張 兵,仲 敏
(揚州大學 建筑科學與工程學院,江蘇 揚州 225100,E-mail:1252635101@qq.com)
建筑行業(yè)在助力我國“碳達峰、碳中和”目標的實現(xiàn)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[1]。我國城鎮(zhèn)建筑面積存量約650億m2,同時以每年20億m2的建筑面積增長[2],《中國建筑能耗研究報告(2021)》顯示全國建筑全過程碳排放占全國碳排放的50.6%,而隨著我國城鎮(zhèn)化進程的加速推進,建筑業(yè)的綠色發(fā)展面臨著重大挑戰(zhàn)。在我國綠色建筑發(fā)展被按下“快進鍵”的背景下,分析我國綠色建筑發(fā)展水平在空間上的演變特征對綠色建筑的未來發(fā)展重心具有重要意義。
與此同時,伴隨著綠色建筑的迅猛發(fā)展,有關(guān)綠色建筑方面的研究也越來越受到學術(shù)界的重視。在綠色建筑發(fā)展的政策方面,柴麗[3]認為政策制度、法律規(guī)章制度、監(jiān)管力度及激勵措施等方面的原因阻止了我國綠色建筑的發(fā)展,進一步提出有效的建議措施。李張怡等[4]指出推動建筑行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型有助于實現(xiàn)中國“碳達峰、碳中和”的目標,Liriu Dong等[5]針對綠色建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題進行分析,強調(diào)重視人才的培養(yǎng)和提高技術(shù)的利用率有利于促進綠色建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而在綠色建筑的發(fā)展空間與評價方面,仇保興等[6]從不同視角研究綠色建筑發(fā)展的空間特征,發(fā)現(xiàn)綠色建筑在空間上存在不均衡的特征和明顯的聚焦效應。趙虎等[7]通過構(gòu)建城市綠色建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展評價指標體系,發(fā)現(xiàn)山東省的綠色建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展在空間上分布有明顯差異。Guo等[8]認為綠色住宅建筑在空間上具有明顯的地理差異和空間相關(guān)性,進一步發(fā)現(xiàn)綠色住宅建筑等級與社會經(jīng)濟和房地產(chǎn)市場顯著相關(guān)。
通過對現(xiàn)有文獻的梳理與總結(jié),盡管當前已有文獻關(guān)注了綠色建筑的空間問題,但現(xiàn)有成果主要以定性分析為主,難以解釋綠色建筑發(fā)展水平的空間演變特征,另外,現(xiàn)有研究中忽略了區(qū)域間的交互影響關(guān)系,并且應用數(shù)理統(tǒng)計和地理信息技術(shù)相結(jié)合研究綠色建筑地理空間分布的成果有限。為此本文主要采用“熵權(quán)法+GIS”的研究方法開展我國綠色建筑的空間分析,以探討各地區(qū)的綠色建筑發(fā)展水平的空間分布和空間關(guān)聯(lián)性,另外,運用數(shù)理統(tǒng)計中的變異系數(shù)法研究各區(qū)域綠色建筑發(fā)展的內(nèi)部差異,進而為我國綠色建筑發(fā)展提供理論指導。
熵權(quán)法是以熵值衡量變量離散程度和無序性的客觀評價方法,減少人為主觀因素對權(quán)重值的影響。變量的離散程度和無序性越大,該指標對評價體系的影響度越高;反之,則越小[9]。
(1)標準化處理。綠色建筑建筑發(fā)展涉及多項指標,指標計量單位均不同,需要對各評價指標的原始數(shù)據(jù)進行標準化處理,即異質(zhì)指標同質(zhì)化,公式如下:
式中,aij為未經(jīng)過標準化的第j項第i地區(qū)標準值;xij為經(jīng)過標準化后的第j項第i地區(qū)指標值。
