[論文レビュー] Blockchain and BIM (Building Information Modeling): Progress in Academia and Industry

Michael Kuperberg, Matthias Geipel|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2021

Digital Transformation in Industry参考文献 35被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、学術界および産業界におけるブロックチェーンと建築情報モデリング（BIM）の統合をレビューし、改ざん不能なデータ共有、監査可能性、セキュアな共同作業を実証するプロトタイプや概念実証の実装を強調している。研究関心の高まりと初期の技術的プロトタイプにもかかわらず、商業的採用は限定的であり、2021年時点で唯一の市販製品（BIMCHAIN）と、広範なエンタープライズグレードの展開は存在しない。

ABSTRACT

In construction, BIM (Building Information Modeling) promises to increase quality of data and to provide a shared, uniform view to all parties. While BIM tools and exchange formats exist, the distribution and safeguarding of data is an ongoing challenge. Distributed Ledger Technology and Blockchains offer a possible solution to this task, and they promise quality attributes such as tamper resistance, traceability/auditability and safe digitalization of assets and intellectual property. However, the practical application and adoption of Distributed Ledger Technology in the built environment requires a good understanding of tool maturity, performance and standardization. Also, user-oriented integration of BIM tools with the blockchain backend needs attention. The contribution of this paper is an overview over both industrial and academic progress at the intersection of BIM and blockchains/DLT.

研究の動機と目的

• ブロックチェーン技術と建築情報モデリング（BIM）の交差分野における、現在の研究状況と産業応用の状態を評価すること。
• データ整合性、トレーサビリティ、システム相互運用性といった、BIMワークフローへのブロックチェーン統合における主な課題を特定すること。
• 既存のプロトタイプおよび製品の成熟度を評価し、学術的コンセプトと実世界の展開との間のギャップを特定すること。
• 分散型台帳技術（DLT）が建設プロジェクトのデータ管理における透明性、責任性、セキュリティをどのように向上させるかを検討すること。
• スマートコントラクトおよび分散型システムの可能性を検討し、複数のステークホルダー間で信頼に基づいたBIMプロセスを実現するための協働的プロセスを可能にすること。

提案手法

• 2019年以降の学術論文および産業プロジェクトを対象とした、BIMおよびブロックチェーン/DLT統合に関する体系的サーベイ。
• Ethereum、Hyperledger Fabric、その他のブロックチェーンプラットフォームを用いた技術的プロトタイプの分析により、実現可能性と実装詳細を評価。
• プラグインおよびAPIを介したBIMツール（例：Revit、Rhino）とブロックチェーンバックエンドとの統合アプローチの評価。
• スケーラブルかつ分散型のデータ処理を支援するため、一部のプロトタイプでIPFSを用いた分散型ファイルストレージの使用。
• BIMデータ管理の文脈において、許可型（例：Hyperledger Fabric）とパブリックブロックチェーン（例：Ethereum）の比較。
• ステークホルダーの相互作用を自動化するためのスマートコントラクトの使用の評価、例：モデル提出、承認ワークフロー、サプライチェーン追跡。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 学術界および産業界におけるBIM関連プロジェクトにおけるブロックチェーン技術の成熟度と採用レベルは、現在どの程度か？
• RQ2 既存のプロトタイプは、BIMツールをどのようにブロックチェーンバックエンドと統合しているのか。この統合に伴って生じる技術的課題は何か？
• RQ3 ブロックチェーンがBIMワークフローにもたらす主な品質特性（監査可能性、改ざん不能性、データ整合性など）は何か？
• RQ4 強力な学術的関心と概念実証の実装にもかかわらず、なぜブロックチェーン-BIMソリューションの商業的採用はまだ始まったばかりなのか？
• RQ5 現在の実装は、どの程度エンタープライズグレードのDLTプラットフォームを活用しているのか。パブリックブロックチェーンと比較して、パフォーマンスおよびスケーラビリティの観点からどのように異なるのか？

主な発見

• 2021年現在、BIMとブロックチェーンを統合する唯一の商用製品（BIMCHAIN）が確認されたが、2018年のベータ版リリース以降、更新は行われていない。
• 大多数の学術論文は概念的フレームワークや概念実証プロトタイプに焦点を当てており、Ethereum、Hyperledger Fabric、またはカスタムシミュレータを用いた実装済みプロトタイプを記述する論文はわずか4篇にとどまる。
• Dounasら（2020年）のプロトタイプは、Grasshopperおよびスマートコントラクトを介したRevitとEthereumの成功した統合を示しており、GitHubでソースコードが公開されている。
• 分散型ファイルストレージとしてIPFSが一般的に使用されているが、デフォルトで公開性を持つ性質のため、プライバシー上の懸念が生じる。
• 関心の高まりにもかかわらず、R3 Corda や Quorum といったエンタープライズグレードのDLTプラットフォームは最近の文献でほとんど言及されておらず、Ethereum や Hyperledger Fabric よりもアクセスしやすいプラットフォームへの傾向がうかがえる。
• Yangら（2020年）の体系的サーベイでは、調査された27件のうち23件が「イニシャルフェーズ（Inception）」に分類され、わずか4件のみが「プロトタイプ（Proof-of-concept）」に分類された。これは、分野が依然として初期の研究段階にあり、実世界での検証は限定的であることを示している。