基于區塊鏈的裝配式建筑供應鏈采購模型研究

譚兆秋 王金茹

(1.陸軍工程大學，江蘇 南京 210007；2.東北林業大學土木與交通學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

建筑業是我國經濟增長的關鍵驅動力，但傳統建筑業的生產力持續低迷。隨著裝配式建筑的日漸成熟，將傳統建筑工程項目的施工建造轉變成工業化的生產制造，依靠裝配式建筑供應鏈系統實現信息共享、各節點企業的高效運作，有序地完成綠色制造、綠色運輸、綠色裝配和綠色交付[1-3]。裝配式建筑供應鏈的采購環節作為整個系統的源頭，尤為重要。但由于建筑業的分散度較高、建筑項目現金流滯納、企業間信任度較低及供應鏈需求信息傳遞不夠及時，使得供應鏈采購的效率、成本、風險及整體復雜性等問題更加突出，阻礙了裝配式建筑進一步的發展，因此有必要針對裝配式建筑供應鏈采購環節進行研究[4-6]。

區塊鏈具有標準化的過程和更加透明的采購環節，極大地降低了建筑業的分散程度，實現了裝配式建筑高度透明度、高度可追蹤性、相互協作。區塊鏈技術能使所有網絡節點用戶都能獲得一個獨一和真實的賬本副本，所有信息都會隨著區塊鏈信息完善而同步更新，并且在區塊鏈的分散化管理下，不存在第三方和中央機構的運作，能有效解決采購過程中的糾紛，節約法律及管理的成本。隨著區塊鏈技術發展，已有學者將其引入建筑業，但對于區塊鏈技術與裝配式供應鏈結合的方法缺乏深入研究。因此，本文針對裝配式建筑供應鏈采購環節過程分散、企業間信息不對稱等問題，在裝配式建筑綠色采購參考模型(Prefabricated Construction Green Procurement Reference model，PCGP)基礎上，分析裝配式建筑供應鏈采購現狀及問題，闡述區塊鏈技術引入裝配式建筑供應鏈采購的可行性，將區塊鏈技術、CPFR管理和綠色采購相結合，構建基于區塊鏈技術的裝配式建筑供應鏈采購模型。

1 裝配式建筑供應鏈采購現狀及問題分析

現有裝配式建筑供應鏈是以總承包商為核心，設計單位、總承包商、供應商、制造、施工分包商、監理單位、業主、政府和金融機構通過信任基礎相互協作，圍繞建設工程項目將單個企業串聯起來，將松散的關系組成一個包括設計、采購、制造、裝配和交付的整體網絡結構，實現供應鏈整體效率優化。裝配式建筑供應鏈采購作為供應鏈的橋頭堡，是一種供應鏈機制下的采購模式。隨著社會科技的進步，供應鏈采購上下游訂單的財務交流、構件需求預測、產品反饋等存在一定問題，導致供應鏈采購過程中的信息數據傳遞不及時、共享缺失，阻礙了裝配式建筑供應鏈采購的高效運轉。具體分析如下：

(1)采購環節的核心企業對供應鏈控制能力較弱。核心企業在裝配式建筑供應鏈采購管理過程中的協同計劃預測、補貨、庫存管理沒有做到統一規劃、商品追蹤及協調完善，對于資金流、信息流、商品流和物流未進行資源整合及合理的管理。

(2)供應鏈采購需求與能力現狀匹配度較低。裝配式建筑采購的部品構件、原材料等監管能力不足，采購訂單審批具有主觀性，缺乏有效方式保證采購商品在數量、質量和時間上的統一，而采購環節的信息滯后性給供應鏈整體帶來嚴重隱患。

(3)供應鏈采購信息容易產生孤島現象。采購與生產、供應信息交流存儲不完善，缺少信息載體將相關信息數據統一處理、存儲、反饋等，容易導致因裝配式建筑采購安排不合理而出現窩工、大量庫存、二次搬運存放安全等問題。

(4)供應鏈采購環節缺乏有力的信任機制。裝配式建筑采購的供應與需求需要強大的協同運營能力，而供應鏈協同的基礎是信任，反之則容易導致信息流失真，所產生的不可信任因素直接擾動供應鏈生態系統的平衡。

