ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ БЛОКЧЕЙН В ИНВЕСТИЦИОННО-СТРОИТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И СТРОИТЕЛЬНОМ КОНТРОЛЕ

STUDY OF THE APPLICATION OF BLOCKCHAIN TECHNOLOGY IN INVESTMENT AND CONSTRUCTION ACTIVITIES AND CONSTRUCTION CONTROL

Mikhail Buimister

graduate student, Reshetnev Siberian State University of Science and Technology,

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

Цель. Анализ и совершенствование существующей схемы взаимодействия участников инвестиционно-строительного процесса с применением технологии блокчейн.

Метод. Предметом исследования стали применение блокчейн-технологии и смарт-контракта совместно с технологиями информационного моделирования зданий и сооружений (BIM).

Результат. Результатом проведенных исследований послужил анализ существующих схем взаимодействия участников инвестиционно-строительного процесса, а также преимуществ и особенностей внедрения и применения технологии блокчейн при производстве строительных работ и в строительном контроле. В исследовании рассмотрены стеки технологий для реализации технологии.

Выводы. В рамках проведенных исследований обозначена целесообразность и необходимость применения концепции «умных» контрактов совместно с BIM для совершенствования существующей схемы взаимодействия участников инвестиционно-строительного процесса, а также значимость технологии блокчейн и преимущество ее внедрения. Отражены существующие проблемы, которые позволяет решить внедрение технологии и проблемы, которые препятствуют полномасштабному внедрению технологии в строительной отрасли. Исходя из исследования, актуальной задачей строительной сферы становятся осознание значимости новых технологий передачи, защиты, хранения данных при совместном использовании с BIM-технологиями, а также решение проблем, связанных с развитием BIM и цифровизацией.

ABSTRACT

Background. Analysis and improvement of the existing scheme of interaction between participants in the investment and construction process using blockchain technology.

Methods. The subject of the study was the use of blockchain technology and smart contracts in conjunction with Building Information Modeling (BIM) technologies.

Result. The result of the research was an analysis of the existing schemes of interaction between participants in the investment and construction process, as well as the advantages and features of the introduction and application of blockchain technology in the production of construction works and in construction control. The study considers technology stacks for technology implementation.

Conclusion. As part of the research, the expediency and necessity of using the concept of "smart" contracts together with BIM to improve the existing scheme of interaction between participants in the investment and construction process, as well as the importance of blockchain technology and the advantage of its implementation, are indicated. Reflected are the existing problems that can be solved by the introduction of technology and problems that prevent the full-scale implementation of technology in the construction industry. Based on the study, the actual task of the construction industry is to realize the importance of new technologies for transferring, protecting, storing data when used in conjunction with BIM technologies, as well as solving problems associated with the development of BIM and digitalization.

Ключевые слова: строительство, технология информационного моделирования зданий, BIM, технология блокчейн, технология распределенного реестра, смарт-контракт, «умный» контракт, оплата работ.

Keywords: construction, building information modeling, BIM, blockchain technology, distributed ledger technology, smart contract, payment for work.

Введение

Современные технологии информационного моделирования сокращают время проектирования зданий и сооружений и позволяют повысить прозрачность и эффективность строительства. Полная отслеживаемость всего инвестиционно-строительного процесса с помощью поиска и разрешения коллизий в графиках, объемах в договорах, актах выполненных работ, оптимальности принятых решений и эффективности участников процесса является основной задачей реализации BIM-моделирования в строительстве. И сегодня зарождаются возможности интеграции BIM с технологией блокчейн, что может существенно расширить функционал информационного моделирования. Сегодня остается актуальным и важным вопрос безопасной передачи, защиты и хранения данных, а также вопрос своевременных платежей.

