中國建筑業(yè)碳排放時(shí)空格局及影響因素分析

張立新 韓聰 劉欣悅

摘要：為探究中國建筑業(yè)碳排放空間分布格局及影響因素，基于生命周期理論核算2005—2019年中國省域建筑業(yè)碳排放；利用重心模型探究中國建筑業(yè)碳排放重心遷移軌跡及空間集聚特征，發(fā)現(xiàn)中國建筑業(yè)碳排放重心逐漸向西南方向遷移，后向東北方向遷移，建筑業(yè)碳排放呈“東北—西南”分布格局；利用GTWR模型探究中國建筑業(yè)碳排放的影響機(jī)制，發(fā)現(xiàn)人口數(shù)量的增加、產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大在一定程度上可以促進(jìn)建筑業(yè)碳排放，而降低能源強(qiáng)度與調(diào)整能源結(jié)構(gòu)可以有效減少建筑業(yè)碳排放。

關(guān)鍵詞：建筑業(yè)碳排放；空間格局；影響機(jī)制；時(shí)空地理加權(quán)回歸

中圖分類號(hào)：F426.92

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-1037（2023）02-0135-06

doi：10.3969/j.issn.1006-1037.2023.02.22

通信作者：

張立新，男，副教授，主要研究方向?yàn)楣こ添?xiàng)目管理。

氣候治理逐漸演變?yōu)?1世紀(jì)全人類利益共同訴求點(diǎn)[1]，如何有效應(yīng)對溫室氣體過量排放問題成為全球面臨的共同挑戰(zhàn)。中國作為全球最大碳排放國，2020年碳排放總量約為98.99億噸，約占世界碳排放總量的31%[2]。為了減少碳排放，中國積極制定“碳達(dá)峰”和“碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)及“1+N”政策體系。建筑業(yè)作為資源密集型和能源消耗型產(chǎn)業(yè)，在碳排放體系中占據(jù)較大的比例。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國建筑業(yè)能耗占總能耗的46.7%，而CO2排放量將近碳排放總量的50%[3]。目前對建筑業(yè)碳排放的研究主要包括建筑業(yè)碳排放的核算及影響因素的分析。在碳排放核算方面，國內(nèi)外學(xué)者使用生命周期法，將建筑物生命周期劃分為不同階段，分別計(jì)算各個(gè)階段碳排放量。早期的研究對象多為單體建筑或某一類建筑[4]，隨著研究的深入，研究范圍逐漸延伸至宏觀層面，計(jì)算某一區(qū)域內(nèi)建筑業(yè)的碳排放量[5]，使得建筑業(yè)碳排放研究體系更為全面。在碳排放影響因素方面，多數(shù)學(xué)者采用分解的方法進(jìn)行研究。例如，基于IPAT等式分析甘肅省碳排放影響因素并預(yù)測碳達(dá)峰情景[6]；基于Kaya恒等式[7]、STIRPAT模型[8]及LMDI模型[9]分析各地區(qū)碳排放影響因素并提出相應(yīng)的減排政策。但以上方法在分析時(shí)存在較大的局限性，即未考慮空間異質(zhì)性的影響。中國幅員遼闊，各地區(qū)建筑業(yè)發(fā)展?fàn)顩r差異巨大，即使同一影響因素，在不同區(qū)域?qū)ㄖI(yè)碳排放的影響效果也存在差異。地理加權(quán)回歸模型（GWR）的出現(xiàn)解決了以上問題，該模型充分考慮空間異質(zhì)性的影響，有助于研究者提出更具針對性的減排政策。但GWR模型所使用的數(shù)據(jù)為截面數(shù)據(jù)，得出的部分結(jié)論與實(shí)際不符。為解決時(shí)間非平穩(wěn)問題，在原有模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，提出時(shí)空地理加權(quán)回歸模型（GTWR）[10]，目前該模型多應(yīng)用于土地[11]、房價(jià)[12]領(lǐng)域。本文將全國30省份、直轄市、自治區(qū)（未包括西藏、港澳臺(tái)）作為研究對象，分析2005—2019年建筑業(yè)碳排放時(shí)間演變格局，利用重心模型分析中國建筑業(yè)碳排放空間演變格局，并基于GTWR模型分析各地區(qū)建筑業(yè)碳排放影響因素。

