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Blockchain e smart contract nel settore delle costruzioni

Blockchain e smart contract nel settore delle costruzioni

Tempo di lettura stimato: 9 minuti

L’integrazione della Blockchain e degli smart contract nel flusso informativo del settore delle costruzioni: un caso pratico

Per monitorare le attività relative ai cantieri AEC, occorre produrre una grande quantità di dati, informazioni, documenti ed elaborati.

L’approccio BIM tenta di gestire questo flusso di informazioni grazie ad ambienti di condivisione dati, veri e propri  ambienti comuni in cui ciascuna figura coinvolta può condividere i propri dati (CDE – Common Data Environment). Spesso, però, il semplice ricorso ad ambienti di condivisione dati non è sufficiente ad organizzare al meglio la comunicazione tra gli addetti ai lavori e ad eliminare del tutto l’errore umano.

In questo articolo analizziamo vediamo come l’uso di Blockchain e smart contract nei flussi di informazioni gestiti nei CDE possa ottimizzare i flussi informativi e gli scambi nel settore dell’edilizia, ridurre l’errore umano e aumentare l’affidabilità dei processi decisionali nei cantieri approfondendo il caso studio condotto dal Dipartimento di Strutture per l’Ingegneria e l’Architettura e dal Dipartimento di Ingegneria Informatica e dei Sistemi dell’Università di Napoli Federico II (V. Ciotta, G. Mariniello, D. Asprone, A. Botta, G. Manfredi).

Cos’è la Blockchain e cosa sono gli smart contract

Prima di analizzare il caso studio condotto dai Dipartimenti dell’Università di Napoli, vediamo rapidamente cos’è la Blockchain e cosa sono gli smart contract.

La Blockchain è una catena virtuale di blocchi che contengono informazioni. Costituisce un registro digitale, distribuito e completamente aperto a chiunque, in cui le informazioni diventano praticamente immodificabili, ineliminabili e garantite da un sistema di codici crittografati. Lo scopo è quello di consentire il processo di registrazione degli scambi (valori, denaro, informazioni, ecc.) e di tracciare in modo sicuro gli asset. La Blockchain si inserisce nella più ampia famiglia dei Distributed Ledger, ossia sistemi che si basano su un registro distribuito, che può essere letto e modificato da più nodi di una rete. La caratteristica fondamentale è, dunque, la decentralizzazione delle informazioni.

Entrando nello specifico, le caratteristiche dei sistemi sviluppati con le tecnologie Blockchain e Distributed Ledger sono:

  • digitalizzazione dei dati
  • decentralizzazione
  • disintermediazione
  • tracciabilità dei trasferimenti
  • trasparenza e verificabilità
  • immutabilità del registro
  • programmabilità dei trasferimenti.

Queste caratteristiche rendono la Blockchain un’alternativa sicura, affidabile ed economica alle banche dati e ai registri gestiti in maniera centralizzata da autorità regolamentate, come nel caso della pubbliche amministrazioni, delle banche, delle società assicurative, ecc.

Lo smart contract (contratto intelligente) è un’innovativa forma contrattuale che permette a due o più soggetti di stipulare un qualsiasi contratto senza ricorrere ad intermediari (notai, banche, ecc.) e senza incontrarsi di persona.

Tutto avviene in automatico, grazie a codici informatici che validano la formula contrattuale automaticamente, al verificarsi di determinate condizioni prestabilite dai contraenti stessi. In questo modo si elimina la possibilità, per una delle parti coinvolte, di decidere arbitrariamente di non rispettare pagamenti e/o condizioni stabilite.

In pratica gli smart contract sono programmi software eseguiti in maniera distribuita dai miner (chi mette a disposizione i suoi computer per il processo di mining) di una rete basata su Blockchain.

I contratti intelligenti accettano parametri (come input) tramite transazioni Blockchain in entrata, elaborano questi parametri secondo un algoritmo deterministico e generano (come output) un cambiamento di stato nella memoria del contratto intelligente o una nuova transazione Blockchain.