Текущие схемы взаимодействия участников инвестиционно-строительного процесса

На разных стадиях инвестиционного процесса присутствуют и взаимодействуют различные участники. Тем не менее основные распространенные схемы взаимодействия можно сформулировать. При анализе взаимоотношений участников строительного процесса вырисовываются две основные схемы. Одна из них касается использования бюджетных средств, другая — всех остальных случаев инвестиций. Назовем их «бюджетная» и «инвестиционная». В первом случае (рисунок 1) необходимым звеном является государственный (муниципальный) заказчик, который проводит конкурс на выполнение функций технического заказчика, на проектирование, строительство и так далее. При этом финансирование проекта переходит от банковской системы к казначейству.

Рисунок 1. Схема взаимодействия участников инвестиционного процесса с использованием бюджетных средств: одинарная стрелка — договорные отношения; двойная стрелка — административные отношения

На рисунке 1 видно, что даже при бюджетном финансировании подавляющая часть отношений между субъектами инвестиционного процесса оформляется в виде договоров. Административные отношения касаются в основном бюджетного финансирования, земельных отношений, контроля качества проектирования и строительства.

При отсутствии в проекте бюджетных средств распределение функций между участниками определяется договорными условиями и схемы взаимодействия участников более вариативны. В этом случае договорные отношения буквально пронизывают структуру взаимодействия участников строительства. Одна из возможных схем таких взаимоотношений представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема взаимодействия участников инвестиционного процесса без использования бюджетных средств

Формы КС-2 и КС-3 широко применяются в строительной отрасли. Первый документ — акт, который является фактическим подтверждением выполненного объема строительно-монтажных работ.

То есть исполнитель составляет специальный акт, в котором отражает перечень выполненных работ. Затем документ направляется заказчику для согласования. В свою очередь заказчик проводит приемку работ.

Если разногласий нет, то акт подписывается.

На основании подписанного акта создают специальную справку КС-3. Она отражает сведения о стоимости выполненных СМР по действующему договору.

Подписанные обеими сторонами формы КС-2 и КС-3 являются основанием для начала взаиморасчетов между заказчиком и исполнителем.

На основании этих бланков исполнитель выставляет счета-фактуры для оплаты и направляет их в бухгалтерскую службу заказчика.

Законодательно определено, что унифицированная форма КС-2 обязательна к составлению при исполнении любых видов договоров, контрактов или соглашений на выполнение СМР (строительно-монтажных работ), без нее оплата СМР не допускается (Письмо Росстата № 01-02-9/381).

Обязанности по составлению акта возложены на исполнителя. Заказчик, подписав данную бумагу, подтверждает свое согласие с перечнем, видом и объемом выполненных СМР. То есть подпись заказчика говорит об отсутствии разногласий между сторонами.

Общие сведения о технологии Блокчейн

Web 1.0 является ретронимом понятия, которое относится к статусу WWW и любому стилю дизайна веб-сайта, используемому перед появлением термина Web 2.0.

Web 2.0 (определение Тима О’Рейлли) — методика проектирования систем, которые путём учёта сетевых взаимодействий становятся тем более развитыми, чем больше людей ими пользуются. Особенностью веб 2.0 является принцип привлечения пользователей к наполнению и многократной выверке информационного материала. Примеры: блоги, вики-ресурсы, социальные сети.

Web3 — это идея новой итерации Всемирной паутины на основе блокчейна, которая включает в себя такие концепции, как децентрализация и экономика на основе токенов.

Технически блокчейн – это база данных, которая представляет собой распределенный реестр с неизменяемыми данными. С точки зрения бизнеса, блокчейн – безопасная сеть обмена информацией посредством транзакций.

Блокчейн наиболее известен в связи с криптовалютами — это базовая технология для обмена цифровыми монетами, такими как биткойн. Но его можно применять по-разному.

Блокчейн тесно связан с криптографией, а именно с технологией асимметричного шифрования [7].

Публичные и приватные ключи (они же открытые и закрытые ключи) — это неотъемлемый компонент блокчейн-сетей. Они относятся к более широкой области криптографии, известной как Криптосистема с открытым ключом (Public Key Cryptography, PKC) или асимметричное шифрование.

