蔡耀CAI Yao；蔣黎晅JIANG Li-xuan

（南京工業(yè)大學建設管理與房地產(chǎn)系，南京 211816）

0 引言

在各行業(yè)飛速發(fā)展的今天，建筑業(yè)仍存在著因業(yè)主、設計團隊、承包商等參與方各自專注于自己的工作而導致的成本高、進度延誤、生產(chǎn)效率低等問題。集成項目交付（Integrated Project Delivery，IPD）是在上個世紀90 年代末在英國的一個石油工程中取得了成功后，逐漸被人們認可和使用的新型項目交付方式。它強調(diào)團隊成員的相互信任與協(xié)作，整體性地提高項目的質(zhì)量。作為一種先進的項目交付模式，團隊內(nèi)部透明開放是IPD 模式成功實施的重要因素[1]，為了使各方能夠交互和共享數(shù)據(jù)，IPD 要求采用高水平的信息和通信技術（ICT），近年來BIM 技術和精益理論的興起，為IPD 的實施提供了信息處理平臺和實施工具，但項目數(shù)據(jù)的真實性和安全性還是無法保障。馬智亮[2]等通過廣泛的文獻調(diào)研，提出BIM 技術解決了IPD 面臨的數(shù)據(jù)儲存問題，而它無法完全滿足IPD 模式下參與成員之間數(shù)據(jù)共享的需求，而且相關研究中還沒有一款更先進的數(shù)據(jù)信息交流平臺應用在IPD 模式中，能讓團隊間的聯(lián)系更加緊密，并針對它的特征實現(xiàn)項目內(nèi)部的事務。IPD需要一種新的信息技術，以保證信息真實和安全的信息共享，填補BIM 技術無法實現(xiàn)的IPD 特征，更好地展現(xiàn)它的優(yōu)勢。

自從區(qū)塊鏈的概念被提出，它就被認為是一個有巨大潛力的信息處理工具，本文嘗試將區(qū)塊鏈平臺Hyperledger Fabric 應用在IPD 模式中，根據(jù)IPD 的特點設置Hyperledger Fabric 平臺的模塊，實現(xiàn)IPD 模式中的信息交流、交易執(zhí)行等，并介紹了Hyperledger Fabric 在IPD項目中的的應用流程，以發(fā)揮出IPD的優(yōu)勢，幫助建筑業(yè)更好地發(fā)展。

1 技術簡介

1.1 區(qū)塊鏈技術

區(qū)塊鏈技術起源于一個化名為中本聰?shù)木W(wǎng)絡極客在2008 年發(fā)表的《比特幣：一個P2P 電子收銀系統(tǒng)》一文[3]。目前它還沒有官方的定義，簡單來講，區(qū)塊鏈就是分布式賬本的一種，在系統(tǒng)中的每個參與者都擁有一份公開的、實時更新的賬本，打包一定數(shù)量賬本的數(shù)據(jù)區(qū)塊按照時間順序連接在一起，就形成了區(qū)塊鏈。

區(qū)塊鏈去中心化、數(shù)據(jù)可追溯等特點吸引了眾多學者對它進行研究，并初步將區(qū)塊鏈的發(fā)展分為三個階段：

區(qū)塊鏈1.0 階段：以比特幣為代表的數(shù)字貨幣對傳統(tǒng)金融產(chǎn)生沖擊，降低了交易成本，讓價值在互聯(lián)網(wǎng)中得以流通；

區(qū)塊鏈2.0 階段：基于區(qū)塊鏈的可編程金融，以數(shù)字資產(chǎn)和智能合約為代表，使得企業(yè)可以使用區(qū)塊鏈平臺編程自己所需要的區(qū)塊鏈程序；

區(qū)塊鏈3.0 階段：區(qū)塊鏈在社會各行各業(yè)都靈活應用，法律、健康醫(yī)療，銀行、教育、能源等方面都能享受區(qū)塊鏈帶來的便利，提高社會的運轉(zhuǎn)效率。

