面向国土空间规划的县域规划建设低碳评价方法研究*——以河北省武安市为例

张 赫 胡佳慧 王 睿 叶 青 ZHANG He, HU Jiahui, WANG Rui, YE Qing

0 引言

全球气候问题形势日益严峻，低碳城市发展已成为必然趋势[1]。我国通过制定一系列低碳政策、体制机制、实践举措[2]，旨在落实“2030年碳达峰、2060年碳中和”（简称“双碳”）目标。我国县级城市面积辽阔，人口众多，在快速城镇化的趋势下已经成为人类活动聚集、能源消耗的重要空间单元，其控碳减碳的潜力巨大[3]，然而在经济社会发展特征及空间布局等方面与大中城市存在较大差异。与此同时，县域层面的国土空间总体规划具有“双碳”目标的落位职能，通过空间底线、空间结构与效率、空间品质等方面系统性布局县域城乡空间，对落实国家能源战略目标、实现县域低碳人居环境的作用重大。

低碳评价在完善县域国土空间总体规划低碳治理体系中具有跟踪、干预和调控的意义。关于县域国土空间总体规划层面的低碳评价，既有研究按照编制阶段进行了三方面研究，分别为目标性模拟[4]、静态现状评价[5-10]、动态过程性评价[11-13]。其中，目标性模拟是一种针对国土空间总体规划编制方案的“实施前评价”，静态现状评价则通常判断经济社会发展、居民生活方式等在某一时间截面是否符合低碳发展原则[8-10]。这两类评价方法难以应对动态实施导向的国土空间规划评估需求，且现有成果的评价标准与差异化县域发展特征不相符合。动态过程性评价主要通过对比国土空间总体规划的建设现状与低碳目标[11]，建立评价国土空间总体规划低碳化成效的指标体系，与国土空间规划的“双评估”体系逻辑相近，可作为国土空间规划体系下的低碳评价方法。在此基础上，针对县级城市发展的差异化现状[14]和不确定性问题以及现有研究成果与国土空间规划体系衔接度不高问题，本研究在以下三个方面有所改进：一、以国土空间总体规划批复后县级城市低碳建设的变化改进程度为指标评价准则；二、以我国县级城市作为低碳评价的空间单元，对全国县域国土空间总体规划建设的低碳化水平展开量化研究，制定适合县域的评价标准；三、与空间底线、空间结构与效率、空间品质三个国土空间规划目标体系相衔接，构建相应的低碳评价指标体系，为国土空间总体规划提供有指导性的建设效果评估和目标划定依据。

1 与国土空间规划体系相衔接的低碳评价体系逻辑框架

1.1 县域碳源汇特征及空间驱动因素分析

国内外适用于空间规划的碳源/汇核算方法主要来源于政府间气候变化专门委员会（IPCC）、地方环境理事会（ICLEI）等，利用排放因子法（ECM）计算城市各活动类别二氧化碳排放量，具体计算方法如下：

CO2排放=∑活动水平×CO2排放因子（1）

人类活动是造成碳排放的核心原因，而以土地利用为主的空间要素是制约人为碳排放的重要载体。在政府间气候变化专门委员会提出的《国家温室气体清单编制指南》中，将二氧化碳源排放和碳汇清除分成能源部门、工业过程和产品使用、废弃物处理等5个主要类别和若干个小类。政府间气候变化专门委员会的方法目前更多应用于国家、区域和城市的宏观尺度碳源汇分析。与城市相比，我国县域一方面受到大中城市污染产业转移的影响、能源技术水平和三废处理资金投入的限制，另一方面还包含乡村生产生活碳排放、大量已有和潜在的绿色碳汇[15-16]，碳源汇特征在工业、农业等方面具有特殊性，与大城市存在明显差异。本研究根据县域自身特征进行延伸调整，将碳源汇类型划分为工业生产碳排放、建筑建设碳排放、交通业化石燃料燃烧碳排放、废弃物分解碳排放、生态空间碳汇5个类别。

