“雙碳”目標(biāo)下建筑節(jié)能減排研究進展可視化分析

關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能；碳排放；碳中和；可視化；CiteSpace；知識圖譜

中圖分類號：TU023文獻標(biāo)志碼：A文章編號：10005013（2024）02028307

收稿日期：20231214

摘要：為全面梳理建筑節(jié)能減排的研究歷程及熱點前沿，基于文獻計量軟件CiteSpace，以中國知網(wǎng)（CNKI）和WebofScience核心數(shù)據(jù)庫中選取的與建筑碳減排相關(guān)的1883篇中文文獻和1142篇外文文獻為主體，結(jié)合研究熱點知識圖譜、關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖譜及時間線圖譜，對建筑節(jié)能減排的研究現(xiàn)狀和研究趨勢進行定量可視化研究。結(jié)果表明：建筑節(jié)能減排領(lǐng)域研究熱點聚焦于建筑節(jié)能、綠色低碳、零碳排放3個方面；國內(nèi)學(xué)者通過采用可再生材料，構(gòu)建節(jié)能模型和提高回收利用率等措施降低碳排放；國外學(xué)者從立法政策探尋建筑行業(yè)的碳減排潛力，隨后致力于可再生能源以及碳負技術(shù)的研究。

通信作者：秦旋（1969），女，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事裝配式建筑、建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的研究。Email：hdwq@hqu.edu.cn。

基金項目：福建省創(chuàng)新戰(zhàn)略研究項目（2023R0039）

隨著全球氣候變化日益嚴(yán)重，碳中和作為減緩氣候變化的一項重要戰(zhàn)略，已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注。根據(jù)國務(wù)院《2030年前碳達峰行動方案》指示，要把碳達峰、碳中和納入經(jīng)濟社會發(fā)展全局，推動經(jīng)濟社會發(fā)展建立在資源高效利用和綠色低碳發(fā)展的基礎(chǔ)之上。建筑領(lǐng)域是碳排放的主要領(lǐng)域之一，中國建筑節(jié)能協(xié)會發(fā)布的《中國建筑能耗研究報告（2021）》顯示，我國建筑全過程碳排放總量占全國碳排放量的50.6%。因此，進行建筑碳排放領(lǐng)域熱點和趨勢的研究，對實現(xiàn)我國“雙碳”目標(biāo)具有重要意義。

建筑節(jié)能減排一直是學(xué)者們關(guān)注的話題。葉紅等［1］基于傳統(tǒng)文獻綜述的方法，從社會經(jīng)濟、建筑體特征、區(qū)域氣候等視角，對驅(qū)動建筑能耗碳排放的復(fù)合機理進行綜述。然而，傳統(tǒng)的文獻綜述不僅需要消耗大量時間，且在閱讀分析過程中由于存在個人認(rèn)知、主觀偏差等影響，難免導(dǎo)致分析結(jié)果不具客觀性，難以精確把握建筑碳排放領(lǐng)域的前沿問題。崔鵬等［2］基于WebofScience（WoS）和中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫進行檢索分析，綜述了國內(nèi)外大學(xué)校園碳排放研究進展及趨勢，為建設(shè)可持續(xù)低碳校園提供決策和建議。該方法在一定程度上減少了傳統(tǒng)文獻綜述方法的主觀偏差，提高了分析結(jié)果的客觀性與精確性，但該研究僅展示了國內(nèi)外研究熱點詞匯及頻次統(tǒng)計的結(jié)果，無法表達該領(lǐng)域研究學(xué)科之間的交叉、知識流動和融合，無法呈現(xiàn)出清晰直觀的可視化圖像。

文獻計量法是指用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)的方法定量地分析一切知識載體的交叉科學(xué)。它是集數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、文獻學(xué)為一體，注重量化的綜合性知識體系，是關(guān)于文獻及其引用的學(xué)科。2004年，陳超美等［3］開發(fā)了一款文獻定量可視化軟件，即引文空間（CiteSpace），其主要基于共引分析理論對特定領(lǐng)域文獻進行計量，從而探尋該學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)鍵路徑及轉(zhuǎn)折點，并通過可視化圖譜的繪制形成對學(xué)科演化潛在動力機制的分析和學(xué)科發(fā)展前沿的探測。CiteSpace軟件可較為直觀地呈現(xiàn)相關(guān)研究領(lǐng)域的發(fā)展全景，提取熱點主題，辨析研究趨勢，具有強大的可視化功能［4］。因此，本文擬用文獻計量法，對建筑節(jié)能減排領(lǐng)域展開綜述研究。

