中國建筑業碳排放效率動態特征及驅動因素研究

文/林鈺宇 李建豹

雙碳目標是實現國家生態文明建設新進步的主要目標，減少碳排放有利于最大限度地減少對環境的負面影響，實現最大化的經濟利益，從而在未來幾十年的綠色經濟競爭中保持優勢。綠色低碳的城市轉型之路已經成為平衡經濟增長、城鎮化與碳減排關系的強有力應對方案。作為能源高消耗和碳排放重點部門，我國建筑業運行過程中釋放的二氧化碳占全國總量的22%左右，加上隱含碳排放，占比超過40%。參考以往發達國家經濟發展和城鎮化過程，我國建筑業碳排放占比可能會越來越大?？梢?，在碳中和背景下，建筑業成為高效節能減排的突破口。提高建筑業碳排放效率、降低建筑業能耗，對實現建筑業低碳發展具有重要意義。

學者們對建筑業碳排放效率的測度通常采用數據包絡分析（Data Envelopment Analysis, DEA）和隨機前沿分析，二者區別在于是否考慮隨機誤差影響。盡管隨機前沿分析考慮了隨機因素的影響，但DEA沒有函數形式和輸入輸出數量的限制，可以減少決策單元（Decision Making Units, DMU）和數據原因導致的估計結果失真，且更能有效反映出中國的地區差異性。馮博等利用DEA方法測度了我國省級建筑業的能源效率，有學者利用SBM-DEA模型測算了河南省的建筑碳排放效率，但研究中都出現了多個DMU效率為1，難以比較的情況。宋金昭等充分考慮了建筑業的外部性，利用超效率三階段DEA模型測算了省域尺度的建筑業碳效率，但未考慮非期望產出，由能源消耗帶來的環境問題與日俱增，有必要將能源消耗的負面影響作為非期望產出納入模型中進行分析。有學者基于三階段DEA-Tobit模型對中國建筑業的碳排放效率進行測度，并分解成純碳排放效率和規模效率。盡管張廣泰等基于考慮非期望產出的超效率SBM模型，核算了我國建筑碳效率，并在此基礎上發現省級建筑業碳效率存在顯著的空間差異，但研究中忽略了效率的時間維度。

針對建筑業碳排放效率驅動因素的研究，主要考慮經濟發展水平、城鎮化程度、技術水平及能源消費結構等因素。一般而言，高度發達的經濟發展水平與城鎮化會增加建筑運行碳排放，但這也意味著資本、技術和勞動力的集聚，能促進建筑業碳排放效率的提高。有學者發現經濟發展可以提高建筑業碳排放效率，但能源結構和勞動力數量等因素會抑制建筑業碳排放效率。事實上，技術水平和能源結構都是影響建筑業碳排放效率的直接因素，技術水平決定了碳排放的效率，而煤炭等化石燃料利用率低、碳含量大，容易產生大量的二氧化碳排放。有學者利用GVAR模型研究發現技術進步和能源結構調整能夠促進建筑業碳排放效率的改善，但粗放型發展背景下經濟規模會產生負面影響。此外，祁神軍等認為，導致我國建筑業能源效率差異較大的主要原因是建筑業規模和人口規模。

總體而言，學者們在研究建筑業碳排放效率時容易出現多個決策單元效率為1而難以有效對比的情形。在效率測度時，未考慮時間維度，利用窗口分析可以更好反映建筑業碳排放效率的時間變化特征。效率比總量更能直接反映地區或部門的綠色發展狀況，但現有研究中，建筑業碳排放影響因素分析大多圍繞總量進行，極少考慮效率的影響因素。基于此，本文利用考慮非期望產出的超效率SBM結合窗口分析方法，對2010-2019年中國建筑業碳排放效率的動態特征進行研究，并利用空間計量經濟學模型探索其驅動因素，以期為建筑業低碳發展提供針對性的建議。

