블록체인 기반 BIM, 스마트 건설 계약 개념과 동향

이 글은 비트코인과 같은 전자화폐 기반이 되는 블록체인(Blockchain) 기술을 BIM과 스마트 건설 계약 개발에 활용하기 위한 노력을 간략히 이야기한다. 블록체인을 말하기 전에 왜 건설 분야에서 이 기술에 관심을 가진 사람들이 있는 지 부터 이야기할 필요가 있다. 그래서, 건설 분야의 특성을 먼저 언급하고, 관련 기술 동향을 기술할 것이다. 

블록체인 동작 메커니즘에 대한 상세한 설명은 아래 글을 참조하길 바란다. 

• 비트코인 소스코드 분석 및 동작원리
• 이더리움 소스코드 빌드 및 스마트 계약 개발

머리말
비트코인은 블록체인(분산원장)을 유지 운영하는 커뮤니티에 비용을 지불하기 위해, 마이너(miner. 채굴자)가 수학적인 문제를 풀어 블록을 생산하고 대가를 얻도록 설계된 디지털 토큰이다. 블록(원장)은 코인 거래 내역이 기록되고, 분산 관리된다. 
많은 사람들은 블록체인을 통해 신뢰할 수 있는 중개자를 민주적이고 자율적인 커뮤니티로 구현할 수 있다고 믿고 있다. 블록체인이 전자적으로 구현한 분산 원장은 14세기 플로렌스 메디치 은행에서 구현한 이중 기록 장부(double-entry bookkeeping)와 유사한 효과를 얻는다. 원장은 실수나 사기를 감사할 수 있고, 중립적으로 가치를 기록하고, 서명에 의해 신뢰를 보증한다. 

BIM and Blockchain

스마트 계약은 자동화된 계약 수행, 협상, 검증을 지원화는 컴퓨터화된 프로토콜이다. 현재 건설 분야에서도 스마트 계약을 적용하기 위한 노력이 진행 중이다. 이론적으로 BIM, 스마트 시티 등 건설 분야 중 디지털 플랫폼 기반으로 서비스되는 기술은 블록체인 적용이 가능하다.

건설분야의 문제와 복잡성
아직까지도 건설 분야는 다른 분야와 비교해 현저하게 낮은 생산성으로 수십년동안 어려움을 겪고 있다. 건설 분야는 복잡한 세부 공정과 계약으로 이뤄져 있고, 디자인 스펙의 변화에 따라 큰 변화가 발생한다. 디자인 초기 단계에서 이런 문제를 해결하고자 VDC(Virtual Design and Construction), BIM(Building Information Modeling), IPD(Integrated Project Delivery), Agile process와 같은 방법들이 개발되고 있다. 
하지만, 많은 건설 프로젝트에서 건설 자체의 특수성으로 인해 이런 방법들은 제대로 활용되지 못하는 경우가 많다. 그 중 하나는 데이터 신뢰성 문제이다. 건설 프로젝트에서 의사결정에 필요한 데이터는 많은 경우 오염되어 있고, 그 품질을 검증하는 과정을 거치지 않는 경우가 많다. 이 데이터는 건설 프로세스에서 변화되고 진화되지만, 중간에 포함된 불성실한 데이터, 노이즈, 목적 불명의 과도한 데이터가 추가됨으로 인해, 데이터를 활용하고자 하는 전체 프로세스의 신뢰성이 무너지는 경우가 비일비재하다. 

건설 디지털 모델의 신뢰성과 블록체인
현재 건설 분야에서 데이터 신뢰성을 확보하고 그 활용빈도가 높은 방법은 전통적으로 이뤄지고 있는 기본설계에 포함된 시뮬레이션을 통한 대안 분석, 실시설계에서 포함된 도면 데이터, 수량산출 및 비용견적 데이터, 측량 데이터, 시공 관리를 위한 품질 감리 정도일 것이다. 
BIM을 포함한 새로운 방법들은 아직 데이터 신뢰성을 확보하고 있다고 보기 어렵다. 이런 데이터는 목적이 훨씬 다양해 질 수 있고, 이해당사자도 동시다발적으로 참여할 수 있어, 데이터의 변화가 어떤 영향을 미치는 지 통제하기 어렵다. BIM은 시각화된 데이터베이스이지만, BIM에 포함될 수 있는 가치 잇는 정보는 간섭체크 뿐 아니라, 시공 제조, 공정 관리, 견적, 에너지 분석, 시설물 관리 등으로 확장될 수 있다. 하지만, 전통적인 계약제도와 건설 프로세스의 수수료 구조하에서는 그 실질 가치의 변화 흐름을 추적하고 보상받기 어렵다. 
특히, DBB(Design Bid Build)와 같은 전통적인 계약제도를 고수하고자하는 태도는 다자간 디지털 모델의 완성도를 높이는 데 큰 장애요인이 되고 있다(과연 DBB도 원래 목적에 부합하는 제도일까? 포장만 최저가 낙찰일 경우가 빈번하고, 제품의 품질과 가치는 고려하지 않는 듯 하다). 협업을 기반으로 한 계약 조달 방식인 IPD, ConsensusDocs 300 등이 스마트한 발주자를 중심으로 활용되고 있으나, 아직 민간부문에만 그치고 있으며, 계약건수도 크지 않다.

