浅谈：区块链技术在建筑幕墙行业中的应用(上)

　　本篇文章内容由[中国幕墙网ALwindoor.com]编辑部整理发布：

　　提要：20世纪末开始，中国建筑幕墙行业通过各类 CAD、CAM 等技术和工具的运用，极大提升了项目品质与建造效率;随着近年来 BIM 技术的推进与应用，项目的品质和突破不断得到提升。但建筑幕墙对于数字科技的应用和融合，仍然还有较大的发展空间。区块链技术作为数字科技的重要组成部分，在建筑幕墙行业的应用与发展具有着重要的意义。本文将从三个方面介绍区块链技术的基本原理和特征，建筑幕墙行业与区块链技术匹配，区块链应用的技术实现;另外区块链在幕墙中应用场景以及未来的展望，将另篇讲述。

　　关键词：区块链 智能合约 去中心化 去信任 难以篡改

　　1 前言

　　新华社：(2019年)中共中央政治局10月24日下午就区块链技术发展现状和趋势进行第十八次集体学习。中共中央总书记习近平在主持学习时强调，区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用。我们要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，明确主攻方向，加大投入力度，着力攻克一批关键核心技术，加快推动区块链技术和产业创新发展。同时，国家发改委2020年4月20日明确的“新基建内容”已经将区块链技术作为信息基础设施已经上升到国家基础战略层面。

　　区块链技术作为前沿的科学科技之一，在数字金融、数字政务、数据服务等领域已初显其应用价值。区块链技术具有信息的去中心化、去信任、数据集体维护难以篡改、数据信息易查验可追溯等特点，符合政府监管“放管服”对建筑幕墙行业乃至建筑业的要求。但价格与产品、服务关系的差异化，存在不正当的市场竞争，项目信息碎片化、信息孤岛化，权责利的界面不清晰、不平等，这些问题随着高速建设的展开，越来越挑战幕墙行业的底线。建筑幕墙行业洗牌的趋势已经初现端倪。

　　2 区块链技术的基本原理和特征

　　区块链是一种由计算机网络维护的、去中心化的在线记录和保存系统(数据库)，网络中这些计算机使用既有的加密技术来验证和记录交易。图2.1区块链数据结构原理图。

　　区块链技术中的数据记录方式是根据记录数据先后次序，经过反复地进行哈希计算上链以及新数据的写入，最终形成一条有时间顺序的、上下关联的、不可篡改的“链条”。

　　数据上链并不是把数据全部放在区块链上，而是把数据仍然保存在原有的地方，只是把数据的校验信息(数据真实性和一致性的证明信息)放在链上。而区块链的“共识机制”在于确保区块链各节点上的数据是一致的，这就意味着节点上链的需要其它每个节点的独立验证通过后，才可上传保存形成链式结构。

　　区块链进行数据的验证需要计算机密码学：哈希算法和数字签名技术。在区块链里保存数据的时候，在每一“块”数据里都保留有这一块数据经过哈希函数计算的值，而区块链里每一块的数据还包含着前一块的哈希计算值，并且把前一块的哈希函数计算值作为当前区块来计算自己的哈希函数值。区块链上保存的来自用户的数据都包含该用户的数字签名，数字签名的特点是可以迅速验证签名的正确性，而且篡改数据、伪造签名几乎都是不可能的。每个区块链的节点软件都会独立验证每条数据的签名是否吻合。

　　下图2.2中心化账本和分布式账本的比较示意图。

　　与传统的中心化账本不同的是，区块链每个节点(node)数据上传需要得到链中其他节点大多数的节点相互验证通过后，才能上传到区块链中，形成所有节点的共同存储。区块链是一种分布式数据库，即点对点的模式，每个节点都有独立验证的能力，通过共识算法来保证各个节点数据一致。如想“篡改”数据，首先得攻克每个节点的验证算法，其次还得攻克整个区块链的共识机制，让所有的节点都跟着改变，这种情况基本上不可能发生。从而实现区块链上数据的不可篡改性。

　　区块链去中心化、去信任、数据集体维护难以篡改、数据信息易查验可追溯的特点，而对应的第三方存管引起的风险集中，不同组之间数据交换的信任机制，系统抗内外攻击抗干扰，数据去伪存真等问题，迎刃而解。