一、研究方法與數據來源

（一）研究方法

1.建筑業碳排放核算模型。由于研究對象是宏觀層面的建筑碳排放，結合《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》，本文利用IPCC排放因子法來核算建筑業碳排放?！吨袊茉唇y計年鑒》中提及的建筑業終端能源有原煤、焦炭、煤油、燃料油、電力和熱力等26種，這些建筑業自身直接消耗的終端能源所釋放的碳排放稱為直接碳排放，而生產建筑材料時間接產生的碳排放稱為間接碳排放，二者加總可得建筑業碳排放量。

其中，C為建筑業二氧化碳總排放量（萬噸）；Cdir和Cind分別為建筑業直接碳排放（萬噸）和間接碳排放（萬噸）；Ei為第i種建筑業終端能源消費量；ρ為建筑能源碳排放因子，一次能源的碳排放因子根據式（2）計算，熱力和電力等二次能源借助蔡偉光等的研究方法單獨計算；A為平均低位發熱量（千焦/千克）；B和C分別為單位熱值含碳率（噸碳/太焦）和碳氧化率；44/12是碳原子與二氧化碳分子的轉化系數；Gi為第i種建筑材料消耗量（萬噸）；?i為建筑材料碳排放因子，ai為第i種可回收建筑材料的回收系數，均參考現有研究確定。

2.考慮非期望產出的超效率SBM模型。將建筑業碳排放作為非期望產出，克服傳統SBM模型的缺陷，即在DMU較多時出現多個效率值均為1的情況，采用考慮非期望產出的超效率SBM模型，對建筑業碳排放效率進行評價。

3.數據包絡窗口分析法。借鑒移動平均的思想，將連續的一段時間作為窗口期，所有DMU作為參考集，通過不同時期同一DMU和同一時期不同DMU的比較，實現效率的動態估計。假設共有n個DMU，研究的總時段為T，窗寬為d，進而形成T-d+1個窗口，每個窗口內有n×d個DMU。當d=3或4時，效率可信度最高，本文取d=3，窗口步長為1年，因此共有8個窗口，除了2010年和2019年的DMU僅有一個效率值，2011年和2018年的DMU有兩個效率值外，其他年份均有三個效率值。最后，用各年份的各個DMU的平均效率表示該年的建筑業碳排放效率。

4.核密度估計。核密度估計法是根據數據本身特征去估計其分布，屬于非參數檢驗方法。通過核密度曲線，可以判斷建筑業碳排放效率的動態演變特征。核密度函數f(x)的計算如下：

其中，n取30，代表省份的個數；Xi代表各省份建筑業碳排放效率值；X代表Xi的均值；h為帶寬。借助Stata 15 SE，用高斯核函數K[x]對全國建筑碳排放效率進行密度估計，反復試驗后確定h為0.101。

（二）數據來源與處理

由于部分數據難以獲得，本文選取2010-2019年全國除西藏、港澳臺外的30個省份（自治區、直轄市）的相關數據。其中，建筑業能源數據來源于2011-2020年《中國能源統計年鑒》，建筑業經濟數據來源于2011-2020年《中國建筑業統計年鑒》，其余社會經濟數據來源于2011-2020年《中國統計年鑒》。為剔除價格因素沖擊，國民生產總值、人均GDP、建筑業總產值、資本存量等數據均折算為2010年不變價。最后，利用離差標準化法對原始數據作線性變化，以去除量綱的影響。

