關(guān) 軍，蔣立紅，張智慧，郭海山，張起維，胡安琪

（1. 中國建筑股份有限公司技術(shù)中心，北京 100037，E-mail：guan_jun.hit@163.com；2. 清華大學(xué) 建設(shè)管理系，北京 100084；3. 中國建筑股份有限公司科技與設(shè)計(jì)管理部，北京 100037）

中國建筑業(yè)碳排放增長的結(jié)構(gòu)分解分析

關(guān) 軍1，2，3，蔣立紅1，3，張智慧2，郭海山3，張起維1，胡安琪1

（1. 中國建筑股份有限公司技術(shù)中心，北京 100037，E-mail：guan_jun.hit@163.com；2. 清華大學(xué) 建設(shè)管理系，北京 100084；3. 中國建筑股份有限公司科技與設(shè)計(jì)管理部，北京 100037）

為分析建筑業(yè)碳排放增長的主要影響因素，基于投入產(chǎn)出技術(shù)與完全分解方法構(gòu)建了結(jié)構(gòu)分解分析模型，將影響建筑業(yè)碳排放的因素分解為列昂惕夫效應(yīng)、強(qiáng)度效應(yīng)和終端需求規(guī)模效應(yīng)，并對1997～2012年間中國建筑業(yè)碳排放進(jìn)行了實(shí)證研究。結(jié)果表明：1997～2012年建筑業(yè)碳排放增長了2.9845×109 t。其中，終端需求規(guī)模效應(yīng)（155%）是拉動(dòng)建筑業(yè)碳排放增長的主要原因，其次是列昂惕夫效應(yīng)（43%），而強(qiáng)度效應(yīng)（-98%）則在很大程度上抑制了碳排放增長；從部門層面看，對碳排放增長拉動(dòng)作用顯著的部門主要包括電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，金屬冶煉及壓延加工業(yè)等；從能源類型層面看，建筑業(yè)碳排放增長主要由煤炭（72.67%）和焦炭（12.47%）決定。

建筑業(yè)碳排放；投入產(chǎn)出技術(shù)；結(jié)構(gòu)分解方法；終端需求規(guī)模效應(yīng)；列昂惕夫效應(yīng)

2014年IPCC第5次評估報(bào)告顯示，2010年全球32%的終端能源消耗和30%的碳排放與建筑產(chǎn)業(yè)有關(guān)[1]。當(dāng)前我國正處于快速城鎮(zhèn)化發(fā)展階段，建設(shè)規(guī)模巨大，因此控制建筑業(yè)能耗及碳排放對促進(jìn)節(jié)能減排和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

對建筑業(yè)能耗及碳排放的研究在近年來逐漸成為熱點(diǎn)，生命周期評價(jià)（LCA）成為主流研究方法。Suzuki等[2]構(gòu)建投入產(chǎn)出生命周期評價(jià)（IO-LCA）模型測算了日本各類房屋建筑的完全能耗與碳排放，并估計(jì)了單位建筑面積能源消耗與碳排放水平。Upton等[3]采用CORRIM的過程分析數(shù)據(jù)對比分析了美國木結(jié)構(gòu)房屋和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋的物化能耗和溫室氣體排放水平。Sharrard等[4]構(gòu)建了層次化混合LCA模型測算了美國建筑業(yè)的能耗與環(huán)境影響，其中材料的環(huán)境影響測算方法為IO-LCA，施工階段環(huán)境影響測算采用過程分析方法。常遠(yuǎn)等[5]應(yīng)用LCA模型計(jì)算了中國2007年所建城市住宅的能耗總量，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行能耗在全生命期能耗中所占比例為70%，煤炭和電力占據(jù)了總能耗的80%。Chang等[6]構(gòu)建了IO-LCA模型，基于2002年投入產(chǎn)出表的直接消耗系數(shù)測算了中國2002～2007年的建筑業(yè)物化能與大氣排放水平，并采用情境分析方法預(yù)測了2015年建筑物化能耗與大氣排放。張智慧等[7]應(yīng)用投入產(chǎn)出分析方法計(jì)算了2002、2005和2007年中國建筑業(yè)直接、間接和完全碳排放。

