目前对于建筑行业购买材料的方式是部分材料按照甲方要求的品牌、规格进行购买,其余材料由乙方自主进行选择、比较。一般采取就近原则,开工前期选取几家材料公司签订合同,按照合同的规定完成材料的配送。但这种供应方式会出现一些问题(见表1)。

区块链技术是一种去中心化、去信任、依靠集体共同维护的互联网数据库技术。目前区块链技术正在向金融、零售、医疗等实体经济领域发展。在供应链中,生产商、供应商、客户等构成主体,根据各个主体的供需情况建立密切的合作关系,逐级实现商品在供应链上的价值的递增,来实现利益最大化。因此,将区块链技术应用于建筑材料供应链,建立基于建筑材料供应链的动态信息网络是非常有必要的。

区块链技术是一个分布在各个区域、协同运转的数据库存储系统,只要有能力架设服务器节点的人或组织都可参与其中,利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式,其特点如下:

(1)去中心化:由于区块链使用的是分布式核算和存储,所以没有中心化的硬件或管理机构,任意节点的权利和义务都是均等的,系统中的数据块由整个系统中具有维护功能的节点来共同维护。

(2)去信任:系统中所有节点之间无需信任也可以进行交易,因为数据库和整个系统的运作是公开透明的,在系统的规则和时间范围内,节点之间无法欺骗彼此。

(3)集体维护:系统是由其中所有具有维护功能的节点共同维护的,系统中所有人共同参与维护工作。

(4)可靠数据库:系统中每一个节点都拥有最新的完整数据库拷贝,修改单个节点的数据库是无效的,因为系统会自动比较,将最多次出现的相同数据记录为真。

目前,区块链有三种类型,分别为公有链、联盟链、私有链,基于区块链技术的特点,针对建筑行业出现的材料供应问题,利用区块链技术设计建筑材料快速交易的应用模式;构建基于区块链技术的建筑材料供应管理框架,并利用区块链技术存储交易数据,有望解决建筑行业中出现的材料分配不均等问题,建立一种建筑材料供应新模式,促进建筑行业更好的发展。同时,用区块链技术实现整个地区建筑公司与材料公司的信息共享,提高交易的可行性、保证交易的透明度、保证信息更新的及时性,合理利用资源,还可以实现交易双方互惠互利、实现合作共赢。

相比传统的供应链,基于区块链技术的建筑材料线上交易方式,增加政府部门对材料的监管,这是保证交易顺利进行的前提。通过平台广泛寻求几个最佳的合作商,建立准确的合作关系;通过区块链分布记账的方式,将整个交易环节分为几个区块;通过Hash算法对信息进行加密,共识机制验证交易信息的准确性;通过区块链技术架构的数据层、网络层、合约层、共识层、应用层共同完成信息的验证、判断、存储、备份。

在建筑企业与材料供应企业中,选择联盟链为底层技术。每个建筑企业与建筑材料供应企业分别作为一个节点。将交易过程分为若干个环节,交易流程(见图1)。

首先,政府对供应商的材料(质量、型号、规格)进行检查与监管,确保工程的质量安全,通过区块链平台将具体供需要求进行信息共享,系统自动匹配最优选择,提高工作效率。为避免供求双方随意占用和浪费资源,需向平台提供相应的保证金。随后,对于供需双方进行相互认证。认证通过则继续进行交易,预付交易保证金。供方安排材料的装载、运输,通过平台实时追踪货物具体情况。当货物到达买方指定地点时进行验证与查收,完成整个交易。

依靠区块链采用分布记账的方式,使交易的每个环节都形成一个区块,利用算法机制进行验证,并在每个节点进行数据备份,如图2所示。

在区块链平台中,交易的每一个环节信息都会形成一个小的区块。当交易发起时,形成交易信息的一个区块,通过Hash算法对信息进行加密,加盖时间戳保证交易信息的时效性,以防篡改。其他节点通过共识机制对交易信息进行认证,50%以上的节点认证通过则表明该交易可行,系统将该区块信息发送至每个节点进行备份;如认证失败,则会触发智能合约,查证交易的合理性。当交易进行下一步时,上一区块加密的信息与本环节信息共同形成一个新的区块,再进行认证,以此类推完成整个交易信息的存储与备份。