　　由此看到，建筑业建筑幕墙行业的创新，就是在区块链存储数据系统的创新基础上，开启业务流程、商业模式创新的新纪元。

　　3 建筑幕墙行业与区块链技术匹配

　　3.1 幕墙行业的相关现状

　　作为建设方、设计方、施工方、监管方、材料制造供应方，在30年的中国幕墙发展中，都有自己完善的数据库，为什么我们还需要区块链。

　　从技术层面看，设计、材料、工程的验收付款需要过程中的都需要公开可透明核实的记录。招标代理、材料代理商、工程代建方等第三方咨询、服务的机构普遍存在，大量的数字资产集中在第三方手上，如设备故障或受到黑客攻击，其数据商业保密性、可靠性面临巨大的挑战。项目政府审核、监管、建设方、设计方、施工方、材料制造方等多方协作，需要内部外部的共享和交换数据等数字资产的情况错综繁杂，双方、多方组织之间的数据交换的信任往往需要第三方背书来实现，造成大量第三方机构和审批程序的滋生，社会资源重复使用，营商环境没有得到优化和改善。项目中催生的知识产权、商业合同的秘密经常受到攻击，存储用户的个人信息，现在或未来将受第三方《通用数据保护条例》或类似的数据隐私法规的约束，不能有序有求的进行项目信息的流动。

　　另外项目实操中表现出来的问题还有：招标的技术规格要求条款往往在施工时，甚至招投标中，由于工期要求紧的原因已经走样，设计最初的一层皮和施工验收时的一层皮，效果质量上相差较远;施工高价中标后，施工使用材料与价格不匹配;如低价中标，各种签证、最终严重超出预算;项目信息不完整，各类建材数据缺失;建造过程中调换材料，信息验证不能及时跟上，合同的执行不能延续，导致使用成本高、质量难以控制;新建及既有项目量大面广，监管难度加大;行业诚信体系、保险体系还相当欠缺;项目建成时间较久，各类原始项目信息难调取、难查验等等，亟需更高维度的技术手段或工具来攻克这种传统项目商业模式和运作模型的结构性顽疾。

　　3.2 建筑幕墙行业发展的需要

　　随着中国城市化进程的推进，建筑幕墙伴随公建项目的茂盛繁荣而茁壮成长。在政府监管、幕墙安全、项目运维、产品质量和溯源等方面均对幕墙行业提出了更高的要求：

　　政府监管：对城市管理安全、风险的控制及有效追责，建造有韧性的建筑表皮。项目运维：明确合作各方的权责利，促进信息的有效传递;进度、质量、成本控制，贯穿于建筑幕墙的全生命周期内。产品质量和溯源：规范市场行为，追溯产品的各类技术指标及其生产制造、运输、施工安装等信息，直至幕墙服役全寿命周期。

　　3.3 区块链技术的特性与建筑幕墙行业需求的匹配

　　如下表3.1所示：

　　3.4 应用原理

　　通常幕墙工程项目可分为设计、采购、工程建设、竣工与交付、运营维护等阶段;各阶段节点和成果内容是直接或间接推进项目的重要依据，各类项目信息需要在众多参与方中进行共享和传递。需将项目各节点和成果进行数字化后形成相关数据，并且将区块链作为数据传递的底层信息基础设施传递各类项目信息，最终推动项目不断前进。

　　应用的前提是标准的制定：首先将节点、成果、内容形成格式化的可读数据;确保不同阶段的主体之间数据上能够形成关联;要要确保不同主体之间的数据格式能够相互可读可编辑可用。这些内容应该包含：节点成果的验收有谁进行、主体责任方、前序依据是什么、其前序信息由谁提供、本节点又是后续那些节点的前序条件等等。

　　4 幕墙行业应用的技术实现

　　4.1 逻辑构架

　　通常，区块链的应用逻辑框架如下表4.1典型区块链应用框架系统表

　　可以看到从数据层到激励层，主要以计算机学科为主，用户面对的是应用层，即功能界面业务操作流程。而合约层是区块链技术连接应用不可或缺的一环。

　　智能合约如何构建，首先明确的是在幕墙工程项目中，是以实物与资产的交换作为项目推进的物质基础，商业合同作为见证物资交换的重要凭证，是记录参建各方责权利关系的重要角色，也是工程管理的核心要素，因而可作为连接智能合约与建筑幕墙工程应用的切入点。

