汪振雙,覃 飛
(東北財經(jīng)大學(xué) 投資工程管理學(xué)院,遼寧 大連 116025,E-mail:zswang@dufe.edu.cn)
世界經(jīng)濟在高速發(fā)展的同時,消耗了大量的化石能源,產(chǎn)生大量的二氧化碳,導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境和氣候問題。建筑業(yè)屬于典型的能源密集型產(chǎn)業(yè),具有高能耗、高排放、低效率等顯著特征,占全球碳排放總量的40%左右[1]。建筑業(yè)碳減排有助于減少我國整體的碳排放量,減緩溫室效應(yīng)的危害,建筑業(yè)碳減排對中國“雙碳” 目標(biāo)的實現(xiàn)至關(guān)重要。
建筑業(yè)碳排放問題引起了國內(nèi)外學(xué)者的重視。在微觀層面上,主要集中在工程項目上,從項目全生命周期各階段、建筑材料類型、建筑構(gòu)件及部品、建筑結(jié)構(gòu)形式等進行碳排放核算和碳排放協(xié)同管理[2],為工程項目全生命周期碳減排管理提供參考。在宏觀層面上,主要集中在區(qū)域建筑碳排放核算及建筑業(yè)碳排放的驅(qū)動因素上,為政府碳減排政策制定提供參考。杜強等[3]建立了建筑業(yè)碳排放庫茲涅茨曲線和彈性脫鉤模型,以研究建筑業(yè)碳排放與經(jīng)濟增長之間的關(guān)系,并尋找影響其彈性脫鉤的主要因素。胡姍等[4]建立了中國建筑能耗和排放模型,合理計算建筑運行過程產(chǎn)生的碳排放,并提出節(jié)能和低碳發(fā)展建筑業(yè)的建議。申娟娟[5]在已有研究的基礎(chǔ)上,采用碳足跡方法對建筑全生命周期碳排放來源進行研究和分析,從而提出相應(yīng)的碳減排策略,為低碳建筑的建設(shè)和環(huán)境保護治理提供參考。Zhang 等[6]提出了基于過程生命周期評價的中國建筑施工模型,找出影響建筑碳排放的主要驅(qū)動因素和影響方向。Tan 等[7]建立了中國建筑業(yè)碳排放預(yù)測模型體系和評估碳減排潛力的模型,發(fā)現(xiàn)低碳政策只能減緩而不能完全抑制二氧化碳的排放,并且鼓勵部門間合作,加強對碳減排協(xié)同管理和控制。
由于我國區(qū)域資源稟賦差異性,經(jīng)濟發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)不平衡,導(dǎo)致我國建筑業(yè)排放存在空間差異性。從已有的研究現(xiàn)狀來看,建筑業(yè)碳排放的相關(guān)研究多集中在碳排放的核算,或運用計量經(jīng)濟學(xué)研究方法對區(qū)域?qū)用娼ㄖI(yè)碳排放影響因素和驅(qū)動效應(yīng)進行研究,而忽視了建筑業(yè)碳排放的空間異質(zhì)性和變化趨勢方面的研究。因此,本文在2006~2017年建筑業(yè)碳排放核算的基礎(chǔ)上,采用Slope 值、Theil指數(shù)和ESDA 等方法,對中國建筑業(yè)碳排放的時空特征進行研究,為政府等相關(guān)部門制定建筑業(yè)碳減排管理的全域治理聯(lián)動方案、差異化政策和措施提供科學(xué)依據(jù),以便早日實現(xiàn)我國“雙碳” 目標(biāo)。
建筑業(yè)碳排放包括直接碳排放和間接碳排放。其中,直接碳排放是指建筑業(yè)全生命周期各階段直接消耗的化石和電力等能源產(chǎn)生的碳排放;間接碳排放是指工程項目在物化階段中主要消耗的建筑材料在生產(chǎn)和運輸過程中產(chǎn)生的碳排放。目前,建筑業(yè)碳排放核算方法主要有排放系數(shù)法、投入產(chǎn)出法、建筑全生命周期法、實測法和物料衡算法[8]。本文選用碳排放系數(shù)法測算建筑業(yè)碳排放,計算公式如下[9]:
