腾讯入行混凝土,土木信息化可能真的要来了

一个大新闻

2020年1月9日,腾讯云微瓴团队建设的“深圳市宝安区混凝土质量区块链平台”上线,这是国内首个“建筑行业区块链”技术的成功落地案例,同时也是全球首个建材溯源区块链平台。该平台由腾讯云微瓴团队和深圳市宝安区住建局共同打造,是一个基于云端+区块链的混凝土质量区块链溯源系统,是建筑行业中将区块链技术应用于政府具体质量控制监督的第一个实例。

这么多的“首次”、“第一”,揭示了建筑行业普遍信息化程度低与希望提升工业化水平的巨大矛盾。而如今腾讯的强势入场,正在向我们释放一个强烈的信号:未来推动土木工程信息化建设的,可能并不是传统的设计施工企业。换个角度,土木专业的毕业生们,未来也会有很大机会去腾讯这样的科技大厂工作,你说香不香?

所以今天咱们就来探讨一下这条新闻背后的技术可行性,诸位同学也好为日后发展早做打算。

尴尬的现状

先来一个灵魂拷问:现在是个什么时代?工业化时代,而且已经是各行业排队进入工业4.0时代了吧?(工业1.0标志是蒸汽机动力,工业2.0标志是电力能源,工业3.0标志是互联网与电子设备,工业4.0标志是由大数据、AI等先进技术集群驱动的数字化和信息化体系)

然而这个时候,建筑行业(这里指包括建筑、路桥、隧道等各细分行业的“大土木大建筑”)却始终没能实现工业化。很早以前见过有文章将建筑的现状比喻成“三农”问题,即“基建狂魔”是由几千万农民工劳动力+小作坊式包工头分包模式+小农意识管理模式下各自为战的科研与设计人员。

虽然上述观点说的比较重,但要细品,还真有那么点意思。作为一个劳动密集型的传统行业,目前能见到的所谓智能建筑、智能交通、智能结构,主要指的是通过家电、车辆、监测传感器等工业设备实现“用户体验智能化”,而基础设施自身结构目前还没有跟上节奏。

工程周期长、标准化程度低、工作效率低、方案改动频繁、“难以预见”的影响因素多、不同参建单位之间数据不统一、过度依靠人口红利以及工程经验……据说Bentley曾在BIM技术白皮书里提到建筑业的信息化程度仅高于农业,是所有产业中的倒数第二名。而农业的集约化、产业化在近些年可是有了长足的进步,建筑业的相对优势能保持几年还真不好说。

各行业的数字化排名

各行业的数字化排名   来源

建筑/土木信息化的方向在哪里

作为国民经济的支柱产业之一,建筑业实现智慧化、智能化,已经成为了国家战略,这一步必须要走,必须要提前布局。

2016年,住建部提出《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》,明确指出:“在‘十三五’期间,将着力增强智能化、BIM、大数据等信息技术集成应用能力,建筑业的智能化、数字化、网络化要取得突破性进展。”中国建筑业迎来全面进入智能建造的时代。2017年,《国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见》正式提出“中国建造”的概念,智能建造发展迎来了新契机。同年,教育部高等教育司启动了新工科建设,审批设置了智能制造工程、智能医学工程、智能建造、大数据管理与应用等新工科专业。

2018年,同济大学“奉命”开设首个智能建造专业(Intelligent Constructing,专业代码:081008T),立足于“互联网+、新工科、仿真”特色,开始进行建筑行业信息化的尝试。截止到2020年3月教育部发布《教育部关于公布2019年度普通高等学校本科专业备案和审批结果的通知》,青岛理工大学东南大学长春工学院北方工业大学内蒙古科技大学河北工业大学北京工业大学天津城建大学吉林建筑科技学院福建工程学院等大量高校都获得了智能建造本科专业的开办资格。

这是以国家力量强力推动建筑/土木信息化的发展啊,目前第一批智能建造专业的同学才大二,虽然同学们会面对一些“水课”,虽然老师们在教学方案制定上还需要摸两年石头,虽然当前行业实践证实这些年“强推BIM”基本失败、装配化推进效果尚待观察,但总的趋势已定,决心已下,快上车吧!

区块链会成为建筑/土木信息化的重要方向么?