二、結果與討論

（一）建筑業碳排放效率測算結果分析

根據已有文獻及現有實踐，選取資本存量、勞動力、機械生產設備及終端能源消費為投入指標，建筑業總產值為期望產出，將式（1）核算出來的碳排放作為非期望產出，以充分考慮環境污染對效率結果的影響。其中，資本存量用扣除年末自有施工設備凈值的建筑業總資產表示，勞動力用從事建筑業活動平均人數表示，機械生產設備用年末自有施工機械設備總功率表示，終端能源消費用統一折算標煤后加總的建筑業能源消費量表示。運用超效率SBM模型和窗口分析法，借助Matlab 2020a軟件計算出2010-2019年全國30個省份的建筑業碳排放效率。由圖1可知，2010-2019年間，我國建筑業碳排放效率均值總體上呈波動下降的趨勢，從2010年的0.700下降到2019年的0.520，下降幅度為25.714%。下降較多的年份發生在2011年和2014年。2011年建筑業碳排放效率均值下降較多，在國家有效應對金融危機后，建筑業呈現快速增長的態勢，碳排放也相應增多。進一步分析發現，主要是江蘇省建筑業碳排放量出現大幅增長導致效率大幅下降。2014年建筑業碳排放效率均值下降較多可能是由于竣工面積大幅增加，2014年建筑竣工面積高達42億平方米，創歷史新高，從而造成建材碳排放增多，引起建筑業碳排放效率的下降。

圖1 2010-2019年建筑業碳排放效率均值、標準差與變異系數

（二）建筑業碳排放效率的動態特征

1.建筑業碳排放效率的差異性演變。標準差和變異系數（圖1）分別描述了建筑業碳排放效率的絕對差異和相對差異，2010-2019年間，二者的波動變化大致相同。具體而言，標準差圍繞0.230上下波動變化，變化幅度不大，呈現出不穩定狀態。2012年標準差最大，為0.243；其次是2017年，為0.242；2018年的最小，為0.201，比最大值降低了17.284%；2011-2013年和2017-2019年呈“V”字型變化。變異系數總體上波動上升，從2010年的0.340上升到2019年的0.424，呈緩慢增長趨勢。2011-2012年、2013-2017年、2018-2019年間，變異系數變大，表明建筑業碳排放效率的相對差異在增大。

2.建筑業碳排放效率的動態演進趨勢。核密度估計可以更好地描述建筑業碳排放效率的動態演變趨勢，選取2010年、2015年和2019年的數據繪制核密度分布圖（圖2）。2010-2019年建筑業碳排放效率呈現出左高右低的“雙峰”形態，表明存在建筑業碳排放效率較低的省份集聚，同時也存在著一部分碳排放效率較高的省份集聚，效率較低的省份明顯多于效率較高的省份，這反映了各省建筑業碳排放效率存在兩極分化、發展不均衡的現象。相較于其他年份，2015年的建筑業碳排放效率分布曲線出現明顯的“雙峰”，主峰位于0.400到0.600區間內，主要分布在河北、新疆、吉林和福建，而側峰位于1.000到1.200區間內，主要集中在北京、浙江和上海。此外，2010-2019年建筑業碳排放效率分布曲線的左拖尾明顯變短，右拖尾也在變小，說明建筑業碳排放效率較低省份的效率隨著時間的變化在上升，而建筑業碳排放效率高省份的效率隨著時間變化在降低，各省份建筑業節能減排形勢依舊嚴峻。與2010年相比，2015年建筑業碳排放效率分布曲線向中間收縮，垂直高度上升，水平跨度縮小，峰度逐漸向“尖峰型”變化，這意味著地區間碳排放效率差異有所減小，總體呈動態收斂趨勢。與2015年相比，2019年建筑業碳排放效率分布曲線向左移動，垂直高度下降，峰度向“寬峰型”變化，這意味著建筑業碳排放效率有所下降，且在空間上有擴散的趨勢。