當(dāng)前關(guān)于建筑業(yè)能耗及碳排放的研究主要集中在核算方法方面，對相關(guān)影響因素的研究還較少。分解分析方法作為一種事后分析方法，能夠基于歷史數(shù)據(jù)識(shí)別與分析研究對象發(fā)展過程的影響因素，具有更充分利用歷史信息的優(yōu)點(diǎn)[8]。分解分析主要包括結(jié)構(gòu)分解分析（SDA）和指數(shù)分解分析（IDA）兩大類方法，其中SDA具有研究變量意義明確，能夠識(shí)別終端需求、技術(shù)變化等直接和間接因素的影響等優(yōu)勢[8，9]。為分析建筑業(yè)碳排放的影響因素，該研究首先構(gòu)建了測算建筑業(yè)碳排放的IO-LCA模型，在此基礎(chǔ)上結(jié)合完全分解方法建立了結(jié)構(gòu)分解模型，分析了部門碳排放強(qiáng)度、投入產(chǎn)出結(jié)構(gòu)和建筑業(yè)終端需求規(guī)模3個(gè)因素對1997～2012年中國建筑業(yè)碳排放增長的影響。該研究有助于識(shí)別建筑業(yè)碳排放增長的主要影響因素，從部門和能源類型等層面追溯控制建筑業(yè)碳排放的重點(diǎn)，為建筑業(yè)節(jié)能減排和綠色發(fā)展提供參考與借鑒。

1 方法與數(shù)據(jù)

1.1 投入產(chǎn)出生命周期評價(jià)模型

投入產(chǎn)出生命周期評價(jià)（IO-LCA）模型能夠借助經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)出表所反映的部門間的關(guān)系來測算某個(gè)部門的完全碳排放或環(huán)境影響，該研究應(yīng)用IO-LCA模型來計(jì)算建筑業(yè)完全碳排放。建筑業(yè)完全碳排放（以下簡稱建筑業(yè)碳排放）由建筑業(yè)直接碳排放和間接碳排放構(gòu)成，前者主要指建筑業(yè)本身的碳排放，后者指關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)投入到建筑業(yè)的碳排放，屬于建筑業(yè)對其他行業(yè)碳排放的拉動(dòng)量[7]。

建筑業(yè)碳排放的計(jì)算公式為：

式中，ρS為碳排放強(qiáng)度矩陣（以t/萬元計(jì)）；其中ρ為碳排放系數(shù)矩陣（以t/t計(jì)），中國各部門的能源消耗（以t標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)）通常按煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然氣和電力等9類能源消耗來統(tǒng)計(jì)，該研究采用的碳排放系數(shù)引自《2006年IPCC國家溫室氣體排放清單指南》，并考慮了碳氧化率的影響[14]；S為國民經(jīng)濟(jì)部門的能源消耗強(qiáng)度矩陣（以t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元計(jì)），根據(jù)部門能耗值與總產(chǎn)出的比值計(jì)算得到。（I-A）-1為列昂惕夫逆矩陣，體現(xiàn)了部門間的完全消耗關(guān)系；D為終端需求規(guī)模列向量（以萬元計(jì)），建筑業(yè)對應(yīng)的元素值為建筑業(yè)的最終產(chǎn)出，其余元素為0。

借助投入產(chǎn)出表計(jì)算部門完全碳排放會(huì)面對能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和投入產(chǎn)出表的部分劃分不完全一致的問題，因此需要對部門劃分進(jìn)行調(diào)整。此外，應(yīng)用SDA方法必須保證所有投入產(chǎn)出表的部門劃分保持一致性。該研究采用1997、2002、2007和2012年投入產(chǎn)出表對1997～2012年的建筑業(yè)碳排放進(jìn)行結(jié)構(gòu)分解分析，結(jié)合以上因素將投入產(chǎn)出表均合并調(diào)整為28部門，如表1所示。此外，該研究應(yīng)用GDP平減指數(shù)將部門總產(chǎn)出和建筑業(yè)最終產(chǎn)出等經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為2000年不變價(jià)，以消除價(jià)格因素的影響。

表1 國民經(jīng)濟(jì)部門分類名稱和編號(hào)

