工程项目全生命期中产生的大量信息在不同参与方、不同工程建设阶段之间, 以不同方式进行着效率或低或高的传递。信息传递效率高低不仅影响到工程建设各阶段衔接, 亦关系到参与各方内外部之间沟通、决策与协调。本文所研究的工程项目信息集成管理是利用智慧建造平台技术的高度集成, 对工程物化过程中产生的信息进行存储、管理和共享, 优化信息传递流程, 提高管理决策过程效率和准确性。智慧建造是信息化与工业化深度融合的一种新型工业形态, 也是一种工程项目管理理念, 它体现了项目建设从机械化、自动化向数字化、智慧化的转变趋势。其概念可以定义为:以项目信息门户为共享平台, 以建造技术、人工智能和数据技术为手段, 立足于项目全生命周期, 营造项目建造和运维智慧化环境, 通过技术创新、信息集成和管理优化, 对项目全过程实施有效管理。智慧建造概念不是一成不变的, 随着新兴信息技术涌现并应用至工程实践, 将会产生更多智慧创新应用成果, 不断丰富智慧建造的概念。智慧建造的实现过程必然需要新兴信息技术与建造技术、项目管理理论的高度融合。本文从工程项目信息管理现状出发, 结合区块链技术去中心化、不可篡改、集体维护、可溯源等特性, 提出将区块链技术融入到智慧建造的思路, 以期为现代工程项目信息管理提供借鉴。

建筑物化阶段所产生的海量信息, 使传统建设项目管理使用的理论方法已无法满足项目建设中遇到的诸如信息共享、全生命周期管理、参与方高效协同等需求。细究其缘由, 可将问题分为以下几个方面: (1) 信息重复存储和分割管理, 造成项目信息不一致且冗余度高。 (2) 独立的参与主体和割裂的工程项目建设过程导致信息堵塞和“信息孤岛”现象, 使信息共享和管理效率降低。 (3) 工程组织责任离散和管理体系不完备, 导致全生命期阶段界面上的信息衰竭。 (4) 现阶段工程项目信息管理的手段和方式落后, 使得参与主体对信息缺乏较为有效的控制。 (5) 源于信息监管机制的缺失, 在项目招投标中衍生出的合谋问题致使该阶段成为管理制度失效的多发区。 (6) 承发包双方信息不对称、监管机制的缺失导致工程纠纷屡屡发生。 (7) 项目供应链管理中参与方之间缺乏沟通协调、信任度不足、信息交互效率低下等问题, 使该阶段成为工程项目管理耗费资金最多的环节, 也是目前工程项目成本管理普遍失控的环节。

随着新兴信息技术的不断涌现并应用至工程实践, 项目管理理论也日趋完善。有研究者构建了基于PIP的工程项目信息管理体系, 并从信息创建、信息处理、信息传递、信息存储和信息检索等多环节与传统信息管理方式进行对比。有研究者以信息技术的应用为切入点, 提出实现全生命周期过程中的信息集成与交互路径。有研究者基于组织集成管理理论, 在对大型建设项目组织管理存在的问题进行分析的基础上, 构建了BIM信息集成管理平台。也有研究者在智慧建设理论研究基础上, 提出了基于BIM、物联网、可视化技术的工程项目信息化管理平台。虽然基于BIM、物联网等新兴技术信息平台的应用在一定程度上提高了信息交互能、弱化了信息割裂程度, 但这些工具始终依赖于业主的统一规划和协调, 尚缺少面向参与各方、贯穿项目全生命周期的信息共享载体或平台。针对上述问题, 本文结合多种新兴信息技术在工程项目信息管理中的应用与集成, 提出基于区块链技术的项目供应链信息集成平台, 将其与项目管理职能信息集成、项目信息采集系统进行整合, 构建基于智慧建造的工程项目信息集成管理平台, 使得该平台能较好地满足项目参与方个性化信息管理需求, 以提高项目管理水平。

智慧建造是以BIM、区块链、物联网等技术的应用为实现基础, 面向项目全生命周期, 实现项目信息的集成化、系统化、智慧化管理, 以满足项目参与方的个性化信息管理需求。智慧建造的提出来源于两个方面的支持, 即理论基础、技术支撑。如图1所示, 传统项目管理理论、工程全生命周期理论 (BLM) 及精益建造理论是智慧建造的理论基础。BIM、建造技术、区块链、物联网、人工智能等技术则是智慧建造的具体实现方式。