(2)計算特征值比重。計算各地區(qū)每個指標的特征值比重,公式如下:
(3)計算熵值和指標權(quán)重。在特征值比重的基礎(chǔ)上分別根據(jù)公式計算出信息熵ej和各項指標權(quán)重Wj:
式中,m為研究單元的個數(shù);n為各地區(qū)指標的個數(shù),指標權(quán)重越大,對綠色建筑的發(fā)展水平影響就越大。
(4)計算綠色建筑發(fā)展水平。計算公式為:
式中,Si為第i地區(qū)綠色建筑可持續(xù)發(fā)展指數(shù),Si取值越大,綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展能力越強。
本文運用GIS的自然斷點法對我國綠色建筑發(fā)展水平的高低進行分級,進一步分析綠色建筑的空間結(jié)構(gòu)特征,主要通過數(shù)據(jù)內(nèi)在關(guān)聯(lián)性進行自然分組,為分級的客觀性提供根本保證。
變異系數(shù)可以反映某一主體或者不同屬性之間分布差異的趨勢。本文采用變異系數(shù)測度綠色建筑項目在空間分布上的差異程度[10],表達式如下:
式中,CV為變異系數(shù);為綠色建筑發(fā)展水平指數(shù)的均值;n為研究區(qū)域個數(shù);xi為第i個研究區(qū)域的綠色建筑發(fā)展水平指數(shù)。
本文采用探索性空間數(shù)據(jù)分析(ESDA)主要用于研究綠色建筑發(fā)展水平的空間演變格局。依據(jù)研究主體部分區(qū)域范圍的不同,該方法也可以分為全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)兩種[11]。
(1)全局空間自相關(guān)性。全局空間自相關(guān)性可以衡量區(qū)域之間整體上的空間關(guān)聯(lián)和空間差異程度[12],通過計算全局莫蘭指數(shù)可以指出綠色建筑發(fā)展水平的空間相關(guān)性和空間集聚模式,計算公式如下:
式中,Xi和Xj分別表示i地區(qū)和j地區(qū)的綠色建筑發(fā)展水平;N為研究區(qū)域內(nèi)省域總數(shù);Wij為空間權(quán)重矩陣。Moran’s I的取值范圍在-1和1之間,越接近于1,空間正相關(guān)越強;越接近于-1,空間負相關(guān)性越強。
(2)局部空間自相關(guān)性。局部自相關(guān)分析主要通過計算莫蘭指數(shù)Local Moran's I進而探究綠色建筑發(fā)展水平的局部空間變化及演變[13]。其中空間正相關(guān)的形式為“高-高”聚集和“低-低”聚集,表明高的觀測值和高的聚集在一起,反之亦然;空間負相關(guān)為“高-低”聚集和“低-高”聚集,表明高的觀測值和低的觀測值聚集在一起。
綠色建筑的發(fā)展涉及多個方面。為了客觀準確的反映綠色建筑發(fā)展水平,在征求相關(guān)研究領(lǐng)域?qū)<乙庖姷幕A(chǔ)上,參考張倩[14]、王東旭[15]、葉祖達[16]、胡文發(fā)[17]等對綠色建筑發(fā)展的相關(guān)研究,總結(jié)凝練綠色建筑發(fā)展理念與當前社會發(fā)展、建筑業(yè)發(fā)展之間的關(guān)系,以科學性、系統(tǒng)性為原則,從社會經(jīng)濟、能源環(huán)境、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、行業(yè)結(jié)構(gòu)等4個層面構(gòu)建我國綠色建筑發(fā)展水平的指標體系,具體如表1所示。
表1 中國綠色建筑發(fā)展水平指標體系
