我國建筑業(yè)碳排放預測研究＊

紀建悅 姜興坤

（中國海洋大學經(jīng)濟學院，山東 青島 266100）

一、引言

發(fā)達國家城鎮(zhèn)化發(fā)展歷程表明，隨著城市化率的提高，建筑領(lǐng)域的能耗和碳排放均會快速增長。隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國目前城鎮(zhèn)化增長率也在迅速增長。城鎮(zhèn)化進程的加快，使得每年新增建筑數(shù)量巨大，同時還伴隨著龐大規(guī)模的非節(jié)能既有建筑。從近幾年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，我國城鄉(xiāng)新增建筑面積大約為15－20億平方米。不考慮建筑運行能耗，從相關(guān)建筑材料生產(chǎn)到建筑竣工使用，這一階段的能耗占全社會總能耗的45％左右。以我國民用建筑為例，考慮建筑運行能耗，建筑終端能耗占到全社會能耗的27.6％左右，而且隨著城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，建筑總能耗也在不斷增長。從我國整個社會能耗狀況分析，建筑業(yè)是屬于高耗能行業(yè)的。［1］

2009年11月，國務(wù)院明確提出到2020年我國單位GDP二氧化碳排放量在2005年的基礎(chǔ)上降低40％－45％這一減緩溫室氣體排放的目標。要實現(xiàn)這一目標，需要各行業(yè)付出巨大和艱苦的努力。其中，建筑業(yè)由于正處于大規(guī)模發(fā)展的時期，且能耗總量大，能耗增長速度快，能源利用效率低下，無疑將成為我國是否能夠?qū)崿F(xiàn)整體減排目標的重要因素。

本文在對建筑業(yè)能耗的統(tǒng)計和預測過程中，采用與建筑業(yè)相關(guān)的能耗的含義，即在建筑物整個生命周期中，除去建筑物運行能耗，考慮建筑設(shè)計、建筑施工、建筑拆除這一過程的能耗。這一能耗統(tǒng)計界定與我國建筑統(tǒng)計年鑒和能源統(tǒng)計年鑒的相關(guān)項目一致。目前，國內(nèi)外關(guān)于建筑業(yè)能耗和碳排放的研究已有不少。王小兵等根據(jù)建筑產(chǎn)品的特點，將建筑物分為包括現(xiàn)場施工、拆除和廢物處理等六個部分，進而對每一部分進行能耗分析。［2］張智慧基于可持續(xù)發(fā)展和生命周期（LCA）評價理論，界定了建筑生命周期碳排放的核算范圍，并對建筑生命周期從物化（施工過程）、使用到拆除處置各階段的碳排放進行清單分析，明確了低碳建筑的內(nèi)涵。［3］Cole以加拿大建筑業(yè)為例，用Athena計算模型軟件估算了三種建筑結(jié)構(gòu)（具體建筑物）在建筑施工階段的能源消耗量和溫室氣體排放量。［4］Hui Yan等人根據(jù)整個建筑建設(shè)進程，運用生命周期法的思想，把整個建筑過程細化為包括建筑材料施工過程等六個部分，分別進行溫室氣體核算分析。［5］Leif Gustavsson等人運用建筑的生命周期法，把建筑過程分為包括建筑建造和最終處理（拆除和回收）等四個階段，并用排放系數(shù)法對各階段的二氧化碳排放量進行核算，以此對瑞典一棟八層木質(zhì)結(jié)構(gòu)公寓建筑過程中的能源消耗和溫室氣體排放進行分析。［6］

綜上所述，現(xiàn)有研究主要集中在對歷史建筑碳排放的核算，且大多以單個建筑為例，鮮有對整個建筑業(yè)碳排放預測的研究。本文運用環(huán)境經(jīng)濟學中較為常用的STIRPAT模型，結(jié)合排放系數(shù)法，通過對我國1995－2007年建筑業(yè)的相關(guān)數(shù)據(jù)對其碳排放量進行核算，定量分析，得到我國建筑業(yè)碳排放STIRPAT模型。在此基礎(chǔ)上，運用情景分析法對我國建筑業(yè)碳排放趨勢進行預測，進而推算建筑業(yè)減排情況和碳排放量峰值出現(xiàn)的時間。

