考慮能源、環(huán)境影響的住宅建筑節(jié)能CGE模型構(gòu)建

汪宏++陶小馬

摘要

中國承諾將于2030年左右使單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60%—65%，排放總量達到峰值并爭取盡早實現(xiàn)。我國目前的碳排放主要來自工業(yè)、交通運輸業(yè)和建筑業(yè)，其中建筑業(yè)碳排放約40%，所占比重最大，而高達550億m2的存量住宅能耗和排放是建筑業(yè)碳排放的主力。住宅建筑節(jié)能是關(guān)系到我國建筑業(yè)節(jié)能減排目標(biāo)能否順利實現(xiàn)的重要因素，是我國節(jié)能減排工作的重要領(lǐng)域。構(gòu)建一個可用于衡量住宅建筑節(jié)能對資源環(huán)境及經(jīng)濟發(fā)展影響的可計算模型是推動住宅建筑節(jié)能工作的重要基礎(chǔ)。本文嘗試以CGE標(biāo)準(zhǔn)模型為基礎(chǔ)，依次對住宅建筑生產(chǎn)模塊、污染排放模塊、節(jié)能住宅建筑模塊、動態(tài)模塊和環(huán)境福利模塊進行詳細構(gòu)建說明。在四方面對標(biāo)準(zhǔn)模型進行擴展：第一，將生產(chǎn)要素擴展為資本、勞動和能源要素束，能源要素束被深化分解為清潔能源與非清潔能源束，然后再予深化細化；第二，依據(jù)差異的貿(mào)易伙伴將進出口細化為差異的國家和地區(qū)；第三，將建筑污染排放作為一個特殊部門，建立建筑污染排放模塊，納入到CGE模型中，并將污染要素納入到效應(yīng)函數(shù)中；第四，依據(jù)資本增長模型，建立動態(tài)模塊。通過將住宅建筑節(jié)能作為變量擴展到標(biāo)準(zhǔn)CGE模型的方法，構(gòu)建了住宅建筑節(jié)能CGE擴展模型。借助該擴展模型，可以研究非節(jié)能建筑約束、外部節(jié)能建筑與經(jīng)濟增長之間的內(nèi)在關(guān)系，進而破解非節(jié)能建筑約束、外部節(jié)能建筑與住宅建筑節(jié)能快速發(fā)展之間難以協(xié)調(diào)的矛盾。在本文研究成果的基礎(chǔ)上，可進一步建立相應(yīng)的社會核算矩陣（SAM），并對各種函數(shù)的參數(shù)估計和敏感性檢驗進行實證分析。

關(guān)鍵詞能源；環(huán)境；住宅建筑；節(jié)能；CGE模型

中圖分類號F062.2

文獻標(biāo)識碼A文章編號1002-2104（2017）05-0084-08DOI：10.12062/cpre.20170401

2016年4月22日全球氣候變化新協(xié)議《巴黎協(xié)定》簽署，締約各方承諾將加強對氣候變化威脅的全球應(yīng)對，力爭把全球平均氣溫較工業(yè)化前水平升高控制在2℃之內(nèi)，并為把升溫控制在1.5℃之內(nèi)而努力。為此，全球?qū)⒈M快實現(xiàn)溫室氣體排放達峰，并在本世紀(jì)下半葉實現(xiàn)溫室氣體凈零排放[1]。中國是《巴黎協(xié)定》的重要參與者和推動者，習(xí)近平主席已向世界承諾中國將于2030年左右使單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60%—65%，排放總量達到峰值并爭取盡早實現(xiàn)。我國目前的碳排放主要來自工業(yè)、交通運輸業(yè)和建筑業(yè)，其中建筑業(yè)碳排放約40%，所占比重最大，而高達550億m2的存量住宅能耗和排放是建筑業(yè)碳排放的主力。并且，隨著中國城鎮(zhèn)化進程的加快和經(jīng)濟水平的穩(wěn)步提升，居民對住宅的建筑面積、室內(nèi)舒適度和生活環(huán)境的要求也會越來越高，從而將導(dǎo)致住宅建筑對能源的消耗大幅上升。目前，中國建筑能耗約占全社會能源總消耗的27.45%，而根據(jù)發(fā)達國家經(jīng)驗，這一比例將逐步增加到40%左右[2]。由此顯見，能否把握并控制住宅建筑節(jié)能對資源環(huán)境及經(jīng)濟發(fā)展的影響具有重要的理論和現(xiàn)實意義。但迄今為止，這方面的研究尚不多見。本文嘗試在基于CGE標(biāo)準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)上，采用將住宅建筑節(jié)能變量納入到標(biāo)準(zhǔn)模型的方法，得出一個在擴展后可用于研究住宅建筑節(jié)能對經(jīng)濟發(fā)展影響的新模型，并由此為后續(xù)建立社會核算矩陣進行政策效果模擬分析提供基礎(chǔ)。