1數(shù)據(jù)來源

選取CNKI和WoS核心數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)來源。CNKI數(shù)據(jù)采用主題“建筑”并且主題“碳減排”進行精確檢索，時間跨度為2007-2023，手動剔除部分無效文獻，獲得中文文獻1883篇。外文期刊數(shù)據(jù)用WebofScience核心數(shù)據(jù)庫，采用主題“carbondioxideemission”和主題“building”或者“Architecture”進行精確檢索，時間跨度為2007-2023，剔除無效文件后，獲得外文文獻1142篇。

2研究熱點分析

當(dāng)2篇或多篇文獻發(fā)表后，被后期相關(guān)研究的1篇或多篇文獻所引用，就會構(gòu)成共被引文獻關(guān)系［3］，分析共被引文獻就可以了解該領(lǐng)域的主要研究方向。在CiteSpace軟件中勾選Keyword，分析節(jié)點選擇Reference，選用Pathfinder（最短路徑）算法，進行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，得出關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識圖譜。

根據(jù)CNKI數(shù)據(jù)庫的1883篇文獻繪制出國內(nèi)建筑碳減排領(lǐng)域研究熱點知識圖譜，如圖1所示。圖1中共有587個節(jié)點及1050段連線。根據(jù)WoS數(shù)據(jù)庫的1142篇文獻繪制出國外建筑碳減排領(lǐng)域研究熱點知識圖譜，共得到489個節(jié)點和2867條連線，如圖2所示。

結(jié)合國內(nèi)研究熱點知識圖譜和高頻關(guān)鍵詞可以看出：碳排放、低碳建筑、綠色建筑等這幾個關(guān)鍵詞的節(jié)點更大，頻次更高，說明目前國內(nèi)建筑碳減排的研究熱點主要集中在這幾個領(lǐng)域。從圖2可以看出，國外高頻詞出現(xiàn)頻次分布比較均勻，研究熱點與國內(nèi)大致相同，但國外研究大多與環(huán)境、生態(tài)相關(guān)聯(lián)，對政策和能源的研究較多。2007-2023年建筑碳減排研究領(lǐng)域的熱點主要集中在以下3個方面。

1）建筑節(jié)能減排的研究。建筑碳排放受到多個因素影響，包括建筑材料的選擇、建筑設(shè)計和施工過程、能源消耗和運營等。羅曉予等［5］研究發(fā)現(xiàn)日本的建筑全生命周期碳排放明顯低于中國建筑，主要原因為日本建筑利用低碳建材，其生產(chǎn)環(huán)節(jié)碳排放低、使用壽命長，維護、廢棄階段碳排放低于中國建筑。建筑材料是主要的碳排放來源，在商業(yè)辦公建筑材料中，混凝土結(jié)構(gòu)比鋼結(jié)構(gòu)在能源消耗、碳排放、碳排放成本方面均占優(yōu)勢［6］。目前，混凝土結(jié)構(gòu)的減碳技術(shù)提出一種新的理念，通過采用新型低碳膠凝材料、提升結(jié)構(gòu)耐久性及退役后建筑固碳循環(huán)利用等方式可實現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)全壽命減碳［7］。

2）綠色低碳的研究。隨著對低碳建筑研究的深入，綠色建筑的概念逐漸浮現(xiàn)。為了更好地評估建筑碳排放，許多研究借鑒了生命周期評估方法，對比綠色建筑和普通建筑各階段的碳排放差異，總結(jié)出綠色建筑的優(yōu)勢［8］。國外學(xué)者從生命周期評價、碳標(biāo)簽等方面對建筑業(yè)碳排放開展研究，使用模型和算法對碳排放展開定量計算，對二氧化碳（CO2）的排放量進行控制和監(jiān)督。Lisitano等［9］研究了碳排放量和再生能源之間的關(guān)系，指出未來研究可能會考慮建筑物中所隱含的CO2排放問題。