圖2 2010-2019年建筑業碳排放效率核密度估計

3.建筑業碳排放效率的空間重心轉移趨勢。為了探索各省建筑業碳排放效率在空間上的分布特征及演化趨勢，繪制重心轉移軌跡圖（圖3）。從重心的分布看，建筑業碳排放效率重心在河南省南部的方城縣、泌陽縣、唐河縣和桐柏縣附近移動。總體而言，2010-2019年間，重心從方城縣移動到了桐柏縣，自東北向西南偏移了81.303千米，年均偏移距離為8.130千米，表明中國西南區域的建筑業碳排放效率增速比全國平均增速快，與其他地區的差距在縮小，同時從側面反映出建筑業碳排放效率在西北—東南方向上較為穩定，這可能是由于東南沿海屬于我國經濟發達地區，而西北屬于我國城鎮化率較低的地區，因此，西北—東南方向的波動較小。其中，建筑業碳排放效率重心向西移動了24.954千米，向南移動了77.546千米，重心在南北方向上的變化明顯比東西方向的大，說明建筑業碳排放效率南北差異大于東西差異。2014-2016年中國建筑業碳排放效率的重心實際移動距離較大，均大于30.000千米，這主要是由于某一方向的多個效率值同時發生較大變化。其中，2015年廣西等地區的建筑業碳排放效率上升較多，導致重心移動距離最大，向西南移動了47.924千米。從空間上看，建筑業碳排放效率重心移動軌跡較不穩定；從時間序列來看，基本形成了2010-2013年與2014-2019年兩個時間段的重心集聚。

表1 2010-2019年建筑業碳排放效率重心轉移距離與方向

圖3 2010-2019年建筑業碳排放效率重心轉移圖

（三）建筑業碳排放效率的驅動因素分析

1.變量選擇。影響建筑業碳排放效率的因素較多，現有研究多從建筑業外部環境和行業內部考慮，外部環境多選取地區經濟發展水平、城鎮化水平等與建筑業間接相關的變量，行業內部多選取能源消費結構和技術水平等與建筑業直接相關的變量?；诖?，以建筑業碳排放效率為因變量，從經濟發展、城鎮化、能源消耗、技術水平、建筑業規模和勞動效率等方面，選取了人均GDP（PGDP）、城鎮化率（UR）、能源消費結構（ECS）、能源強度（EI）、技術裝備率（TE）、建筑業發展規模（IS）、勞動效率（LE）等指標作為自變量。其中，城鎮化率以非農業人口占總人口比例表示，能源消費結構以建筑業用電能耗占能源消耗總量比例表示，能源強度以建筑業化石能源消耗總量與建筑施工面積比值表示；建筑業發展規模以建筑業總產值占GDP比例表示，勞動效率以建筑業總產值與建筑業從業人數比值表示。

2.模型估計。首先，利用Stata 15 SE對基礎等式進行OLS回歸，并估計殘差的Moran’sI值，結果表明p值為0.021，小于0.050，說明建筑業碳排放效率存在較明顯的空間關聯特征，有必要運用空間計量模型來分析建筑業碳排放效率的驅動因素。與空間誤差和空間滯后模型相比，空間杜賓模型的形式更具有一般性，且考慮到研究中建筑業碳排放效率及其影響因素的空間溢出效應，優先選擇空間杜賓模型。豪斯曼檢驗值為71.940，p值小于0.001，表明應當拒絕隨機效應假設，建立固定效應模型；LR檢驗值為113.070，p值小于0.001，考慮建立效果最優的時空固定效應模型。最終模型結果見表2，ρ值為-0.203，且在5%水平上顯著，表明建筑業碳排放效率在各省份間存在負向的空間溢出效應，本省建筑業碳排放效率每提升1%，將導致鄰近省份的建筑業碳排放效率降低0.203%，故可認為，在各省建筑業融合發展過程中，提高本省建筑業碳排放效率不利于相鄰省份建筑業碳排放效率的提高。

