由BIM轉(zhuǎn)向CIM與區(qū)塊鏈技術(shù)方法分析

摘要

區(qū)塊鏈技術(shù)在傳統(tǒng)建筑行業(yè)的引入將有助于建筑行業(yè)更高效、更智能、更安全、更環(huán)保，有助于優(yōu)化和改善現(xiàn)有的建筑業(yè)務(wù)模式和服務(wù)方法。分析BIM對建筑業(yè)的影響，以區(qū)域鏈技術(shù)為導(dǎo)向，介紹了與其BIM、CIM的結(jié)合方法。

01基本概念

1.1BIM的概念

BIM是一個(gè)完備的三維空間及多維信息模型，可以將整個(gè)生命周期不同階段的建設(shè)項(xiàng)目的工程信息、施工流程等資源整合到一個(gè)模型中，方便項(xiàng)目參與者使用。

1.2 CIM的概念

城市規(guī)劃，設(shè)計(jì)和管理過程中的智能決策在對城市實(shí)體信息的細(xì)化、可視化、動(dòng)態(tài)和整合的影響。這是城市數(shù)字描述和表達(dá)的技術(shù)描述，即CIM（城市信息模型）。CIM是一種數(shù)字描述和各種物理指標(biāo)及其在城市和地下，室內(nèi)和室外的時(shí)空狀態(tài)。

1.3 區(qū)塊鏈（blockchain）的概念

區(qū)塊鏈?zhǔn)腔赑2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，數(shù)學(xué)，密碼學(xué)和時(shí)間戳技術(shù)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)的架構(gòu)概念，其是基于通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)生的人和人之間互信的概念。

02BIM對建筑業(yè)的影響

2.1 BIM技術(shù)對傳統(tǒng)建筑業(yè)的地位

隨著建筑業(yè)信息技術(shù)的快速發(fā)展，建筑企業(yè)應(yīng)更加注重信息、知識(shí)和技術(shù)，通過優(yōu)化生產(chǎn)資源和要素的分配，使生產(chǎn)方法更加高效和密集。而隨著BIM技術(shù)的普及和應(yīng)用，建筑業(yè)的增長方式將轉(zhuǎn)向知識(shí)型的生產(chǎn)、傳播和應(yīng)用。

2.2 BIM技術(shù)優(yōu)化建筑項(xiàng)目各流程

BIM技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用對經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境都有很大的影響。斯坦福大學(xué)綜合設(shè)施工程中心（CIFE）分析了使用BIM的32個(gè)項(xiàng)目的研究，并得出結(jié)論，BIM將使用在建筑行業(yè)并會(huì)產(chǎn)生以下影響：

（1）消除40%的預(yù)算外變化；

（2）成本估算控制精度在3%以內(nèi)；

（3）降低成本的預(yù)計(jì)時(shí)間減少了80%；

（4）通過識(shí)別和解決沖突，將合同價(jià)格降低10%；

（5）項(xiàng)目期限縮短7%, 投資回報(bào)提前實(shí)現(xiàn)。BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展，不僅節(jié)約了資源, 提高了生產(chǎn)率，還促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)升級，提高了建筑業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 BIM技術(shù)是推動(dòng)建筑業(yè)綠色建筑快速發(fā)展的重要手段

綠色建筑的目標(biāo)是節(jié)省土地、能源、水、材料，資本，并確保低碳排放，而BIM正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一種有效的手段。BIM是良好的建筑信息載體。使用這種載體，可以整合各種建筑材料設(shè)備、資源和系統(tǒng)等各種信息，集中管理，以實(shí)現(xiàn)所有信息的完整性、準(zhǔn)確性、可控性和一致性，最終可控制成本，保證質(zhì)量和效率。

2.4 由建筑信息模型（BIM）轉(zhuǎn)向智慧城市 CIM）

CIM在城市規(guī)劃、土地資源管理、綜合管廊管控、交通治理等領(lǐng)域承擔(dān)著越來越重要的角色，技術(shù)人員和一些學(xué)者開始關(guān)注如何發(fā)展城市建模技術(shù)，以更好地對城市進(jìn)行數(shù)字化描述和表達(dá)。

03區(qū)塊鏈如何結(jié)合BIM

根據(jù)NBS的調(diào)查，目前Level 2 BIM在英國的應(yīng)用己經(jīng)有了很大的進(jìn)步，因此英國政府開始開展Level 3 BIM的工作。Level 3 BIM的核心是強(qiáng)調(diào)所有的建筑參與者在一個(gè)統(tǒng)一的、共享的模型進(jìn)行工作，以促進(jìn)更深的合作，但是會(huì)面臨很多問題，如合同糾紛、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、安全性等，區(qū)塊鏈技術(shù)可能是打開Level 3 BIM的鑰匙之一。

3.1 記錄不可更

根據(jù)Level 3 BIM的要求，BIM模型需要分享，不可避免地會(huì)面臨模型之前的記錄被刪除或被惡意篡改的風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)，使得擁有者和后來者都無法刪除或篡改曾經(jīng)做過的任何記錄。同時(shí)，由于區(qū)塊鏈技術(shù)記錄了整個(gè)項(xiàng)目從無到有的過程，也使得項(xiàng)目更加透明，避免了合同糾紛等問題。

3.2 模型、數(shù)字構(gòu)件的擁有權(quán)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的證明