3）零碳排放研究。主要包括碳達峰的預(yù)測、零碳建筑和零碳社區(qū)的發(fā)展。聯(lián)合國報告指出，2019年，生活和生產(chǎn)中的碳排放創(chuàng)下新的歷史記錄，許多欠發(fā)達國家的建筑業(yè)碳排放量上升超過以往。針對聯(lián)合國報告，國內(nèi)提出“30·60”的戰(zhàn)略目標(biāo)，零碳建筑的發(fā)展開始被重視。建筑行業(yè)正逐漸向可再生能源整合轉(zhuǎn)變，如光伏、風(fēng)力發(fā)電等。研究者正在探索將可再生能源與建筑系統(tǒng)集成，以降低對傳統(tǒng)能源的依賴并減少碳排放。超低能耗建筑被動式及主動式技術(shù)通過選擇適宜該項目的遮陽措施、高效新風(fēng)熱回收系統(tǒng)、光伏技術(shù)等手段，實現(xiàn)降低建筑自身能耗、提升用能效率，從而達到零碳排放［10］。除此之外，建筑領(lǐng)域相關(guān)政策變化也影響著實際碳排放，不同減排工作的貢獻率不同，其中，建筑節(jié)能強規(guī)提升、建筑光伏一體化、清潔取暖等工作的有效開展，為零碳城市的發(fā)展提供了動力［11］。國外學(xué)者將能源模擬、空氣分析軟件、建筑垃圾的再利用和回收分析等建筑信息模型（BIM）技術(shù)應(yīng)用于綠色建筑建設(shè)、管理和設(shè)計中，管理建筑全生命周期的碳排放及能源消耗，實現(xiàn)更高水平的節(jié)約與低碳，實現(xiàn)近零碳污染［12］。Kou等［13］提出一種與重力熱管集成的新型被動式太陽能房屋，實現(xiàn)了具有可變熱性能的圍護結(jié)構(gòu)，高效利用太陽能達到零碳供暖。在近零碳排放的背景下，可再生能源的開發(fā)利用日益受到重視。

3演進趨勢分析

3.1國內(nèi)建筑碳減排領(lǐng)域演進趨勢

突現(xiàn)值能夠反映某一時段該研究領(lǐng)域的研究熱點前沿。利用CiteSpace軟件分析獲得CNKI高突現(xiàn)值關(guān)鍵詞22個，如圖3所示。國內(nèi)建筑碳減排領(lǐng)域關(guān)鍵詞時序圖，如圖4（a）所示。根據(jù)關(guān)鍵詞時序圖，繪制不同階段的熱門關(guān)鍵詞詞云圖，如圖4（b）所示。

（a）關(guān)鍵詞時序圖（b）不同階段的熱門關(guān)鍵詞詞云圖

結(jié)合高突現(xiàn)值關(guān)鍵詞和時序圖，國內(nèi)對建筑碳排放領(lǐng)域的研究是階梯型上升的，可以將其劃分為萌芽初期、探索時期、逐步成型、深入研究4個階段，如圖4（b）所示。

1）2007-2008年，主要關(guān)鍵詞為二氧化碳、建筑物及零碳排放?！毒┒甲h定書》于2005年開始生效，設(shè)定了減少溫室氣體（GHG）排放的具體目標(biāo)和時間表，并表明減少大氣中的二氧化碳量已經(jīng)成為二十多年來的全球發(fā)展議程［14］。尤其在建筑物方面，開始以零碳排放為目標(biāo)進行建筑物碳排放研究。研究早期主要是在建筑上采用可再生的生物質(zhì)建筑材料，提高材料利用率、回收率，增加采用清潔能源的使用等，最終實現(xiàn)碳排放加權(quán)總計的零值。

2）2009-2010年，熱門關(guān)鍵詞增加了低碳城市及低碳產(chǎn)業(yè)。該階段的研究主要從宏觀角度出發(fā)，提出減少碳排放的政策建議。低碳是這一階段的主要代名詞，學(xué)者們從低碳的角度出發(fā)，尋找發(fā)展低碳城市和構(gòu)建低碳建筑的技術(shù)途徑，該階段處于探尋我國減排潛力的躊躇前行階段。研究建筑碳排放的同時，也關(guān)注城市規(guī)劃層面，從而優(yōu)化城市建設(shè)和發(fā)展的整體碳排放。姜虹等［15］得出發(fā)展低碳建筑應(yīng)通過文化理念的回歸與進步、依靠技術(shù)跨越式發(fā)展和制度約束才能實現(xiàn)的結(jié)論。同時，低碳試點城市研究開始興起，崔博等［16］從低碳產(chǎn)業(yè)布局、低碳公共交通系統(tǒng)、可再生能源利用、碳匯系統(tǒng)布局、低碳城市空間結(jié)構(gòu)、低碳空間管制等6個方面出發(fā)，對廈門市低碳城市總體規(guī)劃進行了理論探索和實踐嘗試。