1.2 結(jié)構(gòu)分解分析模型

在分解分析中，假設(shè)變量V取決于X和Y兩個(gè)因素的影響：V=XY，則變量V在（0，t）時(shí)間段內(nèi)的變動(dòng)可以分解為：

此處Y0△X是X引起V變動(dòng)的效應(yīng)；X0△Y是Y引起V變動(dòng)的效應(yīng)；△X△Y是分解殘差，代表了X與Y交互變動(dòng)對V的影響。

為提高分解的精確度和消除殘差，Sun[10]提出了完全分解模型，將近似分解產(chǎn)生的殘差（代表了交換影響效應(yīng)）平均分配到各效應(yīng)中。Dietzenbacher和Los[11，12]提出了另一種可以消除殘差的完全分解模型，該分解方法借助Laspeyres和Paasche指數(shù)，并通過加權(quán)這兩種指數(shù)來進(jìn)行分解，導(dǎo)致該方法應(yīng)用比較復(fù)雜且分解結(jié)果可能因合成權(quán)重的不同而有很大不同[13]，因此該研究采用Sun的完全分解模型來分解影響因素。

根據(jù)完全分解模型[10]，X和Y對V變動(dòng)的影響可分別分解為：

一般情況下，假設(shè)V受n個(gè)因素（X1，X2，…，Xn）的影響。任一因素Xi對V變動(dòng)的影響效應(yīng)[10，13]為：

根據(jù)式（1），建筑業(yè)碳排放受部門碳排放強(qiáng)度、列昂惕夫逆矩陣和終端需求規(guī)模三類因素影響。因此，將建筑業(yè)碳排放的影響因素分解分別為：

強(qiáng)度效應(yīng)（Z1）：代表了部門碳排放強(qiáng)度對建筑業(yè)碳排放的影響；

列昂惕夫效應(yīng)（Z2）：代表了建筑業(yè)與國民經(jīng)濟(jì)部門間的聯(lián)系對建筑業(yè)碳排放的影響；

終端需求規(guī)模效應(yīng)（Z3）：代表了建筑業(yè)最終產(chǎn)出規(guī)模對建筑業(yè)碳排放變化的影響。

根據(jù)式（5），以上效應(yīng)的計(jì)算公式分別為：

總效應(yīng)為：

各效應(yīng)對總效應(yīng)的相對貢獻(xiàn)率可分別定義為：

2 結(jié)果分析

2.1 在各階段的分解

基于所構(gòu)建的結(jié)構(gòu)分解分析模型，利用1997、2002、2007和2012年中國投入產(chǎn)出表[15-18]和《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》中部門能源消耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[19]，計(jì)算得到建筑業(yè)碳排放在各階段的分解結(jié)果，如表2所示。

表2 各階段建筑業(yè)碳排放的結(jié)構(gòu)分解 （104t）

從表2可以看出，1997～2012年建筑業(yè)碳排放增長迅速，從1997年的1.4152×109t增長到2012年的4.3996×109t，增長了2.9845×109t（211%）。終端需求規(guī)模效應(yīng)（155%）是拉動(dòng)建筑業(yè)碳排放增長的主要原因，其次是列昂惕夫效應(yīng)（43%），而強(qiáng)度效應(yīng)（-98%）則在很大程度上抑制了碳排放增長。

從以5年為間隔的分階段來看，建筑業(yè)碳排放增長量呈現(xiàn)顯著放大趨勢：1997～2002年增長了1.1633×108t，2002～2007年增長了8.3734×108t，2007～2012年增長了2.0308×109t。從各效應(yīng)分解結(jié)果看：終端需求規(guī)模效應(yīng)一直顯著拉動(dòng)了碳排放的增長；列昂惕夫效應(yīng)除2007～2012年外也拉動(dòng)了碳排放增長；強(qiáng)度效應(yīng)在1997～2002年和2002～2007年兩個(gè)階段都對降低碳排放發(fā)揮了顯著作用，而2007～2012年強(qiáng)度效應(yīng)較弱地拉動(dòng)了碳排放增長。