研究表明，由土地利用、植被变化引起的碳排放量占全球人为碳排放的三分之一以上。而我国县域经济发展方式多样，传统能源供应端的节能技术不足以有效减缓县域碳排放的增长趋势，亟待通过对空间要素的控制约束促进结构性碳减排。在碳汇特征方面，2010—2015年，我国县域林地、湿地等碳汇用地增长幅度较小甚至减少，其中碳汇量呈下降趋势的县占77%；在碳源特征方面，根据碳排放及陆地植被固碳数据[17]、土地利用遥感数据聚类分析可知，2011—2017年，我国五分之一左右县级城市CO2排放量增长较快，年增长率达到4.94%~17.78%之间。而这些县的建设用地以平均年均2%的幅度增长，且与碳排放增长具有较强的相关性（p=0.002，显著相关）（图1）。除此之外，第二产业的扩张发展，地形制约下的交通出行结构变化以及城市建设的低效开发也是造成部分县高碳局面的主要因素。由此，土地规模、生态格局、功能布局、交通结构等空间要素与县域碳源碳汇变化趋势密切相关。而以上这些空间要素恰是国土空间规划指标体系三个组成部分（空间底线、空间结构与效率、空间品质）中的主要控制内容。在以上现实影响机理的支撑下，本文建立“碳源/汇—空间驱动因素—国土空间规划指标体系”的逻辑关联体系，并由此开展低碳空间指标体系构建。

1.2 “碳源/汇—空间驱动因素—国土空间规划”具体关联机制

依据5个县域碳源/汇主要类别，县域主要低碳化调整方向如下：对于工业碳排放，通过优化县域产业结构、调整产业空间聚集程度，寻求产业低碳化发展方向；对于建筑碳源，通过合理控制县域土地规模、增加设施覆盖率来减少城镇建设能耗[18]；对于交通碳源，通过改变路网密度和交通效率、功能有效混合减少交通出行，进而影响CO2排放量；对于废弃物碳源，通过改进垃圾处理技术路线从而降低碳排放；对于生态空间碳汇，通过保护生态碳汇系统与县城区绿地系统，加强固碳释氧能力。从空间规划角度出发，应将以上控碳类别与主要调控方向，通过合理的空间要素整合，归纳为七大空间规划低碳驱动因素。

在现有国土空间总体规划中，指标体系包括空间底线、空间结构与效率、空间品质三个准则层[19]，以上三个方面细分要素与七大空间规划低碳驱动因素高度契合。在空间底线方面，国土空间总体规划通过严格控制具有碳汇功能的生态空间底线、约束建设用地规模以及城市增长边界等，对实现县域绿色低碳发展进行刚性管控；在空间结构与效率方面，国土空间总体规划通过优化空间结构、提升空间利用效率，为县域低碳发展的良性循环奠定基础；在空间品质方面，国土空间总体规划保证城乡交通与服务设施覆盖，是营造低碳人居环境的保障。由此，建立国土空间规划指标体系与碳源/汇变化特征的具体关联机制，并实现低碳驱动因素的指标化分解落实（图2）。

1.3 与国土空间总体规划衔接的低碳评价指标选取

基于国土空间总体规划目标与控碳减排目标的系统衔接关系，低碳评价指标体系的一级目标层直接继承国土空间规划编制指标体系中空间底线、空间结构与效率、空间品质三个维度，以土地规模、碳汇空间等空间规划影响要素作为评价体系二级目标层，并筛选与国土空间总体规划系统性衔接的评价指标，使低碳评价体系有针对性地反映空间规划实施成效。

图2 空间规划低碳评价关联机制Fig.2 linkage mechanism of low carbon evaluation for spatial planning

评价体系与国土空间总体规划指标存在直接与间接两种衔接关系，大多数评价指标本身可以表征空间规划的低碳化水平，包括城乡建设用地面积、林地保有量、湿地面积、每万元GDP地耗、道路网密度等；另有部分指标以对控碳减排具有明确影响机理和显著相关性特征为指标选取依据，进行指标增补，主要包括空间聚集度、绿色出行比例等。通过2015年全国县域碳排放、建设统计年鉴等数据，对以上指标和碳排放的相关性进行验证，得到如下国土空间总体规划低碳评价指标库（表1）。类，正向指标即指标值增加有利于低碳发展，负向指标则相反。