基于区块链建筑材料供应模式的技术基础架构可以分为五层:数据层、网络层、合约层、共识层、应用层(见图3)。

应用层封装了建筑材料完整交易过程的应用场景,包括交易过程中的货物信息流、资金流、交易监管信息流。具体包括买方发起交易、交易数据上传、供方货物运输转移信息数据上传、买方收货检查并确认信息完成交易。交易过程中发生的资金流动情况包括材料的成本费、运输费、人工搬卸货物费,以及材料损耗费。政府监管信息包括交易过程的合法性(材料质量,所涉及税务)、安全性(运输材料是否超载)等。

核心层是区块链正常运行必不可少的部分。其中,共识层包括多种共识算法,如工作量证明机制(POW)、股份证明机制(POS)、实用拜占庭容错协议(PBFT)、Pool验证池等。因供求双方共同参与导致节点数较多,为提高验证效率,采用Pool验证池作为共识算法进行快速验证。合约层主要包括智能合约,各种脚本代码。智能合约是事先人为拟定好的合约,通过一系列脚本代码和算法机制将其进行自动实现,交易发生就开始触发各项合约,如材料的预付金、质量要求、在运输中损耗情况、政府监督等。交易发生后系统将自动根据这些合约进行判断,既体现信息的公平透明,同时也提高了工作效率。根据交易的程序和内容拟定的部分合约(表2)。网络层主要通过P2P网络技术实现分布式网络机制。通过P2P网络技术每个节点可以直接面向其他节点进行信息交互,包括交易金额、材料的订购量、剩余材料库存量等一些信息及时更新。自动组成信息传输网络。

基础层主要包括数据层,是对信息的存储与计算。主要包括每个交易环节产生的区块、时间戳、各个节点所使用的公钥和私钥等数据,使用一些加密算法,如哈希算法、Merkles树等,对各个环节的交易数据进行计算和记录。完整的交易流程如图4所示。

(1)数据信息登记、存储、溯源

节点通过“注册账户”接口创建用户个人信息,在交易过程中创建“用户操作记录”系统,可以完整地记录交易数据。每一步操作过程都会记录上链,并且加盖时间戳,进行信息的认证。每次信息认证后,信息的更新和保存都会生成新的哈希值,对交易过程进行追溯。

(2)数字商品交易

材料公司可自行对材料的规格、库存等作出详细的说明,并进行定价,也有权更改定价。通过智能合约的设计与调用,建筑公司可以向原材料公司发起交易,支付相关费用,达到“随用随购”的目的,材料供应商将第一时间完成材料的装配及运输。当区块链中产生数字商品交易后,将数据对接上链进行存证。系统读取区块链中的交易信息,将交易的有关数字信息与卖家解绑,与买家绑定,实现数字商品自动化交易切割。当出现问题纠纷时,可提供区块链中存储的交易证据。

在上述的交易模型中,利用区块链技术将建筑原材料供应商、建筑公司、政府机构结合在一起,构成一个相互信任的体系。计算机自动执行命令,提升了整体效率的同时保障了交易各环节信息的准确性和安全性。各个节点之间享受平等的权益,都能获得同样准确的信息,实现共赢的目的,如图5所示。

云筑网于2018年11月建立,是以区块链技术为核心的互联网协作平台。云筑区块链应用平台包括云筑采集、云筑劳务、云筑金服、云筑商城、云筑智联、云筑收货系统。其中,云筑采集的主要功能是打造电子化招标与在线交易;云筑劳务是以建筑工人为核心,每个人创建ID,打造建筑工人一体化平台;云筑金服是提供建筑行业供应链的金融服务平台;云筑商城针对项目所需MRO零星材料,打造在线电商采购平台,提供在线采购服务;云筑智联是将数据网状联通融合,打造建筑施工领域数字共融。例如,云筑集采通过打造线上集采,线下区域联采的“互联网+”集中采购新模式,为全行业提供专业的集中采购服务。云筑集采不仅将传统线下询价、招投标、订单、合同、结算等业务环节通过电子商务平台转移到线上进行,有效保证了供求双方遵循公开、公正、公平的契约原则,实现采购全流程的公开透明,有效控制企业的采购成本。利用电商平台通过批量采购、公开招投标、规范报价、集中供应等方式,改进传统建筑物资采购的交易流程与时间,大幅降低企业采购的交易成本。供应商在“云筑网”完成招标、签约、订单等采购流程后,通过区块链分布式记账的方式将供销资料存证同步至协作平台,在协作平台上向银行提交融资申请,智能合约自动识别存证信息,为融资银行提供完整可靠的信息。审核通过后,银行将放款信息在链上回复给供应商。融资到期后,供应商通过协作平台完成还款过程。云筑区块链应用将各个环节的交易数据实时写入由核心企业、金融机构共同维护的区块链,让每笔交易都可追溯,提高交易数据的可信度。

