國(guó)內(nèi)建筑碳排放研究可視化分析*

司 琪,徐非凡,馬瑞江,劉 石,常 影,趙延軍,銀克儉

(1.中建工程產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司,北京 101300; 2. 山東大學(xué)土建與水利學(xué)院,山東 濟(jì)南 250061; 3.中國(guó)建筑第四工程局有限公司,廣東 廣州 510665 )

0 引言

隨著全球氣候變化形勢(shì)日益嚴(yán)峻,世界各國(guó)和不同地區(qū)逐漸重視碳排放問題。碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)施作為我國(guó)“十四五”時(shí)期的重要任務(wù)之一,已被納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局中。歐洲建筑師協(xié)會(huì)指出,建筑業(yè)及相關(guān)行業(yè)消耗了地球50%的能源,造成了50%的空氣污染,排放了42%的溫室氣體[1]。在中國(guó),建筑全過程碳排放總量為49.97億t CO2,占全國(guó)碳排放的50.6%[2]。因此,建筑業(yè)應(yīng)成為實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展的重點(diǎn)研究領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的低碳減排對(duì)全球減排工作具有現(xiàn)實(shí)意義。

本文主要借助文獻(xiàn)計(jì)量方法定量分析國(guó)內(nèi)建筑碳排放的研究現(xiàn)狀、研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)及存在的問題,旨在為后續(xù)其他學(xué)者研究建筑碳排放提供一定的參考,助力早日實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

基于中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)(以下簡(jiǎn)稱CNKI),以“建筑碳排放”為主題詞進(jìn)行檢索,檢索時(shí)間為2000年1月1日—2022年4月30日,選擇了三類文獻(xiàn)進(jìn)行分析,文獻(xiàn)數(shù)量如表1所示。

表1 檢索文獻(xiàn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of the number of retrieved literatures

統(tǒng)計(jì)總發(fā)文量954篇,其中學(xué)術(shù)期刊660篇,學(xué)位論文252篇,會(huì)議論文42篇。剔除53篇作者、刊名、發(fā)表時(shí)間等信息不全及科普宣傳和會(huì)議通知等文章,對(duì)901篇文章進(jìn)行可視化分析。

本研究采用以數(shù)量統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)分析方法,對(duì)國(guó)內(nèi)建筑碳排放的相關(guān)研究文獻(xiàn)進(jìn)行分析。CiteSpace是基于Java語言開發(fā)的一個(gè)信息可視化文獻(xiàn)計(jì)量分析工具,主要通過尋徑網(wǎng)絡(luò)算法和共引分析理論對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量,并通過可視化圖譜對(duì)學(xué)科發(fā)展?fàn)顩r、研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。本文應(yīng)用CiteSpace 5.8.3R生成不同的可視化圖譜,分別對(duì)作者、機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞進(jìn)行共現(xiàn)、聚類、突現(xiàn)分析。

2 建筑碳排放研究時(shí)空分布

發(fā)文量的變化能反映一個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r以及未來的研究趨勢(shì)[3],近20年CNKI中“建筑碳排放”相關(guān)研究領(lǐng)域文獻(xiàn)數(shù)量雖有波動(dòng),但整體呈上升趨勢(shì),如圖1所示。文獻(xiàn)發(fā)文數(shù)量可分為4個(gè)階段,2001—2008年,發(fā)文數(shù)量較少,只在2001年、2005年、2008年零星出現(xiàn);2009—2012年,發(fā)文數(shù)量有較大波動(dòng),會(huì)議論文以及學(xué)術(shù)論文整體上升,期刊論文出現(xiàn)了先快速上升后下降的情況;2013—2020年,文獻(xiàn)數(shù)量整體增長(zhǎng)緩慢,個(gè)別年份出現(xiàn)了數(shù)量下降的情況;2021年以后,期刊論文數(shù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。

圖1 文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量Fig.1 Number of published literatures

2021年發(fā)文量最多,這表明相關(guān)學(xué)者對(duì)“建筑碳排放”的關(guān)注度逐漸增強(qiáng),主要和國(guó)內(nèi)外對(duì)“溫室氣體”和“二氧化碳”的關(guān)注度有關(guān),尤其是國(guó)家“雙碳”目標(biāo)出臺(tái)后,關(guān)注度空前高漲。