Цель асимметричного шифрования — обеспечить простой переход из одного состояния в другое, сделав обратный процесс практически невозможным. При этом можно продемонстрировать наличие секрета, не раскрывая его. Впоследствии продукт становится односторонней математической функцией. Это делает его идеальным вариантом для проверки подлинности чего-либо (например, транзакции), поскольку подделать его невозможно.

Приватный ключ пользователя — это цифровая подпись. С её помощью он может доказать, что именно он провел транзакцию или отправил сообщение.

Рисунок 3. Односторонняя функция в криптографии

Например, если Алиса захочет отправить Никите сообщение по публичному каналу, она может зашифровать сообщение своим приватным ключом и затем отправить его. С отправляемым Никите по его публичному ключу сообщением Алиса также создает специальное значение. Оно называется хеш-выходом. Никита может расшифровать и прочитать сообщение, используя хеш, сообщение и свой приватный ключ.

В сети Биткойн транзакции представляют собой серию операций пользователей по отправке и получению сообщений (биткойнов) по публичным адресам.

Рисунок 4. Схема отправки зашифрованного сообщения в блокчейне

Преимущества совместного использования технологий блокчейн и BIM в инвестиционно-строительном процессе

При реализации строительных проектов взаимодействуют множество участников. Одной из главных проблем при этом является определение ответственности за то или иное действие, что влечет за собой в первую очередь денежные споры. Технология блокчейн в данном случае выступает независимым и надежным администратором, который регулирует вопросы юридического характера.

В настоящий момент в строительной отрасли активно начинают использоваться технологии информационного моделирования (BIM) объектов строительства. Однако при использовании BIM возникает ряд вопросов, связанных с управлением информацией:

• кому принадлежит BIM модель;
• кто имеет право на изменение и распространение;
• как производить защиту авторских прав и как защитить цифровую интеллектуальную собственность;
• кто несет ответственность за корректность информации;
• за чей счет содержится информационная модель.

Рисунок 5. Схема взаимодействия стейкхолдеров в строительстве

В данном случае технология блокчейн является ключом к решению этих и других юридических проблем.

Использование смарт-контрактов в строительстве позволяет отказаться от посредников, задействованных в обработке договоров и оплаты, а также сократить количество административных документов, что экономит время и деньги.

Одна из самых главных проблем на сегодняшний день – это отслеживание ответственности участников строительства. Довольно часто повторяются ситуации, при которых выделенные средства на реализацию проекта идут не по назначению. Блокчейн в данном случае может использоваться в качестве надежного реестра, в котором легко отслеживать и учитывать все события, и при этом нельзя их изменить в противоправных целях. Другими словами, прозрачная система перевода денежных средств от одного участника строительства к другому строго фиксируется в системе также, как и все журналы работ и объемы материалов, что решает проблему коррупции.

Другая проблема – задержки платежей исполнителям работ. Рассмотрим ситуацию, когда генподрядчик привлекает субподрядчика для выполнения некоторого объема работ. Субподрядчик привлекает собственные средства для выполнения заказанной работы, предполагая безусловную компенсацию денежных средств со стороны заказчика. Однако традиционный договор субподряда не может гарантировать отсутствие залогового обременения нанятых лиц. Проблема в том, что стороны, которые имеют меньшие финансовые возможности, должны надеяться на своевременность внесения крупных платежей по кредитам, что создает потенциально высокие риски банкротства. И чем больше проект и выше ежемесячная норма расходования средств, тем больше риски. Решением проблемы несвоевременности выплат может стать использование смарт-контрактов в рамках технологии блокчейн.

Можно выделить три основных преимущества, которые могут быть получены при совместном использовании BIM и Блокчейн.