Da notare che l’interesse della Blockchain nel settore AEC è andato via via crescendo. Come mostra l’immagine sotto, nel settore delle costruzioni si è iniziato a parlare in modo consistente di Blockchain solo dal 2016 e le ricerche in tal senso sono esponenzialmente cresciute tra il 2019 e il 2020. Questo dimostra che tutto sommato si parla di un settore di ricerca ancora giovane e tutto da sperimentare.

Analisi dei risultati di ricerca sulla Blockchain nel settore nelle costruzioni

Analisi dei risultati di ricerca sulla Blockchain nel settore nelle costruzioni negli ultimi sei anni

Per approfondire leggi anche gli articoli:

Integrazione di smart contract e Blockchain nei processi collaborativi nel settore delle costruzioni

L’adozione della metodologia BIM prevede flussi di lavoro di tipo collaborativo per gestire tutte le informazioni durante l’intero processo di costruzione. La collaborazione e lo scambio delle informazioni avvengono nel Common Data Environment (CDE), definito dalla ISO 19650-1:2019 come:

fonte concordata di informazioni per un dato progetto o asset, per la raccolta, la gestione e la diffusione di ogni contenitore di informazioni attraverso un processo gestito.

Se prendiamo in esame la realizzazione di sistemi strutturali, gli scambi di informazioni possono includere:

  • modelli BIM;
  • particolari costruttivi;
  • documentazione tecnica, ad esempio rapporti d’ ispezione, rapporti di accettazione dei materiali e certificati di collaudo;
  • atti contabili.

Questa documentazione è generalmente generata in PDF e scambiata tra le parti interessate tramite posta elettronica. Questo implica che, con il metodo tradizionale, il mittente scarichi la documentazione dal suo CDE e la invii come allegato al destinatario, che a sua volta deve scaricarla sul proprio pc per poi caricarla sul CDE.

Oltre ad essere un processo ormai macchinoso, le e-mail e gli allegati possono essere facilmente persi o confusi.

Tali criticità possano essere superate introducendo lo strumento della Decentralized Application (DApp) che, basato sulla tecnologia Blockchain, sfrutta il CDE e i contratti intelligenti per supportare gli scambi di documentazione,  tracciare i flussi di informazioni tra i CDE e rendere sicuri i contenuti scambiati.

Precisiamo che le DApp sono applicazioni simili alle app tradizionali, che al posto di appoggiarsi su server centralizzati sfruttano le piattaforme Blockchain e il loro network distribuito. Le app tradizionali sono dipendenti da marketplace centralizzati (come Google Play o l’Apple Store), le DApp invece, sfruttando le funzionalità di pagamento già integrate nella Blockchain, possono funzionare indipendentemente da marketplace centralizzati. Le DApps sono in grado di interagire utilizzando contratti intelligenti con le Blockchain e consentire agli utenti di eseguire operazioni tramite interfacce utente sviluppate ad-hoc.

In particolare, lo strumento permette:

  • il trasferimento automatico di informazioni tra diversi CDE
  • la creazione e il trasferimento automatico di documenti di trasmissione
  • la creazione di impronte hash dei contenitori di informazioni da caricare nella Blockchain
  • la certificazione dei metadati principali dei flussi d’informazione (mittente, destinatario, data, tipo di contenitore di informazioni)
  • il richiamo di informazioni dalla Blockchain per supportare le attività di verifica.

In pratica, prima di consegnare i contenitori di informazioni al CDE destinatario, lo strumento interagisce con uno smart contract che genera una trasmissione su una Blockchain, consentendo anche attività di verifica dei contenuti informativi.

Questo processo migliora la trasparenza e l’affidabilità delle informazioni e può prevenire controversie relative ai cantieri edili, perché tutti gli eventi significativi sono tracciati sulla Blockchain e possono essere recuperati quando necessario.

Livelli di implementazione degli smart contract

L’affidabilità del processo può sensibilmente migliorare se si adottano contratti intelligenti avanzati.