2 县域国土空间总体规划低碳评价指标体系构建

2.1 指标类型转化

由于县级城市之间在经济社会基础和发展特征方面具有巨大差异性，并且县级城市根据国土空间总体规划战略布局进行建设发展的过程存在不确定性，评价国土空间总体规划实施成效的评价体系应从结果式评价的静态的“绝对值”转变为动态的过程性评价指标。过程性指标为表征国土空间总体规划实施一定时间段内与低碳相关的空间要素的变化程度，可以反映国土空间总体规划实施的动态性特征，指标具体形式为从国土空间总体规划批复后的基准年到实施建设评价年的变化率。指标转化的计算方式如下：

指标类型分为正向指标、负向指标两

2.2 指标权重及评分方法

低碳导向的空间规划实施评价指标体系采用AHP（层次分析法）确定指标权重值。本次研究邀请18名专家进行独立判断分析，逐层写出比较判断矩阵，从而得到各个指标权重。低碳评价体系所得的评价值采用与低碳评价区间相比的方式，参照国内外指标体系赋分方法，将指标各评价区间定义为优、良、中、差，并分别赋以1、0.75、0.5、0.25分值。指标综合评价的方法采用加权求和，公式如下：

式中，U为目标层评价值；wi为指标的权重系数；zi为指标项分值，n为指标项数。

2.3 指标区间与评价标准

本研究将全国县域面板数据作为指标区间量化研究的样本，通过计算各指标的评价区间作为指标客观参考值，从而形成评价标准。由于评价指标的形式为体现变化趋势的相对型指标，且变化率数值类型本身不受量纲影响，为全国县域尺度低碳评价赋予横向与纵向可比性。2010年是我国“低碳经济发展元年”，中央以及多个地方政府出台低碳相关政策；2010—2018年期间我国低碳城市建设迅速发展，2018年碳强度同比降低约4%，因此将2010、2018年设定为两个时间观测点①。

全国县域指标计算结果经P-P图检验后均为呈正态分布的连续变量，初步比较各年份指标的极大值（max）、极小值（min）、平均值（μ）、标准差（σ）、四分位数值，将置信区间设定为95%并对数据做离散化处理。指标区间的三个断点分别选取平均值（μ）、平均值两侧各一个标准差（σ）距离。对于城乡建设用地规模变化率、单位GDP土地消耗变化率等负向指标，“优”区间为[min，μ-σ]，“良”区间为[μ-σ，μ]，“中”区间为[μ，μ+σ]，“差”区间为[μ+σ，max]；对于林地规模变化率、新能源和可再生能源变化率等正向指标则相反，“优”区间为[μ+σ，max]，“良”区间为[μ，μ+σ]，“中”区间为[μ-σ，μ]，“差”区间为[min，μ-σ]。为了体现县域低碳评价与全国县级城市国土空间总体规划实施的一致性，指标区间本质上是对照全国县域平均值进行比较，即如果某个县的某项指标达到“优”和“良”，则证明该指标优于全国平均水平（图3）。经过初步计算，全国县域的“城乡建设用地规模变化率”指标取值均大于0，并且有μ-σ＜min，超出指标取值范围，因此将该指标第一个断点调整为P25分位数点。

表1 低碳评价指标库Tab 1: carbon evaluation index library

由于新能源和可再生能源改进比例、单位GDP能耗变化率、绿色出行比例变化率三项指标暂时无法获取全国县域范围的数据，因此指标评价区间参考既有针对市县和乡镇的低碳研究成果与政府报告中的目标值到基准值的变化率。最终构建的低碳评价指标体系如表2所示。

进一步地，将权重值较高的前30%指标进行提取，将其设定为本指标体系的关键评价指标作为重点考核和管控指标。共有6项指标，分别为林地规模变化率、人均绿地率变化比例、新能源和可再生能源改进比例、单位GDP能源消耗变化率、产业空间聚集度变化率、绿色出行比例变化率（图4）。