1 研究方法及數(shù)據(jù)來源

1.1 建筑業(yè)碳排放核算

基于生命周期理論，本文將建筑業(yè)生命周期劃分為五個(gè)階段：建筑材料生產(chǎn)階段、建筑材料運(yùn)輸階段、建筑施工階段、建筑運(yùn)行階段及建筑拆除階段。

1.1.1 建筑材料生產(chǎn)階段碳排放 材料生產(chǎn)過程中需要將原料進(jìn)行分解，并消耗能源，因此會(huì)產(chǎn)生大量CO2。由于建材種類繁多，本文參考《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》，統(tǒng)計(jì)5種常用建材：鋼鐵、木材、水泥、玻璃、鋁材。需要注意的是，鋼鐵和鋁材屬于可回收材料，因此，在測算碳排放時(shí)需要乘以相應(yīng)的回收系數(shù)。各種建材碳排放因子[13]見表1（木材碳排放系數(shù)單位為t/m3）。

建材生產(chǎn)階段碳排放核算

其中，N1為建材生產(chǎn)階段碳排放量；i代表各類建材；BMi為各地區(qū)第i種建材消耗量；μi為第i種建材生產(chǎn)碳排放因子；φi為第i種建材回收因子。

1.1.2 建筑材料運(yùn)輸階段碳排放 建筑材料的運(yùn)輸方式主要包括鐵路、公路、水運(yùn)和航空運(yùn)輸。各種運(yùn)輸方式碳排放因子[14]見表2。宏觀研究中建材運(yùn)輸距離無法直接查詢，以《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》中全國貨物平均運(yùn)輸距離近似代替建材運(yùn)輸距離。因此，建材運(yùn)輸階段碳排放核算公式為

其中，N2代表建材運(yùn)輸階段碳排放量；j代表不同運(yùn)輸方式；FMij表示通過運(yùn)輸方式j(luò)運(yùn)輸?shù)慕ú膇數(shù)量；hij代表通過運(yùn)輸方式j(luò)運(yùn)輸?shù)慕ú膇的平均運(yùn)距；δj代表運(yùn)輸方式j(luò)的碳排放因子。

1.1.3 建筑施工階段碳排放 施工階段碳排放主要來源于各類能源消耗，根據(jù)《中國建筑業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》，統(tǒng)計(jì)建筑業(yè)原煤、洗精煤等15種能源消耗數(shù)據(jù)，與相應(yīng)碳排放因子[15]相乘

其中，N3表示建筑施工階段碳排放量；Ck為第k種化石能源消耗量；τk為該化石能源碳排放因子。

1.1.4 建筑運(yùn)行階段碳排放 建筑物運(yùn)行階段產(chǎn)生的碳排放主要來源于取暖、制冷、照明等能源消耗。依據(jù)中國統(tǒng)計(jì)年鑒中數(shù)據(jù)分類，本文將建筑運(yùn)行階段能耗分為集中供暖能耗、公共建筑能耗和居住建筑能耗，具體的分類方式及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源見表3（數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》）。

1.1.5 建筑拆除階段碳排放 同等面積下，建筑拆除階段能耗接近于建造階段的90%[16]，而中國每年拆除面積接近于施工面積的10%，因此，建筑拆除階段能耗近似于同年建造能耗的9%。

