林瓏芪 馬天柱

(南昌航空大學(xué)土木建筑學(xué)院,江西 南昌 330063)

在溫室效應(yīng)加劇、全球變暖的背景下,環(huán)境問(wèn)題已成為全人類關(guān)注的重點(diǎn)話題?！吨袊?guó)落實(shí)國(guó)家自主貢獻(xiàn)目標(biāo)進(jìn)展報(bào)告(2022)》中提到,中國(guó)碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值,努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。相關(guān)文獻(xiàn)指出,我國(guó)建筑業(yè)碳排放(直接和間接)在我國(guó)總碳排放中的比例高達(dá)36%[1],按照目前的發(fā)展趨勢(shì),建筑業(yè)碳排放總量將在2030年達(dá)到51億t。由此可見(jiàn),建筑行業(yè)能否實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和(以下簡(jiǎn)稱“雙碳”),對(duì)我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。

對(duì)建筑業(yè)碳排放的研究主要集中在碳排放的測(cè)算、影響因素分析及碳達(dá)峰預(yù)測(cè)3大方面。ADOLF等[2]利用投入產(chǎn)出法測(cè)算了愛(ài)爾蘭建筑業(yè)的碳排放量,并給出了建筑業(yè)減排措施。李爽等[3]在分析不同影響因素對(duì)建筑業(yè)碳排放的影響程度時(shí)采用的是可拓展的隨機(jī)性的環(huán)境影響評(píng)估(STIRPAT)模型,并提出了減排建議。譚春平等[4]通過(guò)運(yùn)用對(duì)數(shù)平均迪式指數(shù)(LMDI)模型分析甘肅省城鎮(zhèn)住宅建筑的碳排放影響因素,計(jì)算了各因素的效應(yīng)值。張為程[5]通過(guò)構(gòu)建長(zhǎng)期能源可替代規(guī)劃模型(LEAP),對(duì)吉林省建筑部門在不同情景下運(yùn)營(yíng)期的碳排放峰值進(jìn)行了模擬。董棒棒等[6]采用排放因子法,測(cè)算了中國(guó)西北5個(gè)省1997—2016年的能源消費(fèi)碳排放總量,并采用STIRPAT模型與情景分析法相結(jié)合,預(yù)測(cè)了西北地區(qū)2017—2030年能源消費(fèi)的碳排放量。

綜上所述,針對(duì)碳排放預(yù)測(cè)的研究,STIRPAT結(jié)合回歸分析、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型、LEAP模型這3種最為主流[7],但近年也有學(xué)者使用基于粒子群優(yōu)化的長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)(PSO-LSTM)模型[8]等較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。

江西省位于我國(guó)中部,是首批國(guó)家生態(tài)文明試驗(yàn)區(qū)省份[9]。為響應(yīng)國(guó)家減排政策,加快碳排放達(dá)峰,有必要對(duì)江西省建筑業(yè)碳排放影響因素和達(dá)峰情況進(jìn)行研究。本研究從江西省建筑行業(yè)的宏觀層面出發(fā),將碳排放分為直接和間接兩方面,并利用STIRPAT模型建模,對(duì)碳排放影響因素進(jìn)行分析,并對(duì)碳排放趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè),為建筑行業(yè)的碳減排策略提供參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究方法

1.1.1 碳排放測(cè)算方法

將建筑業(yè)的碳排放定義為直接碳排放和間接碳排放,并且采用排放因子法,測(cè)算江西省建筑業(yè)碳排放量,計(jì)算方法如下:

I=ID+II=(∑Ni×μi×αi+∑Mj×βj)×10-4

(1)

式中:I為建筑業(yè)碳排放量,萬(wàn)t;ID為建筑業(yè)直接碳排放量,萬(wàn)t;II為建筑業(yè)間接碳排放量,萬(wàn)t;Ni為第i種能源消耗量,t(煤、石油)或kW·h(電力);μi為第i種能源的標(biāo)準(zhǔn)煤折算系數(shù),t/t(以每噸煤、石油折算的標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì))或t/(kW·h)(電力);ai為第i種能源碳排放系數(shù),t/t(以每噸標(biāo)準(zhǔn)煤排放的CO2量計(jì)) ;Mj為第j種建筑材料使用量,t;βj為第j種建筑材料碳排放系數(shù),t/t(以每噸建筑材料排放的CO2量計(jì))。

