAB 軟件對博弈模型的復制動態方程式（1）和（2）進行仿真驗證，探究相關變量對博弈演化最終結果的影響。假設模型變量的初始值［1］如表2 所示：

表2 變量初始值

根據變量初始值對博弈雙方演化路徑仿真，得到圖5（a）。令其它變量值不變，分別調整Ga=30，Gb=20、Za=0.7，Zb=0.5、Ta=15，Tb=10、Ma=10，Mb=6、g=0.1、P=15、α=0.8、θ=4、β=1.5 時，得到圖5（b）～圖5（j）。仿真結果分析如下：

圖5 各參數調整對演化博弈結果影響的相位圖

（1）建筑供應鏈各企業間的信息共享水平、信息轉移系數、財政補貼、合作親密度、懲罰系數、關系成本和協同效果對信息共享有正向作用。因此，企業除了進行項目內必要的信息共享外，應加強企業間的合作關系，避免機會主義的發生。在國家政策支持和懲罰力度治理的情況下，更會推動供應鏈上的各企業以協同和合作的方式進行信息共享。在相互信任的信息交流方式下，建筑供應鏈新組織模式通過強調合作、避免沖突、資源共享、伙伴關系等降低了項目建筑產品的成本、改善了建筑市場主體關系、優化了資源配置。

（2）建筑供應鏈各企業間的信息共享成本和風險系數對信息共享有不利影響。建筑供應鏈內各企業在以項目的整體利益為前提下，秉著長久合作的態度共同努力減少在信息共享時因各種因素導致的超額成本。建筑供應鏈信息共享新組織模式在系統上避免了信息泄露的可能性，但依然存在人為因素導致的企業市場優勢流失風險。成本降低和風險防控有效促進信息共享模式的形成。

4 結語

建筑項目管理績效與建筑供應鏈信息共享效率息息相關，更高效的信息交流方式是建筑行業轉型升級的關鍵。將區塊鏈多中心網絡共識思維與建筑供應鏈相結合，構建項目各參建方信息共享交流的新組織模式。新組織模式的形成并不是一蹴而就的，本文研究表明信息共享水平、信息轉移系數、財政補貼、合作親密度、懲罰系數、關系成本和協同效果等變量因素對信息共享組織模式的形成具有積極作用，甚至在一定程度能促進項目內各參建方完全處于信息共享狀態。