1.2 Hyperledger Fabric 平臺

超級賬本（Hyperledger）是由LINUX 基金會牽頭并創(chuàng)立的區(qū)塊鏈平臺，旨在探索區(qū)塊鏈技術在各行業(yè)的應用。Hyperledger 的核心平臺Fabric，是一個帶有節(jié)點許可管理的聯(lián)盟鏈系統(tǒng)。在區(qū)塊鏈2.0 時代誕生的Hyperledger Fabric 克服了1.0 時代僅依靠比特幣進行虛擬貨幣交易，數(shù)據(jù)吞吐量低等缺點，除了在特定聯(lián)盟內(nèi)部真實、安全地記錄財務交易，還能利用算法實現(xiàn)投票決策等功能。它的各個子項目都是錨定“平臺”的，僅是一個基于區(qū)塊鏈的分布賬本平臺，并不發(fā)行數(shù)字貨幣。而且與其他的區(qū)塊鏈平臺不同，F(xiàn)abric 系統(tǒng)只在一系列一致的、具有特定身份標志的成員之間進行交互；可插拔的模塊組件，能根據(jù)不同的場景設置需要的共識算法，靈活應用在不同的項目之中。Hyperledger Fabric 作為區(qū)塊鏈應用中的主流技術平臺，在建筑業(yè)將有著巨大的應用潛力。

2 IPD 與Hyperledger Fabric 的契合性分析

2.1 IPD 在實施過程中遇到的阻礙

①IPD 模式的相關信息技術存在不足。盡管IPD 模式很早就與BIM 協(xié)同管理項目，但BIM 技術存在互操作性問題，一系列軟件一起工作并共享信息的能力還不夠[4]，它僅是將建設項目數(shù)據(jù)數(shù)字化的基線工具，還需要新技術進一步改善數(shù)據(jù)共享的環(huán)境。AIA2012 文件對IPD 模式的特點進行了匯總，并標明了哪些特點需要使用信息技術來實現(xiàn)，如表1 所示[5]。

表1 IPD 的原則及其實現(xiàn)方式

由表1 可知，協(xié)作決策、共同制定的項目目標標準、強化設計、主要參與者之間財政透明、愿意合作和開放式溝通都需要先進的信息技術來實現(xiàn)。BIM 技術可以有效幫助強化設計和輔助進行決策控制，提供一個數(shù)據(jù)存儲交換數(shù)據(jù)的平臺，但是難以實現(xiàn)主要參與者之間的財政透明，促進合作。我們?nèi)孕枰粋€擁有局部開放性的財務交易和協(xié)助決策的技術平臺幫助IPD 模式實現(xiàn)這些原則。

②信任障礙一直困擾著建筑項目管理者，而在以協(xié)作為核心的IPD 項目中信任尤為重要。造成信任缺失的原因分為兩類，一是在利益的驅(qū)使下，各參與方首先考慮自身的收益，利益的沖突使得各方互不信任；二是沒有支撐信任形成的條件讓有信任他方的意愿的人持續(xù)保持信任，項目內(nèi)部，各方的信息并不互通和透明，共享的信息存在被篡改的風險，項目外部，各方的聲譽建立困難，每次的合作都要經(jīng)歷相互不信任的過程。

2.2 Hyperledger Fabric 應用在IPD 模式的優(yōu)勢

Hyperledger Fabric 作為一個區(qū)塊鏈技術平臺，本身就具備區(qū)塊鏈的普遍優(yōu)點，來輔助IPD 的應用：

①數(shù)據(jù)信息透明。所有參與方都能夠跟蹤項目進度和成本，無論他們身在何處都有權訪問所有數(shù)據(jù)，滿足IPD模式的要求。

②數(shù)據(jù)不可篡改、可追溯。區(qū)塊鏈的最長鏈原則和挖礦原理都保證了數(shù)據(jù)信息一旦上傳，就無法擅自修改。而時間戳（區(qū)塊數(shù)據(jù)的寫入時間）幫助人們追溯信息。IPD 模式下需要在項目竣工后進行財務評價，按權重共擔風險/收益，數(shù)據(jù)的真實性和可追溯性幫助這一工作的實現(xiàn)。

