Blockchain im Bauhauptgewerbe

Blockchain und deren zugrundeliegende Distributed-Ledger Technologie (DLT) gehören seit Jahren zu den grossen umwälzenden Kräften im Bereich Digitalisierung. Mittlerweile ist die Technologie viel mehr als ein Buzzword und hat bereits zahlreiche Unternehmen und Industrien nachhaltig beeinflusst. Mit der Bereitstellung einer vertrauenswürdigen Infrastruktur hat Blockchain das Potenzial, Transparenz, Vertrauen und Kollaboration in der Bauindustrie nachhaltig zu verbessern. Im Bauhauptgewerbe finden Blockchain und andere DLT bislang keine breite Anwendung. Das Potenzial ist hingegen vielversprechend: Durch die mehrheitlich dezentrale Verteilung von Bauprojekten entstehen strukturell bedingte Herausforderungen, die es zu bekämpfen gilt. Um komplexe Bauprojekte erfolgreich abzuschliessen, wird gegenseitiges Vertrauen zwischen den involvierten Parteien benötigt.

 

Theoretisches Grundgerüst

1. Was ist Blockchain?

Eine Blockchain ist eine auf Distributed-Ledger Technologie basierte Liste von miteinander verknüpften Datensätzen, die kontinuierlich erweitert werden kann. Die Verknüpfung der Datensätze erfolgt dabei kryptographisch, also durch ein verschlüsseltes Verfahren. Die Datensätze werden auch Blöcke genannt und enthalten neben Zeitstempel und Transaktionsdaten jeweils einen einmaligen verschlüsselten Hash, also Streuwert, des vorhergehenden Blocks. Ein Block baut demnach auf den vorherigen auf und bestätigt diese als korrekt. Somit wird eine Manipulation oder Löschung von vorherigen Blöcken verunmöglicht, ohne gleichzeitig alle späteren Blöcke ebenfalls zu zerstören. Ein einzelner Block kann bis zu mehreren tausend Transaktionen speichern.

Blockchain bietet eine dezentrale, fast fälschungssichere, transparente und (im Idealfall) autoritätsfreie virtuelle Infrastruktur mit zahlreichen Anwendungsgebieten, von alternativen Währungs- und Zahlungssystemen über smarte Verträge, Buchführung, Dokumentation und Prognostik bis hin zu E-Voting oder Charity.

2. Wie funktioniert Blockchain?

In einer Blockchain wird jeder Beleg in einem Block mit den folgenden Informationen gespeichert:

• Transaktionsdaten (Sender, Empfänger, Betrag)
• Zeitstempel der Transaktion
• Eine einmalige kryptographische Signatur, genannt Hash, die auf den vorherigen Block verweist

So werden alle Transaktionen in einer Blockchain in einer Kette von miteinander verbundenen Blöcken gespeichert. Ist ein Block einmal an die Blockchain angehängt, kann er nicht mehr manipuliert werden. Diese Unveränderlichkeit von historischen Transaktionen ist ein grosser Vorteil der Blockchain gegenüber traditioneller Buchhaltung. Falls ein vergangener Datensatz doch mutiert werden soll, wird die Anpassung automatisch mit allen Büchern auf dem Netzwerk abgeglichen und validiert. Falls die Anpassung genehmigt wird, speichert die Blockchain die neue Transaktion und verlinkt sie kryptographisch mit dem vorherigen Block.

Typischerweise verläuft eine Blockchain-Transaktion folgendermassen: Zuerst wird eine Transaktion beantragt (1). Dies geschieht, wenn z.B. ein Online-Kauf erfolgt – nehmen wir an, ein Bauunternehmer bestellt neue Schutzkleidung für seine Mitarbeiter. Die Transaktion wird nun an ein Netzwerk von sogenannten Nodes (Knotenpunkte) gesendet (2). Anhand von bekannten Algorithmen validiert das Netzwerk die Transaktion und bewilligt diese (oder lehnt sie ab) (3). Nach der Verifizierung wird die Transaktion zusammen mit anderen Transaktionen in einem Datenblock gespeichert (4). Wenn alle Transaktionen in einem Block verifiziert sind, wird der neue Block an die bestehende Blockchain angehängt (5). Durch den eigenen einmaligen Hash ist der Block nun nicht mehr manipulierbar. Die Transaktion ist abgeschlossen und die Zahlung wird automatisch getätigt (6).