社會經(jīng)濟反映了地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和人口特征,是地區(qū)高質(zhì)量發(fā)展的重要體現(xiàn),同時也是綠色建筑良好發(fā)展的前提條件;能源環(huán)境是衡量地區(qū)的綠色化水平和發(fā)展?jié)摿Φ闹匾獦藴?,能源的消耗有助于刺激對綠色建筑發(fā)展的需求;產(chǎn)業(yè)規(guī)模體現(xiàn)一個地區(qū)建筑業(yè)的發(fā)展水平,產(chǎn)業(yè)規(guī)模的提升有助于促進國家對建筑業(yè)的政策支持,是支撐綠色建筑發(fā)展的動力;行業(yè)結(jié)構(gòu)通過綠色建筑項目的數(shù)量特征反映綠色建筑業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,合理的行業(yè)結(jié)構(gòu)能夠促進建筑業(yè)的綠色化發(fā)展。
本文選取中國30個地區(qū)(不含西藏和港澳臺)作為研究對象,限于行業(yè)結(jié)構(gòu)層面統(tǒng)計數(shù)據(jù)的完整性和可獲取性,主要針對2008~2020年綠色建筑發(fā)展的時空演變特征進行研究。文中所使用的指標數(shù)據(jù)來源于2009~2021年《中國統(tǒng)計年鑒》、各地區(qū)統(tǒng)計年鑒及各地區(qū)社會發(fā)展統(tǒng)計公報、綠色建筑標識網(wǎng)、各地區(qū)住房與城鄉(xiāng)建設廳、綠色建筑協(xié)會等。
3.1.1 三大自然區(qū)的結(jié)構(gòu)特征
按照自然地理分區(qū)對我國30個不同地區(qū)進行劃分,分為東部地區(qū)、中部地區(qū)和西部地區(qū)三大區(qū)域,通過熵權(quán)法計算處理得到各省綠色建筑發(fā)展水平的平均值,并將其按照三大區(qū)域進行分類統(tǒng)計。結(jié)果表明,東部地區(qū)的綠色建筑發(fā)展指數(shù)最高,為0.346,在三大區(qū)域中綠色建筑發(fā)展指數(shù)占比為55.0%,中部地區(qū)的綠色建筑發(fā)展指數(shù)為0.168,占比26.7%,西部地區(qū)的綠色建筑發(fā)展指數(shù)最低,達到0.115,占比18.3%。中西部地區(qū)的綠色建筑發(fā)展水平相差較小,而與東部地區(qū)相差甚遠,空間整體上呈現(xiàn)“東高,中西低”的空間格局,進一步的分析表明這些差距主要是由于社會經(jīng)濟、能源環(huán)境的不同及產(chǎn)業(yè)規(guī)模和行業(yè)結(jié)構(gòu)存在顯著差異造成的。在此基礎(chǔ)上,為了進一步評價我國綠色建筑的發(fā)展水平,通過自然間斷點法將其分為5個類型,其中綠色建筑發(fā)展水平指數(shù)在0.043~0.089的為嚴重滯后,0.090~0.155的為滯后,0.156~0.192的為中等,0.193~0.255的為良好,0.256~0.703的為先進,分析結(jié)果如表2所示。
表2 綠色建筑發(fā)展水平的分類
總體上看,我國綠色建筑發(fā)展水平較低,并且西部地區(qū)綠色建筑發(fā)展水平的滯后程度遠高于東部地區(qū)。而從省域來看,我國綠色建筑的地區(qū)發(fā)展存在不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象,其中北京、山東、江蘇、上海、浙江、廣東等6個省市的綠色建筑發(fā)展先進,主要處于我國的長三角、環(huán)渤海和珠三角地區(qū),而青海、寧夏、內(nèi)蒙古、貴州、海南這5個地區(qū)的綠色建筑發(fā)展水平處于嚴重滯后。以上現(xiàn)象都表明綠色建筑高質(zhì)量發(fā)展水平與經(jīng)濟發(fā)展、政策條件、資源稟賦存在一定的耦合性。東部地區(qū)以二、三產(chǎn)業(yè)為主導,綠色建筑發(fā)展狀況較好,西部地區(qū)則以第一產(chǎn)業(yè)為主導,綠色建筑發(fā)展水平卻嚴重滯后;氣候條件對綠色建筑的發(fā)展具有一定的影響力,如云南、新疆、四川、陜西、廣西、甘肅等省的綠色建筑發(fā)展水平較差;北京和上海分別作為政治中心和經(jīng)濟中心,綠色建筑發(fā)展處于比較先進的地位,在綠色建筑發(fā)展方面有積極的引導作用。