문제 해결을 위한 중요한 질문
이런 문제의 솔류션은 아래 질문에서 시작될 수가 있다. 
건설 프로세스 수명주기에서 디지털 모델 신뢰성을 어떻게 확보할 수 있는가?
디지털 모델의 투명성은 어떻게 확보할 수 있을까?
디지털 모델을 효과적으로 공유할 수 있는 방법은?
디지털 모델 변화 가치를 측정하고 추적할 수 있는가?
이해당사자들이 모델의 가치 변화를 신속하게 합의할 수 있는가?
블록체인은 개방되고 민주적인 방식으로 이 문제를 해결하려는 시도가 될 수 있다. 블록체인은 가치 거래(트랜잭션)을 장부에 기록한다. 거래 시 타임 스탬프가 찍히고, 합의에 의해 이해 관계자가 볼 수 있는 블록으로 오픈된다. 블록체인인 데이터 신뢰성 확보를 위한 플랫폼으로 활용될 가능성이 있는 것이다. 
블록체인은 신뢰의 증거를 제공할 수 있다. 디지털 모델의 변화는 트랜잭션으로 표현할 수 있고, 블록체인의 장부에 기록되어 분산 저장된다. 블록체인은 합의된 가치사슬을 유지하는 플랫폼 역할을 한다. 가치의 변화가 기록되고, 전생애주기에서 최종적으로 얻은 가치가 관련된 디지털 모델 트랜잭션들에 얼마나 영향을 받았는 지 수학적으로 계산될 수 있다. 해킹을 방지하는 보안이 공개키와 개별키로 트랜젹션 당사자들간에 활용된다. 스마트 계약은 트랜잭션이 발생할 때 거래자간 정당한 가치 교환을 보장한다. 

개방된 디지털 모델과 디지털 트랜스포메이션
데이터를 공유하고 활용한다는 것이 큰 가치를 얻는 다는 것은 최근 십 몇년사이 클라우드 기업이 크게 성공하면서 사업의 핵심적 전략이 되었다. 하지만, 우리는 아직 디지털 모델을 개방하고, 어떻게 디지털 트랜스포메이션해야 하는 지 모르고 있다. 정부는 오픈 데이터를 공유하기 위한 명확한 지침이 없고, 관련 이해당사자들과 심도 깊게 협의하거나 관련 규정을 개선하려는 노력이 없었다. 
캘리포니아 경우, 주요 도시마다 Open Data Policy 가 있으며, 백악관 조차 관련 지침을 github에 공유한지가 오래전이다. 개방 데이터 정책과 지침에는 아래 내용이 포함되어 있다. 

• Machine-readable 과 개방형 포맷
• 데이터 표준
• 오픈 라이센스 활용 
• 주기적 데이터 갱신 정책
• 메타 데이터 요구사항

블록체인이 동작될려면, 데이터가 필수고, 데이터를 어떻게 오픈하고 공유해야 하는 지에대한 논의는 필수적이다. 이 과정이 현재는 생략되어 있다. 

진행 중인 블록체인 기반 BIM과 스마트 건설 계약
현재 시점에서 건설 디지털 모델 신뢰성을 보장하는 방법으로 블록체인을 이용한 BIM COIN, BIM CHAIN 등의 프로젝트가 진행되고 있으며, 일부는 ICO(Initial Coin Offering, 신규 코인 발행)를 진행하고 있다. 하지만, 아직은 제대로 github에 올라오고 사람들의 검증을 거친 BIM, 스마트 건설 계약과 관련된 ICO는 없어 보인다.
LOGLOG사에서 개발하고 있는 BIM COIN 은 BIM 서비스 확장에 관련해 코인을 구매하면, 서비스를 받는 방식으로 지원된다. 현재 BIM COIN은 ICO가 진행되고 있다. 다음 그림은 BIM COIN ICO 로드맵이다. 이 회사의 백서를 보면, BIM에 대한 여러가지 지침을 언급하고 있는 데, 2004년 미국 국립과학기술연구소에서 발행한 NBIMS, GSA 2007년 BIM 납품 지침 등을 기술하고 있다. 이외에 싱가폴 BCA, 유럽 등의 BIM 현황을 언급하고 있는 데, 사실, BIM COIN의 구체적인 서비스를 설명하지는 못하고 있다. 사전 구매 BIM COIN은 1 BIM 당 1.6 달러이며, 클라우드 펀딩인 경우 2.4 달러이다.
BIM COIN은 이더리움 ERC20 명세를 사용한다.  