而Hyperledger Fabric 也有它區(qū)別于其他區(qū)塊鏈平臺的特有優(yōu)勢：

③共識模式化。Hyperledger Fabric 的共識機制可以根據(jù)不同的項目自行設置，十分靈活。這使得IPD 各方能夠根據(jù)團隊和項目環(huán)境開發(fā)合適的機制。

④具有高效的可擴展性。Fabric 交易的背書節(jié)點和負責打包的節(jié)點解耦，保證系統(tǒng)有更好的伸縮性。IPD 項目中，每個事務的參與方成員常常是不固定的，這樣的特點有利于節(jié)點退出和新的節(jié)點加入。

⑤Hyperledger Fabric 是一個聯(lián)盟鏈系統(tǒng)。聯(lián)盟鏈在有限個互相已知身份的組織之間構建系統(tǒng)，去中心化，處理事務時需要參與者們一起協(xié)商，達成共識[6]。聯(lián)盟鏈的特點適合IPD 模式多參與方、協(xié)同決策和控制的，也有利于參與者們共同制定和驗證的目標。

表2 總結了Hyperledger Fabric 平臺的優(yōu)勢與特點：

表2 Hyperledger Fabric 的優(yōu)勢

3 Fabric 系統(tǒng)在IPD 項目中的應用

3.1 Fabric 重要節(jié)點

Fabric 內(nèi)部的通信實體由節(jié)點完成，它有三種類型——客戶端、Peer 和Orderer 節(jié)點，不同的節(jié)點在系統(tǒng)中承擔不同的功能。

①客戶端：客戶端是與用戶直接接觸，實現(xiàn)對區(qū)塊鏈操作的程序節(jié)點。用戶通過客戶端界面，向系統(tǒng)提交事務和接收、查看賬本。

②Peer 節(jié)點：是系統(tǒng)網(wǎng)絡中的對等節(jié)點，并按功能分為兩種：背書節(jié)點（Endorser）和驗證節(jié)點（Committer）。背書節(jié)點主要負責對被客戶端發(fā)送來的提案進行校驗、模擬執(zhí)行和背書；而驗證節(jié)點用于驗證背書是否符合事先設置的背書策略和更新維護區(qū)塊鏈賬本。一個Peer 節(jié)點也可同時具備兩種節(jié)點的功能，增強處理事務的能力和效率。

③Orderer 節(jié)點：對各個節(jié)點發(fā)送來的事務進行排序。由于在一個聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡中，每個用戶都可能隨時隨地發(fā)送提案，當出現(xiàn)提案并發(fā)的情況時，Orderer 節(jié)點將按照排序策略對他們進行排序，決定事務處理時間，以有序地記錄在區(qū)塊鏈賬本中。

每個組織都有自己的客戶端、Peer 節(jié)點，無論哪個用戶使用自己的客戶端發(fā)送出事務請求，都會被廣播到所有用戶節(jié)點，Orderer 節(jié)點是獨立于用戶組織之外的公用節(jié)點，處理同一個項目網(wǎng)絡中的所有事務。

3.2 Fabric 系統(tǒng)在IPD 項目中的應用流程

IPD 模式與傳統(tǒng)的項目不同，它將項目分為七個階段：概念階段、標準設計階段、詳細設計階段、實施文件階段、機構審核階段、施工階段和項目交付階段[7]，各參與方幾乎參與了所有階段，從自己的專業(yè)提出建議，優(yōu)化設計方案。Fabric 平臺在IPD 項目中的應用流程如圖1 所示。