二、我國建筑業(yè)碳排放分析

（一）模型的選擇

1、STIRPAT模型

Ehrlich和Holden首次提出建立“I＝PAT”方程來反映人口對環(huán)境壓力的影響，該方程將環(huán)境影響（I）與人口規(guī)模（P）、人均財富（A）和對環(huán)境毀壞的技術(shù)水平（T）聯(lián)系起來。

但是這個方程存在不足，即在保持其他因素不變的情況下，因變量對各個自變量的彈性系數(shù)恒等于1。為克服這一局限性，York等在“I＝PAT”方程的基礎(chǔ)上，建立了STIRPAT模型，即

在對模型取對數(shù)后，變成

lnIit＝a＋b（lnPit）＋c（lnAit）＋d（lnTit）＋eit

2、變量選取及數(shù)據(jù)來源

根據(jù)STIRPAT模型相關(guān)變量含義，本文中，I表示建筑業(yè)碳排放總量，P表示建筑業(yè)從業(yè)人員數(shù)，A表示建筑業(yè)人均增加值，T表示單位增加值能耗（能源效率）。

其中，碳排放總量是由排放系數(shù)法求得。即為用建筑業(yè)消耗的各項能源乘以相應(yīng)的排放因子，然后加總。由于建筑業(yè)消耗的主要能源為煤炭、石油、天然氣和電力，因此，本文只計算此四種能源的碳排放。

排放系數(shù)法公式為：

式中：i表示能源種類。

其中煤炭、石油和天然氣的碳排放因子分別為0.733kg/kg，0.558kg/kg，0.423kg/m3。［8］電力排放因子為0.262kg/kwh。［9］

在數(shù)據(jù)的選取上，由于2007年下半年金融危機，2008年、2009年相關(guān)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，為保持數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性，本文采取1995年－2007年數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于歷年中國能源統(tǒng)計年鑒和中華人民共和國統(tǒng)計局網(wǎng)站。

（二）模型估計及結(jié)果分析

1、模型估計

當自變量間存在明顯共線性時，不能直接使用最小二乘法對變量進行回歸分析，必須采用相應(yīng)的措施消除這種共線性的影響。本研究所選擇的自變量中，從所表達的經(jīng)濟關(guān)系分析，存在明顯的共線性。因此，在此選取嶺回歸方法對方程系數(shù)進行估計。嶺回歸是一種專門用于處理數(shù)據(jù)共線性的有偏估計回歸方法，其本質(zhì)是改良的最小二乘法。

本文用SPSS11.5進行嶺回歸，所得方程為：

lnI＝－2.308265＋0.83637lnP＋0.401492ln A＋0.386862ln T——①

其中：參數(shù)步長k＝0.05，R2＝76.4％.

做出模型的擬合圖如圖1，可知，模型能夠擬合出被解釋變量的整體趨勢，擬合效果較好。

圖1 STIRPAT模型擬合圖

2、結(jié)果分析

（1）由原始數(shù)據(jù)可知，我國建筑業(yè)碳排放量在1995年－2001年間呈現(xiàn)震蕩起伏趨勢，表明這一時期，我國建筑業(yè)發(fā)展不穩(wěn)定，每年的建筑量差別較大；而2001年－2007年數(shù)據(jù)出現(xiàn)急劇上升趨勢，從我國21世紀初的政策分析，由于我國實行積極的經(jīng)濟增長政策，建筑業(yè)的產(chǎn)值急劇增加，加之城市化率的發(fā)展目標推動，使建筑業(yè)呈現(xiàn)急劇擴張趨勢，進而造成建筑業(yè)碳排放的急劇上升。