区块链是一种链式信息存储结构, 具有去中心化、可溯源、信任度高等特点。区块链技术的透明、公平及可追溯性与工程项目信息集成管理理念相吻合。现有研究在不同领域对区块链的应用进行了有益的探索。有研究者根据区块链技术可溯源、信息无法篡改等特点, 建立了以区块链技术为核心的供应链信息平台。有研究者提出了区块链技术下电商平台产品信息追溯与防伪识别机制, 通过该模型可以解决交易过程中各参与方信息不对称、产品信息追溯及事后追责困难等问题, 为区块链在工程项目管理中的应用提供了借鉴。有研究者则借鉴了区块链去中心化、集体维护等特征, 构建了供应链智能治理机制。基于上述研究, 本文结合区块链技术对项目供应链信息平台进行优化, 以构建基于智慧建造的工程项目信息集成管理平台。

本文以新兴信息技术为支撑, 衔接项目各参与主体、项目管理职能体系、项目信息采集系统, 构建了基于智慧建造的建设项目信息集成平台, 满足项目全生命期中所产生的物流、资金流、信息流的高效存储、传递与共享的需求, 以提高项目全生命期各阶段信息传递效率。平台架构如图2所示:

工程项目信息采集系统是建设项目全过程信息交互的基础, 其功能是获取建设项目全生命周期信息。在具体阶段中的作用机理体现如下:在立项规划阶段, 根据业主方需求设计、构建工程目标系统的总体框架。采用系统方法将总目标分解为职能管理目标, 细化该目标至工程各阶段和组织各个层次, 而后将项目基础信息、目标及细化结果导入智慧建造平台中, 为各参与方决策、计划、实时控制提供依据。设计阶段是实现工程价值、控制成本的关键环节, 该阶段应结合规划过程目标划分及信息集成平台, 对各专业系统设计方案进行综合评价、碰撞检查、系统集成, 最终形成一个符合工程目标总要求的设计方案。通过BIM、物联网等技术对设计方案所包含的建筑构配件、产品、特征等信息进行参数化、标准化处理, 在此基础上进行信息流的存储和交互。信息采集系统可实现上述信息与采购阶段的对接, 保障设计、采购阶段信息传递过程的准确、高效、低成本。在项目施工及运维阶段, 可利用RFID、GIS/GPS、可视化等感知、捕获、测量技术手段构建现场监控系统, 获取项目建设过程所涉及的人员、机械、材料、环境等信息以及工程项目的运行状况。通过BIM、物联网、云计算等技术将所获取信息与数据接入信息网络, 最后依托智能计算技术, 对海量的感知数据和信息进行分析和标准化处理, 实现工程信息统一管理和维护, 进而保证信息真实性和时效性。

由于工程项目同时存在质量、成本、进度、安全等多个相互制约的管理职能, 为更好地达成项目全生命周期目标, 需要在建设过程中对其进行统筹规划。基于智慧建造的信息集成平台从项目整体出发, 对工程项目实施全过程中的职能信息进行系统性管理、决策和优化。其基本思路诠释如下: (1) 制定项目计划, 明确项目各职能信息。从项目立项开始, 应根据业主方需求制定项目总体计划, 并在其框架下细分为质量、成本、进度、安全等多个部分。随着生产要素的不断投入, 通过工程项目信息采集系统获取、处理、存储信息, 建立基于不同职能的分布式数据库系统, 以服务于工程项目的各职能管理工作; (2) 比较项目职能实际进度和预期进度, 项目管理人员需针对执行计划过程中出现的新情况, 通过集成化管理平台进行动态调整, 沿着“计划—执行—检查—纠偏—新计划”的控制流程, 使项目实施结果逐步向最终目标靠近。 (3) 分析偏差原因, 采取控制措施。找出发生偏差的影响因素, 利用控制体系改变相应的进度计划、费用计划、合同计划、采购计划等, 最终拿出切实可行的方案。上述思路亦可实现对单个项目管理职能的全过程信息集成管理。以项目合同管理为例, 建设合同标准和规范的录入、合同相关信息的采集、合同的变更和索赔、合同的违约责任处理、合同终结报告和报表等过程, 均可通过项目管理职能信息集成系统完成。简言之, 职能信息集成管理旨在实现以项目管理职能为主线的项目进度、成本、质量、安全等多要素集成化管理, 为参与方提供信息交互、共享和反馈的路径。