2.2 在部門層面的分解

對1997～2012年建筑業(yè)碳排放在部門層面的分解結(jié)果，如表3所示。

表3 1997～2012年建筑業(yè)碳排放增長在部門層面的分解 （104t）

從表3可以看出，對總效應(yīng)貢獻(xiàn)最大的部門是電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)（1.1593×109t），其次是金屬冶煉及壓延加工業(yè)（6.4318×108t），石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)（4.0624×108t），非金屬礦物制品業(yè)（3.0345×108t），煤炭開采和洗選業(yè)（2.0185×108t）和化學(xué)工業(yè)（1.1932×108t）。各部門的強(qiáng)度效應(yīng)都發(fā)揮了降低碳排放的作用，其中作用顯著的部門有：熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)（-9.4341×109t），金屬冶煉及壓延加工業(yè)（-7.4357×108t），石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)（-3.2252×108t），非金屬礦物制品業(yè)（-2.1623×108t），煤炭開采和洗選業(yè)（-1.7997× 108t），化學(xué)工業(yè)（-1.7265×108t）和石油和天然氣開采業(yè)（-1.3502×108t）。大部分部門的列昂惕夫效應(yīng)拉動(dòng)了碳排放增長，其中拉動(dòng)效應(yīng)顯著的部門有：電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)（6.6559×108t），金屬冶煉及壓延加工業(yè)（4.2093×108t），石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)（1.1881.0624×108t），煤炭開采和洗選業(yè)（1.0541×108t）；而非金屬礦物制品業(yè)的列昂惕夫效應(yīng)（-1.0776×108t）發(fā)揮了降低碳排放的作用。各部門的規(guī)模效應(yīng)均拉動(dòng)了碳排放增長，其中拉動(dòng)效應(yīng)顯著的部門有：電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)（1.4371×109t），金屬冶煉及壓延加工業(yè)（9.6582×108t），非金屬礦物制品業(yè)（6.2743×108t），石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)（6.0994×108t），煤炭開采和洗選業(yè)（2.7640×108t），化學(xué)工業(yè)（2.3213×108t），石油和天然氣開采業(yè)（1.0907×108t）和交通運(yùn)輸業(yè)（1.0151×108t）。

2.3 在能源類型層面的分解

對1997～2012年建筑業(yè)碳排放在能源類型層面的分解結(jié)果，如表4所示。

表4 1997～2012年建筑業(yè)碳排放增長在能源類型層面的分解 （104t）

從表4可以看出，1997～2012年建筑業(yè)碳排放增長主要由煤炭（2.1688×109t，72.67%）決定，其次是焦炭（3.7204×108t，12.47%）、原油（1.7863×108t，5.99%）和電力（1.1633×108t，3.9%）。除天然氣外，各類能源的強(qiáng)度效應(yīng)都發(fā)揮了降低碳排放的作用，其中煤炭（-2.1975×109t）、原油（-2.8765×108t）和焦炭（-2.6505×108t）最為顯著。各類能源的列昂惕夫效應(yīng)都在一定程度上拉動(dòng)了碳排放增長，其中煤炭（9.6536×108t）和焦炭（1.8092×108t）的列昂惕夫效應(yīng)最為突出。各類能源的終端需求規(guī)模效應(yīng)都大大拉動(dòng)了碳排放增長，其中煤炭（3.4010×109t）、焦炭（4.5618×108t）、原油（3.9316×108t）和電力（1.1377×108t）最為顯著。