Infatti, gli smart contract possono essere implementati nei flussi di informazioni tra CDE di livelli crescenti di complessità e automazione, come riportato di seguito:

  • Livello di base: lo smart contract genera automaticamente una trasmissione ogni volta che c’è un trasferimento di contenitori di informazioni da un CDE ad un altro e registra anche l’impronta Hash dei contenitori scambiati
  • Livello intermedio: lo smart contract raccoglie i consensi di più parti prima di scambiare contenitori di informazioni
  • Livello avanzato: lo smart contract esegue valutazioni automatiche dei contenitori di informazioni scambiati in relazione al loro formato, dimensione, struttura e contenuto dei dati. Per esempio si serve dell’implementazione di sistemi IoT e algoritmi di intelligenza artificiale (AI) per il monitoraggio dei lavori di costruzione permette di valutare automaticamente la validità dei contenitori di informazioni scambiati, sulla base delle regole stabilite negli smart contract. In definitiva, un algoritmo sarà in grado di verificare la corrispondenza tra il modello modello as-built e la realtà sul terreno, approvando così, o almeno suggerendo l’approvazione dei certificati di pagamento intermedio.
Diagramma che schematizza uno smart contract di livello base

Blockchain e smart contract di livello base nel settore delle costruzioni

I livelli I e II possono affrontare la gestione dei documenti di cantiere relativi ai sistemi strutturali.

Lo scopo della documentazione è di raccogliere informazioni su un cantiere che non potrebbero essere ottenute in altro modo. Questi dati si riferiscono per lo più a compiti temporanei e i documenti che quindi li contengono sono generalmente firmati da più parti interessate per garantire la condivisione delle responsabilità.

Diagramma che schematizza uno smart contract di livello intermedio

Blockchain e smart contract di livello intermedio nel settore delle costruzioni

Il livello III si occupa di apportare miglioramenti all’approccio tradizionale basato sulla carta, che sarebbe altrimenti inefficiente. Questo livello costituisce un significativo miglioramento rispetto all’approccio attuale e può risolvere diversi problemi aggiuntivi (errori, tempi lunghi, ecc.) legati ai tipici e complessi compiti svolti dall’uomo in questo scenario.

Diagramma che schematizza uno smart contract di livello avanzato

Blockchain e smart contract di livello avanzato nel settore delle costruzioni

La prima implementazione di uno smart contract di livello base: il caso studio dell’Università di Napoli

Per valutare i benefici e i limiti di questo approccio analizziamo il caso studio dell’Università di Napoli: la prima implementazione di Blockchain e smart contract di livello base nel settore delle costruzioni.

Per scambiare documenti tra CDE, è stata impiegata una DApp basata sulla Blockchain di Ethereum, poiché è stata la prima ad avere funzionalità legate allo smart contract e poiché il suo linguaggio nativo, Solidity, è quello più utilizzato dagli sviluppatori e garantisce che il codice possa essere riutilizzato su diverse Blockchain.

In questa prima applicazione, i file sono stati trasmessi tra due cloud personali che permettono di simulare lo scambio di dati tra CDE generici. E’ stato creato uno smart contract di livello base per comunicare con la Ethereum Blockchain, utilizzando il linguaggio Solidity.

schema che mostra la notarizzazione sulla blockchain dei flussi di informazioni tra CDE

Blockchain e scambio dei flussi di informazioni tra CDE

La fiducia degli attori nell’identità di coloro che possono effettivamente interagire con lo smart contract è assicurata dalla definizione di una lista di utenti identificati nello smart contract con i loro
indirizzi. Inoltre, la DApp associa ad ogni utente un nome definito sulla base degli accordi stipulati tra i partecipanti. Dopo la distribuzione dello smart contract sulla Blockchain, nuovi utenti possono essere abilitati attraverso una specifica funzione che solo gli utenti già abilitati possono utilizzare.

Successivamente, lo smart contract gestisce il trasferimento tra gli utenti di un file generico. Più specificamente, all’inizio dello smart contract, si definisce la struttura del registro delle trasmissioni dove i primi sette campi (l’indirizzo del mittente, l’indirizzo del destinatario, il nome del contenitore delle informazioni scambiate, il tipo di contenitore di informazioni scambiate, la funzione Hash di ogni contenitore di informazioni scambiate, il numero del blocco, la data), che sono immutabili, sono inizializzati ogni volta che viene inviato un file. Gli ultimi due campi (current_version e fileHash_New) possono variare perché permettono di gestire il versionamento dei file.