信息传递滞后且失真、参与各方信息不对称等问题广泛存在于项目建设过程中, 致使各参与方之间由于信息缺失而产生信任危机。本文结合相关研究, 构建基于区块链技术的工程项目供应链信息集成平台, 即以项目建设供应链中的上下游企业同步、协调和集成优化的计划为指导, 以区块链、物联网等技术集成为支撑, 促使供应链上的信息流、资金流、物流的三流合一, 将业主方、设计方、施工方、监理方、运营方、建材供应方等链接为一个整体, 构建高度集成的项目供应链信息平台。

如图3所示, 基于区块链技术的供应链信息集成平台技术架构自上而下分为四层:实体层、感知层、区块链层、交互层。其中, 实体层是项目供应链信息平台的必要层级, 涵盖建材供应方、采购方、运输方等参与主体。感知层是实现捕获、存储、处理信息的根本来源, 是向区块链层实现信息传导的枢纽。经过捕获、存储、处理后的项目信息传递至交互层, 项目终端信息交互主要通过该层实现。

供应链参与主体所构成的实体层是形成物流、资金流和信息流的来源。但在传统的工程建造模式下, 业主、承包商、分包商、建材供应商之间的关系仅为临时性或短时性合作。由于缺乏共同的利益基础, 大量工程纠纷、合谋等问题在参与主体间逐渐凸显, 这种缺乏信任的合作氛围为工程进展及成本控制带来了较大的不确定性。项目供应链信息平台旨在充分利用区块链技术所特有的智能合约、共识机制及去中心化等特性, 打造信任、可靠、高效的交互供应链信息平台。实体层运行过程中产生的信息可分为物流、信息流、资金流。物流既包含建材供应商所提供的机械设备、原材料等物资, 又包含工程物化过程中所形成的有形物质流动。资金流则包含参与方之间资金往来信息及与之附带的合同条款等信息。信息流由工程物资的供应状态、运输实时信息、工程进度、施工组织设计组成。

感知层实现原理类似于工程项目信息采集系统, 区别是感知层侧重于工程项目供应链管理。感知层由RFID技术、二维码扫描、物联网等技术作为支撑, 主要作用是获取产品购买、运输、生产、销售过程中的各类信息。贴在生产原材料或产品上的RFID标签涵盖材料品种、规格、数量、质检情况、生产责任人等基础信息, 由生产责任人将这些属性信息导入在区块链平台, 使原材料信息更准确、有追溯性。物流配送过程中, 通过GPS/GIS、物联网等技术, 获取产品实时位置, 实现物流过程透明化。承包商、分包商在建造过程中可以通过扫描RFID标签获取建材从生产厂商到物流配送所经历的流通路径, 同时可以获得各流通节点的相关信息和产品信息。以此实现项目物资来源可查, 去向可追, 责任可究, 防范安全事故的发生。

区块链由一系列加盖时间戳的交易区块组成, 每个区块都包含了前一个区块的哈希值, 连接在一起的区块形成区块链。将区块以链的方式组合在一起形成数据结构, 以参与者对全网交易记录的事件顺序和当前状态建立共识为基础, 存储有先后关系的、能在系统内验证的数据, 并用密码学技术保证这些数据不可篡改和不可伪造。作为项目供应链信息平台的服务对象, 参与方可以通过构建的区块链信息平台与供应链上下游企业进行交易, 所产生的供求双方信息、区块号、交易时间、合同条款等信息以区块的形式打包记录在信息集成平台中。信息需求方通过身份查验机制方可获得查验授权证明, 而后根据所拥有权限进行信息查询, 以便为各参与主体的管理决策提供真实可靠的数据。

如图3所示, 经由区块链层处理的信息流入交互层, 进而实现信息交互与共享。该层涵盖政府监管单位、平台维护企业、源自于实体层的项目供应链参与方。 (1) 政府监管单位。在当前监管机制下, 监管机构无法实时掌握供应链交易的实时情况, 只能在特定时间点或供应链上某环节出现问题后, 再组织人力进行调查, 使得监管成本高、信息质量差、效率低等问题层出不穷。将工商管理局、税务管理局、交通管理局等政府监管机构接入信息平台, 把监管条例写入智能合约, 并向监管部门开放特定信息查阅权限。监管部门就能实现供应链上的信息流、物流与资金流的动态监管。如此, 不仅能够提高法律的约束力, 做到防范于未然, 而且在供应链出现问题时, 监管机构也能通过信息追溯, 迅速查找问题源头, 实现取证便捷、问责可靠。 (2) 平台维护企业。供应链信息平台的运营维护需要专业技术公司如Google、IBM等作为区块链维护企业, 提供物理设施、系统建设和日常维护等技术支持, 供应链联盟需要定期缴纳相应的维护费用。

