基于碳排放清单编制的低碳城市规划技术方法研究

王雅捷　何永

摘要低碳城市规划是城市转型发展、低碳发展的重要保障，是对传统城市规划学科知识的拓展，目前没有成熟通用的方法。本文以北京市低碳城市发展规划的相关研究为基础，提出低碳城市规划技术主要包括碳排放清单编制与核算、规划碳排放情景分析、城市低碳发展路线图、以及低碳规划策略选择与政策制定等。低碳城市规划技术的核心在于将城市规划要素纳入碳排放清单框架，使碳排放核算与规划策略、城市终端活动相关联。以IPCC碳排放清单框架为基础，将统计数据中的国民经济部类能源消费数据拆分、重组，转化为生产、建筑、交通三个部门的能源消费数据，再转化为承载终端能源消费活动的规划用地分类，实现碳排放清单框架的二次转换。在能源消费数据的拆分、重组过程中，主要采用Kaya公式变形的方法，将规划要素、终端活动、能源供应和用能效率等因子纳入计算公式，进而纳入碳排放计算框架，实现碳排放-规划要素-终端活动的关联。在此基础之上，还可以分析规划策略的碳减排潜力和贡献率，确定规划策略的优先序。这些技术手段是实现低碳城市规划科学化、定量化和可考核的重要保障。根据对北京市城市能耗和碳排放的核算分析，可以发现北京市城市能耗与碳排放总量仍呈增长趋势，但已经和经济增长脱钩。采用“十二五规划”已经确定的政策措施，能够实现国家规定的节能减碳目标，北京应当提出更加严格的规划目标。研究提出强化低碳情景目标，万元GDP碳排放强度降低到2005年的约三分之一，而碳排放总量较2009年仅略有增长。通过对规划策略的碳减排潜力分析发现，在产业、建筑、交通三个部门中，现阶段产业部门节能减碳的潜力仍然最大，未来随着产业结构的调整，建筑、交通将成为减碳的主要部门。在各类减碳策略中，总体规模、产业结构、人均用地和建筑面积等指标，以及交通出行分担率等与规划相关要素在节能减碳工作中的贡献率超过50%，应成为未来北京市减碳对策的重要内容。

关键词低碳城市规划；碳排放清单；技术方法；北京

中图分类号F416文献标识码A

文章编号1002-2104（2015）06-0072-09doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2015.06.011

促进城市经济社会发展与生态环境的协调统一，构建自然、城市与人融为一体的互惠共生结构，是国内外城市建设共同面临的重大理论和实践问题。

在应对气候变化和城市转型发展的大背景下，将能源消耗和碳排放的限制条件纳入城乡规划逐渐成为共识，但是对于其具体实现路径还缺乏统一的认识和成熟的实践经验。尤其是在城市层面，如何将能源消耗与碳排放总量与微观城市建设活动，以及城乡规划的技术手段联系起来，是编制以低碳为导向的城乡规划亟待解决的问题。本文以北京市为例，分析了以低碳为导向的城乡规划技术手段类型，并以碳排放清单编制为基础，探讨了规划编制中定量分析的主要技术方法，为低碳城乡规划的开展和规范化、科学化提供借鉴。

1低碳城市规划的理论探讨

1.1低碳城市规划的概念

城市是人为碳排放的主要来源，其空间结构对碳排放的发展变化产生“锁定效应”[1]，以低碳为导向的规划是我国低碳城市发展的关键技术之一。低碳城市规划是以低碳城市发展为目标，以城市规划的编制和实施为基础平台，通过综合运用低碳技术和城市规划工具，使城市建设和各项城市活动按照低碳化的方向发展。但我国尚未形成完善的低碳城市规划编制和管理体系，很多城市在这方面开展了探索性的研究和实践。

1.2低碳城市规划的定位和特点

由于低碳城市发展所涉及领域的非常广泛，不仅包括能源供应与利用，也包括道路交通、市政设施、土地利用、空间形态、建设活动等，甚至还包括城市发展模式、人的行为，因此低碳城市规划不是专项规划，而是贯穿城市规划编制与管理全过程，多层次、多维度的创新规划体系。不仅要考虑与现有规划体系的有效衔接，也要根据城市低碳发展的需要，创新规划编制和管理体系[2-4]。其核心是从能源消耗和碳排放的视角重新审视城市建设和活动的各个环节，以城市碳排放的核算为基础，在确定低碳发展目标后，将碳排放的约束纳入城市规划和管理中。因此，低碳城市规划的编制需要以详尽的终端能耗数据为基础，采用定量化、科学化的技术手段，规划结果具有很强的可测量性和可考核性。