式中,CE為建筑業(yè)碳排放量;DCE為建筑業(yè)直接碳排放量;ICE為建筑業(yè)間接碳排放量(t);FE,EE,TE和DE分別表示化石能源能耗(t),電力能耗(KW·h),熱能能耗(KJ)和建筑材料能耗(kg);fe,ee,te,de*分別表示化石,電力,熱力和建筑材料的碳排放因子;ah為建筑材料的回收系數(shù);i和j分別表示地區(qū)和年份;k為化石能源類型(主要包括煤炭、焦炭、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油氣、其他石油制品、天然氣);h為建筑材料類型(主要包括鋼材、木材、水泥、玻璃、鋁材);12/44 是C 和CO2的分子量之比。
為描述我國各省域建筑業(yè)碳排放量的變化趨勢,本文在2006~2017 年建筑業(yè)碳排放量核算基礎(chǔ)上,計算建筑業(yè)碳排放的傾向值(Slope)[10],計算公式如下:
式中,n表示2006~2017 年的總年份數(shù)量,為12;xi是第i年(2006 年為第1 年);E代表第i年對應(yīng)的建筑碳排放量。若Slope>0,則表明隨著時間的增加,建筑業(yè)碳排放呈現(xiàn)增長趨勢;若Slope<0,則表明建筑業(yè)碳排放量呈下降趨勢。Slope 值的大小反映了建筑碳排放量增加或減小的速率,即增加或減小的傾向程度。采用標(biāo)準(zhǔn)差分級將各省碳排放量的增長趨勢分為4 種類型,如表1 所示。
表1 變化趨勢類型劃分標(biāo)準(zhǔn)
泰爾指數(shù)主要用于分析國家之間的收入差距,后被廣泛應(yīng)用于區(qū)域差異性的研究和分析中[10]。泰爾指數(shù)的取值范圍為[0,1],其值越小表示各區(qū)域之間的差距越小。本文中泰爾指數(shù)的公式調(diào)整如下:
式中:i表示省份,j表示區(qū)域;N為全國省份的總數(shù),本文為30;M為劃分的區(qū)域總數(shù),本文為6;Nj是第j個區(qū)域所包含的省份的個數(shù);T,Tw,Tb和Twj分別表示整體泰爾指數(shù),區(qū)域內(nèi)泰爾指數(shù),區(qū)域間泰爾指數(shù),以及第j個區(qū)域的泰爾指數(shù);C,Ci,Cj和Cji分別表示全國建筑業(yè)碳排放,第i個省的碳排放量,第j個區(qū)域的建筑業(yè)碳排放量,第j區(qū)域內(nèi)第i省的碳排放量;P,Pi,Pj和Pji分別為全國人口總數(shù),第i個省人口數(shù),第j個區(qū)域的人口數(shù),第j個區(qū)域的第i省人口數(shù)。
同時還可使用泰爾指數(shù)測算區(qū)域內(nèi)貢獻率與區(qū)域間貢獻率:
式中,Ww,Wb和Wj分別表示建筑業(yè)碳排放區(qū)域內(nèi)差異對總體泰爾指數(shù)的貢獻率,建筑業(yè)碳排放區(qū)域間差異對總體泰爾指數(shù)的貢獻率,第j區(qū)域建筑業(yè)碳排放對整體泰爾指數(shù)的貢獻率。
探索性空間數(shù)據(jù)分析(Exploratory Spatial Data Analysis,ESDA)方法用來研究變量的空間分布特征及相互作用機制的方法[11],主要包括全局空間自相關(guān)分析和局部空間自相關(guān)分析。全局空間自相關(guān)分析用來分析建筑業(yè)碳排放在區(qū)域中的總體分布特征,是否存在空間聚集,用全局Moran’sI指數(shù)進行分析,計算公式如下:
式中,n,xi,分別為研究中劃分的區(qū)域空間單元的數(shù)量,區(qū)域i的建筑業(yè)碳排放觀測值;為區(qū)域建筑業(yè)碳排放觀測的平均值;Wij為空間權(quán)重矩陣,或i和j空間單元相鄰時,取值為1,否則為0。本文中n=30,Wij是基于Queen 標(biāo)準(zhǔn)生成的一階空間權(quán)重矩陣。