图3 指标区间划分标准示意图Fig.3 indicator interval division standard schematic diagram

表2 县域规划建设低碳评价指标体系Tab 2: evaluation index system of county low carbon planning

另外，在国土空间规划指标体系中的低碳关联指标达到国土空间总体规划编制要求的“目标值”时，则指标先行划入评价“优”区间，此步骤可以消除国土空间总体规划基准年已满足低碳发展水平造成变化率趋近于0的影响。对于未达到国土空间总体规划目标值的指标，则采用本研究提出的“相对值”评价方法。

3 武安市总体规划实施低碳评价

3.1 武安市总体规划概述

河北省武安市是我国华北平原县级城市，属于县域碳排放量极高地区[20]，是全国58个重点产煤县（市）之一，以钢铁重工业为主导产业。从碳排放构成来看，工业生产活动、建筑和交通为武安市的三大主要碳源，其中工业生产二氧化碳排放量占总碳排放量的89%。在《武安市城乡总体规划（2013—2030）》中将节能减排作为主要目标之一。本研究针对武安市原总规建设实施变化情况是否满足低碳发展要求进行评价，数据来源为《武安市土地变更数据》（2011—2019）、《武安市统计年鉴》（2010、2018）、武安市遥感卫星影像数据（2010、2018）和武安市城区现状矢量数据等。

3.2 武安市总体规划建设低碳评价结果

根据低碳评价结果显示（表3、图5），武安市既往总规在低碳化建设方面有较大优化空间，其中交通出行和碳汇空间两个方面有较大提升幅度，同时土地规模、设施覆盖两方面与低碳改进目标存在差距。

在空间底线维度，武安市城乡建设用地规模扩张速度过快，且各乡镇布局不均衡；武安市按照原总规确定的发展目标注重生态环境保护，林地规模、县城区中人均绿地规模每年分别以平均6%、3%的比例增加，取得了良好的气候环境效益；资源循环、清洁能源利用方面有待进一步提升，2012年武安市燃料结构中煤炭的消耗量占90%以上，能源可持续发展将是未来国土空间总体规划改进的重要方面。

在空间结构与效率维度，武安市城市结构体系和功能分区基本符合城市低碳发展的正常轨迹，县城区用地集中且结构较为合理有序；在产业结构方面，武安市逐步形成了以冶金、煤焦、建材等骨干行业为主导的工业体系，2010—2018年单位GDP土地消耗每年下降约5%，说明经济增长有脱离土地与能源消耗的趋势，但空间经济效能和空间能源消耗效能暂未达到低碳理想情况。

图4 关键指标指标区间标准评价指标划分依据：以三项关键指标为例Fig.4 division basis of key index interval standard evaluation index: taking three key indexes as an example

表3 武安市规划建设低碳评价结果Tab 3: evaluation results of low carbon planning in Wu’an city

在空间品质维度，由于武安市道路系统按照原总规方案如期实施，并且绿色出行比例每年提高2%左右，初步达到低碳发展要求；医疗床位数千人指标有减少趋势，城市公共服务设施的建设跟不上城市的发展步伐，新的城市各类设施项目落位困难，供不应需造成出行距离增加，从而增加交通碳排放。

3.3 双碳目标导向下的国土空间总体规划指标优化研究

根据低碳评价结果，并遵循国土空间规划工作高度集中和衔接原则，按照反映低碳水平较差的指标进行国土空间总体规划环节的分解路径研究，从空间底线、空间结构与效率、空间品质三个方面，将土地规模、设施覆盖两个维度作为国土空间总体规划的重点控碳提升方向，并通过评价指标落实到国土空间总体规划引导策略中。通过对比关键指标在原总体规划体系下的目标设定以及现状评估结果区间，分别设置双碳目标导向的国土空间总体规划指标目标区间，并纳入国土空间规划指标体系中，作为重点管控和优化指标（表4）。

3.3.1 低碳空间底线：严控建设规模

对武安市而言，国土空间总体规划应将控制县域城乡规模作为控碳减排的核心环节。经过本研究前述计算，全国县域建设用地规模的变化幅度在0~28.93%区间范围内，且不存在负增长或零增长的情况，因此，双碳目标导向的城乡建设用地规模应表现为微增长的趋势。基于国土空间规划“一张图”，通过挖潜存量土地，减缓增量建设用地扩张速度，减少土地利用碳排放水平；建设用地集中开发利用，避免空间零散化，减缓空间碳浓度。

