区块链与建筑环境

建筑环境 关于阿鲁普的数字技术 我们致力于塑造数字建筑环境。我们将拥抱数字带来的机遇，发展新的能力，以保持我们在商业和创造力上的相关性。一个数字化的阿鲁普将继续使用新工具和技术提高世界级建筑环境专业的标准。我们将通过改进设计和洞察，利用数据，专注于为客户提供和整个社会更好的成果。我们寻求与我们的研究伙伴合作，共享我们的思考，以帮助 ourselves 和 others 创造一个更美好的世界。 关于阿鲁普远景、研究和创新 远见、研究和创新是Arup的内部智库和咨询公司，专注于建筑环境和整个社会的未来。我们帮助组织理解趋势，探索新想法，并彻底重新思考他们业务的未来。研究在定义我们如何预测和利用新兴商业机会方面发挥了基本作用。至今，研究继续支撑我们解决公共和私营部门客户挑战的能力。通过应用研究，我们能够在早期阶段进行探索和实验，以最大限度地减少长期风险。 联系邮箱：research@arup.com 已发布于2019年2月版本1.2 13 Fitzroy Street London W1T 4BQ www.arup.com 目录 56810121416182028384654626469贡献者和致谢 72执行摘要 4前言引言区块链在阿鲁普的发展历程区块链的工作原理及其关键益处区块链是你所需要的吗？区块链对我们市场意味着什么？区块链与建筑环境市场区块链技术时间线 2018–50市场：城市市场：能源市场：房地产市场：运输市场：水结论附录参考文献 执行摘要 区块链技术尚未（尚未）在建筑环境中造成像其在金融行业所引起的那样的颠覆性变革。但从未有任何一代技术能够带来超新星；它是第二代或第三代。 区块链标志着互联网28年前的起点。我们正在见证一个断断续续的均衡期——一个长期阶段，其中应用程序得到开发，研究人员寻找新方法来使用、构建和回收应用程序或新兴区块链技术的一些方面。 该研究显示，在金融行业之外，目前缺乏行业范围内的案例研究，但城市、能源和交通市场正在迅速涌现出大量案例研究，预计将在2020-25年期间得到应用。 在区块链技术的演变过程中，我们必须为可能重塑建筑环境的新场景做好准备，通过构建机器和人类之间相互交互和交易的新基础。这种现象可能成为新技术骨干的一部分，将建筑信息模型、平台技术、物联网和数字孪生相结合。 随着技术的发展和成熟，我们可能会看到区块链的阶梯式变革和新兴应用的涌现。颠覆性变革将在这些阶梯式变革实现时发生，但难以预测这些变革将是什么以及何时会发生。目前，我们将继续进行实验并与其他早期采用者合作。 在本报告中，我们探讨了区块链技术在建筑环境五大关键市场中的应用：城市、能源、地产、交通和水。 我们基于内部及行业专家、风险投资家、学者和爱好者的见解，创建了一个区块链技术时间表，以估计在五个市场中测试的区块链技术的预期早期采用情况。 前言 沃尔克·布舍，阿鲁普数据领导者 数字技术正在转变建筑环境的各个方面。区块链有潜力成为新的技术基础设施的一部分，帮助我们实现联合国的可持续发展目标，并在数据时代重塑我们和行业的商业模式。 在阿鲁普（Arup），我们认为理解数字技术如何改变现实世界体验和决策至关重要。我们学习如何结合智能、创造力和颠覆性技术，以为客户和社会创造更好的洞见和设计。这一新范式核心是“数据”。它们帮助我们以过去几年无法想象的方式简化并理解这个世界。然而，这个机会并非没有风险；在数据使用的重大泄露和丑闻中，我们面临着超出改善建筑环境的根本问题。我们的思考必须考虑数字人类、安全和我们系统的完整性。 区块链有望成为这一技术基础设施的一部分，通过降低交易成本、提高透明度并挑战我们高度分散行业的合同模式。在智能合约的管理下，区块链有可能帮助缩短交易和交换生命周期中的延迟，从几天缩短到几分钟，甚至几秒钟，同时消除不必要的中间环节。 互联网改变了我们看待数据和创造价值的方式；区块链可能会改变我们交换价值以及我们信任谁以实现一个高度碎片化和复杂的行业的转型。