1CGE模型的源起及其在資源、環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用

可計算一般均衡（CGE）模型是目前在把某一經(jīng)濟系統(tǒng)整體作為研究對象，考察系統(tǒng)內(nèi)的所有市場、價格、供需關(guān)系在市場出清的假設(shè)下和市場均衡的約束下，使得由價格調(diào)整所決定的總需求不會超過總供給所需條件的一種非常規(guī)范與常用的經(jīng)濟分析方法。根據(jù)研究目的不同，CGE的模型構(gòu)建存在一定差異，但在原理上均是把瓦爾拉斯一般均衡的構(gòu)造由一個抽象的形式轉(zhuǎn)化為關(guān)于現(xiàn)實經(jīng)濟系統(tǒng)中供求平衡關(guān)系的一組方程，其基本構(gòu)成一般可以歸納為三個部分：供給部分、需求部分和供求關(guān)系部分[3]。

20世紀(jì)80年代末期，F(xiàn)orsund和Bergman開始把環(huán)境因素納入CGE分析框架。最初的資源與環(huán)境CGE模型，主要是將污染變量以差異的方式納入到生產(chǎn)函數(shù)或效用函數(shù)之中，利用這些模型可以分析環(huán)境或經(jīng)濟政策對環(huán)境和經(jīng)濟的影響[4-5]。

按照污染方式在CGE模型中建立函數(shù)的差異，將資源與環(huán)境CGE模型分為三類：第一類，是將污染與環(huán)境資源的直接使用部門的中間投入-產(chǎn)出采用固定排放系數(shù)相關(guān)聯(lián)，比如Glomsrod等建立的資源與環(huán)境模型。這類模型并不改變模型中行為主體的決策行為，只是在標(biāo)準(zhǔn)的CGE模型中增加一個外生的污染排放或能源消耗模塊[6]。第二類，是將污染的變量納入至經(jīng)濟系統(tǒng)中。比如Jorgensen和Wilcoxen建立的模型中就在生產(chǎn)函數(shù)中加入包括污染損失在內(nèi)的成本約束變量模型，而Robinson，Piggott以及Bergman等在居民的效用函數(shù)中增加了污染排放與節(jié)能減排因素[7-10]。第三類，是在生產(chǎn)函數(shù)中加入污染節(jié)能減排技術(shù)。比如Robinson在CobbDouglas生產(chǎn)函數(shù)中增加了消除污染的技術(shù)創(chuàng)新[11]。Xie開發(fā)了一個綜合描述經(jīng)濟、資源與環(huán)境之間相互關(guān)系與影響的CGE模型。他將污染與經(jīng)濟生產(chǎn)活動通過模型聯(lián)系起來，并將節(jié)能減排和節(jié)能住宅環(huán)境政策變量聯(lián)系起來，并構(gòu)造了一個包含資源環(huán)境賬戶的社會核算矩陣（SAM）作為模型的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。利用此模型，分析控制污染政策的實際環(huán)境效果和對經(jīng)濟增長、收入和投資等的影響[12]。