3）2011-2016年，低碳建筑、節(jié)能減排、碳排放等詞成為研究熱點。這一階段的建筑碳排放領(lǐng)域的研究從宏觀逐漸進入到微觀，研究構(gòu)建建筑全生命周期各階段的碳排放計算模型，并有針對性地提出減排策略。建筑業(yè)對其他行業(yè)的碳排放拉動作用明顯，通過發(fā)揮建筑業(yè)在建材選擇上的引導(dǎo)作用、減少高碳排放建材的使用量，實現(xiàn)降低建筑業(yè)的間接碳排放［17］。此時，研究方向開始轉(zhuǎn)向微觀領(lǐng)域，將BIM技術(shù)與建筑碳排放結(jié)合，計算建筑全生命周期碳排放量［1819］。

4）2017-2023年，研究熱點為碳達峰與碳中和?！?0·60”戰(zhàn)略目標(biāo)提出后，碳排放的突現(xiàn)值達到最高，研究內(nèi)容比前3個階段更深入，如從建筑到社區(qū)再到城市。超低能耗建筑應(yīng)運而出，超低能耗建筑在建筑建造施工和運行過程中能夠減少建筑用能，是實現(xiàn)建筑碳中和目標(biāo)的重要途徑。劉志堅等［20］提出一種結(jié)合儲電和儲熱的分布式能源系統(tǒng)，促進了能源系統(tǒng)低碳和清潔轉(zhuǎn)型發(fā)展。城市發(fā)展逐漸形成城市群體，區(qū)域?qū)用娴臏p碳目標(biāo)也亟待解決，以長江三角洲城市群為例，各種影響因素在不同城市存在較強的時空異質(zhì)性，對城市群體的區(qū)域性的降碳需采用相應(yīng)聯(lián)防聯(lián)治措施及差異化減排策略［21］。另外，城市建設(shè)中的礦物質(zhì)材料開發(fā)利用活動不僅導(dǎo)致大量碳排放，也產(chǎn)生了碳吸收。建筑中的礦物質(zhì)材料包括水泥、石灰、混凝土和砂漿等，這些礦物質(zhì)材料對CO2的吸收量逐年累積，形成的碳匯總量十分可觀。因此有學(xué)者從城市建設(shè)角度對建筑物中礦物質(zhì)材料的碳匯能力進行研究，結(jié)合遙感數(shù)據(jù)提取技術(shù)對城市既有建筑的碳匯量進行核算，結(jié)果可直觀準(zhǔn)確地呈現(xiàn)城市碳匯量分布與城市建設(shè)發(fā)展的關(guān)系，并作為低碳城市發(fā)展的指導(dǎo)依據(jù)［22］。當(dāng)然，對碳中和的理解是一個不斷發(fā)展的過程，實現(xiàn)凈零排放將引發(fā)經(jīng)濟和社會各個方面自上而下的深刻變革，在這過程中碳中和研究將進一步多樣化和深刻化。

3.2國外建筑碳減排領(lǐng)域演進趨勢

根據(jù)文獻數(shù)據(jù)整理分析，利用CiteSpace軟件分析獲得WebofScience高突現(xiàn)值關(guān)鍵詞17個，如圖5所示。繪制國外建筑碳減排領(lǐng)域關(guān)鍵詞時序圖，如圖6（a）所示。根據(jù)關(guān)鍵詞時序圖，繪制國外建筑碳減排領(lǐng)域不同階段的熱門關(guān)鍵詞詞云圖，如圖6（b）所示。

（a）關(guān)鍵詞時序圖（b）不同階段的熱門關(guān)鍵詞詞云圖

根據(jù)研究熱點時序圖，國外建筑碳排放領(lǐng)域演進趨勢主要分為3個階段，如圖6（b）所示。

1）2007-2011年，氣候變化、碳排放為主要研究熱點。隨著2008年《氣候變化法案》的頒布，英國成為第1個立法減少GHG的國家，建筑行業(yè)相應(yīng)的立法推動零碳建筑的實施［23］。Ohene等［24］通過最優(yōu)最劣方法（BWM）研究凈零碳建筑行業(yè)的障礙，最終落腳于立法政策，指出達到零碳排放政府部門必須成為強有力的伙伴。此階段主要研究相應(yīng)立法政策以探尋建筑業(yè)碳減排潛力。

2）2012-2017年，主要關(guān)鍵詞包含碳排放、能源及能源效率等，此階段能源問題成為焦點。為提高能源強度和能源效率，人們試圖調(diào)整能源消耗方式，從而引發(fā)了低碳目標(biāo)及可再生能源、可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟等領(lǐng)域研究的蓬勃發(fā)展。為實現(xiàn)設(shè)計初期進行節(jié)能優(yōu)化，Baek等［25］構(gòu)建了CO2分析系統(tǒng)，可在設(shè)計階段測算能源消耗，從而對建筑的能源消耗進行改進，提高能源效率。在節(jié)能改造方面，從全生命周期出發(fā)確定建筑的最優(yōu)節(jié)能措施，實現(xiàn)系統(tǒng)觀點下的建筑節(jié)約［26］。