因此，在大數據時代背景下，裝配式建筑供應鏈采購環節應充分利用區塊鏈新型技術的優勢，在區塊鏈的支撐下促進供應商選擇、綠色原材料采購、采購資金融資、采購數據庫構建和采購管理等供應鏈采購環節各模塊運作及優化，提高裝配式建筑供應鏈運作效率及供應鏈上下游企業間的信任度，實現區塊鏈支持下裝配式建筑供應鏈的可持續采購。

2 區塊鏈在裝配式建筑供應鏈采購中的可行性分析

2.1 區塊鏈內涵

區塊鏈是一種基于計算機分布式數據存儲、共識機制、點對點傳輸和加密算法等技術的新型應用范式，將交易、協議等信息按時間順序非對稱加密存儲于互聯網中，去除中心化的分布式數據庫具有安全可靠、高度透明、可追蹤性和可共享等特點。其本質上是一種信息交互規則，由區塊組成、由鏈建立連接關系的分布式賬本，無須第三方就能實現信息共享，提供了一個高可靠性的信息載體。

2.2 區塊鏈應用于裝配式建筑供應鏈采購的可行性分析

供應鏈采購的活動交易過程、信息數據，公開透明地存儲在區塊鏈上，能有針對性地改善傳統供應鏈的采購環節存在的問題，保證采購環節中的融資、業務、財務、數據、管控及反饋優化等一體化管理，區塊鏈下的采購模型如圖1所示。同時，供應鏈與區塊鏈存在耦合關系，形成的平臺能有效連接鏈上的相關企業機構，去除中心化的理念能使供應鏈企業間進行平衡的信息交換和存儲，促使裝配式建筑供應鏈中的資金流、信息流、物流和商品流交匯，實現互信共贏的“區塊鏈-供應鏈”綠色生態系統。在區塊鏈技術的支撐下，裝配式建筑供應鏈中的企業間的信任度顯著提升，達到吸引優質、剔除劣質的效果，降低信息不對稱程度，提高供應鏈節點企業的協同效率。區塊鏈-供應鏈能夠綜合人工智能、物聯網、大數據和互聯網等技術，用來處理復雜多變供應鏈的海量數據和信息，并自動優化和動態調整供應鏈規則，提高供應鏈上各環節的韌性能力。

圖1 區塊鏈下的采購模型

2.3 區塊鏈應用于裝配式建筑供應鏈采購的優勢

應用區塊鏈技術構建一個服務裝配式建筑供應鏈的區塊鏈平臺，其中包含著對應的技術模塊，能在生產建設中實現提高質量、縮短周期、降低成本、滿足需求和信息共享等目標。在裝配式建筑供應鏈的運營中，區塊鏈的監督模塊能隨時跟蹤所采購的部品構件，以保證其質量符合建設標準；節點管理模塊能調控供應鏈的交互，以縮短裝配式建筑供應鏈的運行周期；分布式數據庫能將裝配式建筑所需部品構件的價格透明化，防止產生因信息不對稱而導致的成本增加；數據可視化及后臺管理，能實現供應鏈的信息共享；數據服務模塊、相關系統，能滿足供應鏈運作需求。

區塊鏈能有效且針對性地解決裝配式建筑供應鏈采購環節存在的問題，基于區塊鏈技術平臺的綠色供應鏈采購具有多中心、可靠性、可信任、開放性、高效率和安全性等優勢。多中心體現在供應鏈的核心節點上，區塊鏈平臺上的每個核心節點都能存儲完整的數據，以保證鏈條上下游企業間的數據實時同步、核對；可靠性是基于強大的區塊鏈數據實現的，供應鏈產生的數據不僅能獨立完整的存儲于各節點，而且不會因節點崩潰，造成鏈條網絡受損；可信任源于區塊鏈信息處理的不可逆性，供應鏈信息不能憑空捏造、篡改、銷毀，能夠維護良好的運營環境；開放性是基于區塊鏈的加密算法，能保證數據共享過程不受破壞，且開放所需的成本較低；高效率是基于區塊鏈平臺的智能合約，采購訂單無需考慮人工時間成本和人為錯誤，符合訂單合約規定條件即可生效；安全性是基于區塊鏈平臺的數據服務，供應鏈采購環節的交易會產生并記錄數據指紋，以保證清晰的交易權責。