Quelle: Singularity University - The exponential guide to blockchain

3. Anwendungsbereiche

Blockchain wird in der Öffentlichkeit vor allem mit Kryptowährungen wie Bitcoin und Ethereum verbunden. Mittlerweile gibt es bereits tausende solcher Kryptowährungen. Die Technologie eröffnet jedoch noch weitgehende Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Geschäftsbereichen. Hauptakteur für die Verwendung ist die Finanzbranche. Sogenannte FinTechs nutzen Blockchain, um schnellere und kostengünstigere Prozesse als die traditionellen Banken anzubieten. Die hohe Datenkonsistenz und Transparenz sowie die Verschlüsselung ermöglicht z.B. internationale Zahlungsaufträge ohne Intermediäre. Dies erhöht die Geschwindigkeit und senkt die Kosten solcher Aufträge. Ebenso können Kreditentscheide durch Blockchain automatisiert werden, was zu schnelleren und kostengünstigeren Krediten führen kann. Der Kapitalmarkt bietet ebenfalls Anwendungsmöglichkeiten: Digitale Aktien, Obligationen und Anlagefonds können ohne Intermediäre schneller und günstiger gehandelt werden.

Die Blockchain-Technologie wird bereits auch in anderen Branchen verwendet. Dabei gibt es einige generische Anwendungsfälle, die sich über verschiedene Sektoren hinweg nutzen lassen:

4. Vor- und Nachteile von Blockchain

Vorteile

• Datenintegrität: Durch das Hashing in der Blockchain wird eine Manipulierung der Daten nahezu unmöglich. Sind die Daten einmal im Konsens verifiziert worden, sind sie unveränderbar und jeder Änderungsversuch kann nachvollzogen werden.
• Zuverlässigkeit: Eine Blockchain ist dezentral organisiert, sodass ein Totalausfall des gesamten Netzwerks nahezu ausgeschlossen werden kann. Jede Node im Netzwerk verfügt über sämtliche Daten, sodass eine Wiederherstellung besonders leicht ist.
• Geschwindigkeit und Sicherheit: Alle Daten, die in einer Blockchain gespeichert werden, werden unmittelbar verschlüsselt an das gesamte Netzwerk verteilt. Durch diesen Ansatz lassen sich große Datenmengen in kürzester Zeit an die Nutzer verteilen. Zudem sind die gespeicherten Daten durch die dezentrale Verteilung vor Manipulation geschützt.
• Analyse und Transparenz: Jede Transaktion des Blockchain-Netzwerks wird in einem der Blöcke gespeichert, sodass eine nachträgliche Analyse stets möglich ist. Hierdurch lassen sich Vertragspartner identifizieren und die Auswirkungen von Transaktionen reproduzieren.

Nachteile

• Noch ist die Blockchain-Technologie nicht beliebig skalierbar. Würde man mit den Bitcoins ebenso viele Transaktionen tätigen, wie sie über Visa laufen, würden Daten mit Hunderten von Terabyte anfallen.
• Die Blockchain in die bestehende IT-Landschaft im Unternehmen einzubinden stellt derzeit noch eine Herausforderung dar. Ebenso erfordert der Unterhalt viel Rechenleistung, was einen enormen Stromverbrauch zur Folge hat.
• Benutzer benötigen einen jeweils privaten Schlüssel, um auf ihr Geld oder ihre Daten zugreifen zu können. Wenn ein Benutzer seinen privaten Schlüssel verliert, ist das Geld bzw. die Daten effektiv verloren.