LOGLOG 사의 BIM COIN ICO 로드맵

BIM CHAIN 프로젝트는 블록체인 기반의 또 다른 BIM 프로젝트이다. 이 프로젝트는 블록체인의 거래 신뢰성, 거래의 디지털 증명과 보안, 법적 추적성, 자동화된 스마트 계약을 고려한다. 이 프로젝트는 아직 초기 단계이며, github에 소스코드가 공개되어 있지도 않다. 이 프로젝트는 BIM 수행계획서의 워크플로우를 트랜잭션 신뢰성 보장하는 서비스를 제공한다. 오너는 이 결과로 BIM 프로세스 정보 가치를 보장받고, 추적성, 신뢰성 있는 데이터 모델을 얻는다. BIM파일은 서버에 저장되고 관리되며, 서비스 기능은 저작용 소프트웨어에 애드인된다. 현재 오토데스크, 그래피소프트 등이 파트너사로 등록되어 있다. 이 프로젝트는 2018년 부터 진행되고 있으며, 최근 런던 디지털 컨스트럭션 위크에서 데모 행사를 하였다. 

BIM CHAIN의 트랜젝션 신뢰성 보증

4차산업혁명의 주인공들인 IoT(Internet of things), 인공지능 기반 서비스, 스마트 빌딩 서비스, 스마트 시티, VR/AR/MR(Mixed reality) 서비스, 로보틱스 에이전트 등은 디지털 모델과 공유 프로토콜이 확보되었을 때 블록체인 기반으로 구현될 수 있는 것이다. 사실, 세상의 모든 서비스 배포, 구매, 사용, 검증의 프로세스는 트랜잭션으로 구현될 수 있고, 트랜잭션은 가치를 포함하고 있으므로 토큰으로 교환될 수 있는 것이다. 우리가 카드에서 사용하는 마일리지도 토큰의 일종이고, 카드로 사용하는 서비스는 트랜잭션으로 데이터베이스에 관리되고 있기에, 블록체인을 적용하는 것이 그리 어려운 일은 아닐 것이다. 

스마트 계약 유스케이스
스마트 계약은 효율성의 문제이다. 유용한 유스케이스가 있을 경우, 확산될 것이다. 몇 가지 유스케이스를 생각해 보자. 

1. 공유경제모델
예를 들어, 우버와 같이 공유경제모델은 스마트시티에서 빠트릴 수 없는 요소이며, 도시 서비스에서 토큰을 발행하고, 서비스를 사용한다는 사고방식은 매우 자연스럽다. 예를 들어, 우버를 사용할 때 사고 등 법적 분쟁요인이 발생하였을 경우, 스마트 계약을 통해 다자간 계약 조건과 법적 문제를 자동으로 확인하고 빠른 시간내에 분쟁 요인을 해결하고, 그 과정을 오픈된 분산원장에 기록해 추적할 수 있는 방향으로 발전할 것이다. 

2. 생산품의 품질보증과 데이터 보안
데이터 변조가 큰 영향을 미칠 수 있는 분야도 블록체인이 활용될 수 있다. 블록체인은 계약 거래 시 타임스탬프가 저장되며, 위변조 불가능한 해쉬가 분산 저장된다. 건설, 농수산, 의약 분야는 이런 데이터 변조에 치명적인 결과를 준다. 

3. 신뢰성있는 디지털모델의 전생애주기 관리
건설 생산품인 건물, 시설물, 인프라의 전생애주기 변화를 추적하고 관리할 수 있다. 

4. 계약된 서비스의 안전한 지불과 저렴한 수수료
건설 계약시 인도한 서비스에 대한 지불을 토큰으로 제공하고, 이를 현금이나 다른 서비스로 변환해 안전하게 받을 수 있다. AECToken 등은 이런 노력 중 하나이다. 스마트 계약은 일종의 프로그램이므로, 계약 조건에 부합하면, 자동 실행될 것이다. 하청관계에서 간접비만 30~40%에 해당하는 계약에 비한다면, 무척 저렴한 수수료로 신뢰성있는 거례를 실행할 수 있다. 

