基于STIRPAT模型的吉林省建筑業(yè)能耗影響因素分析與預(yù)測(cè)①

□□ 嚴(yán)雯蓮,季忠洋 (吉林建筑大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,吉林 長(zhǎng)春 130118)

引言

建筑業(yè)是我國(guó)支柱產(chǎn)業(yè)之一,在促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和改善民生等方面發(fā)揮著不可替代的作用。建筑業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的許多部門(mén)具有較大波及效應(yīng)和產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)效應(yīng),即建筑業(yè)的影響力系數(shù)較大,感應(yīng)度系數(shù)較小,故建筑業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重大推動(dòng)作用[1]。據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境署可持續(xù)建筑和氣候促進(jìn)會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,建筑業(yè)約占全球范圍內(nèi)40%的能源消耗,且30%以上溫室氣體的排放與建筑業(yè)相關(guān),這意味著建筑業(yè)能耗在整個(gè)能源消耗中占有較高比例,故建筑業(yè)節(jié)能降耗已成為當(dāng)務(wù)之急。

目前關(guān)于建筑業(yè)能耗影響因素的研究多集中在國(guó)家層面,主要應(yīng)用嶺回歸法和GIS時(shí)空對(duì)比分析法等,結(jié)果表明建筑業(yè)能耗的影響因素主要包括建筑業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率、人口總量、居民消費(fèi)水平、能源強(qiáng)度和城鎮(zhèn)化率等[2-3]。鮮有學(xué)者在區(qū)域?qū)用嫣接懱囟ǖ貐^(qū)建筑業(yè)的能耗問(wèn)題,但建筑業(yè)能耗與所處區(qū)域的地理位置、氣候條件、人口、經(jīng)濟(jì)狀況等因素息息相關(guān),具有較強(qiáng)的區(qū)域特征[4],因而不同區(qū)域的建筑業(yè)能耗影響因素可能存在差異。鑒于此,擬基于STIRPAT模型和嶺回歸法,以吉林省建筑業(yè)為例,對(duì)其能耗影響因素展開(kāi)分析,并采用情景分析法預(yù)測(cè)吉林省建筑業(yè)能耗發(fā)展趨勢(shì)。

1 研究設(shè)計(jì)

1.1 STIRPAT模型

為定量反映人口膨脹、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)對(duì)環(huán)境的影響,Ehrlich P R等[5]提出了IPAT模型,其形式見(jiàn)式(1):

I=PAT

(1)

式中:I——表示對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的沖擊或影響;

P——表示人口因素;

A——表示富裕度;

T——表示科學(xué)技術(shù)進(jìn)步。

IPAT模型經(jīng)過(guò)廣泛應(yīng)用并得到認(rèn)可,常被用于分析人口、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)因素對(duì)環(huán)境的影響。若式(1)中其他因素均保持不變,其因變量對(duì)各自變量的彈性系數(shù)恒為1。為分析各因素對(duì)環(huán)境的非比例影響,Dietz等基于IPAT模型建立了STIRPAT模型[6],其形式見(jiàn)式(2):

I=aPbAcTde

(2)

式中:a——模型的修正系數(shù);

b——表示人口因素的指數(shù);

c——表示富裕度因素的指數(shù);

d——表示技術(shù)水平因素的指數(shù);

e——隨機(jī)誤差項(xiàng)。

STIRPAT為非線性模型,通常在模型估計(jì)時(shí)會(huì)將式(2)兩邊取對(duì)數(shù),由此得到式(3):

lnI=lna+blnP+clnA+dlnT+lne

(3)

1.2 模型構(gòu)建

吉林省是我國(guó)重要的工業(yè)基地之一,也是重工業(yè)較為集中的省份,2000年以來(lái)的發(fā)展中,總體能源消耗量提升了近2.27倍[7]。同時(shí),《吉林省“十四五”節(jié)能減排綜合實(shí)施方案》中提出,到2025年全省單位地區(qū)生產(chǎn)總值能源消耗比2020年下降14.5%[8],能源消費(fèi)總量得到合理控制,由此可見(jiàn)吉林省對(duì)節(jié)能減排的重視。以吉林省建筑業(yè)為例,自2006年以來(lái)其能源消耗量整體呈上升趨勢(shì),至2021年其消耗量達(dá)到648.71萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤,是2006年的1.6倍。結(jié)合吉林省建筑業(yè)發(fā)展實(shí)情,構(gòu)建拓展的STIRPAT模型,以分析不同因素對(duì)吉林省建筑業(yè)能源消耗的影響,具體見(jiàn)式(4):

lnI=lnα+alnP+blnA+clnT+dlnEI+lnβ

(4)