對(duì)901篇文章進(jìn)行作者共現(xiàn)圖譜分析,如圖2所示,納入的文獻(xiàn)共涉及作者428人,連接數(shù)為246,密度為0.002 7,合作關(guān)系整體比較松散。發(fā)文最早的作者為中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院的張躍峰,在2001年全國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)大會(huì)上發(fā)表。期刊論文發(fā)文年份最早的作者為高運(yùn)周,在2005年發(fā)表。從圖2可以看出,華僑大學(xué)土木工程學(xué)院的祁神軍、張?jiān)撇ā厝甄?、佘潔卿、劉兵、王易波、陳剛等形成研究團(tuán)隊(duì),其他團(tuán)隊(duì)雖然發(fā)文數(shù)量不高,但也呈現(xiàn)出團(tuán)隊(duì)研究的趨勢(shì),如以清華大學(xué)建設(shè)管理系的張智慧、東南大學(xué)的張宏、清華大學(xué)建筑學(xué)院的林波榮等為代表的團(tuán)隊(duì)。

圖2 作者共現(xiàn)圖譜Fig.2 Author co-occurrence map

計(jì)算該領(lǐng)域的核心作者人數(shù),核心作者最低發(fā)文量Q=0.749×C1/2(Q為核心作者最少發(fā)文數(shù),C為發(fā)文數(shù)量最多作者發(fā)文數(shù)),發(fā)文量最多的作者為祁神軍,發(fā)文數(shù)量為16篇,即C=16,Q≈3,得出核心作者共35人,如表2所示,可以看出,建筑碳排放領(lǐng)域研究發(fā)文的作者主要來自經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的北京、上海、福建等地區(qū)的高校,如清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、華僑大學(xué)等,以及傳統(tǒng)的建筑類學(xué)校,如天津大學(xué)、西安建筑科技大學(xué)、沈陽(yáng)建筑大學(xué)等。

表2 發(fā)文數(shù)量≥3的作者Table 2 Authors whose number of publications ≥3

3 建筑碳排放研究熱點(diǎn)

關(guān)鍵詞是對(duì)研究?jī)?nèi)容的高度概括和凝練,當(dāng)關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率越高,表明該關(guān)鍵詞所代表的研究?jī)?nèi)容得到的關(guān)注越多。節(jié)點(diǎn)隨詞頻的增大而增大,同時(shí),每2個(gè)關(guān)鍵詞共同出現(xiàn)的次數(shù)可根據(jù)連接關(guān)鍵詞線條的粗細(xì)來判定,從而測(cè)得其間的親疏關(guān)系。通過顏色衡量詞頻出現(xiàn)的時(shí)間,暖色調(diào)的顏色表示關(guān)鍵詞近期出現(xiàn)過。建筑碳排放相關(guān)研究的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜如圖3所示,包含439個(gè)關(guān)鍵詞和1 187條連線,密度為0.012 3。統(tǒng)計(jì)頻次≥5的關(guān)鍵詞如表3所示。研究熱點(diǎn)除了碳排放和建筑業(yè)外,還有低碳建筑、綠色建筑、影響因素、碳中和、公共建筑、節(jié)能減排、生命周期等。

圖3 關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜(頻率≥10)Fig.3 Keyword co-occurrence map (frequency≥10)

表3 關(guān)鍵詞分布情況(頻率≥5)Table 3 Distribution of keywords (Frequency ≥5)

在關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析基礎(chǔ)上進(jìn)行聚類分析。CiteSpace根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和聚類的清晰度提供了表示網(wǎng)絡(luò)模塊度的模塊值(Q值)和用于衡量網(wǎng)絡(luò)同質(zhì)性的輪廓值(S值)。Q值>0.3表明聚類結(jié)構(gòu)顯著;S值>0.5表明聚類結(jié)果合理,S值>0.7表明聚類是高效且令人信服的。經(jīng)計(jì)算,Q=0.547 9,S=0.859 4,圖譜能較好地反應(yīng)該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),聚類結(jié)果如圖4所示。

圖4 關(guān)鍵詞聚類圖譜Fig.4 Keyword clustering map

每個(gè)聚類由多個(gè)緊密相關(guān)的詞組成,聚類標(biāo)簽數(shù)字越小,表明聚類中包含的關(guān)鍵詞越多。通過聚類分析,選取了11個(gè)有意義的聚類,如表4所示。關(guān)鍵詞數(shù)量>40個(gè)以上的聚類有碳排放、碳中和、建筑業(yè)。關(guān)鍵詞聚類圖譜中有多個(gè)聚類重疊,表明該部分聚類間聯(lián)系緊密,即“建筑碳排放”研究雖各有差異,但主題集中。