3）2018-2023年，世界各國提出了碳中和目標(biāo)和路線圖，分析減排的挑戰(zhàn)和驅(qū)動因素，預(yù)測不同情景下的減排效果。學(xué)者們將研究從低碳轉(zhuǎn)向零碳，開始用實測探索零碳污染的最佳途徑，并提出了可再生能源、智能建筑和綠色建筑等一系列研究重點。生命周期中運維階段的碳監(jiān)測較為復(fù)雜，Zhao等［27］提供了一種新型的擬合方法，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，借此方式提出針對性的減排方式。通過使用可再生能源、碳捕獲和儲存技術(shù)、建筑能效的提高等方式，將建筑運營階段產(chǎn)生的碳排放量降至零或接近零。在全球碳交易市場中，碳排放配額交易價格是最為活躍的元素，實時反映市場的供給與需求。碳交易和碳定價機制可為建筑行業(yè)提供激勵機制，合理的碳價格將促進創(chuàng)新綠色技術(shù)的發(fā)展，促使建筑業(yè)主和開發(fā)商采取更多的碳減排措施，并提高減排效率［28］。碳捕集與封存被認(rèn)為是未來大規(guī)模減少溫室氣體排放、減緩全球變暖最經(jīng)濟、可行的方法。第13屆溫室氣體控制技術(shù)國際會議上提出了一種太陽能碳捕集技術(shù)，英國碳清潔公司研發(fā)了一種先進的CDRMAX碳捕獲溶劑，其二氧化碳捕獲率高達92.5%［2930］。目前，碳中和的研究擴展到多學(xué)科領(lǐng)域，從政策、技術(shù)、經(jīng)濟等多角度推動碳中和的發(fā)展。隨著能源的豐富、負排放能力的提高及人類減排意識和意愿的增強，碳中和正逐漸走向可實現(xiàn)的目標(biāo)。

4結(jié)論

1）在研究熱點方面，國內(nèi)外在建筑碳減排領(lǐng)域的高頻關(guān)鍵詞較為接近，包括建筑節(jié)能、綠色低碳、零碳排放和碳中和等研究熱點；不同的是國外某些發(fā)達國家早已達到碳排放峰值，下一步需完成2050年的凈零碳排放，而我國作為發(fā)展中國家，承諾在2030年達到碳排放峰值，2060年實現(xiàn)碳中和，故“碳中和”“碳達峰”是我國目前的研究熱點。

2）在演進趨勢方面，國內(nèi)對建筑碳減排的研究起步晚于國外，隨著我國經(jīng)濟的增長，對建筑碳排放相關(guān)的研究越來越重視。國外對碳減排的研究更多集中在政策和技術(shù)方面。研究早期的關(guān)鍵詞偏向于宏觀層面，如氣候變化、碳排放、可持續(xù)性等，隨著研究領(lǐng)域不斷擴大，研究發(fā)展至微觀方面，即促進碳中和的具體方法和技術(shù)。碳中和的研究領(lǐng)域包括可再生能源、碳稅、低碳試點等。在最后的零碳階段，政策的主導(dǎo)和技術(shù)創(chuàng)新是研究熱點，社會、經(jīng)濟、能源、政策和技術(shù)等因素都是碳中和發(fā)展的重中之重。目前，國內(nèi)外建筑碳排放發(fā)展進程已同步化。

3）碳中和是未來的研究熱點。實現(xiàn)碳中和是一個復(fù)雜的多學(xué)科過程，建筑碳排放領(lǐng)域不能通過單一視角分析來實現(xiàn)，需要對技術(shù)、經(jīng)濟和社會進行全面系統(tǒng)的分析。生態(tài)文明建設(shè)是人類文明發(fā)展和社會進步的必然要求，有必要將碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)的總體框架，深入研究這一概念的理論內(nèi)涵，并在生態(tài)文明框架內(nèi)構(gòu)建碳中和管理理論和方法體系，組織跨學(xué)科技術(shù)創(chuàng)新團隊。未來的研究以開發(fā)可再生能源和碳負排放技術(shù)創(chuàng)新為主，在技術(shù)支撐下逐步提高可再生能源的利用率。

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（責(zé)任編輯：黃曉楠英文審校：方德平）