淮海中心城市建筑业碳排放演变与脱钩效应

毛礼鑫，王双美*，秦云虎，朱士飞，徐 辉，吴 蒙

（1.江苏地质矿产设计研究院，江苏徐州 221006； 2.中国煤炭地质总局煤系矿产资源重点实验室，江苏徐州 221006）

0 引言

建筑业涉及行业多，对改善居民生活、扩大就业、带动相关产业发展等有重要作用［1-2］，2012—2022年，我国建筑业产值年增长率平均为8.54%，高于同期GDP 增长率，2020—2022年在全球疫情影响下仍保持7.29%的增速。然而，建筑业在推动国民经济发展的同时造成大量碳排放，我国“十四五规划”指出要大力推广绿色建筑，鼓励绿色生活方式，建筑业高碳排放的现状应当引起足够重视［3-4］。数据显示，建筑业碳排放量逐年增加，占我国碳排放总量的17%～33%［5-7］。随着国民经济的发展和城市化进程推进，建筑业节能减排压力将会不断增加［8］。因此，研究建筑业碳排放量的特征与经济发展的耦合关系对建筑业低碳绿色发展和国家双碳战略实施具有现实意义。

前人对建筑业碳排放的测算以及与经济的脱钩关系做了大量卓有成效的工作。采用诸如生命周期法［2，9-10］、碳排放系数法［11］、投入产出法［12］等不同方法测算碳排放，由于边界范围、计算模型不同等原因，计算结果存在较大差异［13-14］。刘菁从建筑业全产业链的角度核算碳排放，测算2016 年我国建筑业碳排放为56.24 亿t［15］；徐勇戈等采用碳排放系数法将建筑材料生产造成的碳排放作为间接碳排放，测算2016 年我国建筑业碳排放量为16.96 亿t［14］。此外，由于生活方式、气候条件差异等原因，有学者认为建筑行业的碳排放计算应综合考虑南北方建筑特点、城镇和农村建筑的差异性［16］。近年来，碳排放与经济发展的关系是学者关注的热点，采用的方法主要有脱钩模型［17-18］、LMDI 方法［19］、STIRPAT 模型［20］等。学者常采用脱钩模型来揭示碳排放与经济发展的关系，认为脱钩状态可作为判断碳达峰与否的重要依据［21］。马娜将脱钩状态赋值作为低碳经济水平评价的指标［22］；吕靖烨和李珏等将脱钩状态与预测模型结合分析碳排放达到强脱钩的时间，为碳达峰提供理论依据［23］。目前碳排放脱钩分析多以全国为单位，研究对象多为碳排放总量或者工业碳排放量。张赫等研究了中国县域碳排放的脱钩关系，认为脱钩状态与区域位置有正相关性，东西部脱钩状态有待改善［24］；张丽君等重点研究了工业碳排放的脱钩机制，认为优化产业结构可改善脱钩状态［25］。建筑业脱钩分析的结果表明，中国各地区建筑业脱钩情况差异性明显，基本处于弱脱钩状态［25-26］，较少有研究聚焦地方建筑业碳排放的脱钩特点。

综上可知，前人对建筑行业碳排放特征与脱钩状态研究侧重于碳排放总量，然而建筑业直接碳排放和间接碳排放的演化特征、影响因素均不尽相同，与经济的脱钩状态存在不同步现象，影响建筑业减碳措施的精准制定。此外，前人的研究对象多以全国、省份或者省会等经济发达城市为主，忽视省界边缘地区的研究。因此，本研究选择苏、鲁、豫、皖四省交界的淮海经济区为对象，聚焦淮海中心城市的建筑业碳排放演化特征，采用Tapio 脱钩模型分别研究建筑业不同来源碳排放的脱钩状态，并从能耗减排、技术减排、生活减排角度阐述脱钩机制，以期为城市建筑业低碳发展的精准发力提供理论依据。