2008年中本聪(Satoshi Nakamoto)在设计比特币系统时,提出了区块链技术,并编制了首个比特币客户端软件。自那以后,在各种媒体报道中,区块链始终和比特币连在一起。考虑到对于比特币的争议不断,我国禁止比特币交易,所以当看到2019年10月24日习总书记在中央政治局第十八次集体学习中提出“把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口”,“加快推动区块链技术和产业创新发展”的新闻时,我是震惊的。

和我一样对区块链+建筑业持怀疑态度的,还有西悉尼大学的Srinath Perera教授等学者。区块链是什么?建筑行业区块链是炒作还是真的有价值?Perera教授调研了180篇文献,写成了一篇综述,刚刚在Journal of Industrial Information Integration (SCI,CiteScore=9.8,会在2020年6月拥有IF)发表。

Perera教授经过仔细的调研分析认为,区块链这个事儿,的确靠谱,认为区块链+BIM可能会成为建筑行业的颠覆性创新突破口。

如何理解区块链技术

要判断区块链在建筑行业有哪些潜在应用,首先需要弄清楚区块链是什么。作为一项非常新的技术,在现实世界中难以找到与其可以类比的概念,尤其对于我们这样非计算机专业人士来说更加晦涩。因此这里仅介绍几个基本的、必读的概念,毕竟具体功能实现还得靠软件工程的兄弟们。

Perera教授在文章中提出了一张直观的示意图,揭示了区块链相关技术的组成:

区块链技术组成

区块链技术组成  © Srinath Perera

简单来说,区块链是一种分散的、分布式的和公共的数字分类账本,用于记录在许多分散计算机上的交易。实现区块链的关键技术主要包括:

点对点网络(P2P,Peer-to-peer network )

假设在互联网上有N台电脑,每台电脑在网络上的权重都是一样的,电脑之间的信息可以实线无缝衔接。当电脑a和电脑b之间进行了一次交易(或者是信息传递),不仅a和b这两个当事人知道,网络中的这N台电脑也都把他们之间的账本抄写一遍,自己存一份,这就是分布式记账了。

在分布式记账系统中,不再有信息不对称问题,任何一笔交易(或信息传递)都可追溯、不可更改。因为信息被复制了N次,任何人都不可能去这N台电脑中逐一修改,因此也就保证了“信息共同体”的可信性——要知道在传统生产关系中,信用是需要第三方担保的,比如国家、银行等,而区块链不需要这些,利用去中心化的系统直接提供强大的信用体系。

哈希算法(Hashing algorithm)

区块链工作示意图

区块链工作示意图  © Srinath Perera等

分布式记账的思路很棒,但在技术实现的过程中可能会遇到混乱。当系统中广播出一条信息,该由哪台电脑来记录,记录到哪里呢?这就是区块链的设计初衷,中本聪提出将网络中的交易信息按一种固定的格式存成一个又一个区块,区块和区块之间按某种设定好的逻辑进行链接,由此组成的信息系统就是区块链——换言之,区块链的本质就是数据库。

按照比特币的设计,其总数是基本固定的,在不同的时间点向网络中一点点放出,在预定时间面向网络发出广播。别忘了系统中有N多台电脑,谁收到了广播并把广播信息转换成区块链要求的数据格式,链接在既有系统中,成功添加新链,谁就有拥有了比特币。由此可见,虽然在网络中各个电脑的权重相同,但仍然存在竞争关系,即只有一台电脑成功添加区块,其他电脑同步这台优胜电脑的信息。如何公平地开展竞争呢?

哈希SHA256来了,每台电脑都需要利用SHA256算法对信息进行加密解密,相当于算一道很难的数学题,谁先解决了难题(主要依靠电脑CPU和综合计算性能),谁就对区块链的贡献大,谁就获益。

公钥密码

如何保证网络系统中N多台电脑既能畅通分享数据,又能保证信息安全呢?强壮的密码系统是必要的技术措施。传统的加密系统是a和b共享一套密钥,a加密后发送,b收到后解密。如果中途被c截胡,因为不知道密钥而无法解密。区块链系统则采用更强大的非对称加密系统(Asymmetric public-key cryptography ),即一套密码由公钥和私钥组成,其中不同的密钥用于加密和解密,而不是用于共享密钥。在信息发送过程中,a要发信息给b,首先需要知道接收方b的公钥,利用b的公钥对数据进行加密,并通过公共渠道发送而不影响安全性,只有接收方b可以用他的私钥来解密。发送方a可以用自己的私钥对信息进行签名,向一个或多个接收方广播信息,接收方b可以用这个签名来验证消息是不是a发出来的。