1.1.2 STIRPAT模型

STIRPAT模型是在IPAT模型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的[10],該模型廣泛應(yīng)用于環(huán)境和碳排放影響因素研究領(lǐng)域,對(duì)該模型兩邊取對(duì)數(shù),結(jié)合江西省建筑業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,選取人口數(shù)量、城鎮(zhèn)化率、人均可支配收入、地區(qū)生產(chǎn)總值、建筑業(yè)能源強(qiáng)度、能源結(jié)構(gòu)、建筑業(yè)總產(chǎn)值以及建筑業(yè)從業(yè)人數(shù)8個(gè)影響因素作為自變量,建筑業(yè)碳排放量為因變量,得到以下模型:

lnI=a+blnB+clnC+dlnD+elnE+flnF+glnG+hlnH+jlnJ+m

(2)

式中:B為人口數(shù)量,萬(wàn)人;C為城鎮(zhèn)化率,%;D為人均可支配收入,元;E為地區(qū)生產(chǎn)總值,億元;F為建筑業(yè)能源強(qiáng)度,萬(wàn)t/億元(以建筑業(yè)單位產(chǎn)值的標(biāo)準(zhǔn)煤消費(fèi)量計(jì));G為能源結(jié)構(gòu),%;H為建筑業(yè)總產(chǎn)值,億元;J為建筑業(yè)從業(yè)人數(shù),萬(wàn)人;a為常數(shù)項(xiàng);b、c、d、e、f、g、h和j為各因素的彈性系數(shù),絕對(duì)值越大,相對(duì)應(yīng)的影響因素對(duì)江西省建筑業(yè)碳排放的影響程度則越大,如人口數(shù)量變動(dòng)1%,會(huì)導(dǎo)致碳排放量變動(dòng)b%;m為殘差。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

各能源碳排放系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)煤折算系數(shù)來(lái)自國(guó)家有關(guān)部門和中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒公布的相關(guān)數(shù)據(jù);江西省建筑業(yè)能源消耗數(shù)據(jù)來(lái)自2006—2022年江西統(tǒng)計(jì)年鑒(選取記錄在冊(cè)的煤炭、石油、電力3種能源)和《中國(guó)建筑業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒2022》(選取2005—2021年水泥、鋼材、玻璃、木材、鋁材5種主要建材)。

2 碳排放分析

2.1 江西省建筑業(yè)碳排放測(cè)算

2005—2021年江西省建筑業(yè)碳排放量整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)(見(jiàn)圖1),且間接碳排放量遠(yuǎn)大于直接碳排放量。

圖1 江西省建筑業(yè)碳排放量

2.2 影響因素分析

首先用SPSS軟件對(duì)構(gòu)建的模型進(jìn)行多元線性回歸分析,再對(duì)8個(gè)自變量進(jìn)行多重共線性分析,發(fā)現(xiàn)自變量間存在多重共線性。為避免多重共線性帶來(lái)的誤差,本研究選擇嶺回歸對(duì)構(gòu)建的模型進(jìn)行分析。結(jié)果顯示,模型R2為0.924,具有較高的擬合度。各自變量的方差膨脹因子(VIF)均小于10,說(shuō)明模型通過(guò)了總體顯著性檢驗(yàn)。最終得到的江西省建筑業(yè)碳排放影響因素分析模型見(jiàn)式(3)。

lnI=-31.073+3.375lnB+1.301lnC+0.244lnD+0.193lnE+0.185lnF-0.092lnG+0.116lnH+0.436lnJ

(3)

由式(3)中各因素的彈性系數(shù)可知,能源結(jié)構(gòu)為抑碳因子,其他因素均為促碳因子。由系數(shù)的絕對(duì)值可知,8個(gè)因素對(duì)碳排放量的影響表現(xiàn)為:人口數(shù)量>城鎮(zhèn)化率>建筑業(yè)從業(yè)人數(shù)>人均可支配收入>地區(qū)生產(chǎn)總值>建筑業(yè)能源強(qiáng)度>建筑業(yè)總產(chǎn)值>能源結(jié)構(gòu)。

將各影響因素2005—2021年的數(shù)據(jù)代入式(3)進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)實(shí)際碳排放量和擬合值的對(duì)數(shù)繪制了圖2,可看出擬合值與實(shí)際值高度一致,且經(jīng)計(jì)算回歸模型(式(3))的偏差率為1.62%?？芍獢M合效果較好,回歸模型的代表性較強(qiáng)。

