我國建筑業碳排放預測研究＊

紀建悅 姜興坤

（中國海洋大學經濟學院，山東 青島 266100）

一、引言

發達國家城鎮化發展歷程表明，隨著城市化率的提高，建筑領域的能耗和碳排放均會快速增長。隨著經濟的迅速發展，我國目前城鎮化增長率也在迅速增長。城鎮化進程的加快，使得每年新增建筑數量巨大，同時還伴隨著龐大規模的非節能既有建筑。從近幾年的統計數據看，我國城鄉新增建筑面積大約為15－20億平方米。不考慮建筑運行能耗，從相關建筑材料生產到建筑竣工使用，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，建筑業是屬于高耗能行業的。［1］

2009年11月，國務院明確提出到2020年我國單位GDP二氧化碳排放量在2005年的基礎上降低40％－45％這一減緩溫室氣體排放的目標。要實現這一目標，需要各行業付出巨大和艱苦的努力。其中，建筑業由于正處于大規模發展的時期，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實現整體減排目標的重要因素。

本文在對建筑業能耗的統計和預測過程中，采用與建筑業相關的能耗的含義，即在建筑物整個生命周期中，除去建筑物運行能耗，考慮建筑設計、建筑施工、建筑拆除這一過程的能耗。這一能耗統計界定與我國建筑統計年鑒和能源統計年鑒的相關項目一致。目前，國內外關于建筑業能耗和碳排放的研究已有不少。王小兵等根據建筑產品的特點，將建筑物分為包括現場施工、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］張智慧基于可持續發展和生命周期（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涵。［3］Cole以加拿大建筑業為例，用Athena計算模型軟件估算了三種建筑結構（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等人根據整個建筑建設進程，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結構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，鮮有對整個建筑業碳排放預測的研究。本文運用環境經濟學中較為常用的STIRPAT模型，結合排放系數法，通過對我國1995－2007年建筑業的相關數據對其碳排放量進行核算，定量分析，得到我國建筑業碳排放STIRPAT模型。在此基礎上，運用情景分析法對我國建筑業碳排放趨勢進行預測，進而推算建筑業減排情況和碳排放量峰值出現的時間。

二、我國建筑業碳排放分析

（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境壓力的影響，該方程將環境影響（I）與人口規模（P）、人均財富（A）和對環境毀壞的技術水平（T）聯系起來。

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恒等于1。為克服這一局限性，York等在“I＝PAT”方程的基礎上，建立了STIRPAT模型，即

在對模型取對數后，變成

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

2、變量選取及數據來源

根據STIRPAT模型相關變量含義，本文中，I表示建筑業碳排放總量，P表示建筑業從業人員數，A表示建筑業人均增加值，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法求得。即為用建筑業消耗的各項能源乘以相應的排放因子，然后加總。由于建筑業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］

在數據的選取上，由于2007年下半年金融危機，2008年、2009年相關數據出現異常，為保持數據的平穩性，本文采取1995年－2007年數據，數據來源于歷年中國能源統計年鑒和中華人民共和國統計局網站。

（二）模型估計及結果分析

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，從所表達的經濟關系分析，存在明顯的共線性。因此，在此選取嶺回歸方法對方程系數進行估計。嶺回歸是一種專門用于處理數據共線性的有偏估計回歸方法，其本質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、結果分析

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

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

三、我國建筑業碳排放情景分析及預測

根據上文估計的STIRPAT模型，如果要預測2008年－2020年我國建筑業碳排放量，必須先對方程中各自變量進行預測，包括對建筑業從業人員數P、建筑業人均增加值A、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碳排放進行預測分析，首先假設方程中各變量按目前趨勢發展，之后以此為基礎，結合我國建筑業和經濟發展的具體情況，設計出三種單位增加值能耗年均增長率的情景，對建筑業碳排放總量、峰值及減排情況進行預測分析。

（一）維持目前發展態勢的碳排放預測

從建筑業從業人員數和建筑業人均增加值的歷年數據看，這兩組數據是隨著時間的推移大約呈現直線上升趨勢。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、對建筑業從業人員數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、對筑業人均增加值A的預測