共识算法(Consensus algorithm )

在区块链系统中,各电脑需要对“达成交易”(有效的信息更新)达成一致,才能在自己的存储单元上对整个区块链系统进行更新。在不同的区块链系统中,可以有不同的共识算法。为了保证系统良好运行,共识算法一定是演化稳定的,即面对一定量的不同节点的矛盾数据不会崩溃,能够解决重复支付问题,兼顾可扩展性、安全性和去中心化特性的要求。

公有、私有和联盟链

公有链是无许可要求的区块链,任何人都可以成为节点并参与区块链。网络的所有成员都可以访问和读取区块链上的任何信息资源,对区块链的读写不需要身份验证,通过共识算法确保链上信息的安全性和一致性。

公有链结构

公有链结构示意图    © Srinath Perera等

Srinath Perera教授指出:公有区块链的一个建筑行业的典型应用是政府采购系统。政府采购应保持良好的治理标准,如透明度、时间表和问责制,公有区块链是最佳解决方案之一。

私有区块链也被称为许可区块链,授权的参与者只能加入网络。有限的节点组保留访问、检查和添加交易到分类帐的权力,与公共区块链网络相比,这是一个小的节点组。在一个被许可的区块链中,参与者可以被限制在那些预先被批准的人之内,而且可以限制参与者对分类账中信息的不同访问级别。例如一些用户只有查看权限,不能在区块链中写入信息。与公有链相比,私有链在一定程度上舍弃了“去中心化”思想,形成了一个可控的环境。建筑行业拥有大量敏感数据,私有区块链网络具有维护机密性和完整性等安全性方面的高能力。因此,私有区块链网络可以为建筑行业提供可靠的商业软件解决方案。

私有链结构示意图

私有链结构示意图  © Srinath Perera等

联盟链( Consortium blockchain )是部分私有的区块链解决方案,没有一个单独的所有者组织。联盟链拥有跨网络的特权许可节点,具有许多与私有区块链相同的优点,如私密性、效率、可扩展性等,但是它们是在私有区块链的基础上运行的,也是处在“可控的环境”中。

联盟链结构示意图

联盟链结构示意图  © Srinath Perera等

建筑行业有许多联盟或合作关系。区块链解决方案将为合作伙伴提供高信任度、高透明度和高协作度的解决方案。

区块链技术的优势

综合上述区块链的基本概念,不难看出区块链作为最新的技术方法之一,在建筑行业方面的应用优势包括:

  • 区块链增强了互联网上的分权、透明、平等、信任机制,在信息交流或交易过程中不再需要中介,避免由信息差造成的额外成本;
  • 区块链建立了完备且不可更改的追溯、问责系统;
  • 强大的非对称加密系统,充分保证了数据的安全性,人们可以选择匿名来保护自己的隐私,同时允许第三方来验证自己的身份;
  • 数字签名确保了数据的真实性、完整性和不可抵赖性;
  • 区块链只允许创建和读取(CR)操作,一旦创建就不允许改变;
  • 使用时间戳在区块链上验证和记录信息,用户可以通过访问分布式网络中的任何节点轻松地跟踪以前的记录;
  • 区块链为存储的记录提供准确性,由于每条记录在创建时都经过了一致性验证,从而杜绝了虚假信息;
  • 在公开的区块链中,所有的交易都是透明的,并向公众公布。活动记录可以公开,以便所有市场参与者都可以看到,或者根据需要控制透明度水平;

腾讯是如何在商品混凝土行业引入区块链的

腾讯云微瓴起步于2013年,早期的初衷是融合物联网、大数据、人工智能等腾讯擅长的现代新兴技术,来更好地服务建筑行业。主要业务范围包括人脸门禁、智慧会议室、智慧停车、大厦节能、工人工资代发、建筑保险、智慧商业综合体、智慧社区等应用。