3 基于區塊鏈的裝配式建筑供應鏈采購模型構建

3.1 裝配式建筑供應鏈綠色采購簡介

綠色采購(Green Procurement，GP)在傳統采購的基礎上融合了“綠色、環境意識”，使整個供應鏈采購的資源利用率更高、更生態友好型、更注重綠色成本，有效地改善了裝配式建筑建設帶來的浪費資源和污染環境等問題，尋求采購活動與生態環境的相對和諧[7-9]。綠色采購運作模型是由采購、供應商、原材料、制造商、分包商、消費者及環境系統等多種因素協同作用，主要由供應商選擇、綠色原材料采購、采購管理、商品運輸組成，綠色采購模型如圖2所示。相較于傳統的采購，其在采購目標方面能更注重綠色成本控制、采購人員的專業度、產品的環境屬性、采購績效表現等，使得供應鏈上節點企業內外資源一體化、專業化和信息化，促使供應鏈的源頭起到龍頭作用。

圖2 綠色采購模型

3.2 CPFR協同采購

協同式供應鏈庫存管理模式(Collaborative Planning Forecasting Replenishment，CPFR)是一種集成化的供應鏈庫存管理，通過供應鏈信息流的交互來協調采購計劃和生產制造，從規劃、預測和補貨三方面對供應鏈庫存進行管理[9-11]。其通過集合供應商、項目方、合作意向協議、制訂實際聯合商務計劃、進行商品需求預測、進行訂單預測、物流配送中心等節點，建立統一的庫存協同計劃，并將各節點的數據庫進行資源整合，將共享信息數據輸入CPFR統一管理。CPFR庫存控制從供應商庫存出發，建立CPFR數據庫，通過整理鏈上各供應商的庫存品類、數量、質量等數據，并收集配送中心數據、工程項目進度計劃、物資需求計劃、產品綠色度、廢品回收度等，給出符合工程項目的供給預測。協同采購模型如圖3所示。

圖3 協同采購模型

協同式供應鏈庫存管理能保證在裝配式建筑供應鏈綠色采購中的原材料、部品構件是在綠色環保且廢棄物綠色化回收處理的基礎上，實現供應鏈的商品流、信息流、物流、知識流協同采購(Collaborative procurement，CP)，所采購的部品構件、成品、半成品能暢通供應整個供應鏈條。將CPFR數據庫融入區塊鏈平臺中的供應鏈管理業務，能明顯地改善采購環節的核心企業對供應鏈控制能力不足及采購需求的匹配度低的問題。通過有效的規劃、預測和補貨等協調管理，防止因采購供應、運輸到達時間不符合工程項目的建設進度安排而引起的工地窩工、二次搬運、大量庫存、部品構件堆積安全等問題，不僅保證了供應鏈上各節點的生態健康，而且保障了裝配式建筑工業化的優勢。

3.3 裝配式建筑供應鏈采購模型構建

基于SCOR的裝配式建筑綠色供應鏈模型[1]，充分融合了協同式供應鏈庫存管理模型(CPFR)、區塊鏈技術，實現了“供應鏈綠色采購+協同采購+區塊鏈支撐”的有力結合，形成了基于區塊鏈的裝配式建筑供應鏈采購模型(Prefabricated Construction Supply Chain Procurement Model，PCSCP)。基于區塊鏈的裝配式建筑供應鏈采購模型如圖4所示。在裝配式建筑綠色采購的基礎上，CPFR模型保證了供應鏈的庫存協同，區塊鏈技術是兩者的信息流、資金流、物流、知識流的信息技術支撐平臺。參照傳統的裝配式建筑綠色供應鏈模型，將裝配式建筑供應鏈采購分為PCSCP計劃層、PCSCP運營層、PCSCP支持層三個層次[12-17]。

圖4 基于區塊鏈的裝配式建筑供應鏈采購模型

3.3.1 PCSCP計劃層

綠色采購是裝配式建筑供應鏈的源頭，而PCSCP計劃層則是供應鏈采購的核心設計前提。PCSCP計劃層提供了供應鏈采購運作模型的指導思想，能通過提前設計，預防供應鏈采購過程中，出現由不確定因素導致的鏈上主體效率降低及成本升高等問題，影響供應鏈采購生態健康。PCSCP計劃層從以供應商為核心的綠色采購系統出發，充分考慮綠色采購系統上下游企業的供需關系，在裝配式建筑供應鏈的基礎上詳細設計綠色采購系統的運營。參考傳統的裝配式建筑綠色供應鏈計劃層的基本流程，充分結合CPFR管理、區塊鏈的優勢，建立基于區塊鏈的供應鏈采購計劃，主要包含供應商選擇計劃、綠色原材料計劃、采購資金融資計劃、采購數據庫構建計劃、采購管理計劃。