表4 聚類結(jié)果Table 4 Clustering results

將關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜轉(zhuǎn)換為時(shí)區(qū)圖,如圖5所示。時(shí)區(qū)圖是將相同時(shí)間內(nèi)的節(jié)點(diǎn)集中在同一時(shí)區(qū)內(nèi),按照從遠(yuǎn)及近的順序排列,從時(shí)間維度上表示某一領(lǐng)域的演進(jìn)過程,從而清晰地展現(xiàn)關(guān)鍵詞的更新,對(duì)預(yù)測(cè)未來幾年主題的發(fā)展趨勢(shì)有很大價(jià)值。需要說明的是關(guān)鍵詞展現(xiàn)的時(shí)間為第一次出現(xiàn)的年份,后續(xù)出現(xiàn)的次數(shù)累計(jì)在第一次出現(xiàn)的年份,并以節(jié)點(diǎn)大小展現(xiàn)出頻次的高低。

圖5 關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)圖譜(頻率≥15)Fig.5 Keyword time zone map (frequency ≥15)

從時(shí)區(qū)圖中可以看出,國(guó)內(nèi)“建筑碳排放”可追溯到2008年,出現(xiàn)了高頻關(guān)鍵詞“零碳排放”,2009年為一個(gè)拐點(diǎn),出現(xiàn)了大量高頻關(guān)鍵詞,2021年為另一個(gè)拐點(diǎn),出現(xiàn)了“碳達(dá)峰”“碳中和”等高頻關(guān)鍵詞。

根據(jù)關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)圖譜和發(fā)文量,可以將研究趨勢(shì)分為4個(gè)階段。

1)探索階段(2001—2008年)

這一階段研究熱點(diǎn)為能源消耗、生命周期方法、水泥工業(yè)等。

2)爆發(fā)階段(2009—2012年)

研究熱點(diǎn)較多,主要有:低碳經(jīng)濟(jì)、低碳技術(shù)、低碳建筑、綠色建筑、節(jié)能減排、碳交易、減排策略等。

3)穩(wěn)定階段(2013—2020年)

研究熱點(diǎn)主要為評(píng)價(jià)體系、計(jì)算模型、光伏發(fā)電、核算方法、發(fā)展路徑、脫鉤等、全產(chǎn)業(yè)鏈、低碳轉(zhuǎn)型。

4)新發(fā)展階段(2021—至今)

研究熱點(diǎn)主要為碳達(dá)峰、碳中和、綠色建材、綠色轉(zhuǎn)型、在未來一段時(shí)間內(nèi),會(huì)繼續(xù)開展碳達(dá)峰、碳中和、綠色轉(zhuǎn)型等相關(guān)研究。

將關(guān)鍵詞進(jìn)行突現(xiàn)性分析,可以清晰地發(fā)現(xiàn)近年來建筑碳排放相關(guān)研究領(lǐng)域的前沿及其迭代情況,共得到25個(gè)突現(xiàn)詞,如圖6所示。突現(xiàn)詞的突現(xiàn)條中,紅色代表該突現(xiàn)詞在這一時(shí)間段內(nèi)研究活躍。突現(xiàn)強(qiáng)度最大的關(guān)鍵詞是“碳中和”(16.22),其次為“低碳建筑”(8.37)、“低碳經(jīng)濟(jì)”(6.95),“建筑業(yè)”(6.36)、“碳達(dá)峰”(6.29)。突現(xiàn)時(shí)間較近的關(guān)鍵詞有“核算”“影響因素”“減碳策略”“碳中和”“碳減排”“碳達(dá)峰”建材生產(chǎn)。

圖6 國(guó)內(nèi)建筑碳排放研究關(guān)鍵詞突發(fā)性檢測(cè)圖譜Fig.6 Research keywords of carbon emission of domestic building

突現(xiàn)詞可以較準(zhǔn)確地反映某一時(shí)段影響較大的研究方向,研究方向的變化往往與國(guó)內(nèi)外相關(guān)政策環(huán)境變化有強(qiáng)關(guān)聯(lián)。例如2009年國(guó)務(wù)院提出發(fā)展“低碳經(jīng)濟(jì)”,2020年中國(guó)對(duì)“碳達(dá)峰”和“碳中和”的承諾,在當(dāng)期及之后時(shí)間段引起相關(guān)文獻(xiàn)的爆發(fā)式增長(zhǎng),從而帶動(dòng)相關(guān)文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞展現(xiàn)出突現(xiàn)性。