可以看出,今年基于区块链进入商品混凝土行业,是微瓴放出的一个“大招”,相对于之前的业务,终于有一家现代科技企业挺进了建筑业的核心区。

宝安混凝土区块链平台

宝安混凝土区块链平台   via 宝安区住建局

在目前见到的媒体报道中,尚未见到关于宝安住建混凝土主梁区块链平台实现的技术细节信息,但根据区块链的特性以及上图,可以推测出深圳宝安区的商品混凝土搅拌站“全上链”,可依靠传感设备,实现对混凝土材料数量、材料属性(强度等级、坍落度等参数)、运输路径(在哪辆车里,用多长时间,浇筑到哪个项目去)等信息进行自动跟踪,信息自动更新到住建局平台。

传统的混凝土浇筑施工,是典型的隐蔽工程,一旦浇筑完成后发现质量问题,往往无法追溯,事故原因调查非常困难。而“历史信息追溯”恰好是区块链技术的优势,将混凝土制备、运输、浇筑、养护过程全部信息化,并且结合混凝土试块强度检测数据,形成数据自动录入、减少人为干扰、杜绝数据篡改的质量监督系统。

可以说,微瓴的这波操作非常接地气,显著地提高了商砼行业的工业化水平。

脑洞来了

为啥建筑行业区块链第一站选择商砼行业?因为这已经是建筑类信息化、自动化最高的细分行业了。落地试水成功,下一步自然要尝试更多的挑战。今天是腾讯云微瓴,明天可能是其他BAT系的企业,还有可能是科技创业企业,无限可能在未来。

老话儿讲,研究方向最重要。那么,就目前看来,建筑行业区块链的潜在应用包括哪些方面呢?

招投标

  1. 招投标需要施工单位匿名参与,如何保证真正的匿名,同时还要确保投标信息的完备性呢?区块链上创建一个账户,可以不需要个人或企业信息,只需要生成公钥和私钥就可以开展业务,有利于评标的公平性;
  2. 区块链的本质是数据库,可以存储大量数据,同时有不需要纸张等媒介,更重要的是海量数据都可以利用企业以往的业绩自动生成。一方面避免了人工制造假业绩,另一方面也可简化流程,不用做标书,节约资源,甚至可能一键申请+一键评标,解决建筑行业在评估承包商或分包商的能力和信誉历史方面面临的巨大挑战。

智能支付

  1. 设计、施工阶段的各个环节都需要进行支付,区块链的去中心化特性,为构建涉众问题提供了一个值得信赖的平台,实施安全支付,维护良好的供应链,消除支付风险和合规问题;
  2. 建筑工程往往需要通过银行进行数亿资金的转移,区块链中的记录是不可逆转和不可变的,因此增加了每一笔资金流动的安全性;
  3. 智能契约,可实现在没有人工干预的情况下执行契约协议,对于施工人员,只要干完了活马上就能自动触发支付机制,原来的“日薪”可以按小时计算了,调动工作积极性;
  4. 精准付款。建筑企业通常需要准备当量资金作为预付款,而这部分资金的作用主要是防止承包商违约。而基于区块链的信用系统则可以帮助承包商做信用背书,在一定程度上可以免除预付款,实现资金的精准拨付,解决长期存在的滞纳金和现金流问题,大幅提升了透明度和协作程度,也有利于提高相关企业的资金周转率。;

数据融通

  1. 对于与许多不同的分包商、业主和供应商打交道的承包商,他们都使用不同的系统,区块链允许承包商在一个不可变的分类账中简化和管理所有数据。
  2. 创建区块链上所有交易的经过验证的记录,并确保数据不会丢失。这意味着每个项目都有一个共享的真实版本,而这正是业界消除重复、减少错误和确保数据完整性所需要的——便于实现数据共享、相互验证。

智能建造

  1. 对建设过程的每个环节、每个构件建立完备的追溯系统,可提高建设参与者的责任意识,提高产品安全性,提高建设水平。长期提供高质量产品的供应商可得到认可和激励,从而建立长期的关系。
  2. 区块链与BIM结合。BIM本身就是包含构件材料属性、形状、建设信息的综合数据,将BIM技术作为数据的单一来源,将设计批准、数据验证和项目管理决策的跟踪放在区块链上,从而形成涵盖项目所有方面的综合事实来源。
  3. 工程质量安全事故溯源调查,在建设工程项目质量安全事故调查中,可以快速清晰地查证到究竟是哪一步未按照质量安全规范进行操作,有利于政府监管部门对市场参与者的实时监督和事后追责。
  4. 文档管理与数据共享。设计单位与施工单位、施工单位与监理单位,甚至施工单位各部门之间的数据共享、协同编辑都是长期存在的老大难问题。通过区块链实现数据格式统一,内容共享,协同编辑,可显著提高工作效率。