式中:I——表示建筑業(yè)能源消耗量;

P——城市化率;

A——建筑業(yè)總產(chǎn)值;

T——產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu);

EI——能源強(qiáng)度;

α——常數(shù)項(xiàng);

β——誤差項(xiàng);

a、b、c、d——指數(shù)項(xiàng)。

借鑒已有研究[9-13],各指標(biāo)內(nèi)涵及計(jì)算方法等見(jiàn)表1。

表1 主要變量含義、計(jì)算方法及參考文獻(xiàn)

2 實(shí)證研究

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

現(xiàn)有研究大多將建筑業(yè)能源消耗劃分為兩個(gè)部分,一是直接能耗,主要發(fā)生在建造施工階段,在施工過(guò)程中機(jī)器設(shè)備施工、安裝和裝飾等所消耗的能源;二是間接能耗,主要指建材生產(chǎn)階段所產(chǎn)生的能耗,包括水泥、鋼材、鋁材和平板玻璃等材料的生產(chǎn)能耗。研究所采用的建筑業(yè)能耗計(jì)算方法見(jiàn)式(5):

I=∑mi×αi+∑nj×βj

(5)

式中:mi——施工設(shè)備i的能源消耗量;

αi——施工設(shè)備i的折標(biāo)煤系數(shù);

nj——建材j的能源消耗量;

βj——建材j的單位產(chǎn)品綜合能耗。

研究所涉及的變量數(shù)據(jù)均來(lái)源于2007—2021年《吉林統(tǒng)計(jì)年鑒》和《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》中的各地區(qū)能源平衡表,并將各能源實(shí)物量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)煤后進(jìn)行量化比較,各類能源的標(biāo)準(zhǔn)煤折算系數(shù)來(lái)自《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》。核算過(guò)程所用的建筑業(yè)主要建材用量數(shù)據(jù)來(lái)源于2007—2021年《中國(guó)建筑業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》與《吉林統(tǒng)計(jì)年鑒》,不同材料的單位產(chǎn)品綜合能耗數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》和《中國(guó)有色金屬工業(yè)年鑒》。

2.2 擬合分析

利用SPSS軟件,對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,所得結(jié)果見(jiàn)表2?；貧w結(jié)果中,F統(tǒng)計(jì)量所對(duì)應(yīng)的Sig值(0.000)通過(guò)顯著性檢驗(yàn),在單個(gè)變量的檢驗(yàn)中,只有能源強(qiáng)度的方差膨脹因子VIF<10,其余變量的VIF值均>10,說(shuō)明變量間存在多重共線性問(wèn)題。為避免模型評(píng)估誤差,采用嶺回歸估計(jì)法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,以減少多重共線性問(wèn)題對(duì)回歸結(jié)果的影響,回歸結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 線性回歸分析結(jié)果

表3 嶺回歸擬合結(jié)果

利用嶺回歸法對(duì)模型進(jìn)行再次回歸分析,當(dāng)k=0.02時(shí),各變量回歸結(jié)果隨k逐漸放緩,趨于穩(wěn)定。表3中可決系數(shù)R2為0.997,說(shuō)明模型整體擬合程度較好。F統(tǒng)計(jì)量為787.707,F統(tǒng)計(jì)量所對(duì)應(yīng)的Sig值為(0.000),<0.001,說(shuō)明模型有意義,變量通過(guò)了0.1%顯著性水平檢驗(yàn),擬合效果滿足要求。由嶺回歸結(jié)果可得吉林省建筑業(yè)能耗量與各變量的擬合方程,見(jiàn)式(6):

lnI=4.101+1.785lnP+0.721lnA-0.879lnT+

0.965lnEI

(6)

2.3 結(jié)果分析

由擬合結(jié)果可知,影響吉林省建筑業(yè)能耗量最大的因素是城市化率,城市化率每增長(zhǎng)1%,吉林省建筑業(yè)能耗量將增加1.785%,說(shuō)明城市化率的提高對(duì)吉林省建筑業(yè)能耗存在不利影響;能源強(qiáng)度每增長(zhǎng)1%,能耗量增加0.965%,表明現(xiàn)階段能源效率的提高有助于抑制建筑業(yè)能源消耗的增長(zhǎng);建筑業(yè)總產(chǎn)值每增加1%,能源消耗量增加0.721%,說(shuō)明吉林省建筑業(yè)在發(fā)展過(guò)程中并不以高能耗為代價(jià)來(lái)提高產(chǎn)值;產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)系數(shù)為負(fù)值,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)每提高1%,建筑業(yè)能耗量將減少0.879%,表明第二產(chǎn)業(yè)占比下降驅(qū)動(dòng)建筑業(yè)能耗減少被其他因素引起的能耗增長(zhǎng)所抵消,其原因可能在于雖然第二產(chǎn)業(yè)占比降低,但工業(yè)仍處于發(fā)展?fàn)顟B(tài),其發(fā)展速度略緩于服務(wù)業(yè),所以存在有悖于理論的現(xiàn)象[14]。