Во-первых, координация между моделью BIM и распределенной базой данных, содержащей всю технологическую информацию, обеспечивает создание единого и надежного реестра, создает атмосферу сотрудничества между всеми участниками и прозрачно определяет обязанности и ответственность каждого из них, сокращая или устраняя возникновение любых недоразумений и последующих конфликтов между сторонами.

Во-вторых, для поддержки создания среды сотрудничества распределенная база данных позволяет хранить и отслеживать информацию об интеллектуальной собственности, содержащуюся в ней и введенную каждой из сторон процесса.

В-третьих, внедрение цифровых контрактов, актуально и в проектировании, и на этапе строительства.

Учитывая преимущества, различные государственные администрации стремятся понять потенциальные возможности использования Блокчейн для того, чтобы устранить и оптимально управлять традиционными критическими ситуациями.

Разработка 4D и 5D моделей позволяет обновлять и контролировать ход строительства. Модель BIM позволяет понять фактическое состояние строительных работ, а непрерывное сохранение информации позволяет понять причины и отследить виновных в случае задержек или превышения бюджета. Таким образом, клиент может контролировать фактический ход работ, а обмен информацией, касающейся строительной площадки, является мгновенным и прозрачным.

Применение технологии смарт-контракта подразумевает то, что:

• договор существует в электронном виде, и проверка условий сделки реализована в программном коде;
• исключены любые манипуляции с кодом благодаря децентрализации;
• подкрепление договора электронной подписью лиц, участвующих в сделке;
• нет необходимости в страховании, обеспечении гарантий, найме посредников;
• подтверждение выполнения операции распределено на много участников и означает отсутствие единой «точки отказа».

После заключения смарт-контракта с помощью электронных подписей стороны, используя клиентское ПО для доступа к блокчейну, приглашаются в базу данных управления и финансирования проекта.

Субподрядная организация, может загружать выполненную часть проекта (3D-модель) в базу данных. В свою очередь, генеральный подрядчик устанавливает факт выполнения или невыполнения работы.

Финансовая сторона смарт-контракта состоит в предварительном переводе платежей непосредственно до начала работы исполняющей стороны. Средства остаются в заблокированном виде до тех пор, пока не будет установлен факт выполнения работ, а соответственно до тех пор, пока условия не будут выполнены.

Но есть некоторые проблемы, которые препятствуют оперативному широкомасштабному внедрению технологии:

• низкая информированность населения о технологии блокчейн;
• недостаточная заинтересованность государства в текущий момент;

• потребность актуализации и адаптации юридической и законодательной базы;
• дефицит квалифицированных специалистов, которые смогли бы массово и планомерно внедрять данную технологию.​

Пример реализации инвестиционно-строительного процесса при помощи взаимной интеграции BIM и блокчейна

Рисунок 6. Схема взаимодействия стейкхолдеров

Смарт-контракт в автоматическом режиме позволяет выполнять условия, заложенные этим контрактом и некоторые действия при возникновении этих условий [1]:

1) подрядчик заявил что выполнил те или иные работы, отметил в BIM модели конкретные элементы, работа над которыми производилась

2) генподрядчик эти элементы принял

3) система автоматически посчитала объемы выполненных работ по этим элементам (из BIM)

5) технический надзор сказал что не имеет претензий по качеству этих элементов на основе полученной 3D-модели и реально построенного объекта.

6) все остальные стейкхолдеры также подтвердили выполнение работ.

Все заявки и подтверждения происходят в системе автоматически.

При выполнении вышеуказанных условий происходит автоматическая заявка на списание средств банка расчетного счета застройщика, эскроу-счета, счета кредитного финансирования.

Когда мы говорим что подтверждение объемов и подтверждение информации осуществляется на основе аналитики достоверных, подтвержденных всеми участниками событий, данных, которые впоследствии невозможно изменить, мы можем смело требовать и смело просить банк внедрять систему безакцептного списания средств за выполненные работы непосредственно в счет исполнителя работ.