模型和數(shù)字構(gòu)件一旦共享給其他不同專業(yè)和不同公司之中，也會(huì)產(chǎn)生擁有權(quán)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的問題。使用區(qū)塊鏈技術(shù)，可以給每個(gè)構(gòu)件和模型賦予一個(gè)地址（如比特幣的地址）并記錄在區(qū)塊鏈上。如某個(gè)暖通設(shè)計(jì)師建立了一個(gè)空氣處理器的族，并賦予其區(qū)塊鏈中一個(gè)特定地址。后來者只能看到該族，但無法修改和占有該族。后來者需要使用該族，就必須向擁有者申請。

3.3 將模型與實(shí)物鏈接

在施工過程中，區(qū)塊鏈技術(shù)可以將BIM中的構(gòu)件與實(shí)物進(jìn)行鏈接。實(shí)物在工廠生產(chǎn)過程中添加一個(gè)可以連接互聯(lián)網(wǎng)的微芯片，并且與已存在區(qū)塊鏈的BIM相通。這樣一方面記錄實(shí)物的位置，同時(shí)也將實(shí)物的數(shù)量和BIM對應(yīng)了，提高了施工的供應(yīng)鏈管理。過去雖然也使用WSN（天線傳感器網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)用來記錄實(shí)物，但是由于WSN技術(shù)是非去中心化的，所以面臨安全的問題。相反，區(qū)塊鏈技術(shù)可以解決。

3.4 去中心化的公共數(shù)據(jù)環(huán)境 CDE

公共數(shù)據(jù)環(huán)境是英國定義中央數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫，內(nèi)容包括建設(shè)項(xiàng)目所有文檔，非幾何資產(chǎn)和BIM模型，旨在增加項(xiàng)目成員之間的協(xié)作，減少錯(cuò)誤和避免重復(fù)。但是CDE有個(gè)致命問題：安全，尤其是涉及到涉密或敏感項(xiàng)目。或許區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化和加密機(jī)制能有效解決這個(gè)問題。

4.1 應(yīng)用方向

區(qū)塊鏈+CIM中，區(qū)塊鏈分為以下4方面應(yīng)用

（1）記錄價(jià)值的交換；

（2）監(jiān)管智能合約；

（3）去中心化性；

（4）確認(rèn)數(shù)據(jù)的存在。

4.2發(fā)展設(shè)想

4.2.1 智能合約

一個(gè)智能合約是一套以數(shù)字形式定義的承諾，包括合約參與方可以在上面執(zhí)行這些承諾的協(xié)議。數(shù)字形式意味著合約不得不寫入計(jì)算機(jī)可讀的代碼中。這是必須的，因?yàn)橹灰獏⑴c方達(dá)成協(xié)定，智能合約建立的權(quán)利和義務(wù)，是由一臺(tái)計(jì)算機(jī)或者計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行的。將BIM與區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合也可促進(jìn)智能合約的使用，這是一種旨在執(zhí)行項(xiàng)目條款的計(jì)算機(jī)化交易協(xié)議，取代了對于第三方“中間人”的相互信任。

4.2.2 DAO （去中心化的匿名組織）

一系列的智能合約可以用于創(chuàng)建一個(gè)DAO，這個(gè)組織遵循著基于智能合約編譯成計(jì)算機(jī)程序的規(guī)則而運(yùn)行。在建筑內(nèi)可以安裝的測量設(shè)備傳感器，其通過物聯(lián)網(wǎng) IOT）與區(qū)塊鏈相連，則該建筑在工程開始、建造和使用階段都可以被設(shè)置成為和視作一個(gè)DAO。

4.2.3 身份的驗(yàn)證授權(quán)

電子ID的創(chuàng)建使得人們可共享經(jīng)過權(quán)威機(jī)構(gòu)驗(yàn)證的相關(guān)信息。供應(yīng)商的身份可在區(qū)塊鏈上被安全地記錄，同時(shí)這些信息可用于工作和合同中信譽(yù)的建立。這個(gè)身份和信譽(yù)系統(tǒng)可使并不互相了解和信任的人們發(fā)生商業(yè)聯(lián)系。

04區(qū)塊鏈+CIM技術(shù)應(yīng)用

在河北雄安新區(qū)規(guī)劃綱要中，有提到“推動(dòng)信息安全技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，發(fā)展規(guī)模化自主可控的網(wǎng)絡(luò)空間安全產(chǎn)業(yè)。超前布局區(qū)塊鏈、太赫茲、認(rèn)知計(jì)算等技術(shù)研發(fā)及試驗(yàn)”。在雄安新區(qū)全球推介活動(dòng)上，有提出雄安將擁有功能強(qiáng)大的“城市大腦”，運(yùn)用大數(shù)據(jù)、BIM、云計(jì)算、區(qū)塊鏈、人工智能等新技術(shù)，規(guī)劃建設(shè)雄安智能城市大腦的看法。未來雄安將在數(shù)字城市中模擬仿真，在現(xiàn)實(shí)城市中優(yōu)化運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)城市智能治理和公共資源智能化配置。雄安新區(qū)也設(shè)立區(qū)塊鏈資金管理平臺(tái)，"數(shù)字雄安”建設(shè)要聚焦大數(shù)據(jù)重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，抓緊建立雄安公民個(gè)人數(shù)據(jù)賬戶系統(tǒng)、雄安房屋租賃大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，搭建雄安新區(qū)區(qū)塊鏈及數(shù)字誠信應(yīng)用平臺(tái)，設(shè)立"數(shù)字雄安”可視化展示中心等。未來，隨著雄安新區(qū)為試點(diǎn)，將會(huì)有越來越多的城市開展“CIM”工程。

（編輯：奚雅青）