通过云筑网所构建的信息平台,总结区块链在建筑行业的几个优点如下:

(1)材料供求双方不需要第三方来获取信息。如材料价格的对比、材料需求量,利用区块链技术可以完整准确地掌握这些信息,双方的供需可以很好地掌控,避免数据集中在其他组织上,同时降低企业的沟通成本。

(2)利用区块链技术数据信息将变得透明。每一笔交易涉及的材料的数目、规格、型号、质量都有明确的交易数据,且无法篡改。如果出现问题,可以根据区块链中记录的数据进行准确追责,确保交易的公平性,其次政府的监管也变得更加容易,通过相关数据,对于建筑产品的质量监管都有迹可循,避免建筑施工中常见的“偷工减料”等问题,从而保证项目的安全和质量。

(3)各个节点通过区块链的数据记录对于整个地区建筑市场材料的生产量、需求量都有准确的把控,通过这些信息企业可以提前做出相应的规划与调整,避免资源浪费、节约时间、缩短工期、降低成本。

(4)区块链中依靠智能合约的约束来保证交易的顺利进行,凡是没有按照规定履行职责的行为都会触发相应的智能合约进行处罚,避免各种因“口头协议”“书面合同”不规范而产生的难以解决的纠纷问题,双方建立更加完善的信任机制。只要每个节点对平台进行维护就能保证数据的完整可靠,建立长久的合作关系。

虽然区块链技术有以上优点可以极大完善建筑行业材料采购过程,但是由于区块链技术仍处于发展阶段,有些技术还不够成熟,因此也存在一些问题,分析如下:

(1)运行成本高,资源浪费。区块链需要所有的参与主体进行维护,且平台建立在高度相互信任的基础上,所以维护成本较高。通过区块链的每一条信息都记录在每个服务器上,所占空间较大,资源浪费较明显。

(2)数据过度透明化。由于区块链是分布式记账,所以每个节点都掌握完整的交易信息,对于单个的节点和个体来说,交易信息太过透明,无隐私可言。

随着经济的快速发展,人们的需求不断增加,不论是线上交易还是线下交易,对于供应链各个环节的要求也越来越高,不断追求解决问题的最优路径。本文针对目前建筑企业出现的材料供应问题进行分析,利用区块链技术的核心优势,建立新的供应模式,解决材料供应中存在的一些问题。所得结论如下:

(1)提出了基于区块链技术的建筑材料供应模式的基本框架,将材料供应商、建筑企业、政府监管机构结合在一起,建立了新的简单安全可靠的交易模式。

(2)供应链参与主体相互信任,进行高效快速的信息更新与交互。通过这种方式解决原始供应链信息不对称、更新慢的问题,从而进行快速、准确的交易;与此同时记录交易的全过程、达到可溯源、可追责的目的。

(3)对于材料公司而言,对资源进行合理的分配,多方建立更加持久的合作关系;对于建筑公司而言,降低库存、减少成本,为企业更好的运转提供更多的流动资金,能够及时采购材料保证工期的顺利进行,维护双方的利益,为建筑行业打造一个全新的材料供应模式,为区块链技术在建筑行业的进一步应用奠定基础。

未来将区块链技术应用于建筑行业领域中,以“平台化发展、产业链共赢”为宗旨,倾力打造的集电子化招标、在线交易、物流整合、供应链融资等服务为一体的专注于建筑行业物资采购领域的垂直平台。利用先进的电商平台对建筑行业物资采购进行供应链整合,根据采购需求,提供优质可靠的供应商资源和高效便捷的金融支持,致力于开创建筑行业线上交易的全新模式。