Набор строительных событий копируется и записывается в блоки информации, создаются определенные информационные блоки с изменениями в динамической базе данных.

Рисунок 7. Визуальное представление BIM-модели входной группы панельного дома

Каждое строительное событие привязывается и соответствует каждому элементу BIM модели.

Строительные события копятся в блок, блок шифруется хешем, в каждом блоке есть информация о предыдущем блоке, ни одно строительное событие не теряется, оно имеет структуру предыдущих событий, мы можем увидеть хронологию событий, какие работы за какими выполнялись, где могла бы произойти ошибка.

Формируя это в блоки, кодируя хэшем и помещая в общий блокчейн в распределенную БД (одновременно актуальный экзепляр БД находится у всех участников блокчейна) мы получаем достоверную, защищенную от взлома информацию, на основании которой мы можем формировать смарт-контракт, который будет автоматически выполнять те или иные действия при соблюдении определенных условий.

Участники системы получают возможность очень быстро и с минимальными затратами по технике развернуть у себя узел (компьютер) – участник системы распределенной БД, который имеет право верифицировать те или иные информационные транзакции, вносить изменения в БД и подтверждать изменения, внесенные другими участниками.

Ни одно событие в БД не записывается как действительное, пока 51% участников не подтвердили, что они согласны с этим изменением (в разных ситуациях требуется проставление галочки или ЭЦП ответственного сотрудника). Это еще больше повышает доверие между участниками системы.

Информация обо всех элементах BIM модели в соответствии с графиком производства работ и в соответствии с ресурсами, которые использованы, оперативно и регулярно попадает в блокчейн, записывается и фиксируется.

Блокчейн записывается и далее используется как инструмент, которым пользуются абсолютно все участники инвестиционно-строительного процесса по конкретному строительному объекту.

Варианты реализации технологии

Исследования разрешенных и публичных блокчейн-платформ, таких как Ethereum со смарт-контрактами, реализуемыми на языке программирования Solidityб показывают, что их использование было бы особенно полезно в проектах, где заинтересованные стороны географически далеко, и трудно естественным образом установить доверие.

Также возможен вариант использования специализированных непубличных блокчейнов, созданных на платформе Hyperledger Fabric. Но в данном случае возможен сценарий сговора участников в связи с небольшим количеством узлов сети и «атаки 51%».

Hyperledger Fabric — платформа для решений на основе распределенного реестра, имеющая модульную архитектуру и обеспечивающая высокий уровень конфиденциальности, устойчивости, гибкости и масштабируемости. Компоненты Hyperledger Fabric представляют из себя Docker контейнеры, которые можно свободно скачать из DockerHub. Hyperledger Fabric также можно запустить в Kubernetes среде.

Для написания смарт-контрактов (chaincode в контексте Hyperledger Fabric) часто используется Golang (хотя Hyperledger Fabric позволяет использовать и другие языки). Для разработки пользовательского приложения могут использоваться различные стеки технологий с соответствующими Hyperledger Fabric SDK.

Заключение

В работе описаны существующие схемы взаимодействия, которые распространены в настоящее время. Исследование имело своей целью

Использование блокчейна в строительной отрасли еще предстоит серьезно исследовать и интегрировать в существующее законодательство. Но неоспоримые преимущества технологии и выгоды для участников инвестиционно-строительного процесса позволяют сделать вывод, что у данной технологии может быть большое будущее в исследуемой сфере.

Основные преимущества технологии блокчейн, которые обосновывают ее применение в инвестиционно-строительной деятельности:

• децентрализация – блокчейн не имеет единого центра управления и хранения, а распределен между всеми участниками сети и в автоматическом режиме синхронизируется;
• сохранность гарантируется множественным дублированием данных среди всех участников сети, а благодаря специфике построения системы хранимую информацию невозможно изменить или удалить;
• высокая скорость операций благодаря тому, что транзакции проходят напрямую между участниками сети, вне зависимости от их расположения;
• снижение транзакционных расходов в связи с тем, что нет необходимости прибегать к услугам посредников.