（2）從模型①的擬合系數(shù)分析，建筑業(yè)從業(yè)人員（P）、建筑業(yè)人均增加值（A）、單位增加值能耗（T）三者對建筑業(yè)碳排放的系數(shù)均為正數(shù)，符合常規(guī)假設(shè)。其中，建筑業(yè)從業(yè)人員對建筑業(yè)碳排放的影響最大（系數(shù)為0.83637），其次為建筑業(yè)人均增加值（系數(shù)為0.401492）、單位增加值能耗（系數(shù)為0.386862）。

三、我國建筑業(yè)碳排放情景分析及預測

根據(jù)上文估計的STIRPAT模型，如果要預測2008年－2020年我國建筑業(yè)碳排放量，必須先對方程中各自變量進行預測，包括對建筑業(yè)從業(yè)人員數(shù)P、建筑業(yè)人均增加值A(chǔ)、單位增加值能耗T的預測。

本文采用情景分析法對我國建筑業(yè)碳排放進行預測分析，首先假設(shè)方程中各變量按目前趨勢發(fā)展，之后以此為基礎(chǔ)，結(jié)合我國建筑業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展的具體情況，設(shè)計出三種單位增加值能耗年均增長率的情景，對建筑業(yè)碳排放總量、峰值及減排情況進行預測分析。

（一）維持目前發(fā)展態(tài)勢的碳排放預測

從建筑業(yè)從業(yè)人員數(shù)和建筑業(yè)人均增加值的歷年數(shù)據(jù)看，這兩組數(shù)據(jù)是隨著時間的推移大約呈現(xiàn)直線上升趨勢。因此，在對這兩個變量進行預測時，本文采用以時間為自變量的一元線性回歸模型。

1、對建筑業(yè)從業(yè)人員數(shù)P的預測

用Eviews6.0所得回歸方程為：

P＝1579.07307692＋101.319230769×t

P2020＝4213.3731（萬人）

ln P2020＝8.346018812

2、對筑業(yè)人均增加值A(chǔ)的預測

同理，可對建筑業(yè)人均增加值進行預測。得2020年（t＝26）建筑業(yè)人均增加值，之后得

A2020＝49.788378（萬元/人）

ln A2020＝3.907781583

3、對單位增加值能耗T的預測

直觀的可以看出單位增加值能源消耗是曲線形式，而且自2002年后其趨勢保持下降狀態(tài)。可以用所觀測的2002年至2007年的數(shù)據(jù)計算出年平均增長率，然后計算出保持此增長率2020年的單位增加值能源消耗。

在婚姻中，不要試圖改造或改變伴侶。人無完人，每個人身上都存在優(yōu)點，也存在缺點。當初，你之所以選擇和對方結(jié)婚，肯定是因為對方身上有你欣賞的地方，不妨學會欣賞對方的優(yōu)點，忽略對方的缺點。一個善解人意的妻子或丈夫，應(yīng)該尊重對方的個性，不要把自己的意志強加給對方，要給對方保留一定的自由空間，允許對方有自己的社交圈子。

根據(jù)上述方法得出2002年至2007年單位增加值能耗年均增長率為－9.1％。本文根據(jù)實際情況在此稍作調(diào)整，設(shè)為－8％。由此，推算出到2020年建筑業(yè)單位增加值能源消耗為1371.287781（噸標準煤/億元）。之后得

ln T2020＝7.223506。

4、對碳排放總量I的預測

把上文預測的lnP、ln A、ln T代入①式，得出

lnI2020＝9.035538。

得2020年建筑業(yè)碳排放總量的預測值為：

I2020＝8396.226萬噸。

5、對建筑業(yè)2020年增加值的預測

用預測的建筑業(yè)2020年的人口（P）乘以人均增加值（A）即可得2020年建筑業(yè)增加值預測值為20977.7億元。

較2005年增加值的年均增長率為7.69％，基本與我國十七大報告中要求的2020年人均GDP比2000年翻兩番（年均7.18％）一致。

6、單位產(chǎn)值增加值碳排放的預測

用預測出2020年的碳排放量除以增加值，即8396.226萬噸/20977.7億元，得出預測的建筑業(yè)單位產(chǎn)值增加值碳排放量為4002.45噸/億元。