圖2 江西省建筑業(yè)碳排放量的實(shí)際值與擬合值

3 江西省建筑業(yè)碳排放情景預(yù)測(cè)分析

3.1 情景參數(shù)設(shè)置

本研究針對(duì)低速、中速、高速3種社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式,對(duì)各影響因素變化率(2021年為基準(zhǔn)年,2022年是相對(duì)2021年的變化率,此后每年都是相對(duì)前一年的變化率)進(jìn)行了設(shè)置,預(yù)測(cè)江西省建筑業(yè)2022—2050年的碳排放量。由于年限較長(zhǎng),為保證合理與科學(xué)性,將其分為5個(gè)階段。未來(lái)參數(shù)設(shè)定依照江西省已實(shí)施和出臺(tái)的相關(guān)法規(guī),并參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)數(shù)據(jù),結(jié)合江西省歷年來(lái)的影響因素變化情況進(jìn)行設(shè)置。

3.1.1 人口數(shù)量

根據(jù)《江西省人口發(fā)展計(jì)劃(2016—2030年)》,江西省人口到2020年將達(dá)到4 800萬(wàn),預(yù)計(jì)2016—2020年平均人口自然增長(zhǎng)率約為0.8%。江西統(tǒng)計(jì)年鑒顯示2020年末江西省人口為4 518.86萬(wàn),2016—2020年實(shí)際平均自然增長(zhǎng)率約為0.638%?？芍壳叭丝跀?shù)量和自然增長(zhǎng)率均未達(dá)到預(yù)期,江西省乃至全國(guó)人口增速呈現(xiàn)大幅放緩趨勢(shì),本研究以此趨勢(shì)設(shè)置人口年均增速變化,設(shè)定在高、中、低速模式下,江西省常住人口數(shù)量增長(zhǎng)率根據(jù)2016—2021年年增長(zhǎng)率的最高值、平均值和最低值設(shè)置。

3.1.2 城鎮(zhèn)化率

《江西省新型城鎮(zhèn)規(guī)劃(2014—2020年)》提到2020年全省常住人口城鎮(zhèn)化率預(yù)期目標(biāo)為60%左右,2030年為68%左右。江西統(tǒng)計(jì)年鑒顯示2020年城鎮(zhèn)化率實(shí)際為60.44%,可知短期內(nèi)城鎮(zhèn)化率的變化滿足政府調(diào)控目標(biāo)。因此,本研究設(shè)定城鎮(zhèn)化率在高、中速模式下均于2030年達(dá)到68%,低速模式下2035年達(dá)到68%(為低速模式下的峰值),其間城鎮(zhèn)化率隨年份均勻增長(zhǎng)?！度丝谂c勞動(dòng)綠皮書》顯示,我國(guó)城鎮(zhèn)化率的峰值可能介于75%～80%。因此,本研究設(shè)定城鎮(zhèn)化率在高、中速模式下分別在2040、2045年達(dá)到75%,其間城鎮(zhèn)化率隨年份均勻增長(zhǎng)。達(dá)到峰值后增速均按照50%遞減,具體設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 情景參數(shù)設(shè)置

3.1.3 人均可支配收入

從2005—2021年的數(shù)據(jù)可知,人均可支配收入處于上升趨勢(shì),本研究取“十三五”時(shí)期人均可支配收入年增速的均值作為高速模式下第一階段的變化率,最小值為低速模式下第一階段變化率?！督魇?guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中提到預(yù)計(jì)“十四五”期間人均可支配收入年均增長(zhǎng)6.70%,因此將其設(shè)定為中速模式下的變化率。取“十三五”時(shí)期和“十二五”時(shí)期年均增速的差值3百分點(diǎn)作為前期不同階段間的差值,隨后各階段增速均按照50%遞減,具體設(shè)置見(jiàn)表1。

3.1.4 地區(qū)生產(chǎn)總值

《江西省國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》提出,“十三五”期間,江西省地區(qū)生產(chǎn)總值設(shè)定為年均增長(zhǎng)8.5%左右,2020年將達(dá)到2.6萬(wàn)億元。實(shí)際數(shù)據(jù)顯示2020年江西省地區(qū)生產(chǎn)總值為2.58萬(wàn)億元,基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)?！督魇?guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出“十四五”期間全省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目標(biāo)是地區(qū)生產(chǎn)總值年均增長(zhǎng)7%左右。本研究將7.00%設(shè)置為中速模式下第一階段變化率,參照文獻(xiàn)[8]設(shè)置其他不同模式和階段的變化率。