1.3低碳城市规划内容文献综述

顾朝林等从低碳城市模式的角度，将公共部门（政府）与私人部门（居民或企业）分开考虑，提出低碳城市规划概念框架包括规划理论、指标体系、技术方法、公共政策和公众参与等，在规划编制层次上涉及总体规划、详细规划、城市设计、专项研究等[5]。封颖等提出低碳城市规划的逻辑框架包括城市温室气体清单-城市低碳目标和低碳发展路线图-低碳发展指标体系-低碳发展重点方向-低碳重要措施[6]。总的来看，多数研究者都提出将碳排放核算作为基础，将低碳城市规划的主要领域或技术方法划分为低碳产业、低碳交通、低碳建筑，以及低碳能源供应和基础设施等，并从空间规划的角度强调低碳空间形态，从规划管制的角度提出低碳指标体系。也有研究者提出将低碳规划方法划分为技术层面和空间层面，分别强调产业节能、建筑技术节能，以及城市空间形态、职住关系等[7]。

2国内低碳城市规划主要做法及问题分析

截止到2012年3月，我国已有约280个城市提出了建设低碳城市或生态城市目标[8]，根据低碳、生态、以及可在对上海市未来人口规划、产业发展、能源战略进行细致分析的基础上，对未来上海市低碳经济发展进行情景分析，提出上海低碳发展路线图，以及各个部门（建筑、交通、产业）在不同情景下的减排贡献。路线图的研究以量化碳排放计算为基础，对主要影响因子进行了研究。[9]

根据IPCC温室气体清单指南，对能源利用相关CO2排放进行核算。对炭、成品油、天然气、外调电力四种主要能源品种进行分部门的核算，主要包括电力、工业、化工、冶金、交通、商业、供热、居民生活等。[9]

对城市和各个部门的碳排放进行了情景分析，分析主要部门碳排放影响因子，在此基础上提出减碳对策和路线图，但从城市规划角度提出的策略较少。清单核算以能源供应为主，没有落实到终端活动。

天津

根据城市碳排放机制，提取各个部门（产业、交通、固碳）节能减碳的主要指标，形成规划低碳评估指标体系，从城镇空间、交通出行、基础设施、能源利用四个方面提出低碳规划策略。研究中指标和权重的确定未与碳排放清单关联。[10]

根据《省级温室气体清单编制指南（试行）》完成了2005、2010年温室气体核算（不包括电力调入调出），提出2015、2020年温室气体排放目标（强度值），并将控制指标分解到区县，但指标的确定和分解没有与城市规划对接。[11]

作为国家低碳城市建设试点的5省8市之一，天津市在碳排放清单编制、区县碳排放考核指标分解、规划低碳评估指标体系方面进行探索，但规划与清单脱离。

深圳

探索建立低碳生态城市规划法规政策和技术标准。在总体规划、法定图则、城市设计、专项规划等不同层面引入低碳理念和要求。逐步提出低碳生态的规划控制指标。在实践中，通过示范区规划建设探索经验。[12]

碳排放清单框架包括能源活动（能源加工转换、工业、交通运输、建筑、居民生活）、工业活动、农牧业、土地利用变化与林业、废弃物处置五个部分，计算了2010年深圳市的碳排放，碳排放空间布局。[13]

规划强调低碳生态理念的融合，没有针对城市碳排放提出定量要求。碳排放清单框架各部门分类不够清晰，有重叠，缺乏情景分析及与规划的对接。

厦门

低碳总体规划研究：低碳理念在总体规划层面的应用。在空间布局方面的策略主要包括低碳工业区布局，低碳公共交通系统，碳汇系统布局，岸线可再生能源利用，碳排放空间管制指引，低碳总体空间结构等。[14]

基于LEAP模型，采用自下而上的方法进行核算，清单框架分为能源需求（包括家庭、工业、交通、商业四个部门）、能源转换（输送与分发、发电、热电联产三个部门）两部分，采用统计和规划数据，分析了碳排放情景及各类策略的减排潜力和贡献率。[15]

规划与清单研究仍然脱离，规划更多基于低碳理念和技术，缺乏定量分析。而清单编制侧重能源供给和利用，终端能耗分析缺乏与城市规划的对接。

哈尔滨

通过低碳理念在规划层面的应用，提出低碳城市空间、低碳产业和职能、降低中心城区人口密度、调整城镇体系、低碳交通体系等策略。通过对现状各类土地利用碳排放的计算，对2030年规划方案进行碳排放估算，并依据减碳增汇目标对规划提出方案调整建议。[16]

通过对现状各类土地利用碳排放强度的计算，对2030年规划方案进行碳排放估算，包括工业、建筑、交通、碳汇四个部门。并未完成碳排放清单编制。[16]