1 研究区概况

淮海经济区位于苏、鲁、豫、皖四省边界处，是我国经济东靠西移的接力站，主要由徐州、连云港、宿迁、济宁、枣庄、临沂、商丘、淮北、宿州等城市组成。淮海经济区多以资源型城市为主，能源结构中煤炭占比高，产业结构中第一、二产业占比高，碳排放现状需要引起重视。淮海经济区建筑业与经济发展趋势保持一致，建筑业产值占地区生产总值的3.77%～10.74%，平均占比达7.40%，高于全国平均水平（图1）。徐州市是淮海经济区中心城市，地区生产总值和建筑业产值明显高于其他城市，建筑业产值占比高于淮海经济区平均值。由此表明，以徐州市为代表的淮海经济区的建筑业对推动当地经济发展具有更为重要的作用。

2 建筑业碳排放测算与演化特征

2.1 碳排放测算方法与数据处理

（1）测算方法

将建筑业碳排放总量（Qsum）分为直接碳排放（Qdir）和间接碳排放（Qind）。直接碳排放指建筑生产活动中产生的碳排放，其碳排放计算依据建筑施工以及拆除的过程中煤炭、汽油等化石能源以及用电产生的碳排放。间接碳排放包括建筑材料生产运输（Qind-材料）和建筑运行（Qind-使用）造成的碳排放，前者主要包括水泥、钢材、铝材等建筑材料生产和运输时耗能产生的碳排放，依据比例0.95∶1 和1∶0.075推算所有建筑材料生产造成的碳排放以及运输过程中产生的碳排放［27-28］；后者指建筑内居民取暖、照明、餐饮以及建筑维护等耗能导致的碳排放。

式中：Ci为建筑生产活动中化石能源的直接消耗量；mi、fi、ni分别为化石能源的净热值、单位热值排放因子、碳氧化率［7］；q1为建筑生产过程中的用电量；fd为电力CO2排放因子，取华东地区电网排放因子数值（0.804 6 kg CO2/kWh）。Kj指建筑材料的使用量；fj指建筑材料生产的碳排放因子［4］；ξi指各种建筑材料回收系数［29］；Mh指建筑运行中消耗的化石能源量；q2为建筑使用运行过程中的用电量。

（2）数据来源

根据需要，整理建筑材料、化石能源使用、电力消耗以及建筑业产值、建筑面积等数据，原始数据主要来源于国家统计局、江苏省统计局、徐州市统计局等相关网站。其中，建筑材料根据徐州市与江苏省建筑施工面积比值折算，江苏省铝材数据来源于国家统计局网站。建筑生产过程中化石能源的直接消耗量折算为标准煤计算，建筑使用过程中的能耗主要统计了家用天然气、煤气、液化石油气以及家庭用电情况。

2.2 建筑业碳排放特征刻画

（1）建筑业碳排放总量特点

整体上徐州市建筑业碳排放量呈现先增后减然后趋于平稳的特征（图2）。2010—2014年建筑业碳排放量不断增加，2014 年达到最大值2253.2 万吨，可能是因为受楼市放开政策影响，建筑业发展迅速，随之造成碳排放增加；2015—2018 年高质量发展成为主流，建筑业发展速度减缓，碳排放量逐渐减少；2019—2021 年碳排放量小幅度波动，年平均碳排放量1 861.3 万t。碳排放量年增长率呈现先增加后降低的趋势，平均值为4.3%。增长率的变化趋势与江苏省类似，其中，2010—2015 年徐州市建筑业碳排放的增长率高于江苏省，2016 年以后碳排放变化幅度减小，且增长率低于江苏省。

图2 2010—2021年建筑业碳排放总量及年增长率Figure 2 Total carbon emission and growth rate of construction industry from 2010 to 2021

（2）建筑业碳排放组成特点

如图3所示，徐州市直接碳排放量Qdir呈现为先增加后降低的趋势，占建筑业碳排放总量的比例为2.4%～2.8%。间接碳排放是建筑业碳排放的主要来源，占比高达97.2%～97.6%，其中，建筑材料造成的间接碳排放量表现为先增加后减少，然而占碳排放总量的比例逐渐增加，由2010年的60.0%增加至2021年的73.4%；建筑的使用过程中产生的碳排放逐年增加，占建筑业碳排放总量的比例为18.7%～32.8%。

图3 2010—2021年建筑业直接、间接碳排放量Figure 3 Direct and indirect carbon emissions of construction industry from 2010 to 2021