Lo smart contract proposto permette di gestire:

  •  l’autenticità dei file: la funzione “verifica della trasmissione” permette di confermare che un generico file, inviato nella trasmissione “i”, è autentico. Questo è ottenuto confrontando un hash del file generato quando l’hash è stato caricato sulla Blockchain al momento della trasmissione
  • il versioning di un file generico: la funzione “aggiungere la trasmissione” rende possibile aggiornare la versione di un file precedentemente trasmesso che il sistema identifica dal suo hash. La distinzione tra una nuova trasmissione e una trasmissione per aggiornare un file è gestita automaticamente a livello di DApp.

Ricordiamo che un hash è un codice identificativo univoco che ha la funzione di rappresentare un blocco della Blockchain e tutto il suo contenuto. Una volta creato un blocco, viene automaticamente definito il suo hash. Cambiare qualcosa all’interno del blocco comporta la modifica dell’hash. Questo sistema, dunque, è necessario per rilevare eventuali modifiche ai blocchi: infatti, se l’hash cambia significa che il blocco in questione non è più lo stesso blocco. Questo è l’espediente che rende la Blockchain così sicura.

Un applicazione nel processo di costruzione di una struttura

In edilizia, il processo di assemblaggio di un sistema strutturale richiede sia attività pratiche che di supervisione da intraprendere in cantiere.
Gli appaltatori realizzano la struttura, mentre gli ingegneri strutturali e civili supervisionano il lavoro di costruzione e assicurano la sicurezza strutturale.

Il caso studio vuole dimostrare il potenziale della Blockchain in relazione ad alcune di queste attività di controllo e supervisione del cantiere.

Lo strumento utilizzato in questo esempio permette ad un componente del processo di esplorare il proprio CDE nel menu ad albero; contemporaneamente egli è in grado di vedere dalla tabella tutte le trasmissioni già effettuate. Un dipendente con accreditamento di terzi accede quindi ad un contenitore di informazioni, lo strumento calcola il suo hash e l’impiegato lo trasferisce al CDE distribuito del tecnico incaricato.

Il tecnico può usare lo strumento per vedere tutti i contenitori di informazioni che ha ricevuto nel suo CDE con le specifiche di ogni transazione. Queste specifiche includono informazioni sul mittente, il blocco dove risiede la trasmissione, la data e la verifica della versione valida.

Inoltre, può verificare se le informazioni ricevute nel CDE siano state certificate sulla Blockchain.

Schema che mostra come richiamare informazioni dalla blockchain

Verifica delle informazioni grazie all’impiego di smart contract e Blockchain

Una volta che l’ingegnere addetto al controllo della struttura ha ricevuto la “relazione a struttura ultimata”, deve certificare l’esistenza di tutti gli allegati in essa contenuti e la loro la loro correttezza formale e sostanziale. Lo strumento può essere impiegato per interrogare lo smart contract che viene adottato per richiamare informazioni dalla Blockchain al fine di verificare l’autenticità e validità di tutti i contenitori di informazioni allegati.

In conclusione l’approccio basato sulla Blockchain può risolvere le comuni criticità relative all’utilizzo dell’approccio tradizionale che richiede l’intervento umano in varie fasi e che non garantisce l’affidabilità dei dati trasmessi e la trasparenza delle decisioni prese perché le attività sono in gran parte manuali e a discrezione delle persone che le eseguono. L’uso di un approccio basato sulla tecnologia Blockchain permette l’introduzione di smart contract che impiegano procedure condivise per verificare le informazioni trasmesse.

Questo aumenta l’affidabilità e la qualità dei dati scambiati e la trasparenza dei processi decisionali a causa del livello di complessità che è possibile con gli smart contract utilizzati. Infatti, l’affidabilità e la trasparenza sono massimizzate quando si adottano contratti intelligenti avanzati.

Clicca qui per scaricare lo studio condotto dall’Università di Napoli

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