3.3.2 PCSCP運營層

PCSCP運營層是裝配式建筑供應鏈采購的主體，主要包含環境系統、社會系統、生產系統、消費系統，通過信息流、資金流、物流、知識流維持四大系統的生態健康。其中生產系統和消費系統是整個PCSCP運營層的核心，與環境系統進行了能源物質交換、廢棄物處理回收及信息交流，

與社會系統進行信息交互的關系。消費系統是裝配式建筑供應鏈的主要驅動力，消費需求能反饋于供應鏈采購；環境系統是自然資源配置的基礎；社會系統能持續為供應鏈整體的發展提供技術創新、約束監督。

基于區塊鏈的生產系統作為PCSCP運營層的重要運行載體，包含了“采購+制造+運輸+裝配+交付”為整體的生產運營，同時建立了CPFR數據庫進行供應鏈采購模塊、制造模塊、運輸模塊、裝配模塊、交付模塊的信息交互。在綠色采購和區塊鏈的基礎上的供應鏈采購系統，充分吸收CPFR管理模式的優勢，建立包括綠色供應商、總承包商、施工分包商、制造分包商、監理方的采購系統。總承包商與供應商間有信息流、資金流、物流；施工分包商與供應商間有信息流、物流；制造分包商與供應商間有信息流、物流；監理方與供應商間有信息流。通過CPFR數據庫信息流進行規劃、預測、補貨的協同管理。區塊鏈技術平臺支持采購系統進行內部自我評價，分別對環境影響、采購效果、采購滿意度實現整體績效評價，將評價信息通過數據形式上傳至支持層中的區塊鏈數據服務中。

3.3.3 PCSCP支持層

PCSCP支持層是在區塊鏈技術平臺基礎上，為計劃層及運營層提供信息交流、內外聯動、管理維護，為裝配式建筑供應鏈信息技術平臺構建、技術創新研發、風險防范、運行評價及供應鏈全面管理的提供支持，構建符合裝配式建筑特點的支撐體系。區塊鏈平臺主要以核心節點企業為基礎，提供所需的日志、內存池、智能合約等技術模塊，從技術模塊上建立監控服務、合約管理等系統，技術模塊與平臺系統可支撐供應鏈采購需要的采購資金融資、采購管理、CPFR庫存管理等管理業務，實現供應鏈信息數據可視化及對應的后臺管理。區塊鏈技術平臺在綠色供應鏈采購中發揮核心作用，不僅能夠保證采購信息的唯一性和精準性，而且能夠優化采購環節、提高采購效率。區塊鏈支持的主要流程如下：

(1)區塊鏈技術平臺具有數字加密性、高度共享性。當裝配式建筑供應鏈的生產系統需要采購建筑商品和原材料時，只需在區塊鏈系統里針對所需的部品構件向供應商發送計劃意向購買信息，由供應商根據該型號部品構件的庫存選擇是否確認購買信息，一經確認則錄入區塊鏈并生成智能合約。

(2)裝配式建筑供應鏈供需雙方按照購買信息嚴格執行智能合約，錄入區塊鏈信息一致則可進行下一步，反之則返回上一步。購買信息錄入后，采購方需在規定時間內將所需支付的金額匯入平臺支付系統，支付系統收到貨款會自動生成的采購合同，并將采購合同發給供應商，且供應商需將合同簽章回傳采購方，合同則生效。供應商在配貨時需將每件商品貼上各自的二維碼，商品的二維碼信息錄入平臺，采購方利用平臺互聯網實時跟蹤運輸、倉儲條件，以了解物流信息。當運輸運達后，采購方可將將商品的二維碼信息進行驗證后錄入區塊鏈平臺，如與配送信息相同時，平臺自動會將支付系統中的貨款匯入供應商賬戶，反之則貨款將鎖定在支付系統。