研究试图建立碳排放与土地利用的关系，但其方式过于简单化。缺乏从能源供应角度碳排放总量的核算，也缺乏各个部门终端能源消费的研究，以此提出规划方案调整的依据不足。

持续发展的理念，提出了城市发展方向和主要策略。各个城市关于低碳城市的规划多局限于研究层面，真正编制并经过审批的低碳城市规划还没有出现。其中部分城市编制了碳排放清单，包括北京、上海、天津、重庆、深圳、哈尔滨等，而基于碳排放清单提出规划目标和对策的就更少见。根据已有文献和资料，在此对各个城市低碳城市规划编制的技术路线和主要内容进行了总结分析（见表1）。

总的来看，国内城市的低碳城市规划多数还停留在从概念到概念的阶段，多是结合城市特点，对于低碳城市发展理念的阐释，与城市碳排放清单编制脱节[17]，主要包括以下几方面问题。

（1）低碳城市规划主要围绕紧凑空间布局、土地利用混合、公交导向发展模式、绿色空间布局、可再生能源利用和提高能源利用效率等方面，对城市发展提出定性的规划原则和要求。但是规划中对于城市现状和规划碳排放没有进行核算，也没有对各个规划策略的减碳贡献进行量化分析。

（2）由于数据有限，成熟经验缺乏等原因，城市层面的碳排放清单编制较多的从城市发展宏观数据和能源供应入手，局限在几大部门的能耗和碳排放总量，而未能将能耗分解到具体的终端活动，也就难以与城市规划要素有机的联系起来，很难指导低碳城市规划的编制。

（3）一些城市提出利用碳排放空间管制、低碳规划指标体系等手段来引导城市发展和建设，但是碳排放指标的确定缺乏数据分析支撑，导致在此基础上提出的规划管理手段既缺乏科学性，也难以真正落实。

（4）对于空间结构、人口和建筑密度、用地布局等城市规划的核心要素，其对城市能耗和碳排放的影响机制研究较少，多停留在定性研究或统计分析的层面，无法建立模型进行模拟，削弱了低碳城市规划的科学性和权威性。

3基于碳排放清单编制的低碳城市规划技术方法

为解决上述问题，必须以碳排放清单编制为基础，并深入研究城市规划要素的影响，在定量分析的基础上，提出低碳城市规划的目标、路径，以及指标体系等。从2011年开始，以北京市规划院为主，陆续开展了低碳城市规划纲要、低碳城市规划导则等研究，在以碳排放清单编制为基础，定量研究低碳规划策略方面进行了一定的探索。低碳城市规划的主要技术方法包括城市碳排放清单编制、规划碳排放情景分析、低碳规划路线图制定，以及低碳规划策略与政策制定，其核心要点是规划要素与碳排放评估过程的关联，规划要素包括城市总体规模、性质、功能分区、空间结构、用地布局、交通组织、建设高度和密度、城市细部设计等，应将这些要素纳入碳排放核算，并研究这些因素对城市碳排放的影响（见图1）。此外，影响城市碳排放的其他两个重要因素包括能源供应和低碳技术，他们与城市规划也有密切的联系。

3.1碳排放清单框架的构建

3.1.1碳排放清单框架体系的二次转换

碳排放清单编制是低碳城市规划的核心，是城市规划低碳化、定量化、和可考核的基础保障。IPCC碳排放清单框架分为能源使用、工业过程、农业/林业/土地利用、废物处理和其他五个部分，其主要目的是衡量国家层面温室气体排放和清除的总体情况。而对于城市这一开放的系统，采用IPCC框架体系就难以体现城市的能耗特征，也难以产生规划策略。因此，必须对碳排放清单的框架进行调整，调整的主要原则包括：第一，体现城市能源消费的特征，将外调电、供热等计算在内；第二，碳排放清单部门划分可以分解至城市终端活动，并与城市规划要素有机联系。

因此我们在编制北京市碳排放清单的过程中，对IPCC清单编制框架进行了分解和转换，将可能产生规划策略的要素指标嵌入碳排放清单当中，以便于对规划碳排放进行清单编制和情景模拟，以及由此产生规划策略。具体的情况框架转换方式是，清单框架由供应端到消费端、再到规划端的转换。也就是先由城市总体能源供应品种和供应量入手，得到城市能源消费和碳排放的总量；再依据统计年鉴中分行业能源消费数据，按照国民经济产业分类进行碳排放清单编制；第三步，依据规划要求，将分行业能源消费数据进行拆分和重构，整合为生产、交通、建筑三部分；最后根据规划用地分类要求，将清单框架与土地利用类别进行关联，形成“土地利用-碳排放”关联框架[17]，为规划控制提供依据（见图2）。最终确定的城市碳排放清单框架包括生产、交通、建筑、碳汇四个部分。