1.2 重心模型

各地區(qū)建筑業(yè)碳排放存在明顯的空間非均衡性，必將導(dǎo)致建筑業(yè)碳排放重心偏移地理重心。重心模型可以清晰地測量建筑業(yè)碳排放重心在空間、時(shí)間上的遷移軌跡，并通過標(biāo)準(zhǔn)差橢圓展示建筑業(yè)碳排放在空間上的分布格局及聚集特征。平均重心SDE

其中，xi、yi為要素空間坐標(biāo)；x1、y1為平均中心坐標(biāo)，n為要素?cái)?shù)量。

1.3 時(shí)空地理加權(quán)回歸模型

相比于傳統(tǒng)的回歸模型，GTWR模型可以在時(shí)間和空間兩個(gè)維度分析不同空間要素的參數(shù)變化[10]

其中，X為解釋變量，Y為被解釋變量，（μi，νi，φi）為30個(gè)省份的時(shí)空坐標(biāo)；k為第k個(gè)解釋變量；β0為常數(shù)項(xiàng)；βk為回歸系數(shù)；ζi為誤差項(xiàng)。

1.4 影響因素選取及預(yù)處理

根據(jù)IPAT理論[6]，影響建筑業(yè)碳排放的因素可以劃分為三個(gè)維度：人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r及技術(shù)進(jìn)步水平。選取人口數(shù)量[17]、產(chǎn)業(yè)規(guī)模[18]、能源強(qiáng)度[19]作為建筑業(yè)碳排放的影響因素，考慮到建筑業(yè)對能源依賴程度較高，選取能源結(jié)構(gòu)[20]作為影響建筑業(yè)碳排放的另一指標(biāo)。運(yùn)用SPSS軟件對以上4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行共線性檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，所有指標(biāo)的方差膨脹因子最大值為6.72，不存在多重共線性。各影響因素定義及描述性統(tǒng)計(jì)見表4（數(shù)據(jù)來源于《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》）。

2 中國建筑業(yè)碳排放的空間格局

2.1 中國建筑業(yè)碳排放現(xiàn)狀

圖1為中國2005—2019年建筑業(yè)全生命周期碳排放總量（數(shù)據(jù)由1.1節(jié)計(jì)算所得）?？芍?，建筑業(yè)生命周期內(nèi)碳排放主要來源于建材生產(chǎn)階段和建筑運(yùn)行階段：建材運(yùn)輸階段、建筑施工階段及建筑拆除階段碳排放占比較低。按時(shí)間順序來看，將建筑業(yè)碳排放劃分為四個(gè)階段：2005—2010年穩(wěn)步增長階段；2011—2012年加速增長階段；2013—2015年波動(dòng)下降階段；2016—2019年緩慢增長階段。在穩(wěn)步增長階段，城鎮(zhèn)化水平的不斷提高、城鎮(zhèn)人口數(shù)量的不斷增加、經(jīng)濟(jì)水平的不斷增長拉動(dòng)著建筑業(yè)的發(fā)展，同時(shí)該階段房價(jià)的急劇上升導(dǎo)致了全國范圍內(nèi)的炒房行為，使得碳排放水平不斷增加；在加速增長階段，受全球金融危機(jī)的影響，中國為了穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)及減少失業(yè)率，央行下放四萬億投資，大力興建基建、鐵路、港口、公路等，房地產(chǎn)行業(yè)也在此階段迎來爆發(fā)，加速了碳排放增加速度；在波動(dòng)下降階段，國家開始頒布一系列房地產(chǎn)調(diào)整政策。同時(shí)受《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》影響，國家加大房地產(chǎn)能耗管理力度，促進(jìn)房地產(chǎn)向低碳減排地區(qū)發(fā)展；在緩慢增長階段，房地產(chǎn)市場逐漸回暖，發(fā)展規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，建筑業(yè)碳排放緩慢上升。