綜上所述,總結(jié)研究熱點(diǎn)如下。

1)建筑碳排放相關(guān)計(jì)算方法

相關(guān)方法主要涉及不同建筑類型的不同階段的碳排放計(jì)算。有關(guān)綠色建筑的碳排放計(jì)算方法[4];關(guān)于不同建筑類型(公共建筑、民用建筑、工業(yè)會(huì)展建筑)的碳排放研究方法[5];關(guān)于現(xiàn)澆建筑及裝配式建筑的計(jì)算方法[6];關(guān)于不同階段的計(jì)算方法,如全生命周期[7]、物化階段[8](建材生產(chǎn)及運(yùn)輸,建筑施工)、運(yùn)營(yíng)階段[9]、施工階段[10];關(guān)于新建建筑和既有建筑的碳排放計(jì)算方法[11]。

2)實(shí)現(xiàn)“碳中和”的有效路徑

“雙碳目標(biāo)”推動(dòng)建筑行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型,林波榮[12]探討了建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的挑戰(zhàn)與實(shí)現(xiàn)路徑,李叢笑等[13]分析了開展綠色建造的必要性,高紅等[14]提到以綠色建材為抓手推動(dòng)建筑業(yè)全面綠色轉(zhuǎn)型。此外應(yīng)加強(qiáng)國(guó)際交流合作,攜手推進(jìn)建筑材料行業(yè)“碳減排”,水泥行業(yè)“碳減排”對(duì)整個(gè)建材行業(yè)至關(guān)重要。

3)建筑業(yè)碳排放影響因素

宋金昭等[15]研究了中國(guó)建筑業(yè)碳排放影響因素,杜強(qiáng)等[16]進(jìn)行了中國(guó)各省建筑業(yè)碳排放特征及影響因素研究以及建筑業(yè)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)脫鉤的研究,馮博等[17]研究了中國(guó)各省建筑業(yè)碳排放脫鉤及影響因素,安璐[18]基于LMDI研究了遼寧省建筑業(yè)碳排放的影響因素。

4 結(jié)語

建筑碳排放相關(guān)研究的發(fā)文量整體呈逐年上升趨勢(shì),但該領(lǐng)域的核心研究力量不足,在學(xué)術(shù)領(lǐng)域內(nèi)缺乏較強(qiáng)的影響力;各研究機(jī)構(gòu)間合作不足,整體分布較分散,缺乏跨地域、跨學(xué)科的合作,存在一定的學(xué)術(shù)壁壘。具體內(nèi)容方面,主要存在以下問題。

1)計(jì)算方法 國(guó)內(nèi)建筑碳排放研究著重于“碳排放”量化的研究,研究方法雖不斷創(chuàng)新,但現(xiàn)有研究還存在一定的局限性。①在建筑碳排放計(jì)算方法上,出現(xiàn)了針對(duì)不同建筑類型和建筑結(jié)構(gòu)形式的計(jì)算方法,但其核算邊界和方法學(xué)不統(tǒng)一;②針對(duì)運(yùn)營(yíng)階段的碳排放方法較成熟,針對(duì)物化階段及拆除階段的碳排放計(jì)算方法不成熟。

2)影響因素分析 影響因素指標(biāo)的篩選不夠合理,對(duì)真實(shí)建筑業(yè)碳排放關(guān)鍵因素的反應(yīng)不夠準(zhǔn)確,對(duì)支撐碳減排政策的科學(xué)性不足。

3)信息化手段應(yīng)用 當(dāng)前建筑業(yè)和信息化手段的聯(lián)系較少,缺乏“互聯(lián)網(wǎng)”“區(qū)塊鏈”“大數(shù)據(jù)”“人工智能”等在建筑碳排放領(lǐng)域的應(yīng)用。

“雙碳”目標(biāo)是我國(guó)的重大戰(zhàn)略,建筑碳排放相關(guān)研究處于良好的發(fā)展環(huán)境中,建筑綠色低碳轉(zhuǎn)型進(jìn)入了一個(gè)新的階段,建筑碳排放計(jì)算方法、碳排放影響因素等傳統(tǒng)研究方向仍具有延續(xù)性,“碳達(dá)峰”預(yù)測(cè)和“碳中和”實(shí)現(xiàn)路徑的研究將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng),同時(shí)推動(dòng)相關(guān)節(jié)能減排、能源轉(zhuǎn)型與替代、建材工業(yè)等領(lǐng)域的開創(chuàng)性研發(fā)。