[论文解读] Construction Payment Automation Using Blockchain-Enabled Smart Contracts and Reality Capture Technologies

Hesam Hamledari, Martin Fischer|arXiv (Cornell University)|Oct 28, 2020

BIM and Construction Integration参考文献 74被引用 6

一句话总结

本文提出了一种基于区块链的智能合约系统，通过整合无人机（UAV）和无人地面车辆（UGV）的实景捕捉数据与建筑信息模型（BIM），实现施工进度付款的自动化。该系统将进度证据存储在分布式账本上，自动触发链上付款和留置权转让，并成功在两个项目中为7家分包商实现了更高频次、更精细粒度和更高透明度的付款处理。

ABSTRACT

This paper presents a smart contract-based solution for autonomous administration of construction progress payments. It bridges the gap between payments (cash flow) and the progress assessments at job sites (product flow) enabled by reality capture technologies and building information modeling (BIM). The approach eliminates the reliance on the centralized and heavily intermediated mechanisms of existing payment applications. The construction progress is stored in a distributed manner using content addressable file sharing; it is broadcasted to a smart contract which automates the on-chain payment settlements and the transfer of lien rights. The method was successfully used for processing payments to 7 subcontractors in two commercial construction projects where progress monitoring was performed using a camera-equipped unmanned aerial vehicle (UAV) and an unmanned ground vehicle (UGV) equipped with a laser scanner. The results show promise for the method's potential for increasing the frequency, granularity, and transparency of payments. The paper is concluded with a discussion of implications for project management, introducing a new model of project as a singleton state machine.

研究动机与目标

• 通过自动化基于进度的拨款，消除施工中集中化、中介化的付款流程。
• 利用实时现场数据，弥合物理进度（产品流）与财务现金流之间的差距。
• 利用区块链与智能合约，开发一种无需信任、透明且可审计的付款系统。
• 整合实景捕捉技术（无人机、无人地面车辆）与BIM，实现对进度的客观验证。
• 提出一种新的项目管理模型，使施工项目作为单一状态机运行。

提出的方法

• 使用配备摄像头的无人机和激光扫描无人地面车辆采集进度数据，提供高分辨率、地理参照的现场影像和三维模型。
• 实景捕捉输出结果存储在内容寻址的分布式文件系统（如IPFS）中，以确保数据不可篡改且可验证。
• 将进度证据的哈希值广播至基于区块链的智能合约，实现自动验证与执行。
• 智能合约在预设条件（如里程碑完成）经由采集数据验证后，自动执行付款拨付。
• 付款执行成功后，自动将留置权转移至分包商，减少纠纷。
• 系统与BIM模型集成，实现物理进度与数字项目计划的对齐，支持自动比对与验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何利用基于区块链的智能合约，基于实时进度数据实现施工付款结算的自动化？
• RQ2 实景捕捉技术（无人机与无人地面车辆）在多大程度上能提供可靠、可验证的施工进度证据，以支持财务拨款？
• RQ3 将分布式存储（如IPFS）与区块链结合，如何提升进度数据的完整性与可审计性？
• RQ4 该系统对施工项目中的付款频率、透明度及行政负担有何影响？
• RQ5 施工项目能否被建模为单一状态机？这对项目管理与自动化有何影响？

主要发现

• 该系统成功利用无人机和无人地面车辆的实时数据，在两个商业施工项目中为7家分包商实现了付款自动化。
• 由于进度的自动近实时验证，付款频率显著提高，减少了传统系统中常见的延迟。
• 使用内容寻址存储（IPFS）确保了数据的不可篡改性与可验证性，增强了对进度记录的信任。
• 付款执行成功后，留置权被自动转移，降低了法律与行政成本。
• BIM与实景捕捉的集成实现了数字模型与物理进度的精确对齐，提升了数据准确性。
• 作为单一状态机的项目管理模型得到验证，实现了确定性、可审计且透明的状态转换。