全局Moran’sI指數(shù)只能從整體上反映變量在區(qū)域中的空間分布特征,而無法表示局部地區(qū)的空間依賴性。局部Moran’sI指數(shù)則可以分析某一區(qū)域建筑業(yè)碳排放與周邊地區(qū)建筑業(yè)碳排放之間的空間差異程度及其顯著性,計算公式如下:
本文的研究樣本為中國的30 個?。ú话ㄎ鞑睾透郯呐_地區(qū))。根據(jù)我國六大行政區(qū)的劃分,將30 個省份劃分為華北區(qū)、東北區(qū)、華東區(qū)、中南區(qū)、西南區(qū)和西北區(qū)等6 個區(qū)域。建筑業(yè)碳排放核算中主要能源的消耗量和建筑材料消耗量的數(shù)據(jù)分別來自《中國能源統(tǒng)計年鑒》和《中國建筑業(yè)統(tǒng)計年鑒》。計算中,能源和建筑材料的排放因子與回收系數(shù)取值均來自相關(guān)研究文獻[8,9,11]。
2006~2017 年,我國建筑業(yè)碳排放量從74031萬t 上升至201404.52 萬t,建筑業(yè)碳排將近翻了三番,年平均增長率約為14%左右。浙江省的排放量較為突出,其周圍的福建省、江蘇省和湖北省也有較高的排放量,而我國北部和南部較偏遠(yuǎn)的地區(qū)碳排放量大多較低。建筑業(yè)碳排放主要集中在東南部地區(qū),即從東部沿海地區(qū)向西部延伸。2017 年,我國省域建筑業(yè)碳排放量呈現(xiàn)出明顯的東南部較突出,而周圍地區(qū)較低的態(tài)勢,建筑業(yè)碳排放量區(qū)域差異性顯著。為了探究我國各省建筑碳業(yè)排放量的變化趨勢,通過式(4)計算各省建筑業(yè)碳排放量的Slope 值,如表2 所示。
由表2 可知,浙江、福建和湖北的建筑碳排放量增長最為迅猛,江蘇、河南和四川也呈現(xiàn)出相對較快的增長速度。中速和緩慢增長型的省份較多,且“中速增長型” 的省域數(shù)接近總省域數(shù)的一半??梢娬w上我國建筑碳排放的增長速度已經(jīng)得到了一定控制。2006~2017 年,我國建筑業(yè)碳排放強度呈現(xiàn)先下降,上升后再下降的趨勢。2006~2009年,我國建筑產(chǎn)業(yè)碳排放強度值整體呈現(xiàn)出下降態(tài)勢,2008 年全球經(jīng)濟危機的爆發(fā),房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到?jīng)_擊,建筑業(yè)產(chǎn)值的增長緩慢,建筑業(yè)碳排放強度值略有上升;2010~2012 年,我國建筑業(yè)碳排放強度又呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢,伴隨著城市居民人均收入水平的提高,住房成為新的居民消費熱點,然而由于建筑業(yè)施工技術(shù)落后和粗放式管理等弊端,建筑業(yè)碳排放強度呈上升趨勢[12]。2013~2017年,我國建筑業(yè)碳排放強度又進入下降趨勢,這與我國在建筑節(jié)能減排方面采取的政策有關(guān)。在2013年之后,國家大力提倡將以節(jié)能和減排為先導(dǎo),發(fā)展資源節(jié)約型城市,住建部也提出要開發(fā)資源節(jié)約型、高耐久性綠色建材,提高城市資源和能源利用效率,材料的控制使用有效減緩了各省建筑碳排放量的增長速度。
表2 2006~201 7 年中國各省建筑業(yè)碳排放變化趨勢類型
我國幅員遼闊,各省人口規(guī)模,資源稟賦和經(jīng)濟發(fā)展水平不一,建筑業(yè)碳排放存在差異。利用式(5)~式(11),計算2006~2017 年,中國建筑業(yè)總體泰爾指數(shù)、區(qū)域間和區(qū)域內(nèi)的差異及貢獻率、各地區(qū)內(nèi)部差異及相應(yīng)貢獻率,如表3 所示。
表3 我國建筑碳業(yè)排放強度各區(qū)域泰爾指數(shù)及其貢獻率