　　智能合约可作为区块链的载体，把商业合同翻译成区块链能看懂并能进行数据处理的程序。这样纸质合同转化为能够实时调整的智能合约，并能实时便捷的进行更新，在合同各参与方达成一致意见后，可将相关决议材料或证明文件上传到区块链进行存证;也避免传统纸质合约签字流程长、更新频率低、难以自动化管理、各方信息不全面等缺陷，从而保证智能合约能够真实、及时、完整地体现各类合同的实际执行和变更状态。另外，以智能合约作为项目管理中心而展开的建设项目全生命周期中，能够利用区块链智能合约中的各类数据直接驱动项目各阶段成果的达成。

　　通过将区块链技术与建筑行业大力推行的BIM、数字标识、数字赋能等数字技术相结合，不仅能够实现项目阶段的实时多方验收;还能够进一步充分发挥建设项目BIM应用中的各类数据系统性和关联性，在幕墙设计、生产、建造、验收、供应链溯源等方面有广阔的应用前景。

　　4.2 技术实现

　　智能合约如何形成。参与方甲、乙两方签订合同C1，可由任意一方将合同 A 转化为智能合约SC1，双方协商同意后，智能合约(即app)正式成立。甲乙双方均具备各自的存储系统(正常也要用的)，用以存储各类与合约有关的数据(如表3.2内容)。根据智能合约的要求双方进行数据上传、验证、存储系统进行同步的过程。同时这一数据由程序上链，区块链记录，保证数据资料的一致性。而如果需要调整合约或推进进度节点需要按照智能合约的要求记录时，一方可提交链上广播修改请求，经过另一方验证后，智能合约 SC1可进行更新，确保智能合约的执行与相关实际进度相一致。如此循环，最终完成整个合同的全部内容上链。

　　实际上与传统的存储系统操作相比，并没有牺牲太多的人工，在存储纪录时，仅多了链上广播和验证的程序，其他工作和目前单一组织内部的存储操作没有区别，内部的大量工作均由底层区块链操作系统完成。

　　通过上述方法，最终形成一套结合区块链智能合约运行的合同履行系统。需要提醒的是，在双方授权的情况下，第三方存储，下游供应链合约，监管合约等均可与本SC1合约调用许可的数据部分上链，形成多方监管，集体维护，不可篡改的局面。如下图4.1智能合约核心框架图。

　　有时，建筑幕墙合同较为复杂，由总包、分包、三方协议，在下游材料供应、外照明、与土建的工作内容上也有相互重叠的内容，导致有一个单独的主链无法清晰的理顺众多合同中的有特殊要求或信息量巨大的数据关系，于是可考虑采用主链和侧链的区块链模型框架形式。如图4.2所示

　　由上图可以看到，例如可将幕墙合约的公有链设置为区块链主链;而侧链以分包合同的形式进行信息数据的采集。分包多层级和多份合同的参与方共同形成一条基于合同所在区块链的侧链，同时仍然保持其与主链的数据交换，保持其溯源功能。通过侧链架构，可分担由于项目信息量大、验证多等造成系统效率低下的缺点，另外信息的存储也进行了多级分散，加强了数据存储和使用的安全级别。

　　随着5G时代的来临，未来数据密集型产业将成为发展最快的产业。BIM和数据驱动技术在建筑幕墙的智能设计、智能生产、智能施工、智慧维护上扮演着越来越重要的角色，以区块链为核心框架，结合BIM和数据驱动技术，并在VR、云数据、超级传感器、近场通讯、物联网等技术的辅助下，在幕墙项目进度、质量、验收、支付上，工程管理和实施将会发生重大变革，在在项目业主确认(可由建筑师或咨询顾问单位协助)工作已完成并满足预先确定的验收标准达成条件后，可由区块链智能合约自动执行验收和支付流程。

　　5 小结

　　本文对为什么幕墙行业需要区块链这个问题谈起，详细讲述了区块链的原理、特性以及和建筑幕墙行业的匹配性，最后通过技术上应用的剖析，对技术可行性进行了探讨。从建筑幕墙从业者看来，区块链是一个金融行业的舶来品，很陌生。但通过本文的介绍，相信读者已经感受到区块链将来改变传统建筑幕墙行业工程建造和管理模式的力量，希望给行业管理和诚信体系的建立与完善，提供新的思路。相关在幕墙行业具体应用场景的设计介绍，由于篇幅有限，另文再做探讨。待续未完。

　　参考文献

　　【1】《区块链实战：从技术创新到商业模式》，p21，冒志鸿，陈俊;2020

　　【2】《区块链技术在中国建筑行业的首次尝试》，建筑实践，第八期，曹嘉明，雷李坤，2020