3.1.5 建筑業(yè)能源強(qiáng)度

2005—2021年能源強(qiáng)度年均變化率為-6.50%,設(shè)置江西省中速模式下的能源強(qiáng)度變化率仍按此變化幅度變化。借鑒文獻(xiàn)[11]的研究,低速和高速模式下江西省建筑業(yè)能源強(qiáng)度在中速模式的基礎(chǔ)上下變化0.4百分點(diǎn),每5年下降0.2百分點(diǎn)。

3.1.6 能源結(jié)構(gòu)

雖然近年來(lái)江西省清潔能源消費(fèi)量日益增多,但煤炭在建筑業(yè)能源消耗中占比依舊很大。“十三五”以來(lái)能源結(jié)構(gòu)變化逐漸趨于穩(wěn)定,江西省建筑業(yè)能源煤炭占比年均變化率為-2.81%。假設(shè)中速模式下建筑業(yè)煤炭消費(fèi)占比仍按此速度變化。本研究的低、高增長(zhǎng)模式參考能源強(qiáng)度的變化。

3.1.7 建筑業(yè)總產(chǎn)值

《江西省“十四五”住房城鄉(xiāng)建設(shè)事業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出,力爭(zhēng)2025年建筑業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到1.5萬(wàn)億元。觀察2005—2021年的數(shù)據(jù),建筑業(yè)總產(chǎn)值穩(wěn)步上升。設(shè)定中速模式下2025年建筑業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到1.5萬(wàn)億元,則2021—2025年建筑業(yè)總產(chǎn)值的年均增長(zhǎng)速率為11.33%,將其設(shè)置為中速模式下第一階段的增長(zhǎng)率。取2016年以來(lái)年增速的均值和最小值作為高速和低速模式第一階段增長(zhǎng)率。不同階段之間的變化規(guī)律參考地區(qū)生產(chǎn)總值的變化進(jìn)行設(shè)置。

3.1.8 建筑業(yè)從業(yè)人數(shù)

根據(jù)2005—2021年的數(shù)據(jù)可知,建筑業(yè)從業(yè)人數(shù)總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。2005—2021年建筑業(yè)從業(yè)人數(shù)的年均增長(zhǎng)率為6.96%,“十二五”和“十三五”期間年均增長(zhǎng)率分別為8.14%和1.53%,將以上3個(gè)數(shù)據(jù)按從大到小的順序分別設(shè)置為高、中、低速下第一階段的建筑業(yè)從業(yè)人數(shù)增長(zhǎng)率。觀察往年增長(zhǎng)率變化規(guī)律,設(shè)置建筑業(yè)從業(yè)人數(shù)變化率。情景參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。

3.2 預(yù)測(cè)情景構(gòu)建

參考文獻(xiàn)[12],根據(jù)各影響因素的低、中、高變化率設(shè)置4種情景(見(jiàn)表2)。

表2 江西省建筑業(yè)碳排放情景設(shè)置

3.3 峰值預(yù)測(cè)與分析

不同情景下2022—2050年江西省建筑業(yè)碳排放量見(jiàn)圖3,碳達(dá)峰的峰值和時(shí)間見(jiàn)表3。

表3 不同情景下江西省建筑業(yè)碳排放的達(dá)峰時(shí)間和峰值

圖3 不同情景下江西省建筑業(yè)碳排放預(yù)測(cè)

基準(zhǔn)情景即參考情景,是以2021年為基準(zhǔn)年,延續(xù)過(guò)往的建筑業(yè)發(fā)展軌跡,根據(jù)發(fā)展的慣性趨勢(shì)外推而得到的可能情景。在該情景模式下,江西省建筑業(yè)碳排放在2040年達(dá)峰,峰值為35 648.06萬(wàn)t。

節(jié)能情景是指在貫徹2022年江西省人民政府印發(fā)的文件《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的實(shí)施意見(jiàn)》中的理念措施,調(diào)整能源結(jié)構(gòu),降低能源強(qiáng)度的情景。在該情景模式下,達(dá)峰時(shí)間與基準(zhǔn)情景一致,均為2040年,但整體碳排放量減少。排放量峰值為35 365.07萬(wàn)t,比基準(zhǔn)情景少282.99萬(wàn)t,約降低了0.79%,說(shuō)明能源結(jié)構(gòu)和建筑業(yè)能源強(qiáng)度的降低在一定程度上可以降低碳排放量,但對(duì)達(dá)峰時(shí)間的影響較小。