5. 스마트시티 서비스 
두바이는 세계에서 가장 진보적인 도시 중 하나이다. 무인 열차, 자동화된 센서, 플라잉 드론 택시 등이 도시 곳곳에 설치되어 있다. 이 도시는 2020년가지 최초의 블록체인 기반 스마트 시티 실현을 위해 기술을 적극적으로 구현하고 있다. 2014년부터 시작된 두바이 스마트시티 프로그램에서는 545개 이상 프로젝트가 단계적으로 구현되고 있다. 국가적으로 개인 및 공공 부문에서 종이없는 디지털 공간을 만들기 위해 노력하고 있으며, 모든 문서 유통은 전자적으로 교환된다. 이를 통해, 15억 달러와 2510만 시간을 절약할 수 있다(Julia Mags, 2018).

두바이 스마트시티(Thairath.co.th)

6. 전자정부
에스토니아 전자정부 시스템은 2012년부터 국가 보건, 사법, 입법, 보안 및 상업 시스템에 배포 원장이 사용되었다. 특히, 에스토니아는 시민이 자신 개인 정보를 통제할 수 있는 접근을 제공할 수 있는 서비스 구현을 위해 블록체인을 도입했다. 

7. 환경과 삶의 질
중국은 시민 삶의 질 향상을 위해 국가 파일럿 프로젝트를 진행하고 있다. 2016년 12월 13차 5개년 계획은 국가 디지털 전략에 블록체인이 포함되어 있다. 2017년 Wuzhen Think Tank는 중국 블록체인 산업백서를 발표했고, 몇 달 후 중국 National Committee of Internet Financial Security Technology는 Compliance Blockchain Guideline을 발표했다. National Audit Office of China는 중앙 집중식 인프라에 내재된 문제를 해결하기 위해 블록체인을 검토하였으며, 국가 표준 계획을 실행하고 있다. 공인 회계사와 같은 각 개별 기관은 블록 노드를 할당받아 거래 기록을 추적할 원장을 제공한다. 

중국 블록체인 개념도(Gatecoin)

8. 금융 거래
2014년 스탠다드 차타드의 홍콩 최대 은행이 신용 사기 결과로 200백만 달러를 잃었다. 이 사기는 중복 인보이스를 사용했다. 이 은행은 싱가포르 정부와 함께 블록체인을 활용하여 각 인보이스에 대한 고유한 암호화 해쉬를 개발하고, 전자 인보이스 기술을 개발했다. 
이외에 미국과 같은 선진국에서는 블록체인에 기록된 전자 거래의 법적 증명을 확보하기 위한 법안을 개발하고 있다. 

마무리
블록체인은 아직 기술적으로 해결안된 문제들이 많다. 운용 방식에 따라 해킹에 안정적이지 않으며, 거래를 장부에 기록하고 합의에 거치는 시간은 실시간이 아닌데다, 기존 클라우드 방식으로 해결할 수 있는 대안도 존재한다. 블록체인 구현은 계약의 신뢰가 바탕되어야 하며, 이는 이해당사자들이 서로를 대하는 태도에 크게 영향을 받는다.
개인적으로 생각하는 가장 큰 블록체인의 긍정적 면은 일상화된 불공정한 계약 관행, 비민주적인 갑을 관계, 아웃소싱 관리로 이익을 얻어가는 건설 대기업, 오염된 데이터들에 대한 무관심과 무시, 불공정한 크래딧 관행, 가치가 포함된 산업으로 인정받지 못하고 경쟁력없이 줄어들고 있는 시장 현실에 대한 자각을 건설인 스스로 질문하게 한다는 것이 아닐까 싶다. 

레퍼런스
1. BIM CHAIN
2. BIM CHAIN use cases
3. BIM coin ICO
4. The BIM COIN
5. Ethereum
6. Hyperledger
7. AECCoin
8. Amazon, BaaS(Blockchain as a Service)
9. BIM+Blockchain: A solution to the trust problem in collaboration?
10. Garrison Breckenridge, Smart Contracts for Smart Cities
11. POLICY GUIDELINES FOR MUNICIPAL OPEN CONTRACTING
12. City of San Jose, 2016, Open Data Policy, California
13. Singapore company wins Indian smart city contract
14. BIM, Blockchain and the Smart contraction Contract
15. Smart contracts in construction: Views and perceptions of stakeholders
16. Smart construction
17. FICCI, Blockchain: The next innovation to make our cities smarter
18. Julia Magas, 2018, Smart Cities and Blockchain: Four Countries Where AI and DLT Exist Hand-in Hand