我们的目标是让这份报告为这一旅程做出贡献。 在建筑环境中，我们每天都会产生大量数据。每次我们运行模型、与客户交换邮件、模拟现实世界和创建设计时，我们都需要思考技术不仅如何改进，而且如何转型我们的行业。这项研究帮助我们协作、理解和应对变化。 请通过研究与我们保持联系@arup.com 随着我们进一步探索区块链，也许能帮助我们思考关于数字孪生的下一项研究工作。 引言 每个区块链都是分布式账本的一种形式，但并非每个分布式账本都是区块链。 这些重大变革将会造成颠覆——而且它们难以预测。我们远远没有达到互联网在20世纪90年代所达到的成熟度，当时全球互联网的使用迅速扩张。在移动通信行业和建筑环境之间也存在类似的平行关系。只有在20世纪90年代初到21世纪初——当技术基础设施可用时——智能手机技术才真正起飞。 我们正在见证基础设施的初期阶段，这些基础设施预计将连接建筑信息模型（BIM）、云计算和平台技术，以及物联网（IoT）系统，以提供真正的智能互联城市并推动数字孪生联邦世界的能源供应。 在建筑环境中，区块链技术还处于起步阶段，相关术语也是如此。我们需要现在就达成对定义的共识，但随着这项技术在行业中的意义日益显现，随着技术的成熟，术语也会逐渐成熟。 这是阿鲁普关于建筑环境中区块链技术的第二份报告。第一份报告于2017年10月发布，旨在探讨比特币背后的发明如何为建筑环境创建一个信任网络。1在这个更新版中，我们再次探索区块链的世界，调查它是否将长期存在，如果确实如此，它对建筑环境意味着什么。 区块链在金融科技、银行和零售行业中的应用已有较长历史，但城市、能源、房地产、交通和水资源市场的案例研究表明，基于区块链的有意义的应用可能在三年到五年内出现。 我们关注五个关键市场：城市、房地产、能源、交通和水资源。这些市场展示了区块链机会的早期采用者。我们的技术时间线有助于梳理建筑环境中的应用现状。基于一系列访谈，我们创建了一个从2018年至50年的预期采用时间表。此时间表并非旨在实证，而是展示当前应用的广度和深度以及这些应用如何在未来各个市场中得以应用。 区块链会长期存在吗？ 如果我们剥离关于这项技术的炒作，我们可以定义出关键特性，这些特性将有助于解决我们在建筑环境中面临的大部分问题。因此，关于区块链技术是否会持续的答案是否定的。但它将会有多大程度的颠覆性？它是否会带来变革？变化将会有多快？我们需要多少时间来作出反应和制定战略？答案是，这取决于。 随着技术的成熟，可能会出现阶段性的变化，并且将会有新的应用成为可能。 区块链技术的历史 区块链是现有技术的结合：分布式账本、公钥加密、Merkle树哈希和共识协议。2由中本聪设计，区块链基于工作量证明（PoW）的概念。它结合了记录与经济激励和密码学链接，以及数据在去中心化网络上的分发，该网络对节点系统上的所有参与者均开放。3该技术使得更改任何特定节点变得更加困难——链越长越困难——因为所有参与者都能访问相同的信息。黑客需要访问大量的计算能力才能对信息造成真正的损害。这项技术意味着黑客会浪费大量时间和精力更改过去的一个日期，而验证用户则持续产生新的数据。 区块链在阿鲁普的发展历程 阿鲁普对区块链技术的兴趣始于2013年初，当时他们开始研究比特币，并探讨该技术在建筑环境中的潜在应用。在那个时期，“区块链”这个术语尚不存在。图3展示了迄今为止阿鲁普的进展，我们继续探索，因为我们发现了更多影响建筑环境的区块链应用实例。 该行业。2016年，Arup与全球前瞻性、研究和创新团队合作，投资了其首个研究项目，以探讨区块链技术的潜在影响。 在2017年，阿鲁普通过在其 Waves Proof-of-Stake 区块链上推出自己的加密货币奥瓦币（OvaCoin），在进一步拓展其对于该技术的了解上扮演了更加积极的角色。4意图是更好地理解代币化、首次代币发行及相关企业软件平台的影响、可行性和挑战。 