2住宅建筑節(jié)能CGE模型的擴展

由圖1可見，在住宅建筑全壽命周期的各個階段，建筑節(jié)能與能源、環(huán)境和經(jīng)濟之間存在很多相生和沖突的復(fù)雜關(guān)系。住宅建筑的全壽命周期實質(zhì)就是自然資源被消〖LL〗耗、產(chǎn)生新的資源和污染物的過程，也是改良環(huán)境和污染環(huán)境的過程?？紤]到分析外部建筑節(jié)能房產(chǎn)與污染排放問題，本文主要是把經(jīng)濟行業(yè)中污染排放較大的部門進行細化，分成19個生產(chǎn)部門，分別是農(nóng)業(yè)、煤炭開采和洗選業(yè)、石油和天然氣開采業(yè)、黑色金屬礦采選業(yè)、有色金屬礦采選業(yè)、非金屬礦采選業(yè)、農(nóng)副食品加工業(yè)、紡織業(yè)、造紙及紙制品業(yè)、石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)、醫(yī)藥制造業(yè)、化學(xué)纖維制造業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)和電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)、服務(wù)業(yè)和其他行業(yè)。為了簡化模型，假設(shè)各個部門的生產(chǎn)函數(shù)都是規(guī)模報酬不變的CES函數(shù)的形式，只是差異的部門具有差異的規(guī)模效率參數(shù)以及差異的資本產(chǎn)出彈性。把居民劃分為城鎮(zhèn)居民和農(nóng)村居民，這種劃分主要基于中國城鄉(xiāng)二元化的經(jīng)濟和社會結(jié)構(gòu)。城鄉(xiāng)居民在收入水平和結(jié)構(gòu)以及消費、儲蓄模式方面存在著巨大的差異，與城鎮(zhèn)勞動力相比，中國農(nóng)村勞動力數(shù)值巨大但素質(zhì)偏低，同時，城鄉(xiāng)間要素流動的壁壘仍然存在。為此，模型對城鄉(xiāng)居民家庭作了區(qū)分，以反映中國城鄉(xiāng)居民差異的需求方式[13]。

基于OECD貿(mào)易模型原理，并引用Jian Xie 和Sidney Saltzman在模型中引入環(huán)境反饋機制的做法[14]，以及借鑒李善同等建立的側(cè)重于分析環(huán)境與節(jié)能住宅建筑的DRCGEM模型[15]，本文將外部市場也納入到資源與環(huán)境的CGE模型中。

相對于標(biāo)準(zhǔn)的CGE模型，本文主要在以下四方面做了擴展：第一，將生產(chǎn)要素擴展為資本、勞動和能源要素束，能源要素被進一步分解為清潔能源與非清潔能源束，清潔能源和非清潔能源再被深化、細化；第二，依據(jù)差異的貿(mào)易伙伴將進出口細化為差異的國家和地區(qū)；第三，將污染排放作為一個特殊部門，建立污染排放模塊，納入到CGE模型中，并將污染要素納入到效用函數(shù)中；第四，依據(jù)資本增長模型，建立動態(tài)模塊。

以下將依次對住宅建筑生產(chǎn)模塊、污染排放模塊、節(jié)能住宅建筑模塊、動態(tài)模塊和環(huán)境福利模塊進行詳細說明。而價格模塊、節(jié)能建筑需求模塊、收入分配模塊、市場均衡等其他模塊和標(biāo)準(zhǔn)的CGE模塊相似[16]。

2.1住宅建筑生產(chǎn)模塊

在一般的CGE生產(chǎn)模型中，生產(chǎn)函數(shù)建立在生產(chǎn)要素和中間投入之間的某種函數(shù)替代關(guān)系的基礎(chǔ)上，本文同樣通過建立嵌套的固定替代彈性生產(chǎn)函數(shù)（CES）設(shè)定生產(chǎn)過程中差異要素之間的替代關(guān)系[17]。同時，本文假定市場具有完全競爭、規(guī)模收益不變，以及中間投入與節(jié)能建筑產(chǎn)出成固定比例關(guān)系。具體構(gòu)建框架如圖2所示。