3 結(jié)語

為分析建筑業(yè)碳排放的影響因素，本文基于投入產(chǎn)出技術(shù)結(jié)合完全分解方法構(gòu)建了建筑業(yè)碳排放的結(jié)構(gòu)分解分析模型，將建筑業(yè)碳排放的影響因素劃分為強(qiáng)度效應(yīng)、列昂惕夫效應(yīng)和終端需求規(guī)模效應(yīng)三類因素，并對1997～2012年建筑業(yè)碳排放增長進(jìn)行了實(shí)證研究。結(jié)果表明：1997～2012年建筑業(yè)碳排放增長迅速，從1997年的1.4152×109t增長到2012年的4.3996×109t，增長了2.9845×109t。其中，終端需求規(guī)模效應(yīng)（相對貢獻(xiàn)率155%）是拉動(dòng)建筑業(yè)碳排放增長的主要原因，其次是列昂惕夫效應(yīng)（相對貢獻(xiàn)率43%），而強(qiáng)度效應(yīng)（相對貢獻(xiàn)率-98%）則在很大程度上抑制了碳排放增長；從關(guān)聯(lián)部門層面看，對1997～2012年建筑業(yè)碳排放增長拉動(dòng)作用顯著的部門主要包括電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)（1.1593×109t），金屬冶煉及壓延加工業(yè)（6.4318×108t），石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)（4.0624×108t），非金屬礦物制品業(yè)（3.0345×108t），煤炭開采和洗選業(yè)（2.0185×108t）和化學(xué)工業(yè)（1.1932×108t）；從能源類型層面看，1997～2012年建筑業(yè)碳排放增長主要由煤炭（2.1688×109t，72.67%）決定，其次是焦炭（3.7204×108t，12.47%），原油（1.7863×108t，5.99%）和電力（1.1633×108t，3.9%）。

本文所構(gòu)建的結(jié)構(gòu)分解分析模型結(jié)合了完全分解方法，消除了分解殘差，提高了結(jié)果準(zhǔn)確性。但仍存在結(jié)構(gòu)分解分析方法固有的一些不足：一是結(jié)構(gòu)分解分析依賴于投入產(chǎn)出表，限制了在無投入產(chǎn)出表年份的應(yīng)用；二是結(jié)構(gòu)分解分析需要應(yīng)用多個(gè)投入產(chǎn)出表，且保持部門劃分一致，增加了數(shù)據(jù)處理工作量；三是結(jié)構(gòu)分解分析都是基于歷史數(shù)據(jù)，難以應(yīng)用于預(yù)測研究?？傊摲椒ㄟ€需要繼續(xù)探索和發(fā)展，簡化該方法的應(yīng)用，擴(kuò)展應(yīng)用范圍。

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Structure Decomposition Analysis of the Influencing Factors for the Growth of the Chinese Construction Sector’s Carbon Emission

GUAN Jun1，2，3，JIANG Li-hong1，3，ZHANG Zhi-hui2，GUO Hai-shan3，ZHANG Qi-wei1，HU An-qi1
（1. Technical Center of China State Construction Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100037，China，E-mail：guan_jun.hit@163.com；2.Department of Construction Management，Tsinghua University，Beijing 100084，China；3. Department of Technology and Design，China State Construction Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100037，China）

To analyze the key influencing factors that pull the growth the Chinese construction sector’s carbon emission，a structural decomposition analysis model was built based on input-output technology and complete decomposition method. In this model，the influencing factors were classified into the intensity effect，the Leontief effect and the final demand scale effect. The model proposed was applied to the empirical analysis of the growth of the Chinese construction sector’s carbon emission during 1997 to 2012. The results show that：the carbon emission increased 2.9845×109 t during this period and this growth was dominantly promoted by the final demand scale effect（155%），secondarily the Leontief effect （43%），while the intensity effect（-98%）played a role on reducing the emission；the production and supply of electric power and the steam and hot water，smelting and pressing of metals played a significant role on the growth of carbon emission by sector；the carbon emission growth was mainly determined by coal （72.67%）and coke （12.47%）in terms of energy resources.

carbon emission of the construction sector；input-output technology；structural decomposition analysis method；final demand scale effect；Leontief effect

X799.1

A

1674-8859（2016）06-007-05

10.13991/j.cnki.jem.2016.06.002

關(guān) 軍（1977-），男，博士，副教授，研究方向：建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響分析，工程經(jīng)濟(jì)與管理；

蔣立紅（1962-），男，教授級高級工程師，研究方向：新型綠色建材，綠色建造，建筑工業(yè)化；

張智慧（1963-），男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響分析，工程經(jīng)濟(jì)與管理；

郭海山（1976-），男，博士，教授級高級工程師，研究方向：建筑工業(yè)化，綠色建造；

張起維（1988-），男，碩士，研究方向：新型綠色建材，綠色建造；

胡安琪（1980-），女，本科，研究方向：工程經(jīng)濟(jì)。

2016-08-29．

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2016YFC0701701）；中國工程院重點(diǎn)咨詢研究項(xiàng)目（2016-XZ-14）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（70971075）．