随着比特币的势头增强，Arup于2015年建立了一个内部平台，以促进全球范围内公司内部关于该领域正在进行的项目讨论。该平台使公司能够深化对其理解，并就新兴案例研究和原型建立对话。 2019年，阿鲁普的区块链之旅继续深入，进一步研究供应链和智能合约中的概念证明。作为其进步的一部分，阿鲁普加入了两个联盟——建筑智能合约委员会和建筑区块链联盟——合作伙伴包括IBM、SAP、Arcadis、西门子以及塔塔钢铁。5,6 应客户需求，阿鲁普公司在2017年在柏林举办了一场为期两天的研讨会，参会行业参与者包括德勤、大众汽车、艾伦·麦克阿瑟基金会、英国政府、普华永道和斯堪尼亚。议程涵盖了潜在案例研究和对社会的影响。2017年10月，阿鲁普公司发布了一份开创性的报告，区块链技术：比特币背后的发明如何使建筑环境 实现信任网络在其发布时，报告被记录在比特币区块链上作为一个账本条目。 区块链的工作原理及其关键益处 区块链有潜力在网络中提供信任，并通过共识来对抗腐败和争议。 集中化 去中心化去中心化数据库在多个位置处理和存储信息。 分布式 集中式数据库在单一位置处理和存储信息。 分布式数据库位于同一地点的多个设备上，并分布在相互连接的计算机网络中。 区块链可以被设计成中心化或去中心化的，但重要的是不要将去中心化与分布式混淆。区块链本质上是一个分布式系统——这意味着所有参与者都持有相同账本的副本——但它本身并不 inherently（本质上）是去中心化的。7 参与者的身份经过验证，只有信任的参与者才能将信息发布到账本上。 在去中心化网络中，任何人都可以参与并发布到账本上。因此，必须有政策或协议来确保发布到账本上的信息是正确的。这可以通过共识算法（PoA，PoS，PoW）来控制，以维护账本完整性和防止参与者损害系统。 区块链并非旨在削减计算成本，而是为了实现社会成本的降低；通常会导致计算成本的上升。8这是一个重要但常常被误解的观点——区块链并不高效。 中央数据库通常在如水、能源和交通等高度监管的行业中得到青睐，因为这些行业存在旨在保护消费者的合规性、法规和立法。 中心化区块链指的是“账本上参与者的权利”。在一个中心化网络中， 区块链是你所需要的吗？ 图7 选择区块链解决方案前应提出的八个问题。如果你对这些问题的回答为“是”，你可能需要一个区块链。 当前行业内对区块链的理解有限，在没有完全了解区块链可以解决哪些问题的前提下探索新技术存在风险。此外，区块链技术仍存在一些可扩展性问题，这使得它们比传统数据库运行得更慢且效率更低。 传统数据库？我们用区块链试图解决的问题，不能用传统数据库解决是什么问题？ 不同的案例研究表明，具有不同特性的研究将适用于不同的商业生态系统，在相关性方面产生共鸣。一个良好的起点是世界经济论坛创建的流程图问题，它作为使用区块链决策的辅助工具。9在选择是否适合您的业务采用区块链时，应考虑的方面包括：授权与非授权；可信的 因此，为了确定区块链是否是特定问题的合适选择，我们需要问自己：有哪些具有高价值和特定于区块链的应用？我们能否满足于一个 协议在满足一系列条件时成立。但事实上，智能合约并不像名字听起来那么智能。这项技术非常基于规则，几乎完全遵循脚本。在区块链智能合约中，脚本不会有任何偏差，因此没有模棱两可的空间。没有反馈循环或机器智能——它严格遵循一套规则。然而，对于我们的行业来说，低垂的果实是交易自动化和现金流管理的实施。 区块链技术可以被设计用于自动化各方之间的支付和交易，以及支付已完成工作的承包商和分包商。它可以被设计用于保留部分款项并分阶段释放。合同的条款和支付计划可以提前设计；解决这一问题将为行业提供一个重大的进步，因为许多承包商都依赖于正现金流。 2018年设施管理与建筑服务公司Carillion的倒闭凸显了区块链技术的必要性。区块链的特点有助于解决Carillion所遭受的供应链延迟付款问题，并防止未来发生类似事件。10公司因多种原因遇到现金流问