 

Ansätze im Bauhauptgewerbe

1. Herausforderungen und Chancen für Bauunternehmer

Für die Baubranche wird Blockchain als potenzielle Lösung für viele der prävalenten Herausforderungen betrachtet, die die Branche betreffen: Bereichsübergreifende Kollaboration, Teilen von Daten und Informationen und die Rechte bezüglich geistigem Eigentum. Es können dadurch neue Geschäftsrollen hervorgehen (z.B. Smart Contract Mediator), neue Organisationsstrukturen wie dezentrale Autonomieorganisationen können entstehen und viele Aufgaben und Aktivitäten können mit Blockchain halb- und vollautomatisiert werden.

Eine Einführung der Blockchain-Technologie im Baugewerbe bringt aber auch mehrere Herausforderungen mit sich:

• Kultur – Obwohl es bereits zahlreiche Unternehmen gibt, die erfolgreich mit digitalen Möglichkeiten und Blockchain arbeiten, besteht eine grosse Herausforderung darin, den Grossteil der Baubranche von deren Vorteilen zu überzeugen. Der Erfolg von Blockchain hängt auch davon ab, wie viele Teilnehmer die Technologie nutzen. Jede Unternehmung muss aber für sich analysieren können, was deren Nutzen und Kosten sind.
• Talent – Für eine Umsetzung von Blockchain wird viel Fachwissen benötigt: IT-Architektur, Entwicklung, Kryptographie, Produktmarketing und Datenbankanalysen sind nötig für eine relevante Blockchain-Lösung. Je nach Unternehmung bedeutet dies ein grosser Aufwand in der Rekrutierung und/oder Umschulung von Fachkräften.
• Technische Voraussetzungen – Wie oben erwähnt sind für den Unterhalt einer Blockchain grosse Rechenleistung und enorme Datenspeicher nötig.

Zum jetzigen Zeitpunkt befindet sich die Distributed-Ledger Technologie in Bezug aufs Bauhauptgewerbe noch in einer Phase des Durchbruchs. Dies bedeutet, dass der Innovationsgrad sehr hoch ist, es jedoch noch an praktischer Umsetzbarkeit im Bauhauptgewerbe fehlt. Zwar gibt es bereits Anwendungsmöglichkeiten und einige Fallbeispiele aus der Baubranche – diese sind in den nachstehenden Abschnitten erläutert. Es handelt sich dabei jedoch noch meist um Pionierfälle. Obwohl es sinnvoll ist, die Entwicklung in den nächsten Jahren im Auge zu behalten, sehen wir die Prioritäten für Schweizer Bauunternehmer momentan in anderen Bereichen.

2. Mögliche Anwendungen im Bau

Entlang der Wertschöpfungskette Planen-Bauen-Verwalten gibt es in der Literatur bereits zahlreiche Anwendungsfälle. Nachfolgend ein Auszug, in dem einzelne Fälle bezogen aufs Bauhauptgewerbe beschrieben sind.

Feedback-Register für Zulieferer und Subunternehmer

Der Procurement-Prozess beginnt normalerweise mit einem Kunden, dessen Berater und dem Hauptunternehmer. Letzterer kann Subunternehmer engagieren, um spezifische Arbeiten ausführen zu lassen – z.B. den Zimmermann, Maurer oder Elektriker. Die Subunternehmer und deren Aufgaben zu überprüfen und kontrollieren stellt oft eine Herausforderung dar. Ähnlich wie bei den Smart Contracts kann Blockchain hier eine Art Feedback-Register darstellen, um die Lieferobjekte der Subunternehmer zu tracken und somit einen Benchmark zu schaffen. Zahlungen für erbrachte Leistungen werden dann automatisch bei Abschluss von definierten Lieferobjekten ausgeführt. Dies hilft sowohl beim Tracking vom Fortschritt als auch um zuverlässige Subunternehmer für ein Projekt zu identifizieren.

Lebenszyklus-Ledger

Über Smart Contracts und Feedback-Register hinausgehend kann die Blockchain als ein Register für den gesamten Lebenszyklus von einem Bauprojekt dienen. Sämtliche relevanten Informationen werden während dem Bauprozess in den Blöcken unwiderruflich gespeichert und können zu späteren Zeitpunkten aufgerufen werden. Dies kann z.B. für die Unterhaltung von Immobilien oder im Fall von regulatorischen Vorgaben sehr nützlich sein.