Основные проблемы в строительном процессе, которые решаются применением технологии:

• отслеживание ответственности участников строительства;
• уменьшение числа посредников в инвестиционно-строительной деятельности
• прозрачность и контролируемость строительной деятельности со стороны всех участников;
• задержки платежей исполнителям работ.

Основные проблемы, препятствующие внедрению технологии: потребность актуализации и адаптации юридической и законодательной базы, слабая заинтересованность государственных органов, недостаток квалифицированных специалистов, которые могли бы массово внедрять данную технологию, а также недостаточная информированность населения и работников строительной сферы о технологии.

В исследовании рассмотрены стеки технологий для реализации исследуемой технологии.

Исходя из исследования, актуальной задачей строительной сферы становятся осознание значимости новых технологий передачи, защиты, хранения данных при совместном использовании с BIM-технологиями, а также решение проблем, связанных с развитием BIM и глобальной цифровизацией.

Список литературы:

1. BIM и Blockchain: будущее проектного финансирования строительных объектов. / А. А. Горулев. – Изображение (движущееся ; двухмерное): видео. // Университет Минстроя : сайт. – 2020. – URL: https://niisf.org/obuchenie/format-obucheniya/vebinary/vebinar-bim-i-blockchain-budushchee-proektnogo-finansirovaniya-stroitelnykh-ob-ektov (дата обращения 04.07.2021)
2. Блокчейн в строительстве. – Текст: электронный. // Tadviser.ru : сайт. – 2018. – URL: https://www.tadviser.ru/index.php/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F:%D0%91%D0%BB%D0%BE%D0%BA%D1%87%D0%B5%D0%B9%D0%BD_%D0%B2_%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B5 (дата обращения 04.07.2021)
3. Влияние цифровых технологий на трансформацию взаимотношений в строительной отрасли. / Батукаева Л. С-Э., Хаджиев М. Р. – Текст: электронный. – Режим доступа: для зарегистрированных пользователей. // eLIBRARY.RU – научная электронная библиотека : сайт. – 2018. – URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_36847976_99955727.pdf (дата обращения 04.07.2021).
4. Использование технологии блокчейн в сфере строительства и информационного моделирования. / А.С. Болотова, М.А. Радченко. – Текст: электронный. – Режим доступа: для зарегистрированных пользователей. // eLIBRARY.RU – научная электронная библиотека : сайт. – 2021. – URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_46294167_61300332.pdf (дата обращения 22.05.2022)
5. Совершенствование организационно-технологических моделей управления девелоперскими проектами на основе технологии «блокчейн». / В. В. Березка. – Текст: электронный. – Режим доступа: для зарегистрированных пользователей. // eLIBRARY.RU – научная электронная библиотека : сайт. – 2018. – URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_36332741_74641854.pdf (дата обращения 04.07.2021).
6. Управление жизненным циклом объекта строительства на основе технологии информационного моделирования. / А. С. Букунов. – Текст: электронный. – Режим доступа: для зарегистрированных пользователей. // eLIBRARY.RU – научная электронная библиотека : сайт. – 2018. – URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_35506599_38645150.pdf (дата обращения 04.07.2021).
7. Что такое публичные и приватные ключи? – Текст: электронный. // ledger.com – информационный ресурс : сайт. – 2022. – URL: https://www.ledger.com/ru/academy/что-такое-публичные-и-приватные-ключи (дата обращения 17.11.2022)
8. Экономика строительства. В 2 частях. Ч. 1 : учебник и практикум для вузов / А. С. Павлов. – Текст: электронный. – Режим доступа: для зарегистрированных пользователей. // urait.ru – научная электронная библиотека : сайт. – 2022. – URL: https://urait.ru/viewer/ekonomika-stroitelstva-v-2-ch-chast-1-490481 (дата обращения 17.11.2022)