3.2.1 準備工作

①成員注冊。

Fabric 系統(tǒng)中的每個節(jié)點代表了各參與方中的每個成員，業(yè)主方在項目的概念階段確定項目的參與方并簽訂IPD 協(xié)議。一個完整的IPD 項目團隊一般包括業(yè)主方、集成項目協(xié)調(diào)人員、設計方、咨詢方、承包商和供應商等，簽訂了IPD 協(xié)議的參與方必須秉持著相互尊重的理念，著眼于項目的整體利益。協(xié)議中規(guī)定了各方的職責和約束條件——各方利益只有在項目按計劃完成后才能按一定數(shù)字模型進行分配。在這個階段，還要在協(xié)議中明確項目使用的技術：BIM 和Hyperledger Fabric 平臺。

②設置組織關系和身份證書。

確定項目團隊之后，F(xiàn)abric 客戶端將IPD 團隊成員的身份信息通過證書頒發(fā)機構（CA）獲取身份證書，用獲取的身份證書加入Fabric 作為Peer 節(jié)點，以便成員管理和績效評估。項目參與成員在Hyperledger Fabric 中除了輸入自己的基本信息：姓名、工號、聯(lián)系方式等，還要注明自己的參與方組織。在項目進行的過程中，系統(tǒng)將實時跟蹤記錄每個人參與的項目工作及其負責的任務，查詢者可以以參與成員為關鍵詞管理成員個人的工作，也可以項目某一任務為關鍵詞查詢負責人員，有助于責任追溯，間接減少人為的資源浪費。

3.2.2 轉(zhuǎn)代碼階段

在此階段，IPD 團隊需要將設計意圖文件化，并進行施工圖設計得出施工方法文件、施工進度文件和成本費用表。這些文件的合理性和正確性是Fabric 平臺幫助項目高效率進行的重要前提，決定了如何設置鏈碼中的共識模塊。

在項目文件確定之后，這些文件被轉(zhuǎn)換成Fabric 可識別的代碼。Fabric 平臺提供傳統(tǒng)的計算機語言GO 語言，方便程序員設置鏈碼。鏈碼的執(zhí)行要預先設計背書策略，背書策略中設置了哪些成員需要為這個事務背書。以完成一面外墻為例，如果要在帳本中將這項工作記為“完成”，則要通過這樣的背書：

①成員P1，P2…的背書；

②事務提交者為施工方中的成員節(jié)點；

③這面墻的工作時間從X1開始，在X2時結束；

④墻體材料的材料，鋼筋型號、水泥類別、配比等都符合施工計劃；

⑤墻體位置與BIM 系統(tǒng)中設計的一致；

⑥通過質(zhì)量檢測。

合理的排序策略有利于控制項目的進度和質(zhì)量，設置排序策略的基本項為：

①事務的排序符合項目進度表；

②每個事務應包含以下信息：事務編號；提交者（即業(yè)主或非業(yè)主）的身份；背書狀態(tài)（即哪個peer 節(jié)點背書了此交易）；基于誰調(diào)用了事務[8]。

③每個區(qū)塊代表一個里程碑。

④由于在竣工后要財務評估，根據(jù)以往的研究，風險/收益分配模型分為三個部分：包括項目直接成本和項目具體管理費用的Limb1，包括公司的管理費和正常利潤的Limb2，Limb3 為項目超過目標時的紅利[4]。因此，每個階段打包記錄交易的區(qū)塊將分為三個類型，以方便日后的風險/收益分擔。

3.2.3 鏈碼運行階段

Fabric 系統(tǒng)的鏈碼運行主要發(fā)生在IPD 項目的機構審查階段和施工階段。

機構審查階段是相關機構檢查項目是否符合標準，給予許可證和批準的階段。BIM 技術的應用加速了此階段的流程，而加入了Fabric 后，機構不用在傳統(tǒng)IPD 項目的機構審查階段開始對項目信息檢查，而是在概念階段就可以在Fabric 平臺中查看實時更新的賬本信息。在其他參與方做出不符合規(guī)范的決策和設計時及時進行反饋，減少審查工作的繁復程度和設計變更，確保項目的順利進行。