從表3 可以看出,2006~2017 年,中國建筑業(yè)碳排放的總泰爾指數(shù)總體上呈波浪式上升趨勢。這表明我國建筑業(yè)碳排省域差異顯著,且呈明顯擴大趨勢,但增加幅度不大,年平均0.8%左右。這表明,我國建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展取得了一定的成果。2006~2017 年,中國建筑業(yè)碳排放區(qū)域內(nèi)差異和區(qū)間差異的變化趨勢,與總體泰爾指數(shù)的變化趨勢吻合。可以看出,建筑業(yè)碳排放區(qū)域內(nèi)差異貢獻均大于區(qū)域間差異對總體差異的貢獻率。值得指出的是,2016 年區(qū)域內(nèi)差異貢獻率對總體差異貢獻率達到77.23%,中國建筑業(yè)碳排放的總體差異主要是由于區(qū)域內(nèi)建筑業(yè)碳排放差異所導(dǎo)致的。比較中國六大區(qū)域的建筑碳排放泰爾指數(shù)可以發(fā)現(xiàn),2006~2017 年,西北地區(qū)和中南地區(qū)的泰爾指數(shù)值均高于其他區(qū)域的泰爾指數(shù)值。2006~2017 年,東北地區(qū)貢獻率在多數(shù)年份中均較低,而在2012 年則出現(xiàn)了反彈,所占比例為43.46%。這是由于吉林省的建筑碳排放與2012 年出現(xiàn)了極大幅度的提高,2013 年和2014 年出現(xiàn)了回落現(xiàn)象,2015 年后逐漸恢復(fù)至較低水平,使東北地區(qū)貢獻率出現(xiàn)大幅降低。華東地區(qū)貢獻率在各年的變化幅度相對較小,發(fā)展比較平穩(wěn)。華北地區(qū)、華東地區(qū)、中南地區(qū)和西北地區(qū)泰爾指數(shù)呈上升趨勢,而東北地區(qū)和西南地區(qū)總體呈下降趨勢。其余地區(qū)的貢獻率在發(fā)展過程中出現(xiàn)了較大的上下波動,這是由部分省份的建筑碳排放量在個別年份出現(xiàn)不穩(wěn)定變化所導(dǎo)致的。區(qū)域間貢獻率在發(fā)展初期的變化幅度較小,而在2011 年和2012 年出現(xiàn)了較大的提高,又于2013 年大幅降低,后逐漸呈現(xiàn)出小幅度的降低趨勢。河北、江蘇和吉林等省份的建筑碳排放出現(xiàn)大幅提高,在提高自身所在地區(qū)差異的同時,極大拉開了各分區(qū)之間建筑碳排放的差異,削弱了差異地區(qū)對整體差異的貢獻程度。
2.3.1 全局空間自相關(guān)分析
2006~2017 年,我國建筑業(yè)碳排放Moran’sI指數(shù)的取值在0.105~0.326 之間,并且通過了0.05 顯著性水平檢驗。由計算結(jié)果可以看出,2006~2010 年間,Moran’sI指數(shù)出現(xiàn)了不穩(wěn)定的上下波動,又于2011年出現(xiàn)了大幅下降,2012 年達到最低值,為0.105。在2011 和2012 年,建筑碳排放量Moran’sI指數(shù)和相應(yīng)的顯著性均降低,空間聚集程度減弱。在2011年,河北和江蘇的水泥材料使用量大幅提高,而吉林的建筑碳排放量也在2012 年發(fā)生驟增,使2011和2012 年的總排放量均出現(xiàn)了較大的提高,導(dǎo)致省際建筑碳排放量的空間集聚特征被弱化。在2013年之后,國家提出了多項節(jié)能減排措施,鼓勵建筑行業(yè)科學(xué)使用綠色建材,控制了建筑碳排放量的增長速度,使各省建筑碳排放量的空間分布特征開始穩(wěn)定發(fā)展并逐漸聚集。
從2015 年后,建筑業(yè)碳排放Moran’sI指數(shù)呈現(xiàn)增大趨勢,2017 年為0.326。整體上看來,建筑碳排放量Moran’sI指數(shù)在樣本考察期內(nèi)呈現(xiàn)出先波動變化,后降于低谷,又持續(xù)穩(wěn)步上升的態(tài)勢??梢娢覈ㄖI(yè)的發(fā)展質(zhì)量在不斷提高,發(fā)展速度也趨于穩(wěn)定。建筑業(yè)的進步加強了省際碳排放量的聯(lián)系,使全國的空間關(guān)聯(lián)更加緊密。