3.1.2 省際間的結(jié)構(gòu)特征
從我國各省的綠色建筑發(fā)展水平的平均值來看(見圖1),綠色建筑發(fā)展水平排名前五的有江蘇、廣東、浙江、上海、山東,其發(fā)展水平指數(shù)分別為0.704、0.492、0.451、0.436、0.394,而排在后三位的分別為貴州、寧夏、青海,其發(fā)展水平指數(shù)分別為0.073、0.058、0.043,表明我國綠色建筑的發(fā)展整體上處于中低水平,并且在空間上具有明顯的地域差異性,主要集中分布在經(jīng)濟發(fā)達、人口密集的東部地區(qū);在落后的西部地區(qū),經(jīng)濟激勵措施不到位,市場資金投入不足,同時缺少社會的認知,沒有形成以消費者和開發(fā)商為主體的綠色建筑市場氛圍。
圖1 2008~2020年各省綠色建筑發(fā)展水平均值
為了清晰地了解我國綠色建筑發(fā)展的演變趨勢,對2008~2020年綠色建筑發(fā)展水平值進行統(tǒng)計,結(jié)果如圖2所示。
圖2 我國綠色建筑發(fā)展水平指數(shù)的演變趨勢
自從2008年正式開展標識評價之后,國家開始重視綠色建筑的發(fā)展,2008~2020年我國綠色建筑發(fā)展水平總體上主要呈現(xiàn)“緩慢上升-波動下降-快速上升”的變化趨勢,綠色建筑發(fā)展水平峰值出現(xiàn)在2020年,為0.270,最低值出現(xiàn)在2008年,為0.148,表明我國綠色建筑的發(fā)展水平在不斷提高。其中2008~2015年綠色建筑發(fā)展水平緩慢上升,在2016年出現(xiàn)下降現(xiàn)象后快速上升。2016年出現(xiàn)下降主要因為2015年發(fā)布了新版《綠色建筑評價標準》(GB/T 50378-2019),其具有更加廣泛的評價標準的對象,更明確的評價階段,更系統(tǒng)合理的評價方法,更完善的評價指標體系,這意味著我國開始實施更加嚴格、廣泛的評價標準規(guī)范綠色建筑行業(yè)的市場。除此之外,隨著住建部《建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃》的出臺,綠色建筑也迎來了新的發(fā)展方向。
為了進一步判別我國綠色建筑發(fā)展水平的區(qū)域差異情況,本文通過計算變異系數(shù)來測度我國綠色建筑發(fā)展水平的總體分布與三大區(qū)域在綠色建筑發(fā)展水平分布上的空間差異程度。結(jié)果表明2008~2020年我國綠色建筑發(fā)展水平在空間上的分布差異顯著。如圖3所示,2008~2016年我國綠色建筑整體發(fā)展水平的變異系數(shù)總體呈現(xiàn)逐年降低的趨勢(2016年較為特殊,前文已作說明)。2008~2020年的變異系數(shù)有所下降,具體數(shù)值表現(xiàn)為由2008年的1.06減小至2020年的0.63,表明我國綠色建筑發(fā)展的空間差異顯著,但綠色建筑發(fā)展水平的差距在逐漸減小,空間聚集性逐漸增強。
圖3 2008~2020年綠色建筑發(fā)展水平的變異系數(shù)演變趨勢
出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因,主要是我國在推行低碳生態(tài)城市的建設中,開始重視綠色建筑的發(fā)展,陸續(xù)出臺一系列指導綠色建筑實踐的政策,導致綠色建筑的數(shù)量得到迅猛的增加。為了落實十九大提出社會主要矛盾的變化,《綠色建筑評價標準》(GB/T 50378-2019)圍繞以人為本的核心,以“四節(jié)一環(huán)?!睘榛炯s束,重新構(gòu)建評價指標體系,進一步導致2019年和2020年各地區(qū)的綠色建筑發(fā)展差異增大,因此其變異系數(shù)值有明顯的上升趨勢。