綠色情景反映了注重經(jīng)濟(jì)與生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展的情景。各方面都得到優(yōu)化,低碳技術(shù)創(chuàng)新有所突破。在該情景下江西省建筑業(yè)達(dá)峰時(shí)間最早,為2030年,碳排放量峰值也最小,為21 901.39萬(wàn)t。與基準(zhǔn)和粗放情景相比,峰值分別降低約38.56%和66.27%。這表明該情景模式是當(dāng)前江西省建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的最有效情景,基本反映技術(shù)進(jìn)步和政策引導(dǎo)相結(jié)合的社會(huì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

在粗放情景模式下各因素均高速發(fā)展,不采取任何新的節(jié)能減排方針,江西省建筑業(yè)碳排放量呈大幅上升趨勢(shì)。最大碳排放量為64 940.00萬(wàn)t,為基準(zhǔn)和節(jié)能情景的1.83倍左右,綠色情景的2.97倍,最大碳排放量出現(xiàn)時(shí)間為2050年,但無(wú)法判斷是否達(dá)峰。這種高產(chǎn)出與高耗能的方式和當(dāng)前社會(huì)所提倡的減碳減排綠色發(fā)展理念相悖。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié) 論

1) 江西省建筑業(yè)2005—2021年碳排放量總體呈上升趨勢(shì),間接碳排放量的占比遠(yuǎn)大于直接碳排放量。

2) 運(yùn)用SPSS進(jìn)行回歸分析,計(jì)算8個(gè)影響因素對(duì)江西省建筑業(yè)碳排放量的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn):人口數(shù)量>城鎮(zhèn)化率>建筑業(yè)從業(yè)人數(shù)>人均可支配收入>地區(qū)生產(chǎn)總值>建筑業(yè)能源強(qiáng)度>建筑業(yè)總產(chǎn)值>能源結(jié)構(gòu)。能源結(jié)構(gòu)為抑碳因子,其他因素均為促碳因子。

3) 峰值預(yù)測(cè)結(jié)果顯示基準(zhǔn)和節(jié)能情景下江西省建筑業(yè)碳排放在2040年達(dá)到峰值;綠色發(fā)展情景于2030年達(dá)到峰值,碳排放量峰值也最小;粗放情景下無(wú)法判斷是否達(dá)峰。要力求達(dá)到技術(shù)進(jìn)步和政策引導(dǎo)相結(jié)合的社會(huì)發(fā)展?fàn)顟B(tài),方能促進(jìn)江西省建筑業(yè)碳排放早日達(dá)峰。

4.2 建 議

4.2.1 加大低碳節(jié)能的宣傳力度

人口數(shù)量和城鎮(zhèn)化率對(duì)江西省建筑業(yè)碳排放的影響最大,為控制其對(duì)碳排放的影響,除了保證人口數(shù)量按照規(guī)劃控制的目標(biāo)發(fā)展外,還應(yīng)注重增強(qiáng)居民低碳意識(shí)。城鎮(zhèn)化主要是通過(guò)農(nóng)村人口向城市遷移實(shí)現(xiàn)的,居民的節(jié)能意識(shí)并無(wú)根本性的轉(zhuǎn)變。因此,可以通過(guò)加大宣傳力度提高居民節(jié)能意識(shí),例如利用電視、網(wǎng)絡(luò)等媒介投放關(guān)于低碳生活的宣傳片,引導(dǎo)居民將節(jié)能減排落實(shí)到生活當(dāng)中,使居民能自發(fā)地遵循低碳的生活和消費(fèi)模式。

4.2.2 鼓勵(lì)使用節(jié)能建材,支持節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新

江西省建筑業(yè)間接碳排放量占比遠(yuǎn)大于直接碳排放,可知建筑材料的碳減排潛力很大。因此,應(yīng)鼓勵(lì)使用節(jié)能建材,并加速推動(dòng)建材行業(yè)的技術(shù)變革,例如組織研發(fā)可替代原高碳排放材料的綠色建材,政府可以通過(guò)給予一定的經(jīng)濟(jì)或榮譽(yù)獎(jiǎng)勵(lì)來(lái)鼓勵(lì)創(chuàng)新。通過(guò)大力生產(chǎn)和推廣節(jié)能材料,降低建材帶來(lái)的大量間接碳排放。

4.2.3 降低能源強(qiáng)度,提高能源利用效率

江西省能源消耗中煤炭占比居高,建議對(duì)煤炭的使用進(jìn)行嚴(yán)格控制,以降低能源消耗總量,從而降低能源強(qiáng)度。此外,采用新技術(shù)使既有建筑的能源使用效率得到提高,以擴(kuò)大建筑節(jié)能范圍,達(dá)到抑制建筑業(yè)碳排放增長(zhǎng)的目的。