(3)裝配式建筑生產系統中采購的部品構件存在質量問題時，則將出現質量問題商品信息上傳至區塊鏈平臺，由平臺數據服務綜合分析，得出是因何節點導致出現質量問題。若運輸環節導致部品構件出現損壞，則區塊鏈平臺將對運輸節點進行綜合評價考量，不達標者將被剔除供應鏈體系；若供應商生產的部品構件、原材料等不達標，則區塊鏈平臺將對供應商進行信譽降級，并責令其完成符合購買信息的交易。裝配式建筑消費系統存在安全、環境問題等時，消費者將信息錄入區塊鏈中，平臺將全面考察問題出現的節點，并責令其解決所出現的問題。

此外，運用區塊鏈技術的PCSCP支持層主要有以下6點作用：

(1)區塊鏈的智能合約能實現裝配式建筑供應鏈供應商的選擇與自動支付，在裝配式建筑采購業務活動中能將供應商的評價規則和評價指標納入智能合約，通過數據得出供應商的信用等級，從而選擇最佳的供應商，后期監督所選供應商信譽的動態并記錄其相關日志，隨時反饋于智能合約；在裝配式建筑采購付款階段，可把滿足支付資金的規則文件寫入智能合約，符合付款條件就觸發支付，可省去線下人工操作大量繁瑣工作。

(2)區塊鏈的共識機制能確保裝配式建筑供應鏈采購合同交易公開透明，供應鏈上遵守平等規則，不存在審批上下級管理，使審批流程加快、出錯率降低；在簽訂采購合同時，在線進行交易談判可省去現場交易時的人力、物力、財力，并且線上交易高度透明，使得交易信息的不對稱性降至最低。

(3)區塊鏈的加密算法能保障裝配式建筑供應鏈采購資金支付的安全性，在供應鏈采購資金支付時，對上下游交易的身份信息進行識別認證，使得相關數據能正確定位目標賬戶，進入不可篡改的模塊中，解決人工造成的匯款錯誤，提升收付款雙方的工作效率，優化支付環節的工作流程。

(4)區塊鏈的工作證明機制能保障裝配式建筑供應鏈采購的會計信息質量，在采購財務記賬中需遵循供應鏈上時間序列的不可逆，違者將被記錄個人及企業信譽，減少采購造假現象。

(5)其分布式賬本數據庫能保障裝配式建筑供應鏈下游環節反饋相關信息及供應鏈采購自身信息，CPFR數據庫可與區塊鏈數據庫相融合，使裝配式建筑制造產品、建造生產發揮聯動效果，以保證采購商品的庫存協調。

(6)區塊鏈的監控系統能實時對原材料、部品構件進行追蹤監測，若出現質量、進度、損耗、污染環境、損害身體健康等問題，可通過逆向物流將殘次品、損耗品、剩余商品進行可回收利用，同時由生產、消費、環境、社會四大系統將相關數據信息返回區塊鏈數據庫進行存儲、處理，并評定不符合標準的各節點信譽，將不符合區塊鏈標準的節點剔除供應鏈體系。

4 結語

在全球經濟高速發展的背景下，裝配式建筑供應鏈采購長期面臨提高效率、生產力及新興技術帶來的機遇和挑戰。將區塊鏈平臺嵌入裝配式建筑供應鏈，能夠有效改善采購環節中因訂購期長產生的“牛鞭效應”，并最大限度地減少采購中的合同執行偏差，提高供應鏈透明度、效率、信任度及成本進度估算的準確性。本文在傳統的裝配式建筑供應鏈的基礎上，通過對原有的供應鏈綠色采購進行分析，融入CPFR庫存管理模式，引入區塊鏈技術構建新型的裝配式建筑供應鏈采購模型，系統地分析了采購環節在“區塊鏈-供應鏈”信息技術平臺運作過程，為改善裝配式建筑供應鏈采購提供理論依據和模型參考。今后，隨著區塊鏈技術的日益成熟，區塊鏈與供應鏈將得到更加充分的融合，其優勢不僅限于裝配式建筑供應鏈采購環節，更能協助裝配式建筑打造穩定、牢靠的供應鏈聯盟，提高裝配式建筑供應鏈生態韌性，實現裝配式建筑價值流的持續增值。