3 情景預(yù)測(cè)分析

3.1 預(yù)測(cè)模型

根據(jù)STIRPAT模型的擬合結(jié)果對(duì)吉林省未來(lái)的能耗量進(jìn)行預(yù)測(cè),計(jì)算見(jiàn)式(7):

I=e4.101+1.785lnP+0.721lnA-0.879lnT+0.965lnEI

(7)

根據(jù)STIRPAT模型的擬合結(jié)果對(duì)吉林省未來(lái)的能耗量進(jìn)行預(yù)測(cè),為確保模型能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)吉林省建筑業(yè)能耗,需對(duì)模型有效性進(jìn)行驗(yàn)證,將2007—2021年間各自變量代入式(7)進(jìn)行模型誤差檢驗(yàn),將模型預(yù)測(cè)值的能耗量與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較,見(jiàn)表4。可發(fā)現(xiàn)模型擬合誤差較小,與實(shí)測(cè)值基本吻合,模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的絕對(duì)誤差平均值為4.41%,說(shuō)明可用該模型預(yù)測(cè)吉林省建筑業(yè)能耗。

表4 吉林省建筑業(yè)能耗量實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值比較

3.2 發(fā)展情景設(shè)置

為全面預(yù)測(cè)吉林省建筑業(yè)能源消耗情況,便于明晰吉林省建筑業(yè)節(jié)能工作重點(diǎn)及制定節(jié)能策略,將STIRPAT模型與情景分析法相結(jié)合,對(duì)各影響因素的發(fā)展情景進(jìn)行分析?；凇案咚侔l(fā)展”和“低速發(fā)展”兩種情況,對(duì)吉林省建筑業(yè)能耗進(jìn)行情景預(yù)測(cè),以實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)結(jié)果分析的簡(jiǎn)便性并減小誤差。

(1)建筑業(yè)總產(chǎn)值。通過(guò)建筑業(yè)總產(chǎn)值的變化情況,可了解建筑業(yè)的發(fā)展速度,可為制訂建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃提供依據(jù)。2007—2021年間吉林省建筑業(yè)總產(chǎn)值年均增長(zhǎng)率為8.27%,因而設(shè)定吉林省建筑業(yè)總產(chǎn)值按8.27%的增長(zhǎng)率保持線性變化,以此確保吉林省建筑業(yè)呈現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展趨勢(shì),即吉林省建筑業(yè)節(jié)能降耗目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)不以降低產(chǎn)值為路徑。

(2)城市化率。由計(jì)算可知,2007—2021年吉林省城市化率的年均增長(zhǎng)率為1.26%,以此作為“低速發(fā)展”情景下吉林省城市化率的增長(zhǎng)率。此外,《吉林省國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》[15]指出,2025年預(yù)計(jì)吉林省常住人口城鎮(zhèn)化率可達(dá)65%以上,2035年達(dá)到75%。在此將“十四五”時(shí)期城市化率的年增長(zhǎng)率1.61%作為“高速發(fā)展”模式下的增長(zhǎng)速度。

(3)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)?！笆濉逼陂g吉林省第二產(chǎn)業(yè)占比年均下降率為1.7%,將此設(shè)置為“低速發(fā)展”模式下第二產(chǎn)業(yè)占比的下降速度;借鑒沈滿洪等[16]的研究,設(shè)定高增長(zhǎng)模式下第二產(chǎn)業(yè)占比下降率為3%。

(4)能源強(qiáng)度?！都质」?jié)能減排“十四五”規(guī)劃》可知,吉林省“十四五”期間的節(jié)能任務(wù)為單位生產(chǎn)總值能源消耗2025年較2020年降低14.5%[17],年均下降率為2.71%,以此作為吉林省能源強(qiáng)度在低速模式下的下降率;節(jié)能降耗仍是吉林省未來(lái)的工作重點(diǎn),故借鑒相關(guān)研究[17],設(shè)置吉林省能源強(qiáng)度在高速情景下的下降率為4.71%。