表4 2006~201 7 年中國建筑業(yè)碳排放量全局空間Moran’s I 指數(shù)
2.3.2 局部空間自相關(guān)分析
Moran’sI指數(shù)只能描述區(qū)域內(nèi)某種現(xiàn)象整體的空間集聚狀況,而不能分析每個個體的空間自相關(guān)性和具體的集聚位置。受區(qū)域經(jīng)濟聯(lián)系、技術(shù)溢出和人才流動等因素的影響,各省建筑業(yè)碳排放的影響會受到鄰近區(qū)域的影響,可采用局部空間自相關(guān)Moran’sI指數(shù)進行分析,計算結(jié)果如表5 所示。
由表5 可以看出,2006 年,遼寧等14 個?。ㄊ?、自治區(qū))處于第Ⅰ象限,空間正相關(guān),占總數(shù)的46.7%;黑龍江等10 個省處于第Ⅲ象限,空間負(fù)相關(guān),占總數(shù)的33.3%;2010 年,遼寧等12 個?。ㄊ?、自治區(qū))處于第Ⅰ象限,空間正相關(guān),占總數(shù)的40%;青海等9 個?。ㄊ小⒆灾螀^(qū))處于第Ⅲ象限,空間負(fù)相關(guān),占總數(shù)的30%;2014 年,河北等12個省處于第Ⅰ象限,空間正相關(guān),占總數(shù)的40%;黑龍江等7 個?。ㄊ?、自治區(qū))處于第Ⅲ象限,空間負(fù)相關(guān),占總數(shù)的23.3%;2017 年,陜西等13個省處于第Ⅰ象限,空間正相關(guān),占總數(shù)的43.3%;黑龍江等9 個?。ㄊ?、自治區(qū))處于第Ⅲ象限,空間負(fù)相關(guān),占總數(shù)的30%。其中長期呈現(xiàn)出高高集聚特征的省份為河北、山東、浙江、江蘇和福建等,大多為我國東部沿海的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)。這些區(qū)域在建筑業(yè)高速發(fā)展的同時,對周圍區(qū)域建筑業(yè)的發(fā)展起到了輻射作用,提高了自身和鄰近省份的建筑碳排放量。黑龍江、內(nèi)蒙古、新疆和甘肅等地區(qū)長期位于第Ⅲ象限,其大多為我國北部和中部地區(qū),地理位置不占優(yōu)勢,很少與周圍省份進行經(jīng)濟和建筑業(yè)的交流合作,發(fā)展速度相對緩慢,導(dǎo)致其自身與附近地區(qū)的建筑碳排放量均較低。常出現(xiàn)于第Ⅳ象限的四川和廣東是排放量較高的省份,其周圍省份的建筑業(yè)發(fā)展有很大的上升空間,則這些省份可在其自身發(fā)展?fàn)顩r較好的基礎(chǔ)上,推動附近省份建筑業(yè)規(guī)模的擴大。天津、江西和上海等省份長期呈現(xiàn)出低高集聚的特征,可利用周圍省份建筑業(yè)發(fā)展較快的優(yōu)勢,積極發(fā)起和參與省際合作,加快自身經(jīng)濟建設(shè),推進建筑業(yè)的進一步發(fā)展[13]。在樣本期間內(nèi),廣東最初常年位于第Ⅳ象限,經(jīng)濟發(fā)展速度較快,除在2012 年出現(xiàn)下滑波動外,一直呈現(xiàn)出上升的趨勢。廣東的經(jīng)濟和建筑業(yè)高速發(fā)展,對臨近省份起到了良好的帶頭作用,2017 年從第Ⅳ象限移動到了第Ⅰ象限。遼寧省起初位于第Ⅰ象限,其自身和周圍省份的建筑碳排放量較高,但在2014 年,周圍省份的排放量得到了較好的管控,遼寧則位于第Ⅳ象限。后由于遼寧在一段時間內(nèi)受到空間關(guān)聯(lián)的影響,在其排放量逐漸下降至較低水平,最終位于第Ⅲ象限內(nèi)??梢钥闯?,我國建筑業(yè)碳排放呈現(xiàn)出明顯空間集聚效應(yīng),會在很大程度上影響各省的建筑業(yè)發(fā)展?fàn)顩r與碳排放量的變化趨勢。