区块链技术在项目供应链管理中的应用, 可以满足建筑材料流转过程中的溯源、存证、互信、沟通等诉求。该平台能够有效连接供应链上相关企业或机构, 构建互信共赢的供应链系统。依托区块链技术的去中心化、非对称加密、智能合约等特性, 供应链上的参与方可以快速建立共识机制和信任关系, 减少信息不对称程度和沟通成本, 进而实现缩短工期、降低风险、提高效率等目标 (图4) 。

基于智慧建造的项目信息集成平台对项目信息交互途径和方式进行了优化, 使该过程由阶段性、协同性割裂向集成、高效转变。此外, 工程项目信息集成平台可实现信息共享不必通过管理层次逐级传递, 使工程项目组织形式向扁平化方向转变。在集成平台中, 可视化、物联网、智能化等技术的应用, 为各参与方提供了一个高效交流的协同信息交互网络, 提高了参与方管理过程的效率和准确性。

通过工程项目信息采集系统, 集成平台可以实现从立项规划、施工建造直至拆除报废的建设项目的全生命周期信息采集与管理, 使得各参与方信息得到高度集成和共享。通过项目管理职能信息集成平台的构建, 可以明确各参与方在项目建设中责权利的划分, 并对多目标下的全生命周期管理进行综合、计划和全局管控, 以达到项目建设综合目标。利用区块链的不可篡改性和可追溯性, 可以有效保证供应链上各参与方信息真实和完备性, 能够有效规避项目建设的风险。通过BIM、区块链、物联网、RFID等技术手段的存储、上下文关联、智能合约等功能, 实现建设项目全生命周期的完整保存。利用区块链共识机制、集体维护等特性, 可追溯项目信息的存储、传递、变更过程, 提高项目信息的透明度, 避免由于信息不对称而产生的纠纷, 亦可为管理方决策、监管部门事后追责提供依据。

从2013年开始, 住建部颁发了创建智慧城市的通知、办法、评估体系, 明确要求大力开展智慧城市建设, 而建筑业信息化是推进智慧城市建设最基础的一环。以智慧城市评价体系为例, 四个一级指标中, 其中三个都与建筑业信息化有着密不可分的关系。在此背景下, 新兴信息技术在城市规划、建造管理及运营过程中的应用对智慧城市建设愈发重要。将先进信息技术嵌入至项目建设过程中构建基于智慧建造的项目信息管理集成平台, 从而实现建设全过程的智慧化, 为智慧城市的建设提供技术支撑。

基于区块链技术的项目集成管理系统在雄安新区项目建设中已有较为成熟的应用, 该系统具有合同管理、履约管理、资金支付等功能, 可以变单方管理为可视化的多方管理, 对资金流向全程透明监管, 达到工程项目建设过程中合同关系透明、工程履约透明、资金支付透明。业主与总包商之间, 总包商与分包商之间、分包商与施工人员之间所有的合同上传至区块链平台, 通过智能合约的方式, 确认付款路径, 实现一键式、穿透式付款。该思路可破解传统工程项目中的痛点问题, 如违约转包、资金挪用、形成工程安全质量隐患;小微企业账期长、融资难、融资贵;农民工维权难、不能及时足额拿到工资等问题。

本文提出了基于区块链技术的项目供应链信息平台, 以衔接项目信息采集系统、项目管理职能信息, 进而构建基于智慧建造的工程项目信息集成平台, 为实现建设项目信息全覆盖、可追溯、高效传递的集成化管理提供借鉴。但需要强调的是, 无论将来区块链技术和其他信息技术如何发展, 科技毕竟只是辅助项目建设运行和管理的工具, 工程项目管理乃至建筑业转型升级落脚点仍然是先进的项目管理理念。此外, 区块链技术自身所具有的缺陷需要长时间在运用过程中试错改善, 其理论特点和长处如何最大限度结合实际进行运用也处在探索阶段, 因而区块链技术在工程项目供应链管理中的创新和应用不可盲目乐观, 其应用一定要稳步推进, 避免舍本逐末。