從區(qū)域?qū)用鎭砜?,東部地區(qū)的變異系數(shù)值的變化趨勢主要呈現(xiàn)降-升-降-升的趨勢,說明東部地區(qū)綠色建筑發(fā)展水平的差距在某階段有減小趨勢。但隨著“一帶一路”和“長江經(jīng)濟帶”戰(zhàn)略的提出,長三角地區(qū)成為國家發(fā)展的重要目標,同時,隨著政策的調(diào)整,使得東部地區(qū)內(nèi)部的發(fā)展差距明顯,進而導致綠色建筑發(fā)展水平的差距上升。中部地區(qū)的變化波動程度最明顯,表明中部地區(qū)的綠色建筑處于不穩(wěn)定發(fā)展狀態(tài)。西部地區(qū)的變異系數(shù)值大于東部地區(qū)和中部地區(qū)的居多,說明西部地區(qū)的綠色建筑水平低且空間差異大,在綠色建筑方面的戰(zhàn)略措施還有待加強。另外,由于各地紛紛對綠色建筑的立法工作進行修訂完善,以及其他政策發(fā)生變動,使得各地的綠色建筑發(fā)展水平在2015~2016年和2018~2020年期間的差異有所增大。因此,在制定綠色建筑的相關(guān)政策方面,不能只聚焦于全國層面,應當考慮區(qū)域差異,因地制宜。
3.3.1 全局自相關(guān)
本文以2008~2020年的綠色建筑發(fā)展水平為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),運用GeoDa軟件測算出2008~2020年我國省域單元綠色建筑項目發(fā)展水平指數(shù)分布的Globel Moran's I值,結(jié)果如表3所示。2008~2020年的Globel Moran's I均為正值,正態(tài)統(tǒng)計值均顯著,說明此期間的綠色建筑在空間上存在顯著的空間正相關(guān)。同時,莫蘭指數(shù)從2008年的0.436增長到2018年的0.478,說明綠色建筑的空間關(guān)聯(lián)性逐漸增強,空間聚集性的態(tài)勢愈加強烈,但2019年和2020年的莫蘭指數(shù)減小,說明綠色建筑的空間聚集性出現(xiàn)一定程度的減弱。
表3 2008~2020年綠色建筑發(fā)展水平Globel Moran's I值
3.3.2 局部自相關(guān)
考慮到全局自相關(guān)忽略了局部地區(qū)的空間異質(zhì)性,因此進一步借助GeoDa研究綠色建筑發(fā)展水平空間分布的局部空間分異特征,結(jié)果如表4所示。總體上看,綠色建筑處于高-高和低-低地區(qū)的省域最多,位于高-低和低-高地區(qū)的省域較少,即綠色建筑發(fā)展水平較高和較低在空間聚集的現(xiàn)象比較明顯。從區(qū)域分布的角度分析,綠色建筑發(fā)展水平指數(shù)處在高-高地區(qū)的省域主要位于東部沿海地區(qū),覆蓋了江蘇、上海、浙江3個地區(qū),說明該區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展積累了一定的優(yōu)勢,且具有成熟的市場和技術(shù)水平及先進的城市生態(tài)理念。處于低-低地區(qū)主要分布在我國的西部地區(qū),主要集中在新疆、內(nèi)蒙古、黑龍江、甘肅、四川、遼寧,這些地區(qū)雖然出臺了相關(guān)綠色建筑的政策,但由于社會經(jīng)濟綜合發(fā)展水平限制,導致綠色建筑落地較為困難。而位于高-低地區(qū)和低-高地區(qū)的空間規(guī)模小,其余地區(qū)聚集現(xiàn)象不明顯,如京津冀區(qū)域,該地區(qū)的中心城市北京的綠色建筑發(fā)展水平先進,但對周邊地區(qū)的輻射強度較弱,區(qū)域帶動作用有限,導致在空間上的聚集現(xiàn)象不明顯??傮w上呈現(xiàn)了東部沿海高值分布,內(nèi)陸低值分布的格局。
表4 2008~2020年綠色建筑的局部空間聚集情況