Dieses Register kann auch Garantien und Zertifikate sowie Materialien, Tests und Resultate abspeichern und den Bauprozess so vor Betrug und Fälschung schützen. Inspektionen können durch einfache Gegenüberstellung zu den Standards und Soll-Werten schneller und einfacher durchgeführt werden.

Beschaffungskette

Die Beschaffungskette in der Baubranche ist geprägt von hoher Komplexität und tiefer Transparenz. Dies führt dazu, dass oft wenig Vertrauen zwischen den Zulieferern und Bauunternehmen besteht – insbesondere am Anfang der Beschaffungskette. Mit einer Blockchain liessen sich jegliche Objekte von der Produktion bis zur finalen Lieferung auf die Baustelle tracken und nachvollziehen. Dadurch würde ein nicht manipulierbarer Datenbeleg über den gesamten Lebenszyklus des Produkts gespeichert und verwaltet werden.

Management von Abfallprodukten

Die grosse Menge an Abfallprodukten in der Bauwirtschaft stellt ein globales Problem dar, welches einen massiven negativen Einfluss auf die Umwelt hat. Eine effiziente Verwaltung der Abfallprodukte ist darum unumgänglich geworden. Ein kritischer Faktor ist dabei eine akkurate Schätzung der produzierten Abfälle. Da die Abfallprodukte oft wiederverwendet werden könnten, könnte mittels der Blockchain-Technologie ein einheitliches System zur Abfallverwaltung entwickelt werden. Die Abfallprodukte werden dabei über den gesamten Lebenszyklus nachverfolgt, wodurch ein Abfall-Register entsteht.

Datenaustausch für Dokumentverwaltung

Der hohe Komplexitätsgrad von Bauprojekten verlangt meist grosse Mengen an verschiedenen Dokumenten. Für die Bauunternehmen ist die Speicherung und Verwaltung dieser notwendigen Dokumente oft eine Herausforderung, da es viel Speicherplatz und Aufwand benötigt. Neben den aktuellen Projekten müssen auch sämtliche vergangenen Projektdokumentationen sauber abgelegt werden können, was schnell eine hohe Hürde darstellen kann. Mittels der Distributed-Ledger Technologie lassen sich Dokumente einfach und schnell in eine Blockchain abspeichern und verwalten. Dabei kann bisher ungenutzter Speicherplatz von irgendwo auf der Welt genutzt werden.

Effiziente Zahlungsprozesse durch Smart Contracts

Das Prinzip der Blockchain, das bei einer Transaktion die Vertragspartner direkt miteinander verknüpft, vereinfacht das Abschließen digitaler Verträge mit ausgeprägt hohem Sicherheitsniveau. Denn Informationen, die einmal zum Glied der Kette geworden sind, bleiben unabänderlich gespeichert. In der Bauindustrie arbeiten häufig viele Dienstleister – Ingenieure, Baufirmen, Handwerker, Subunternehmer, Gutachter, Projektmanager, Rechtsanwälte – gemeinsam an einem Auftrag, und es kommt zu komplexen Vertragskonstellationen. Hakt es irgendwo im Prozess an einem Detail, kann sich die gesamte Zahlungskette verzögern. Insbesondere für kleine und mittlere Betriebe stellt dies ein hohes Risiko dar, da diese auf rechtzeitige Zahlungen angewiesen sind, um ihre Liquidität zu gewährleisten.

Wenn nun alle am Bau beteiligten Akteure Teil einer Blockchain sind, kann jede Transaktion durch einen sogenannten Smart Contract geregelt werden. In diesem digitalen Vertrag sind alle Leistungen vereinbart, die die beteiligten Akteure erbringen müssen, um ihr Geld zu erhalten. Die Akteure sind über eine ID in dem digitalen System registriert und können auf einem mobilen Gerät direkt auf der Baustelle bestätigen, wenn sie eine Leistung erbracht haben. Das System benachrichtigt dann automatisch die Bauabnahme und der Prüfer kann den Auftrag als erledigt markieren oder Mängel melden – ebenfalls mit einer mobilen Anwendung. Fällige Rechnungen können dann automatisch zur Zahlung angewiesen werden. Nach dem Blockchain-Prinzip bauen die einzelnen Transaktionen aufeinander auf. Eine spätere Transaktion ist demnach nur möglich, wenn die vorausgehenden früheren Transaktionen als richtig bestätigt wurden.