2.2 建筑業(yè)碳排放時(shí)空格局

由于各驅(qū)動(dòng)因素的回歸系數(shù)在相近年份的變化呈一定的規(guī)律性，以5年為一間隔，選取2005、2010、2015和2019為特征年限，采用重心—標(biāo)準(zhǔn)差橢圓模型進(jìn)行可視化分析。結(jié)果表明，研究期間建筑業(yè)碳排放重心位于河南省和湖北省，位于中國地理位置重心的東南方向，表明東部地區(qū)和南部地區(qū)建筑業(yè)碳排放較高，原因可能是東部地區(qū)長三角經(jīng)濟(jì)帶、南部地區(qū)珠三角經(jīng)濟(jì)帶經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，常年吸引外來人口，居民對住房需求增加，使東南地區(qū)建筑業(yè)碳排放明顯高于西北方向地區(qū)建筑業(yè)碳排放水平。由表5可知，中國建筑業(yè)碳排放重心逐漸向西南方向遷移，后向東北方向遷移，究其原因，可能是2005年以后西部大開發(fā)逐漸進(jìn)入鼎盛時(shí)期，中國在西部地區(qū)建設(shè)了機(jī)場、水電站、水庫等大型基礎(chǔ)設(shè)施；同時(shí)西部地區(qū)能源豐富、技術(shù)創(chuàng)新水平不高、能源利用效率低下，使得建筑業(yè)在發(fā)展過程中產(chǎn)生大量CO2；此后中國提出“新絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”和“21世紀(jì)海上絲綢之路”等戰(zhàn)略規(guī)劃，使得碳排放重心再次向東南方向靠攏。從標(biāo)準(zhǔn)差橢圓角度出發(fā)，中國建筑業(yè)碳排放呈東北—西南方向格局；橢圓方位角先縮小后擴(kuò)大，表明建筑業(yè)碳排放空間分布格局先弱化后加強(qiáng)。

3 中國建筑業(yè)碳排放影響因素分析

3.1 GTWR模型實(shí)證結(jié)果

本文基于Arcgis10.8軟件，以建筑業(yè)碳排放量為因變量，以人口數(shù)量、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、能源強(qiáng)度及能源結(jié)構(gòu)為自變量進(jìn)行GTWR模型回歸分析，模型參數(shù)回歸結(jié)果見表6。模型R2為0.946，調(diào)整后為0.945，說明該模型擬合度較高，能夠較為科學(xué)的揭示影響因素的空間異質(zhì)性。

3.2 影響因素時(shí)空格局

為直觀的描述各個(gè)驅(qū)動(dòng)因素對建筑業(yè)碳排放影響程度的時(shí)空差異，利用Arcmap10.8軟件探究各驅(qū)動(dòng)因素影響程度的時(shí)空異質(zhì)性。

（1）人口數(shù)量。人口數(shù)量對各個(gè)省份的建筑業(yè)碳排放均為正向影響，即人口數(shù)量的增加在一定程度上可以促進(jìn)碳排放量。2005年，建筑業(yè)碳排放受人口數(shù)量影響較大的區(qū)域主要集中在華南地區(qū)、西南地區(qū)及東北地區(qū)，影響程度較小的地區(qū)主要集中在華東地區(qū)。因?yàn)槿A南地區(qū)、西南地區(qū)及東北地區(qū)人口數(shù)量較少，人口數(shù)量的增加擴(kuò)大了居民對住房的需求，使得建筑業(yè)碳排放增量明顯；在2010年，人口數(shù)量對碳排放的影響程度呈明顯的“西北強(qiáng)—東南弱”格局，大致沿“胡煥庸線”分成兩片區(qū)域；2015年和2019年，人口數(shù)量對碳排放的影響格局轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔鲝?qiáng)—東弱”，因?yàn)闁|部地區(qū)城鎮(zhèn)化水平較高，盡管人口數(shù)量的增加在一定程度上增加了住房需求，但另一方面建筑業(yè)的發(fā)展會(huì)促進(jìn)勞動(dòng)力的合理分配、技術(shù)水平的提升；同時(shí)由于東部地區(qū)城鎮(zhèn)化的綠色發(fā)展規(guī)劃、低碳城市試運(yùn)行等原因，弱化了人口因素對碳排放的促進(jìn)效果。