不同来源的碳排放量增长率差异明显。直接碳排放与建筑材料碳排放的增长率先增后减，最大超过30%，2015—2019 年为负值，表明碳排放量开始降低，其变化趋势与建筑业碳排放总量增长率变化趋势保持一致（图2、图4），这与该部分碳排放占比较高有关。建筑运行碳排放的增长率为正值（2014年除外），2019年后增长幅度有减缓趋势。

图4 2011—2021年建筑业直接、间接碳排放量增长率Figure 4 Growth rates of direct and indirect carbon emissions from the construction industry from 2011 to 2021

综上可看出，徐州市建筑业碳排放呈现阶段性特点。第一阶段（2010—2015），建筑业碳排放增长率波动大，数值大于同期江苏省建筑业碳排放增长率，不同来源的碳排放均逐年增加；第二阶段（2015—2018），建筑业碳排放总量开始减少，增长率波动不大，小于同期江苏省建筑业碳排放增长率，直接碳排放与建筑材料碳排放呈负增长；第三阶段（2019—2021），碳排放总量趋于稳定，增长速度放缓，增长率低于或略高于同期江苏省建筑业碳排放变化率，直接碳排放与建筑材料碳排放增长率由负增长转为正增长。

3 碳排放与经济脱钩关系分析

根据Tapio 脱钩指数模型计算建筑行业碳排放总量、直接碳排放、间接碳排放的脱钩指数。类似，计算了能源消耗、技术进步、生活水平与建筑业碳排放的弹性关系。

式中：T指碳排放脱钩指数；ΔQ、ΔGDP、ΔE、ΔK、ΔS量分别指碳排放量、建筑业产值、建筑能耗、专利申请授权量、城镇居民人均可支配收入的增长量，Q0、ΔGDP0、ΔE0、ΔE0、ΔS0是其基期的数值。

3.1 建筑业碳排放脱钩状态分析

（1）建筑业产值与碳排放演化特征

与江苏省对比能直观显示建筑业发展进程，以江苏省建筑业碳排放和建筑业产值的增长率为基准，将徐州市分为高产值高排放期（产值增长率和碳排放增长率均大于江苏省）、低产值高排放期（产值增长率小于江苏省但碳排放增长率大于江苏省）、高产值低排放期（产值增长率大于江苏省但碳排放增长率小于江苏省）、低产值低排放期（产值增长率和碳排放增长率均小于江苏省）。如图5所示，2011—2014 年，徐州市多表现为高产值高排放期I，2015—2018多为低产值低排放期（II1）（碳排放增长率降低），2019—2021 表现为低产值低排放期（II2）（碳排放增长率升高）。

图5 徐州市经济、碳排放增长率Figure 5 Growth of economic and carbon emissions in Xuzhou

（2）碳排放总量脱钩特征

为直观显示脱钩状态的变化，将脱钩状态扩张负脱钩、增长连结、弱脱钩、强脱钩、衰退脱钩、衰退连结、弱负脱钩、强负脱钩分别赋值1～8。如图6a为建筑业碳排放总量与建筑业生产总值的脱钩关系，徐州市建筑业碳排放脱钩状态与江苏省类似，以增长连接、弱脱钩、强脱钩为主，脱钩状态整体上较为理想。脱钩系数经历平稳-波动-平稳的变化，脱钩状态先变差后优化。2011—2014 年，徐州市经济与碳排放高速增长，脱钩系数先增加后减小，大于同期江苏省建筑业脱钩系数，脱钩状态主要为增长连接、弱脱钩。2015—2018 年，建筑业产值低速增长，碳排放逐渐降低，脱钩状态理想，多为强脱钩。2019—2021 年，建筑业产值和碳排放增长率呈增加趋势，脱钩状态由弱负脱钩逐渐转变为弱脱钩，脱钩状态得到改善。

图6 建筑业碳排放总量与经济发展的脱钩特征Figure 6 Decoupling characteristics of total carbon emissions from construction industry and economic development

（3）不同来源碳排放脱钩特征

除2019年外，徐州市建筑业直接碳排放和间接碳排放的脱钩演变特征与江苏省相似（图6b、6c、6d）。其中，直接碳排放脱钩状态在2019年之前主要为强脱钩和弱脱钩，脱钩状态理想，2020年、2021年为扩张负脱钩（图6b），即碳排放增长率大于经济增速，可能原因是新冠疫情期间施工成本增加，由于停工等原因影响建筑业产值。建筑材料脱钩状态与碳排放总量保持一致，这与该部分碳排放量占比最大有关（图6c）。建筑使用阶段碳排放脱钩状态经历稳定-较差-改善的过程（图6d），2011—2014 年主要为弱脱钩，2015—2018 年脱钩状态与江苏省同期相比较差，表现为扩张负脱钩，2019—2021年脱钩状态逐步改善，由2019年的强负脱钩变为2021年的弱脱钩。