表2 空間杜賓模型與空間滯后模型估計結果

勒薩熱和佩斯提出，當ρ顯著不為零時，運用其系數度量的溢出效應可能存在系統性偏差，建議分解出直接效應和間接效應，以衡量各驅動因子對因變量的邊際效應。由表3可知，人均GDP（PGDP）表征地區經濟發展水平，直接效應的彈性系數是0.064，但未通過顯著性檢驗，表明人均GDP對本省的建筑業碳排放效率具有正向影響，但影響較弱，這也意味著經濟水平的提高并不能促進建筑業碳排放效率的顯著提高。經濟發展水平高的地區往往城市治理理念先進，資源配置能力強，低碳技術集聚，傾向于建設低碳綠色建筑，有助于建筑業碳排放效率的提高，不顯著的原因可能是經濟發展較好的地區建筑密度大，而建筑運行階段釋放了大量二氧化碳。間接效應的彈性系數為-0.842，且通過了5%水平的顯著性檢驗，說明提高本省的人均GDP，不利于相鄰省份建筑業碳排放效率的提高。經濟發展水平高的省份存在虹吸效應，吸引周邊省份人口、信息等優質資源，同時建筑業由增量階段向存量階段發展，建筑業的發展向周邊地區擴散，促進周邊地區建筑業碳排放的增加，進而不利于相鄰省份建筑業碳排放效率的提高。

表3 空間杜賓面板模型的直接效應與間接效應

城鎮化水平（UR）的直接效應顯著為負，在其他因素不變的前提下，城鎮化水平每提高1%，建筑業碳排放效率將下降1.466%。城鎮化水平的提高意味著大規模的房地產和基礎設施建設，產生大量的建筑材料需求，導致建筑業碳排放的增加，進而降低建筑業碳排放效率。此外，伴隨著農村人口流入城市，城市人口集聚推動著建筑業運行碳排放比重的上升，從而降低建筑業碳排放效率。間接效應顯著為正，表明城鎮化水平對相鄰省份的建筑業碳排放效率具有顯著的正向空間溢出效應，也就是說，提高本省的城鎮化水平，有利于相鄰省份建筑業碳排放效率的提高。城鎮化水平的提高能促進經濟發展和技術創新，形成規模效應，因而對鄰近省份的建筑業碳減排具有積極意義。

能源消費結構（ECS）的直接效應和間接效應均為正，但間接效應沒有通過顯著性檢驗。表明提高清潔能源在建筑業能源消耗中的比重，有利于提高本省和相鄰省份建筑業碳排放效率。建筑業能耗種類較多，積極優化能源消費結構，提高清潔能源使用比例，有利于提高本省建筑業碳排放效率，與此同時，容易形成標桿效應，倒逼相鄰省份建筑業轉型升級，推動相鄰省份的建筑業碳排放效率改善。

能源強度（EI）的直接效應和間接效應均為負，表明能源強度對本省和鄰近省份的建筑業碳排放效率產生消極作用。能源強度表征建筑材料生產、建造工藝和建筑垃圾處理等技術能力，技術水平的提高，可以降低非有效減排成本，在提高本省建筑業碳排放效率的同時也能通過“示范效應”或帶動作用對鄰近省份的效率產生積極影響。因此，應重視和激勵技術創新，尤其是綠色低碳技術，引進低碳技術人才和資本，孵化低碳綠色項目，通過創新補貼等方式提升人才和建筑企業創新活力和主動性，進而提高建筑業碳排放效率。

技術裝備率（TE）對建筑業碳排放效率的直接效應和間接效應分別表現為正向作用和負向作用，但均未通過顯著性檢驗，說明技術裝備率并沒有對本省或鄰近省份建筑業碳排放產生顯著的影響，反映出我國在技術裝備政策、建筑業技術發展水平和技術裝備資金來源等方面存在薄弱之處。

建筑業發展規模（IS）的直接效應顯著為正，間接效應為負但不顯著，表明建筑業規模對本省建筑業碳排放效率的促進作用明顯強于對相鄰省份的抑制作用。一般而言，建筑業發展到一定程度后會形成規模效應，吸引資本進入，激發創新活力，同時也成為碳減排監管的重點，建筑業趨于規范化，促進碳排放效率的提高，但由于城市競爭，表現出對其他省份碳排放的抑制作用。

勞動效率（LE）方面，直接效應的彈性系數為0.632，且通過了1%水平的顯著性檢驗，表明勞動效率每提高1%，建筑業碳排放效率預計提高0.632%，即通過專業化、機械化和智能化等手段提升單位勞動力的建筑業產值，勞動技術提高能源利用效率，從而提高建筑業碳排放效率。間接效應的彈性系數不顯著，說明勞動效率對相鄰省份的建筑業碳排放效率影響不顯著。