Neben den effizienteren Zahlungsprozessen ermöglichen Smart Contracts auch Kosteneinsparungen und die Vermeidung von Humanfehlern, da administrative Aufgaben automatisiert werden.

3. Realisierte Anwendungsbeispiele

Projektmanagement mit Blockchain

Blockchain-basiertes Projektmanagement wird von der niederländischen HerenBouw angewendet, um den Bauentwicklungs-Lebenszyklus effizienter zu gestalten. Der Fokus für Anwendung von Blockchain liegt dabei in der Speicherung von Transaktionen zu legal bindenden Zeitpunkten. Dies ermöglicht höhere Genauigkeit und einen Audit-Pfad. Zeitnahe und genaue Informationen, klarere Kommunikation und weniger Fehler gehören laut dem Gründer von Propulsion Consulting ebenfalls zu den Vorteilen von Blockchain-basiertem Projektmanagement.

Datenschutz für Dokumentierung von Bauprojekten

Die kalifornische Blockchain-Firma Briq hat im Auftrag der Bauunternehmung einen digitalen Zwilling für eine Baustelle entwickelt. Sämtliche Dokumente und Informationen des Bauprojekts wurden dabei in einem Ledger gespeichert, auf den von mehreren abgestimmten Datenbanken aus zugegriffen werden kann. Der Ledger stellt dabei eine sichere und unmodifizierbare Kopie dar und schützt so vor unbefugten Änderungen. Verbesserungen können dokumentiert werden und der Ledger kann bei Abschluss transferiert werden, indem die Zugriffsrechte angepasst werden. Ein weiterer Mehrwert liegt in der Sicherheit vor Datenverlust – insbesondere in einer Industrie, bei der grosse Mengen an Daten bei Übergaben verloren gehen können. Laut Aon, dem globalen Risikoberater für die Bauindustrie, können bis zu 95% der Baudaten bei der ersten Übergabe verloren gehen. Durch die identische Kopie kann dieses Risiko massiv eingeschränkt werden.

 

---

Quellen

D. Tapscott, R. Vargas. "How Blockchain Will Change Construction" Harvard Business Review (2019)

L. Lopes: "Construction: a Blockchain Use Case" theblockchainland.com (2019)

Z. Turk, R. Klinc. "Potentials of Blockchain Technology for Construction Management" ScienceDirect (2017)

K. Venkatasubramanian. "Does the construction industry need blockchain?" Middle East Business Intelligence (2019)

S. Perera, S. Nanayakkara, M. Rodrigo, S. Senaratne, R. Weinand. "Blockchain technology: Is it hype or real in the construction industry?" Journal of Industrial Information Integration (2020)

J. Hunhevicz, D. Hall. "Do you need a blockchain in construction? Use case categories and decision framework for DLT design options" Advanced Engineering Informatics (2020)

Singularity Univrsity. "The Exponential Guide to Blockchain" (2020)

W. Dettling. "How to Teach Blockchain in a Business School" Business Information Systems and Technology 4.0, Springer International Publishing AG (2018)

Binance Academy. "Vor- und Nachteile der Blockchain" (2020)

M. Safar. "Wofür kann die Blockchain-Technologie eingesetzt werden?" Weissenberg Solutions (2020)

Institution of Civil Engineers (ICE). "Blockchain Technology in the Construction Industry" (2018)

Buildingradar.com. "Entwicklung der Baubranche 2020" (2019)

J. Weiler. "Effiziente Zahlungsprozesse für die Baubranche" Ruhr Universtität Bochum (2020)

Aon Risk Solutions. "Technology Corner Profile" (2018)