设计与结构验算

  1. 设计过程中的沟通协调、方案调整是个痛点。如果能基于区块链进行管理,则当一项设计完成时,会同步记录作者和提交时间等信息,当设计包提交时会自动触发智能契约及时支付酬金,合理的共识算法会避免方案的重复修订以及设计团队数据的实时同步,减少执行偏差,提高设计效率;
  2. 设计的过程可以等同于团队成员基体维护一个私有区块链的活动,而设计完善的过程就是向既有区块链系统中添加新块的过程,每添加新区块,都会记录贡献者和同步新方案,且重点是新增区块是以得到团队所有成员认可为前提的。因此这样会节省更多的沟通精力,提高效率,快速推进项目;
  3. 区块链是“基于价值”的互联网,一个节点创建的信息能否“上链”,取决于其对区块链系统目标的贡献是否得到其他节点的认可。加上区块链的匿名特性,未来可能会有许多的设计人员选择SOHO工作模式,在家就能做设计了,以后再也不用为在单位加班犯愁了(可能变成在家996…);
  4. 随着云计算技术的快速发展,许多软件开启了SaaS模式。但建筑类软件处于对数据安全性、私密性的考虑,难以实现“小终端+云计算”的现代软件模式。而区块链提供的强大加密系统则会根本性地解决这个问题,CAD/CAE软件上云不再是梦。

小结

以上只是对建筑行业区块链做了简单的设想,显然未来还有很长的路要走。当然这也是好事,咱们这个传统行业,已经很久没有集中见到这么多未解难题了。至于当下要怎么做,目前区块链技术本身还是有很高的技术门槛的,土木人研究区块链工具本身的难度着实不小,但“上链”的前提,即建筑/土木信息化与海量数据获取、传递、处理可能才是需要多花点精力好好研究的。

参考资料

  1. 腾讯云正式推出微瓴智能建造平台,深度布局智能建造 https://www.lukeji.com.cn/news/AI/15233.html

  2. 微信公众号“地产与科技”(ID:proptech):建筑管理太繁琐了!区块链+物联网+BIM+3D都用上能搞定吗?
  3. 微信公众号 工程安全科技(GZCESS):从BIM到建筑区块链应用
  4. 微信公众号 数字经济要闻(secondtime0914):区块链技术在建筑领域的应用
  5. 微信公众号 筑捷(zhujiesaas):​BIM观察 | 区块链+BIM将变革建筑行业?
  6. 微信公众号 文刀茶禅:暖通热泵+建筑信息化&区块链
  7. 混凝土区块链平台是一个怎样的平台 http://www.elecfans.com/blockchain/1156138.html
  8. 微信公众号 清大经管(qdjgedu):区块链技术对建筑行业的影响
  9. 微信公众号 锌链接(xinlianjie-) 建筑业的突破:区块链带来数字化和商业升级
  10. 微信公众号 碳链价值(cc-value) 区块链遇上建筑业:智能建筑的必然结果!
  11. 李蒙、鲁曼、余宏亮.区块链技术下的建筑材料信息技术架构研究.《建筑经济》2019年10期
  12. 微信公众号 京皖佳业建筑:区块链技术+建筑行业 不久的未来 会有这一天
  13. 微信公众号 复杂工程视点(TJMEGA) 建筑业的突破:区块链技术
  14. 微信公众号 哈佛商业评论(hbrchinese) 区块链将会如何改变建筑业?
  15. 微信公众号 画图匠的笔记本:建筑结构工程师学区块链技术
  16. Srinath Perera , Samudaya Nanayakkara , M.N.N. Rodrigo , Sepani Senaratne , Ralf Weinand , Blockchain Technology: Is it Hype or Real in the Construction Industry?, Journal of Industrial Information Integration (2020), doi: https://doi.org/10.1016/j.jii.2020.100125
2

长河

十千牛(10kN.com)博主。道阻且长,行则将至。一个愿与诸君分享业务精进路上点滴心得的地产土博。

暂无评论

相关推荐

微信扫一扫

微信扫一扫

微信扫一扫,分享到朋友圈

腾讯入行混凝土,土木信息化可能真的要来了