表5 各省建筑碳排放量的空間關(guān)聯(lián)演化表
(1)在國家雙碳目標(biāo)的發(fā)展要求下,加強各省域建筑業(yè)協(xié)同減排管理,進一步推進省(市、自治區(qū))間的建筑業(yè)碳減排合作。加強碳排放交易平臺和管理工作,綜合運用行政管理、財稅政策和經(jīng)濟杠桿等措施和手段;加強對企業(yè)和消費者建筑碳減排重要性與必要性的宣傳和教育,加強綠色環(huán)保和節(jié)能減排相關(guān)技術(shù)知識的培訓(xùn),激勵企業(yè)技術(shù)升級,提高能源使用效率,積極推廣綠色建筑和建筑工業(yè)化。
(2)加快建筑業(yè)能源結(jié)構(gòu)升級,提高清潔能源的使用比例。轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式,積極探索經(jīng)濟發(fā)展的結(jié)構(gòu)性變革路徑,改變建筑業(yè)產(chǎn)值與碳排放之間的關(guān)系。加大回收利用廢舊建筑材料,促進建筑廢棄物資源化和回收,建立綠色建筑相關(guān)的法律法規(guī),扶持綠色技術(shù)及評價的研究,致力于發(fā)展綠色建筑經(jīng)濟,促進建筑節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的技術(shù)交流,縮小各省域間建筑碳減排技術(shù)的差異,實現(xiàn)共同發(fā)展目標(biāo)。
(3)加大建筑業(yè)綠色能源技術(shù)投入,建立建筑業(yè)減排的系統(tǒng)思維和方法體系。推進物聯(lián)網(wǎng)、建筑信息模型、云計算和人工智能等新一代信息技術(shù)在工程項目中的應(yīng)用,加強建筑業(yè)全生命周期綠色管理。從建筑業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈系統(tǒng)視角出發(fā),優(yōu)化人力資源配置,加強區(qū)域合作,實施建筑全產(chǎn)業(yè)鏈、全過程、全生命周期的全系統(tǒng)綜合碳減排行動,推動中國建筑業(yè)整體綠色低碳發(fā)展。
2006~2017 年,中國建筑業(yè)碳排放的差異、區(qū)域內(nèi)差異和區(qū)域間差異呈波浪式上升趨勢,增長趨勢緩慢,我國建筑業(yè)碳排放強度目前已進入較為穩(wěn)定的發(fā)展階段。通過對建筑業(yè)碳排放空間差異的泰爾指數(shù)分解可發(fā)現(xiàn),建筑業(yè)碳排放強度的空間差異主要是由于區(qū)域內(nèi)差異所導(dǎo)致的。2006~2017 年,中國建筑業(yè)碳排放空間集聚程度呈現(xiàn)出增強-減弱-增強的波動變化趨勢。建筑業(yè)碳排放局部空間關(guān)聯(lián)性較強,區(qū)域排放強度的空間關(guān)聯(lián)特征呈現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài),主要是由各省域建筑業(yè)規(guī)模和技術(shù)發(fā)展水平差異性造成的??梢?,對中國建筑業(yè)碳排放時空演變特征分析將有助于為政府等相關(guān)部門制定建筑業(yè)碳減排管理的差異化政策和措施提供理論依據(jù)。研究中由于相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)獲取的限制,只分析2006~2017 年中國建筑業(yè)碳排放時空特征,未來的研究將對相關(guān)數(shù)據(jù)進行更新,對建筑業(yè)碳排放的時空特征驅(qū)動機制進行研究,以期為建筑業(yè)碳達峰提供決策支持。