（2）產(chǎn)業(yè)規(guī)模。產(chǎn)業(yè)規(guī)模對各個(gè)省份的建筑業(yè)碳排放均為正向影響，即建筑業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大可以促進(jìn)建筑業(yè)碳排放。2005年，產(chǎn)業(yè)規(guī)模對建筑業(yè)碳排放的影響程度呈明顯的“東強(qiáng)—西弱”分布格局，因?yàn)槲鞑康貐^(qū)環(huán)境惡劣，經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要依賴農(nóng)業(yè)和工業(yè)，對建筑業(yè)的需求沒有東部地區(qū)強(qiáng)烈；2010年，西部地區(qū)產(chǎn)業(yè)規(guī)模對建筑業(yè)碳排放的影響程度明顯增強(qiáng)，因?yàn)槲鞑看箝_發(fā)的影響，增大了西部地區(qū)建筑業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模；2015年，產(chǎn)業(yè)規(guī)模對建筑業(yè)碳排放影響較大的地區(qū)主要集中在東部沿海地區(qū)，東北地區(qū)產(chǎn)業(yè)規(guī)模影響程度降低，原因是2015年東三省工業(yè)產(chǎn)值出現(xiàn)負(fù)增長，使得東三省城鎮(zhèn)化發(fā)展受到影響，降低了建筑業(yè)發(fā)展速度；2019年，東部沿海地區(qū)產(chǎn)業(yè)規(guī)模對建筑業(yè)碳排放的影響程度降低，而河南省、山西省等中部地區(qū)產(chǎn)業(yè)規(guī)模對建筑業(yè)碳排放影響程度加深，究其原因，可能是2016年國務(wù)院批復(fù)同意《促進(jìn)中部地區(qū)崛起“十三五”規(guī)劃》，加快了中部地區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)度。

（3）能源強(qiáng)度。能源強(qiáng)度對各個(gè)省份的建筑業(yè)碳排放均為正向影響，即降低能源強(qiáng)度可有效減少建筑業(yè)碳排放。2005年和2010年，能源強(qiáng)度對建筑業(yè)碳排放的影響呈明顯空間非均衡性，東部沿海地區(qū)及東北地區(qū)能源強(qiáng)度對建筑業(yè)碳排放的影響較為強(qiáng)烈，因?yàn)樵缙跂|部沿海地區(qū)施工技術(shù)較為落后，隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，施工工藝、技術(shù)水平提升明顯，降低了能源強(qiáng)度，進(jìn)而減少了碳排放量；東北地區(qū)早期為重工業(yè)城市，能源豐富，利用效率較低，能源強(qiáng)度的降低可有效減少碳排放水平；2015年，能源強(qiáng)度對建筑業(yè)碳排放的影響格局發(fā)生改變，西部地區(qū)影響程度加深，而東部地區(qū)影響程度減弱，東北地區(qū)能源強(qiáng)度影響程度減弱，因?yàn)闁|北地區(qū)資源面臨枯竭，建筑業(yè)發(fā)展速度減緩，能源強(qiáng)度對減少建筑業(yè)碳排放的效果減弱；2019年，能源強(qiáng)度對建筑業(yè)碳排放的影響格局再次轉(zhuǎn)變，華南地區(qū)能源強(qiáng)度影響程度加深，西部地區(qū)影響程度出現(xiàn)弱化，因?yàn)?016年國務(wù)院發(fā)布《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》，各地政府紛紛出臺(tái)相應(yīng)政策，提高建筑業(yè)能源強(qiáng)度，東部地區(qū)技術(shù)先進(jìn)，綠色建筑發(fā)展較快，且建筑業(yè)體量較大，減排形勢優(yōu)于西部地區(qū)。