根據(jù)以上分析,設(shè)置吉林省建筑業(yè)發(fā)展情景見(jiàn)表5。

表5 吉林省建筑業(yè)發(fā)展情景設(shè)置

3.3 發(fā)展情景分析

基于8種不同發(fā)展情景將各指標(biāo)數(shù)據(jù)帶入預(yù)測(cè)模型,得到2023—2032年吉林省建筑業(yè)能源消耗在不同發(fā)展情景下的預(yù)測(cè)值,結(jié)果見(jiàn)表6,發(fā)展趨勢(shì)如圖1所示。

表6 吉林省建筑業(yè)能耗量預(yù)測(cè) 單位:萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤

圖1 不同情景下2023—2032年吉林省建筑業(yè)能耗量趨勢(shì)

由圖1可知,在情景7中,當(dāng)吉林省城市化率保持高速增長(zhǎng)、能源強(qiáng)度處于低速發(fā)展模式和第二產(chǎn)業(yè)占比為高速發(fā)展模式時(shí),吉林省建筑業(yè)能耗量增長(zhǎng)速度最快。在情景2中,當(dāng)城市化率保持低速增長(zhǎng),能源強(qiáng)度處于高速發(fā)展模式和第二產(chǎn)業(yè)占比低速發(fā)展時(shí),吉林省建筑業(yè)能耗量增長(zhǎng)速度最慢。此外,對(duì)比情景1與5、情景2與6、情景3與7、情景4與8可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)城市化率處于低速增長(zhǎng)模式時(shí),吉林省建筑業(yè)能耗量均大幅度降低,說(shuō)明城市化率對(duì)吉林省建筑業(yè)的重要影響;對(duì)比8種情景可以發(fā)現(xiàn),無(wú)論其他變量處于高速或低速發(fā)展模式,當(dāng)能源強(qiáng)度處于高速下降模式時(shí),在其所對(duì)應(yīng)的發(fā)展情景下,吉林省建筑業(yè)能耗值均小于其他發(fā)展情景,由此可知能源強(qiáng)度對(duì)吉林省建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要作用;對(duì)比情景1與3、情景2與4、情景5與7、情景6與8可知,當(dāng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)保持低速發(fā)展模式時(shí),吉林省建筑業(yè)能耗量較少。

綜上所述,為實(shí)現(xiàn)吉林省建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展,降低其能源消耗量,需要控制城市人口過(guò)快增長(zhǎng),需不斷提高能源利用效率并優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

基于2007—2021年吉林省建筑業(yè)能耗相關(guān)數(shù)據(jù),選取STIRPAT模型,分析了城市化率、建筑業(yè)總產(chǎn)值、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源強(qiáng)度對(duì)吉林省建筑業(yè)能耗的影響程度,結(jié)果表明:城市化率、建筑業(yè)總產(chǎn)值、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源強(qiáng)度每變化1%,吉林省建筑業(yè)能耗量將發(fā)生1.785%、0.721%、-0.879%和0.965%的變化,城市化率對(duì)建筑業(yè)能耗的影響最為顯著。同時(shí),設(shè)置了8種發(fā)展情景,對(duì)2023—2032年吉林省建筑業(yè)能耗量進(jìn)行預(yù)測(cè),發(fā)現(xiàn)保持城市化率與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)低速發(fā)展,能源強(qiáng)度高速下降,有利于降低吉林省建筑業(yè)的能源消耗量。為降低吉林省建筑業(yè)能耗量,基于上述分析提出如下對(duì)策建議:

(1)控制城市人口過(guò)快增長(zhǎng)。在城市化進(jìn)程中,吉林省應(yīng)確定合理的城市人口增長(zhǎng)速度,提高城市化質(zhì)量,防止由于城市化進(jìn)程過(guò)快導(dǎo)致能源消耗量過(guò)大、經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到制約和居民生活質(zhì)量下降等問(wèn)題,避免出現(xiàn)“城市病”。

(2)優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。確保在其他行業(yè)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展的前提下優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),可著力發(fā)展以現(xiàn)代服務(wù)業(yè)為主的第三產(chǎn)業(yè),保證產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部對(duì)能源消耗的有效需求;還可調(diào)整輕重工業(yè)比例,適度發(fā)展輕工業(yè),使吉林省偏重型工業(yè)結(jié)構(gòu)逐步得到優(yōu)化。

(3)提升能源利用效率。應(yīng)推廣智能建造技術(shù),加強(qiáng)新型建筑材料的研發(fā)與推廣力度,并充分利用建筑廢料,提高能源利用效率,避免能源浪費(fèi);還應(yīng)降低能源在生產(chǎn)、加工和運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的損耗,建立全面的節(jié)能制度,實(shí)現(xiàn)能源的精細(xì)化管理和優(yōu)化利用。