同理，可對建筑業人均增加值進行預測。得2020年（t＝26）建筑業人均增加值，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?？梢杂盟^測的2002年至2007年的數據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點，也存在缺點。當初，你之所以選擇和對方結婚，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點，忽略對方的缺點。一個善解人意的妻子或丈夫，應該尊重對方的個性，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％。本文根據實際情況在此稍作調整，設為－8％。由此，推算出到2020年建筑業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年建筑業碳排放總量的預測值為：

I2020＝8396.226萬噸。

5、對建筑業2020年增加值的預測

用預測的建筑業2020年的人口（P）乘以人均增加值（A）即可得2020年建筑業增加值預測值為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，得出預測的建筑業單位產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年建筑業單位增加值碳排放將比2005年減排63.04％。

在維持目前發展狀況的情景下，碳排放總量趨勢如圖2。

圖2 維持目前發展狀況的碳排放趨勢預測

由圖2可以看出，在后續發展中，建筑業碳排放總量將在2021年達到峰值。

（二）情景分析假設

根據上述STIRPAT模型預測出的2020年建筑業從業人員數、人均增加值、單位增加值能耗，以2005年的數據為基期，可以計算出各變量的年均增長率。其中，建筑業從業人員數年均增長率為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（調整后）為－8％。

前面已經計算出，建筑業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，假設到2020年，建筑業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化建設，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，建筑業發展將保持較快勢頭。因此，我們假定建筑業從業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：

（1）2008年－2020年建筑業增加值年均增長率為7.69％并保持不變；

（2）2008年－2020年建筑業從業人員年均增長率為3％并保持不變；

（3）2008年－2020年建筑業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，固定了建筑業從業人員年均增長率和建筑業人均增加值年均增長率，只需假設單位增加值能耗（T）的情景就可以對未來建筑業碳排放總量進行情景預測分析。并且，固定了建筑業增加值年均增長率后，就可以進一步對建筑業碳排放量出現峰值的時間進行預測分析。

討論2020年建筑業單位增加值能耗，上文已預測出，在保持目前發展趨勢的STIRPAT模型下，建筑業單位增加值能耗年均增長率（調整后）為－8％。但由于存在技術上的瓶頸，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：保持建筑業從業人員數量、建筑業人均增加值、建筑業增加值按目前趨勢發展，把建筑業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

（三）情景分析及預測

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

1、高情景

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

2、中情景

當建筑業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下繼續預測，則在2034年建筑業碳排放總量將達到峰值。

3、低情景

當建筑業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，若在此情景假設下繼續預測，則建筑業碳排放總量將在2061年達到峰值。

（四）結果分析

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，這表明建筑業單位增加值能耗年均增長率與碳排放量成正向關系。由于單位增加值能耗代表一種技術水平，假設技術是不斷進步的，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，建筑業單位增加值能耗年均增長率與碳排放量也成正向關系。

3、從三種情景下碳排放出現峰值的時間分析，高情景下，峰值將在2021年出現，時間較快。中情景下，峰值出現時間為2034年。低情景下，峰值將在50年后的2061年出現。這表明建筑業單位增加值能耗年均增長率與碳排放峰值出現時間也存在相關關系，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，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的時間。

四、結語

由于建筑業的快速發展和高能耗，使得建筑業成為了當前我國節能減排的重點領域之一。本文在基于STIRPAT模型估計的基礎上，采用情景分析法，主要研究了建筑業單位增加值能耗年均增長率與建筑業碳排放的關系。結論表明，建筑業單位增加值能耗年均增長率與建筑業碳排放成正相關關系，因此要降低建筑業的碳排放量，一種途徑就是降低建筑業單位增加值能耗年均增長率，即提高建筑業相關的技術水平，減少不必要的能源消耗，以降低建筑業單位增加值能耗。

本文關于相關數據的選取是來自我國歷年能源統計年鑒，由于統計方法的局限性，使得所得數據和實際數據存在差異。這對建筑業碳排放研究結果造成一定影響，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，在今后對建筑業碳排放預測分析的研究中應傾向于數據的界定，進而強化數據和結果的精確性，以便研究的結論更能準確的服務于經濟發展。

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