（4）能源結(jié)構(gòu)。能源結(jié)構(gòu)對各個(gè)省份的建筑業(yè)碳排放多為負(fù)向影響，即增加電力在能源消耗中的占比可以有效降低建筑業(yè)碳排放。2005年，能源強(qiáng)度對建筑業(yè)碳排放的影響呈明顯空間非均衡性，華東地區(qū)、東北地區(qū)、華南地區(qū)及西南地區(qū)能源結(jié)構(gòu)對建筑業(yè)碳排放的影響較為強(qiáng)烈，因?yàn)樵缙谶@些地區(qū)建筑業(yè)發(fā)展主要依賴傳統(tǒng)化石能源，效率低下；2010年，華中地區(qū)能源結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為強(qiáng)負(fù)向影響，西北地區(qū)和東北地區(qū)能源結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為較強(qiáng)負(fù)向影響，華東地區(qū)負(fù)向影響程度減弱，新疆表現(xiàn)為較弱的促進(jìn)作用，可能是新疆的建筑業(yè)受經(jīng)濟(jì)水平、行業(yè)政策、技術(shù)水平等因素影響，在一定程度上弱化了能源結(jié)構(gòu)的抑制效果，且新疆能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中電力占比較低，能源消費(fèi)以煤炭為主；2015年，西北地區(qū)和西南地區(qū)能源結(jié)構(gòu)影響程度再次加強(qiáng)，中部和東北地區(qū)能源結(jié)構(gòu)減弱，而東北地區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程減緩，建筑業(yè)發(fā)展速度下降；2019年，能源結(jié)構(gòu)的影響程度呈明顯的“南—北”差異，華中地區(qū)和西北地區(qū)能源結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為強(qiáng)負(fù)向影響，因?yàn)楦魇》蓊C布“十三五”減排政策方案，規(guī)定高污染、高排放企業(yè)調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展清潔能源，使得能源結(jié)構(gòu)抑制效果增強(qiáng)。

4 結(jié)論與建議

本文基于生命周期理論，核算2005—2019年中國省域建筑業(yè)碳排放水平，并基于重心模型及GTWR模型分析中國建筑業(yè)碳排放時(shí)空格局及影響機(jī)制。中國建筑業(yè)碳排放整體呈增長趨勢，并于2012年達(dá)到最大值；利用重心模型探究中國建筑業(yè)碳排放時(shí)空格局，發(fā)現(xiàn)中國建筑業(yè)碳排放重心向西南方向遷移，后向東北方向遷移，研究期間碳排放呈“東北—西南”空間分布格局；對中國建筑業(yè)碳排放驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行分析，各因素在不同時(shí)期對不同區(qū)域建筑業(yè)碳排放的影響程度差距較大，但總體來說，人口數(shù)量的增加與產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大會(huì)促進(jìn)建筑業(yè)碳排放，而能源強(qiáng)度的降低及電力等清潔能源在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占比的提高會(huì)減少建筑業(yè)碳排放。

中國建筑業(yè)碳排放存在明顯的空間非均衡性，在制定碳減排措施時(shí)，應(yīng)著力瞄準(zhǔn)碳排放較高的區(qū)域，實(shí)施重點(diǎn)發(fā)力，提高發(fā)展質(zhì)量；其次，針對西部地區(qū)，人口數(shù)量的增加及產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大會(huì)明顯增加建筑業(yè)碳排放水平，這就要求西部地區(qū)提高城鎮(zhèn)化發(fā)展質(zhì)量，改善基礎(chǔ)設(shè)施完善程度，同時(shí)政府應(yīng)加大建筑業(yè)低碳發(fā)展扶持力度，促進(jìn)綠色建筑發(fā)展，以降低建筑業(yè)能源強(qiáng)度；最后，各地區(qū)應(yīng)因地制宜，大力發(fā)展風(fēng)能、太陽能等可再生能源，增加清潔能源在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例，減少建筑業(yè)碳排放。

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