3.穩健性檢驗。運用空間滯后模型對空間杜賓模型的結果進行穩健性檢驗，發現兩個模型的結果（表2）基本一致，具有較強的穩定性。ρ值在5%水平上顯著為負，表明建筑業碳排放效率具有顯著為負的空間溢出效應。具體來看，能源消費結構、建筑業發展規模和勞動效率的彈性系數顯著為正，說明其對建筑業碳排放效率的提高具有積極意義。人均GDP和技術裝備率的彈性系數也為正，但未通過10%水平的顯著性檢驗，表明人均GDP和技術裝備率的提高有利于建筑業碳排放效率的提高，但不明顯。城鎮化水平和能源強度的彈性系數均為負，表明城鎮化程度和能源強度會抑制碳排放效率。

三、結論與建議

雙碳目標引領著建筑業發展的未來方向，是轉變建筑業經濟方式，實現建筑業高質量發展的重大機遇。本文基于2010-2019年中國30個省份的面板數據，利用考慮非期望產出的超效率SBM模型及窗口分析法，測度了各省建筑業碳排放效率，并探討了其動態變化特征及驅動因素。結果發現：（1）2010-2019年間，建筑業碳排放效率均值呈波動下降趨勢，而絕對差異和相對差異呈波動變化特征。（2）建筑業碳排放效率分布曲線呈“雙峰”型，且左峰顯著高于右峰；2010-2019年間，分布曲線左右移動，高度變高，跨度變小，表明建筑業碳排放效率存在波動變化、兩極分化的現象。（3）2010-2019年間，建筑業碳排放效率重心主要分布在河南省南部，并向西南移動了81.303千米，表明我國西南省份建筑業碳排放效率增長速度較快，且與其他地區的差距在縮小。（4）能源消費結構、建筑業發展規模和勞動效率對建筑業碳排放效率具有促進作用，而城鎮化水平和能源強度對建筑業碳排放效率具有抑制作用。城鎮化水平的提高可以顯著提升相鄰省份的建筑業碳排放效率，而經濟發展會對相鄰省份的建筑業碳排放效率產生負向影響。

基于以上研究分析，為了提高建筑業碳排放效率，實現建筑業高質量發展，提出以下幾點建議。第一，建筑業碳排放效率存在空間差異和不均衡發展的現象，要推動綠色建設技術的共享與合作，規?；茝V可再生能源建筑應用，促進區域間要素的充分流動，推進國土空間綜合整治和政府間協同治理，形成資源共享的高質量發展格局。建筑業碳排放效率的重心向西南移動，要加快東北地區的建筑業能源改革，促進東北地區建筑業碳排放效率的提高。第二，經濟發展、城鎮化對本省和鄰近省份的建筑業碳排放效率影響效果相反，因此，平衡好經濟發展、城鎮化與碳排放的關系至關重要，城市更新要注重循序漸進，防止“大拆大建”的同時提升建筑壽命，提高城鎮化質量。能源消費結構的優化能顯著提高建筑業碳排放效率，要開發利用綠色可再生能源，提高建筑用電與電網互動能力，推動建筑電氣化，與電力部門協同脫碳。降低建筑業能源強度有助于本省和鄰近省份提高碳排放效率，提高可回收木結構和鋼結構等建筑材料的生產工藝水平，增強綠色建筑建造能力，提升建筑垃圾回收和再利用能力；加大綠色能源技術資金投入，發展綠色能源供暖技術，開發低碳或零碳建筑材料和產品，提升建筑產能。勞動效率的提高也能顯著提高建筑業碳排放效率，通過技術培訓、理念分享等方式提高建筑生產階段的勞動效率，改變高污染、高能耗的勞動模式，增強清潔生產意愿，加強建筑全生命周期綠色管理，提高建筑業碳排放效率。