在IPD 項目的施工階段中的材料采購將運行之前設置的鏈碼，需要通過的背書策略至少包括材料的類別、數(shù)量、單價、供應商身份和采購時間等，材料運送至施工現(xiàn)場后，資金將直接從采購方轉(zhuǎn)移至供應商名下，并在帳本中添加已采購至現(xiàn)場的信息，交易事務在節(jié)點之間的流程如圖2 所示。

①調(diào)用者使用客戶端發(fā)送一個提案給Peer 節(jié)點，提案中的信息包括本人特有的數(shù)字簽名和系統(tǒng)生成的編號，編號用于檢查是否存在重復的提案。

②Peer 節(jié)點具有背書功能的點Endorser 調(diào)用鏈碼預先模擬執(zhí)行提案，并生成一個讀寫集。

③背書節(jié)點Endorser 將背書結果和這個讀寫集送回客戶端。

④客戶端將背書結果和讀寫集打包成事務，發(fā)送給Orderer 節(jié)點。

⑤Orderer 節(jié)點將接收到的事務對照項目進度表排序標號，組成特定類型的區(qū)塊發(fā)送到所有Peer 節(jié)點。

⑥Peer 節(jié)點具有驗證功能的節(jié)點Committer 根據(jù)設置的背書策略進行背書驗證、雙花校驗。通過驗證的事務和未通過驗證的事務都可記錄下來，記為有效事務和無效事務，添加進入?yún)^(qū)塊鏈賬本之中。

⑦區(qū)塊鏈賬本被發(fā)送回客戶端，客戶端可以選擇將無效的事務進行剔除，通過驗證的有效事務則被執(zhí)行，資金轉(zhuǎn)移到供應商名下。

鏈碼的執(zhí)行使施工過程更加嚴謹，也避免了資金拖欠的問題，采購發(fā)生的交易記錄在采購財務賬本之中。

施工過程的進度記錄除了不需要進行資金的轉(zhuǎn)移，其余的流程和交易鏈碼一致，工人每完成一項工作，提交“工作已完成”的提案請求，監(jiān)理、施工方和業(yè)主的部分成員對這項天進行背書，通過后將上傳至施工進度賬本。

3.2.4 收尾階段

①調(diào)用賬本評估項目。

項目交付階段工程項目、BIM 信息模型交付給業(yè)主方，再進行項目的評估工作，這需要對記錄整個項目的三個區(qū)塊鏈賬本——設計決策賬本、采購財務賬本和施工進度賬本進行回顧，并根據(jù)IPD 協(xié)議中風險/收益分配數(shù)字模型分配收益，收益的分配同樣通過鏈碼執(zhí)行。

②上傳各參與方績效。

項目的最后，將每個參與方在一個項目中的表現(xiàn)上傳至一條新的企業(yè)信譽賬本中，之后簽署同意使用、IPD 模式和Fabric 平臺的參與方都可以查看，在新的項目中選擇表現(xiàn)良好的合作方，增強信任，有利于IPD 模式的良好發(fā)展。

4 結論與展望

本文將區(qū)塊鏈平臺Hyperledger Fabric 系統(tǒng)應用在IPD 模式的建筑項目之中，基于它信息無法篡改、共同驗證等特點，提供了一個參與成員之間相互信任的透明環(huán)境，保證信息及時共享與記錄，實現(xiàn)了項目進行過程中共同決策、及時支付和實時監(jiān)測施工進度。在數(shù)字化程度越來越高的今天，區(qū)塊鏈技術已經(jīng)在各行各業(yè)發(fā)揮著效用。雖然區(qū)塊鏈技術在建筑行業(yè)的研究還很少，但相信未來它將給建筑業(yè)帶來不小的收益。