7、減排預測

相比2005年單位增加值碳排放減排為：

（10830.430425噸/億元－4002.45噸/億元）/10830.430425噸/億元＝63.04％。

即到2020年建筑業(yè)單位增加值碳排放將比2005年減排63.04％。

在維持目前發(fā)展狀況的情景下，碳排放總量趨勢如圖2。

圖2 維持目前發(fā)展狀況的碳排放趨勢預測

由圖2可以看出，在后續(xù)發(fā)展中，建筑業(yè)碳排放總量將在2021年達到峰值。

（二）情景分析假設(shè)

根據(jù)上述STIRPAT模型預測出的2020年建筑業(yè)從業(yè)人員數(shù)、人均增加值、單位增加值能耗，以2005年的數(shù)據(jù)為基期，可以計算出各變量的年均增長率。其中，建筑業(yè)從業(yè)人員數(shù)年均增長率為3％，人均增加值年均增長率為4.55％，單位增加值能耗年均增長率（調(diào)整后）為－8％。

前面已經(jīng)計算出，建筑業(yè)增加值的年均增長率為7.69％，比較符合我國的實際情況。因此，假設(shè)到2020年，建筑業(yè)增加值年均增長率為7.69％并保持不變。

我國目前正加快城鎮(zhèn)化建設(shè)，2005年我國城市化率為43％，到2020年城市化率將達到63％。［10］按照此要求，建筑業(yè)發(fā)展將保持較快勢頭。因此，我們假定建筑業(yè)從業(yè)人員和人均增加值年均增長率仍按目前的趨勢保持不變，為3％，4.55％。

綜上所述，本文做出如下假設(shè)：

（1）2008年－2020年建筑業(yè)增加值年均增長率為7.69％并保持不變；

（2）2008年－2020年建筑業(yè)從業(yè)人員年均增長率為3％并保持不變；

（3）2008年－2020年建筑業(yè)人均增加值年均增長率為4.55％并保持不變。

因此，在STIRPAT模型的解釋變量中，固定了建筑業(yè)從業(yè)人員年均增長率和建筑業(yè)人均增加值年均增長率，只需假設(shè)單位增加值能耗（T）的情景就可以對未來建筑業(yè)碳排放總量進行情景預測分析。并且，固定了建筑業(yè)增加值年均增長率后，就可以進一步對建筑業(yè)碳排放量出現(xiàn)峰值的時間進行預測分析。

討論2020年建筑業(yè)單位增加值能耗，上文已預測出，在保持目前發(fā)展趨勢的STIRPAT模型下，建筑業(yè)單位增加值能耗年均增長率（調(diào)整后）為－8％。但由于存在技術(shù)上的瓶頸，單位增加值能耗不可能是直線下降，其下降趨勢必然要趨于平緩。在此，我們假設(shè)另外兩種較低情景，單位增加值能耗年均增長率分別為－6％、－4％。

綜上所述，本文做如下情景假設(shè)：保持建筑業(yè)從業(yè)人員數(shù)量、建筑業(yè)人均增加值、建筑業(yè)增加值按目前趨勢發(fā)展，把建筑業(yè)單位增加值能耗年均增長率分為高、中、低三種情景。

表1 三種情景假設(shè)

（三）情景分析及預測

根據(jù)表1三種情景的假設(shè)，下面分別預測在三種情景下2008年－2020年我國建筑業(yè)碳排放總量、峰值及減排情況。

1、高情景

根據(jù)上文情景假設(shè)，當建筑業(yè)單位增加值能耗年均增長率為－8％時，設(shè)為高情景。這種情景是維持了建筑業(yè)目前的發(fā)展趨勢，在上文中已經(jīng)分析，計算得出到2020年建筑業(yè)碳排放總量為8396.226萬噸，單位增加值最終減排為63.04％，且根據(jù)圖2建筑業(yè)碳排放總量將在2021年達到峰值。