2.1.1第一層嵌套

第一層嵌套對節(jié)能建筑產(chǎn)出XP進行分解，總節(jié)能建筑產(chǎn)出為增加值VA和中間投入ND的加總。第一層CES嵌套就是一個固定系數(shù)的Leontief生產(chǎn)函數(shù)。模型1和模型2設(shè)定了這一常用CES生產(chǎn)函數(shù)的最優(yōu)需求條件，其中PND為ND束的價格，PVA為增加值的總價格，PX設(shè)定生產(chǎn)的單位成本，σp為替代彈性。如果替代彈性為0，則ND和VA與產(chǎn)品成固定比例關(guān)系，而不用考慮相對價格。模型3是單位成本PX的決定模型，依據(jù)CES生產(chǎn)函數(shù)的對偶價格推理出。因為假定在市場為完全競爭，同時所有部門中規(guī)模收益不變，因此，生產(chǎn)者價格PP用生產(chǎn)者稅收或補貼τp調(diào)整后的單位成本，如模型4所示。下文中，如沒有特別注明，則用i表示生產(chǎn)活動的種類，k表示商品的種類，m表示貿(mào)易與運輸?shù)馁M用，r表示為貿(mào)易伙伴，h表示為居民，e表示為企業(yè)，f表示為最終需求，l表示勞動力，ZIg表示私人投資。

2.1.2第二層嵌套

第二層嵌套分為兩個部分，首先采用Leontief生產(chǎn)函數(shù)的形式將總中間需求ND分解為各部門對商品和服務(wù)的需求XAp。模型5描述了部門j對商品k的需求，其中系數(shù)a設(shè)定XAp和ND之間的比例關(guān)系。模型6表明，ND束的價格PND是商品和服務(wù)的價格PA的加權(quán)平均，用技術(shù)系數(shù)作為權(quán)重。另外，反映產(chǎn)品生產(chǎn)差異的阿明頓（Armington）價格要乘以部門和商品的間接稅稅率τcp。

然后，把第二部分的總增加值VA分解為三部分：對資本和勞動力的總需求KLd，對能源束的總需求TEd以及對部門固定要素的需求NR，其模型如模型7、模型8和模型9所示。相應(yīng)的價格分別為PKL、PTE和PR，對應(yīng)的替代彈性則為σv。模型9考量到了要素生產(chǎn)率的變動，設(shè)參數(shù)為λ，增加值的價格PVA是三部分價格的CES 生產(chǎn)函數(shù)的加總，如模型10

2.1.5第五層嵌套

第五層嵌套首先將水和森林資源要素束WF分解為水WE和森林資源FE要素投入，相應(yīng)價格為PWE和PFE。然后將石油和天然氣資源要素束PNG分解為石油PE和天然氣NGE資源要素投入，相應(yīng)價格為PPE和PNGE。模型20和模型21分別設(shè)定在相對價格PWE和PFE下的最優(yōu)化條件，替代彈性為σwf。水和森林資源要素束價格PWF，如模型22所示。

另外，本文假定所生產(chǎn)的商品可簡單加總為總節(jié)能建筑產(chǎn)出。這時將商品視作若干差異生產(chǎn)活動的匯總，模型26反映了產(chǎn)品加總成為商品的最優(yōu)化條件。生產(chǎn)者價格為PP，總供給價格為P，商品的替代彈性為σck。模型考慮了完全替代的情況，則滿足一階法則。

關(guān)于污染排放模塊，本文借鑒魏巍賢在中國能源節(jié)能住宅環(huán)境政策分析中的污染模塊的建模思想[18]。首先，本文構(gòu)建污染減排成本模型28，各部門差異污染物的減排成本是部門節(jié)能建筑產(chǎn)出、污染減排率、污染密度和污染清理價格的函數(shù)。污染排放稅模型29，污染排放稅是污染排放稅率、各部門節(jié)能建筑產(chǎn)出、污染密度和污染減排率的函數(shù)。污染產(chǎn)出模型30，是各個部門污染產(chǎn)生量的之和。排污價格模型31，是一個價格轉(zhuǎn)化模型。減排總量模型32和污染減排率模型33。污染排放量模型34設(shè)定污染產(chǎn)出扣除減排總量，將各種污染物的排放稅進行加總。