從時空的演變特征來看,2008~2015年高-高地區(qū)主要集中在江蘇、上海、浙江3個沿海地區(qū),說明這些地區(qū)的綠色建筑發(fā)展水平位于全國前列,與周邊地區(qū)的聯(lián)系緊密,空間上聚集性和穩(wěn)定性強。直到2012年,山東開始進入高-高地區(qū),說明山東在周邊地區(qū)的帶動下,開始加強與周邊地區(qū)綠色建筑發(fā)展的緊密聯(lián)系,綠色建筑發(fā)展水平得到一定的提升。在此期間,四川主要處于原位演變,說明四川的綠色建筑發(fā)展沒有起色,與周邊地區(qū)的綠色建筑發(fā)展都處于較低水平。新疆、內(nèi)蒙古、黑龍江慢慢退出低-低地區(qū),說明這些地區(qū)開始重視綠色建筑發(fā)展,采取相應的措施得到了理想的效果。2016~2020年甘肅的綠色建筑發(fā)展指數(shù)處于低-低地區(qū),說明該地區(qū)的綠色建筑發(fā)展水平較低。安徽在2017年和2020年都經(jīng)歷從低-高地區(qū)轉(zhuǎn)入高-高地區(qū)的演變過程,說明在新的綠色建筑評價標準發(fā)布之后,安徽的綠色建筑發(fā)展水平有階段性的提高。2017~2020年,江西主要位于低-高地區(qū),說明綠色建筑發(fā)展水平低,呈現(xiàn)中間低,四周高的空間格局,周邊地區(qū)的輻射作用有限,江西需因地制宜制定相適應的新措施提高綠色建筑發(fā)展水平;福建進入高-高地區(qū),長期受到周邊地區(qū)的帶動作用,隨著新標準的制定,也使得福建的綠色建筑發(fā)展水平受到正向影響。2008~2020年期間,上海、江蘇一直處于高-高地區(qū),說明在東部地區(qū)形成了較高的綠色建筑發(fā)展水平,與該區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展水平相適應。而處在低-低地區(qū)的地區(qū)主要集中在西部地區(qū),變動相對較大,說明西部地區(qū)的綠色建筑發(fā)展不穩(wěn)定,極易受到周邊經(jīng)濟、環(huán)境、政策等方面的影響。整體上,我國的綠色建筑發(fā)展隨著時間的演變有所提高,空間聚集性也愈演愈烈。
本文綜合利用熵權(quán)法與地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù),通過熵權(quán)法測算出綠色建筑發(fā)展水平指數(shù),利用自然斷點法、變異系數(shù)及探索性分析等研究綠色建筑發(fā)展水平的時空演變特征。結(jié)果表明我國綠色建筑不同區(qū)域之間存在較大的差距,總體呈現(xiàn)出為“東部高,中西部低”的空間分布特點,進一步地,與中西部地區(qū)相比,東部地區(qū)的2008~2020年綠建筑發(fā)展的差異程度相對較小,而中西部地區(qū)仍有較大的提升空間。另外從全局來看,我國綠色建筑發(fā)展水平形成聚集型的空間自相關(guān)局面,局部上,綠色建筑發(fā)展水平值處于高-高地區(qū)和低-低區(qū)域的較多,而處于高-低區(qū)域和低-高區(qū)域的較少。應當從全國層面和區(qū)域?qū)用嫣岢霾煌陌l(fā)展目標,從全國層面對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進行調(diào)整,整合和創(chuàng)新技術(shù)資源,合理確定好綠色建筑發(fā)展的方向、目標和規(guī)模,完善綠色建筑市場體系,挖掘各區(qū)域的綠色建筑發(fā)展?jié)摿Γ辉趨^(qū)域?qū)用嫔?,對于西部落后地區(qū),將綠色建筑發(fā)展與經(jīng)濟發(fā)展相銜接,統(tǒng)籌規(guī)劃,重視區(qū)域政策,利用自身的地域優(yōu)勢開辟具有特色的綠色建筑。同時,采取經(jīng)濟激勵措施,調(diào)動各方利益者的積極性,打破綠色建筑發(fā)展不均衡的現(xiàn)狀。對于東部較發(fā)達地區(qū),進行跨區(qū)域聯(lián)動經(jīng)濟的發(fā)展,在經(jīng)濟輻射的作用下,突破研發(fā)的技術(shù),發(fā)展綠色建筑示范區(qū),共同打造綠色產(chǎn)業(yè)鏈,促進綠色建筑智慧化和建筑化的發(fā)展趨勢。