2、中情景

當建筑業(yè)單位增加值能耗年均增長率為－6％時，與高情景下的計算方法相同，計算出中情景下2020年建筑業(yè)碳排放為9629.395萬噸，單位增加值碳排放為4590.300424噸/億元，較2005年減排57.62％（（10830.430425噸/億元－4590.300424噸/億元）/10830.430425噸/億元）。

此情景下，碳排放總量趨勢如圖3。

圖3 中情景下碳排放趨勢預測

由圖3可知，如果按此情景的假設(shè)下繼續(xù)預測，則在2034年建筑業(yè)碳排放總量將達到峰值。

3、低情景

當建筑業(yè)單位增加值能耗年均增長率為－4％時，仍運用相同計算方法，得出低情景下2020年建筑業(yè)碳排放為10880.71萬噸，單位增加值碳排放為5186.79998噸/億元，較2005年減排52.11％（（10830.430425噸/億元－5186.79998噸/億元）/10830.430425噸/億元）。

在此情景下，碳排放總量趨勢如圖4。

圖4 低情景下碳排放趨勢預測

由圖4，若在此情景假設(shè)下繼續(xù)預測，則建筑業(yè)碳排放總量將在2061年達到峰值。

（四）結(jié)果分析

1、從三種情景下的碳排放總量分析，到2020年，高情景下，碳排放總量最低，低情景下最高，這表明建筑業(yè)單位增加值能耗年均增長率與碳排放量成正向關(guān)系。由于單位增加值能耗代表一種技術(shù)水平，假設(shè)技術(shù)是不斷進步的，則其增長率就為負值，其增長率越小，表明技術(shù)水平越高，單位增加值能耗越低，碳排放量越少。

2、從三種情景下減排效果分析，到2020年，高情景下，減排效果最好（較2005年減排63.04％），低情景下，減排效果最差（較2005年減排52. 11％）。這表明，建筑業(yè)單位增加值能耗年均增長率與碳排放量也成正向關(guān)系。

3、從三種情景下碳排放出現(xiàn)峰值的時間分析，高情景下，峰值將在2021年出現(xiàn)，時間較快。中情景下，峰值出現(xiàn)時間為2034年。低情景下，峰值將在50年后的2061年出現(xiàn)。這表明建筑業(yè)單位增加值能耗年均增長率與碳排放峰值出現(xiàn)時間也存在相關(guān)關(guān)系，較低的單位增加值能耗年均增長率將導致碳排放峰值的提前出現(xiàn)，而較高的單位增加值能耗年均增長率將推遲碳排放峰值的出現(xiàn)的時間。

四、結(jié)語

由于建筑業(yè)的快速發(fā)展和高能耗，使得建筑業(yè)成為了當前我國節(jié)能減排的重點領(lǐng)域之一。本文在基于STIRPAT模型估計的基礎(chǔ)上，采用情景分析法，主要研究了建筑業(yè)單位增加值能耗年均增長率與建筑業(yè)碳排放的關(guān)系。結(jié)論表明，建筑業(yè)單位增加值能耗年均增長率與建筑業(yè)碳排放成正相關(guān)關(guān)系，因此要降低建筑業(yè)的碳排放量，一種途徑就是降低建筑業(yè)單位增加值能耗年均增長率，即提高建筑業(yè)相關(guān)的技術(shù)水平，減少不必要的能源消耗，以降低建筑業(yè)單位增加值能耗。

本文關(guān)于相關(guān)數(shù)據(jù)的選取是來自我國歷年能源統(tǒng)計年鑒，由于統(tǒng)計方法的局限性，使得所得數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)存在差異。這對建筑業(yè)碳排放研究結(jié)果造成一定影響，而采用誤差較小的能耗實測法則工作量巨大。為解決這一問題，在今后對建筑業(yè)碳排放預測分析的研究中應(yīng)傾向于數(shù)據(jù)的界定，進而強化數(shù)據(jù)和結(jié)果的精確性，以便研究的結(jié)論更能準確的服務(wù)于經(jīng)濟發(fā)展。

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