其中，g為污染物的種類，PACOSTg，j是i部門的污染減排成本，XPi是i部門的節(jié)能建筑產(chǎn)出，CLg為污染減排率，dg，j為污染密度，PAg為污染清理價格，DGg為污染物的產(chǎn)生總量，X0g為基期減排節(jié)能建筑產(chǎn)出，TDA0g為基期減排總量， DEg為污染物的凈排放量。

2.3節(jié)能住宅模塊

本文把節(jié)能住宅模塊分為二部分：節(jié)能住宅建筑需求模塊、節(jié)能住宅建筑供給模塊，這兩部分具有多層嵌套結(jié)構(gòu)?？傂枨竽K分解成兩層：第一層將總的Armington產(chǎn)品需求分解為對國內(nèi)產(chǎn)品的需求和對節(jié)能住宅建筑產(chǎn)品的需求。在第二層，總的節(jié)能住宅建筑需求分配給差異的貿(mào)易伙伴。這兩層Armington假定都有效，即商品存在原產(chǎn)地的差異用CES函數(shù)形式來設(shè)定差異原產(chǎn)地之間的替代程度，其替代彈性大小通常依賴于加總水平[19]。而非價格壁壘也可能影響其替代程度，例如環(huán)境技術(shù)壁壘以及環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)等。與此類似，節(jié)能住宅建筑供給也用兩層場轉(zhuǎn)換彈性函數(shù)來設(shè)定，可反映相對價格調(diào)整而導(dǎo)致的不安全供給。在節(jié)能住宅建筑需求模型中本文放松了對小國節(jié)能住宅建筑的假定。其中的貿(mào)易與需求模型的設(shè)計框架如下圖3所示。

2.3.1節(jié)能住宅建筑需求模塊

本文用XA設(shè)定Armington產(chǎn)品的國內(nèi)需求，其是所有國內(nèi)賬戶對Armington需求的總和：即中間需求XAp、居民需求XACh和其他國內(nèi)需求XAf以及由國內(nèi)貿(mào)易和運輸產(chǎn)生的需求XAmg之和，如模型35所示。Armington產(chǎn)品需求通過嵌套CES結(jié)構(gòu)分解為對國內(nèi)產(chǎn)品和節(jié)能住宅建筑產(chǎn)品的需求[20]。模型36設(shè)定對國內(nèi)生產(chǎn)的商品需求XDd，本文設(shè)第一層Armington彈性為σm。國內(nèi)產(chǎn)品的價格等于包含國內(nèi)貿(mào)易和運輸費用τmg后的生產(chǎn)者價格PD。模型37設(shè)定節(jié)能住宅建筑總需求XMT，其中PMT為總節(jié)能住宅建筑價格。模型38采取常見的CES對偶價格加總模型決定Armington價格PA。

第二層嵌套結(jié)構(gòu)，本文以CES形式描述節(jié)能住宅建筑總需求XMT與差異貿(mào)易伙伴的關(guān)系。節(jié)能住宅建筑產(chǎn)品的國內(nèi)產(chǎn)品的國內(nèi)價格PM，考慮到數(shù)據(jù)的可得性，本文用包含稅收的到岸價格設(shè)定，即等于世界市場價格WPM乘以匯率，并用節(jié)能住宅建筑稅收τm調(diào)整，如模型39所示。稅收稅率按部門和貿(mào)易伙伴的原產(chǎn)地進行區(qū)分。來自地區(qū)r的節(jié)能住宅建筑商品k，本文用模型40設(shè)定，其中貿(mào)易伙伴地區(qū)間的替代彈性為σw，相應(yīng)得消費價格包括國內(nèi)貿(mào)易和運輸費用τmg?？偖a(chǎn)品的節(jié)能住宅建筑價格PMT如模型41所示。