3.2 脱钩驱动机制分析

建筑业减排主要通过降低能耗和技术创新等手段，而生活水平对碳排放的影响多被忽视，笔者以专利授权数量、城镇居民可支配收入分别作为衡量技术创新、生活水平的参数，分析能耗、技术、生活水平对建筑业碳排放的影响（表1）。建筑业碳排放总量与能耗、技术、生活水平的脱钩状态呈现为较差-优化的过程：2011—2014 年，建筑业碳排放总量与能耗、技术、生活水平的脱钩状态主要为扩张负脱钩，即碳排放总量增速大于能耗增速、技术进步增速以及生活水平提升程度；2015 年后，脱钩状态改善，以强脱钩、弱脱钩为主。“十三五”期间，徐州市部分煤矿陆续关闭、能源利用效率提高，进而减少碳排放；此外，市政府加大科技投入，高新技术产业产值提高10%以上，技术创新对建筑业减排正向作用明显。

表1 2011—2021年建筑业能耗减排、技术减排、生活减排脱钩状态Table 1 Decoupling state of energy consumption emission reduction，technology emission reduction and domestic emission reduction in the construction industry from 2011 to 2021

由于建筑运行造成的间接碳排放量逐年增加，脱钩状态最差，分析该部分碳排放的影响因素有助于建筑行业的减排。如表1所示，能耗减排和科技减排的脱钩状态以弱脱钩与扩张负脱钩交替出现，脱钩状态差，2019—2021年脱钩状态有改善趋势，但是仍有强负脱钩、增长连接状态出现，说明建筑运行过程中能耗较高，绿色建材使用率需要进一步提升。2011—2018 年，生活减排脱钩状态较差，以扩张负脱钩为主，说明随着生活水平提高，冬季供暖耗能、家用电器用电、燃气量等有所增加，随之造成碳排放增加。2019—2021年，脱钩状态改善，近年来徐州市贯彻落实国家“双碳目标”，广泛宣传低碳、绿色的生活理念，生活水平提升对建筑物运行碳减排展现出积极作用。

4 结论

1）徐州市建筑业碳排放以间接碳排放为主，占比达97.2%～97.6%。2010—2015 年，直接碳排放和间接碳排放为增加趋势；2015—2018 年，碳排放总量减少，增长率稳定；2019—2021 年，碳排放总量小幅度增长，直接碳排放与建筑材料碳排放变化率由负增长转为正增长。研究期内建筑运行造成的碳排放基本呈现增加趋势。

2）徐州市建筑业碳排放与产值的脱钩关系先恶化后改善。高产值高排放期（2011—2014 年）脱钩状态主要为增长连接、弱脱钩；低产值低排放期（2015—2018 年）脱钩状态理想，多为强脱钩；低产值低排放期（2019—2021 年），由弱负脱钩转变为弱脱钩，脱钩指数趋于平稳。

3）建筑业不同来源碳排放脱钩状态差异明显。建筑业直接碳排放脱钩状态较为理想，近两年受新冠疫情影响表现为扩张负脱钩。间接碳排放中建筑材料碳排放的脱钩状态与碳排放总量高度相似，间接碳排放中建筑运行碳排放脱钩状态经历稳定-较差-改善的过程。

4）能耗、技术、生活水平对碳排放总量和建筑运行碳排放的减排效果不同。2015 年前，建筑业碳排放总量与能耗、技术、生活水平的脱钩状态主要为扩张负脱钩；2015 年后，能源利用、技术创新、生活水平提升对碳减排正向作用明显。建筑运行碳排放的能耗减排、技术减排和生活减排正向作用有限，近年来稍微改善。因此，建筑业碳排放应重点关注间接碳排放，通过提高能源利用效率、加强科技创新减排、推广绿色建材应用以及宣传低碳生活理念等方式促进建筑业的低碳化发展。