3.1.2终端活动能耗分解

在碳排放清单框架体系确定后，还需要对各部门能源消费进行分解，落实到具体的终端能耗活动，以便了解实际城市活动的碳排放，产生规划对策。例如交通能耗分为城市客运、城际客运、和货运，其中城市客运又包括电动自行车、小汽车、出租车、公共汽车、地铁等。还比如建筑能耗分为城镇建筑和农村建筑能耗，而城镇建筑又分为公共建筑、住宅建筑，其中住宅建筑能耗包括照明、炊事、热水、采暖、制冷、家用电器、电梯、建筑设备等。将城市碳排放清单进行供应端到消费端、再到规划端的二次转换，同时将能耗分解到各部门的终端活动，这样一方面保证全市能耗和碳排放总量保持不变，另一方面能够反映出各微观活动在城市总量中的比例，以及对城市总碳排放的影响。

3.1.3将城市规划要素纳入碳排放清单

在碳排放清单编制过程中，应当将规划要素纳入，包括清单框架和终端能耗活动的碳排放计算。前面已经提到，我们在北京市的研究中，进行了碳排放清单的二次转换，实现了城市碳排放与城市用地的关联，有助于了解各类城市用地的碳排放水平，同时可以对不同规划方案进行碳排放评估。此外在对各终端活动的碳排放进行计算时，应将土地利用、建筑规模、出行距离等纳入计算公式。

例如在对住宅建筑碳排放进行计算时，采用将Kaya公式变形的方法，纳入容积率、用地面积、建筑面积、单位建筑面积能耗强度等与规划密切相关的因子。建筑能耗的基本计算方法是用能活动水平乘以能耗强度，即对每一类建筑的各项终端用能分别进行计算，再加和得到（见公式1）。而对每一分类能耗的核算，需要分别确定活动水平和能耗强度。在建立详细核算清单的过程中，需要考虑两个方面的因素。一是，活动水平主要与建筑面积规模相关，应将人均面积、人口规模、用地类型结构等规划因子纳入（见公式2）。二是能耗强度主要与能源品种、能源供应方式、设备效率等因素相关，也可以将其纳入核算清单中（见公式3）。

总建筑能耗=∑活动水平×能耗强度（1）

活动水平=人口规模×人均建筑面积×建筑类别系数×用能系数（2）

能耗强度=分能源品种用能强度×能源供应效率×用能设备效率（3）

总的来说，只有将规划要素以影响因子的方式纳入碳排放清单，才能对其影响进行分析，在此基础上才能够定量分析和产生节能减碳的规划策略。

3.2北京市碳排放核算结果及分析

在上述碳排放清单框架基础上，分别采用2009年和2011年北京市统计年鉴中能源平衡表数据，在对各类行业能源消费量重新划分和调整后，最终得到北京市能源消费和碳排放核算结果。2011年，北京市各部门各类能源消费总计6 695万t标准煤，相关二氧化碳排放总量为1.73亿t，比2009年的1.57亿t增加约10%。再对碳排放强度进行分析，2011年北京市单位GDP碳排放强度为1.06 tCO2e/万元GDP，人均碳排放为8.56 tCO2 e/人，比2009年分别下降19.7%和6.4%，GDP的增长与碳排放的增长实现了脱钩（见图3）。

3.2.1碳排放部门结构分析

2011年北京市全市碳排放中，生产、建筑、交通各部门排放分别占总量的34%，44%和22%（见表2）。由于首钢搬迁、产业结构调整等政策，能源消费结构得到优化，北京市生产部门碳排放比2009年降低1%，但建筑和交通部门增长迅速，分别比2009年增加了10%和20%。

3.2.2建筑部门能耗核算分析

以建筑部门为例，详细说明能耗核算的方法，以及如何将住宅规划相关要素纳入核算框架。2009年北京市建筑总能耗为2 533万t标准煤，占全市总能耗的38.6%。建筑能源消费主要包括电力、天然气、煤炭、热力、液化石油气等。由于统计年鉴的局限性，建筑能源消费计算中不含生物质能、太阳能、地热能等。

将北京市建筑能耗划分为住宅和公共建筑能耗两大类。其中，住宅建筑根据人均建筑面积、生活方式和用能特征，分为城镇成套住宅、城镇非成套住宅、农村住宅三类。再根据用能终端分为采暖、炊事热水、照明及家电等类别，同一类用能终端还可以根据能源品种的差异进一步细分（见图4）。

公共建筑能耗核算框架与住宅类似，也按照按照建筑功能和用能终端进行分类。主要包括采暖、空调设备等电耗、炊事热水、蒸汽消毒等，其中公共建筑电耗根据建筑功能类别、建筑规模进一步细化。