2.3.2節(jié)能住宅建筑供給模塊

本文采用嵌套的常彈性轉(zhuǎn)換函數(shù)（CET）形式，設(shè)定國內(nèi)產(chǎn)品在國內(nèi)與國外之間的分配。第一層嵌套設(shè)定生產(chǎn)者在國內(nèi)市場和總節(jié)能住宅建筑之間進行產(chǎn)品分配，第二層嵌套設(shè)定總節(jié)能住宅建筑在貿(mào)易伙伴之間的分配。假定生產(chǎn)者在市場之間沒有偏好，滿足一價法則的條件。模型42設(shè)定國內(nèi)生產(chǎn)者價格PE同世界價格WPE的關(guān)系。離岸價格WPE包括了國內(nèi)貿(mào)易和運輸費用τmg，以及節(jié)能住宅建筑稅和補貼τe。CET轉(zhuǎn)化的最優(yōu)條件如模型43和模型44所示。模型43決定國內(nèi)供給X分配給國內(nèi)市場的部分XDs，模型44決定國內(nèi)供給用于總節(jié)能住宅建筑的部分XET。PET代表總節(jié)能住宅建筑供給價格，轉(zhuǎn)換彈性為σχ如果為完全轉(zhuǎn)換，則供給的最優(yōu)化條件被一價法則所替代。在不完全轉(zhuǎn)換的情況下，CET加總函數(shù)被其等價形式CET對偶價格加總函數(shù)所替代。因為在完全轉(zhuǎn)換情況下，不存在產(chǎn)品差異，供給國內(nèi)外的產(chǎn)品可直接加總在一起。CET加總函數(shù)如模型45所示。

2.4動態(tài)模塊

在動態(tài)模型框架中，本文以市場價格計算的GDP增長率和勞動生產(chǎn)率的增長率模型如49和50所示。勞動生產(chǎn)率的增長率包括兩部分，即適用于所有部門和所有勞動類型中的一致因子γ1，以及分部門和勞動熟練程度的因子χ1。在基準(zhǔn)情景時，本文假定GDP的增長率是外生的，用模型48來標(biāo)定γ1參數(shù)。在政策模擬中，假定γ1給定，用模型49來確定GDP的增長率。簡單動態(tài)模型的其他要素包括勞動供給的外生增長率，資本的外生增長率和土地生產(chǎn)率的外生增長率，以及投資驅(qū)動的資本積累如模型50所示。

2.5環(huán)境福利模塊

本文把污染物減排量作為環(huán)境指標(biāo)納入到環(huán)境福利函數(shù)中，反映居民對良好環(huán)境的需求，綜合其它因素，本文構(gòu)建環(huán)境福利函數(shù)，是居民對各種商品的消費需求、休閑時間和污染減排量的函數(shù)，如模型51所示。

其中，U設(shè)定為環(huán)境福利函數(shù)，XD為居民住房消費需求，ULE為休閑時間，TDA為污染減排量，ψi為環(huán)境福利函數(shù)CES各層次嵌套的替代彈性。

3結(jié)論

以上將住宅建筑節(jié)能作為變量擴展到標(biāo)準(zhǔn)CGE模型的方法，構(gòu)建了住宅建筑節(jié)能CGE模型。借助該擴展模型，可以研究非節(jié)能建筑約束、外部節(jié)能建筑與經(jīng)濟增長之間的內(nèi)在關(guān)系，進而破解非節(jié)能建筑約束、外部節(jié)能建筑與住宅建筑節(jié)能快速發(fā)展之間難以協(xié)調(diào)的矛盾。至于模型求解已有現(xiàn)成的軟件，但為了降低問題維數(shù)，可以假定要素市場、產(chǎn)品市場和外匯交易市場出清的求解策略[21]。筆者下一步擬以本文研究成果為基礎(chǔ)，進一步建立相應(yīng)的社會核算矩陣（SAM），并對各種函數(shù)的參數(shù)估計和敏感性檢驗進行實證分析。

（編輯：劉呈慶）

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作者簡介：汪宏，博士生，高級工程師，主要研究方向為可持續(xù)發(fā)展與管理、低碳經(jīng)濟、生態(tài)建筑與建筑節(jié)能管理。Email：giant945@126.com。

基金項目：上海市科技發(fā)展基金課題“特大型城市低碳化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究”（批準(zhǔn)號：10692103000）。