国土空间总体规划中应将优化能源结构作为节能减排的长期战略，消减煤炭在一次能源结构中的占比。具体策略为：扩大太阳能、风能、地热能、天然气和生物质燃料等清洁能源的使用，并以新能源产业带动循环经济发展；推广应用新能源汽车，控制交通能耗；进一步完善低碳模式下城乡用水与供水方案、污水与废弃物处理方案，循环利用处理过程产生的电、填埋气等资源，减少县域生活碳排放强度。

3.3.2 低碳空间结构与效率：产业结构提质增效

目前武安市钢铁、煤焦、建材等工业高度依赖现有资源，经济增长动能不足对于县域总体低碳产业格局有很大的制约性[21-22]。在国土空间总体规划中，一方面可通过传统产业向低能耗低排放的高端制造业升级，从而提高能源利用效率、减少单位产品能源消耗；另一方面可通过企业的高效集聚发展，实现城市空间资源共享，减少零散企业用地的粗放式发展。

表4 关键指标原规划目标、现状评估和国土空间总体规划目标对比结果Tab 4: comparison results of evaluation and planning target values

图5 武安市低碳评价加权得分Fig.5 weighted score of low carbon evaluation in Wu’an City

3.3.3 低碳空间品质：提升公共服务设施覆盖水平

武安市国土空间总体规划应将提升公共服务设施数量及可达性作为控碳着力点。将公共服务设施均等化发展作为控碳减排的重要抓手，在国土空间总体规划建设中推动设施向乡镇倾斜，减少因跨区域到达和高峰日集中到达造成的碳排放[23]；提升农村地区设施服务质量，合理规划设施规模，减少建筑运营维护、材料运输等过程中的碳排放。

4 结论与展望

我国县级城市已成为控制碳源、增加碳汇的重要对象，县域国土空间总体规划实施过程不断发展变化，与国土空间规划体系衔接的低碳评价需要从静态结果式评价转变为动态过程性评价。本研究在一定程度上解决了已有研究中低碳评价与国土空间规划编制体系衔接不紧密的问题，并提出了专门针对县域层面的规划建设低碳评价方法，通过阐述“碳源/汇—空间驱动因素—国土空间规划”之间的内在关联机制，构建与国土空间规划融合的县域低碳评价指标体系，并通过武安市的实证研究，验证指标体系对县域层面的适用性、可操作性、合理性。研究结果表明，该评价方法能够准确识别原总规编制实施的控碳薄弱环节，指标得分可作为调整国土空间总体规划编制和实施力度的重要参考，为县级城市的国土空间总体规划中过往低碳评价的纵向对比提供依据，未来应与城市体检工作流程有效结合，实现对县域总规低碳建设发展的周期性检验和干预。研究的不足之处在于武安市应用案例为单一试点县，还需大量样本对评价体系的科学性作出进一步验证。

注释：

① 城乡建设用地规模、公园绿地面积等县域城乡建设数据来自《中国县城建设统计年鉴（2010）》《中国城市建设统计年鉴（2010）》《中国县城建设统计年鉴（2018）》《中国城市建设统计年鉴（2018）》。人口、GDP等县域社会经济数据来源于《中国县（市）社会经济统计年鉴（2010）》《中国县（市）社会经济统计年鉴（2018）》《中国城市统计年鉴（2010）》《中国城市统计年鉴（2018）》《中国县域统计年鉴（2010）》《中国县域统计年鉴（2018）》。建成区面积、林地规模等土地利用数据来自于中国科学院资源环境科学数据中心提供的遥感影像数据。新能源和可再生能源改进比例、单位GDP能耗数据参考《新时代的中国能源发展》白皮书（20201221国务院）；绿色出行比例变化率指标数据参考生态环境部环境发展中心[24]、吕晨[25]、郑晓华[26]等人的研究成果。