我国建筑业碳排放预测研究＊

纪建悦 姜兴坤

（中国海洋大学经济学院，山东 青岛 266100）

一、引言

发达国家城镇化发展历程表明，随着城市化率的提高，建筑领域的能耗和碳排放均会快速增长。随着经济的迅速发展，我国目前城镇化增长率也在迅速增长。城镇化进程的加快，使得每年新增建筑数量巨大，同时还伴随着庞大规模的非节能既有建筑。从近几年的统计数据看，我国城乡新增建筑面积大约为15－20亿平方米。不考虑建筑运行能耗，从相关建筑材料生产到建筑竣工使用，这一阶段的能耗占全社会总能耗的45％左右。以我国民用建筑为例，考虑建筑运行能耗，建筑终端能耗占到全社会能耗的27.6％左右，而且随着城镇化水平的不断提高，建筑总能耗也在不断增长。从我国整个社会能耗状况分析，建筑业是属于高耗能行业的。［1］

2009年11月，国务院明确提出到2020年我国单位GDP二氧化碳排放量在2005年的基础上降低40％－45％这一减缓温室气体排放的目标。要实现这一目标，需要各行业付出巨大和艰苦的努力。其中，建筑业由于正处于大规模发展的时期，且能耗总量大，能耗增长速度快，能源利用效率低下，无疑将成为我国是否能够实现整体减排目标的重要因素。

本文在对建筑业能耗的统计和预测过程中，采用与建筑业相关的能耗的含义，即在建筑物整个生命周期中，除去建筑物运行能耗，考虑建筑设计、建筑施工、建筑拆除这一过程的能耗。这一能耗统计界定与我国建筑统计年鉴和能源统计年鉴的相关项目一致。目前，国内外关于建筑业能耗和碳排放的研究已有不少。王小兵等根据建筑产品的特点，将建筑物分为包括现场施工、拆除和废物处理等六个部分，进而对每一部分进行能耗分析。［2］张智慧基于可持续发展和生命周期（LCA）评价理论，界定了建筑生命周期碳排放的核算范围，并对建筑生命周期从物化（施工过程）、使用到拆除处置各阶段的碳排放进行清单分析，明确了低碳建筑的内涵。［3］Cole以加拿大建筑业为例，用Athena计算模型软件估算了三种建筑结构（具体建筑物）在建筑施工阶段的能源消耗量和温室气体排放量。［4］Hui Yan等人根据整个建筑建设进程，运用生命周期法的思想，把整个建筑过程细化为包括建筑材料施工过程等六个部分，分别进行温室气体核算分析。［5］Leif Gustavsson等人运用建筑的生命周期法，把建筑过程分为包括建筑建造和最终处理（拆除和回收）等四个阶段，并用排放系数法对各阶段的二氧化碳排放量进行核算，以此对瑞典一栋八层木质结构公寓建筑过程中的能源消耗和温室气体排放进行分析。［6］

综上所述，现有研究主要集中在对历史建筑碳排放的核算，且大多以单个建筑为例，鲜有对整个建筑业碳排放预测的研究。本文运用环境经济学中较为常用的STIRPAT模型，结合排放系数法，通过对我国1995－2007年建筑业的相关数据对其碳排放量进行核算，定量分析，得到我国建筑业碳排放STIRPAT模型。在此基础上，运用情景分析法对我国建筑业碳排放趋势进行预测，进而推算建筑业减排情况和碳排放量峰值出现的时间。

二、我国建筑业碳排放分析

（一）模型的选择

1、STIRPAT模型

Ehrlich和Holden首次提出建立“I＝PAT”方程来反映人口对环境压力的影响，该方程将环境影响（I）与人口规模（P）、人均财富（A）和对环境毁坏的技术水平（T）联系起来。

但是这个方程存在不足，即在保持其他因素不变的情况下，因变量对各个自变量的弹性系数恒等于1。为克服这一局限性，York等在“I＝PAT”方程的基础上，建立了STIRPAT模型，即

在对模型取对数后，变成

lnIit＝a＋b（lnPit）＋c（lnAit）＋d（lnTit）＋eit

2、变量选取及数据来源

根据STIRPAT模型相关变量含义，本文中，I表示建筑业碳排放总量，P表示建筑业从业人员数，A表示建筑业人均增加值，T表示单位增加值能耗（能源效率）。

其中，碳排放总量是由排放系数法求得。即为用建筑业消耗的各项能源乘以相应的排放因子，然后加总。由于建筑业消耗的主要能源为煤炭、石油、天然气和电力，因此，本文只计算此四种能源的碳排放。

排放系数法公式为：

式中：i表示能源种类。

其中煤炭、石油和天然气的碳排放因子分别为0.733kg/kg，0.558kg/kg，0.423kg/m3。［8］电力排放因子为0.262kg/kwh。［9］

在数据的选取上，由于2007年下半年金融危机，2008年、2009年相关数据出现异常，为保持数据的平稳性，本文采取1995年－2007年数据，数据来源于历年中国能源统计年鉴和中华人民共和国统计局网站。

（二）模型估计及结果分析

1、模型估计

当自变量间存在明显共线性时，不能直接使用最小二乘法对变量进行回归分析，必须采用相应的措施消除这种共线性的影响。本研究所选择的自变量中，从所表达的经济关系分析，存在明显的共线性。因此，在此选取岭回归方法对方程系数进行估计。岭回归是一种专门用于处理数据共线性的有偏估计回归方法，其本质是改良的最小二乘法。

本文用SPSS11.5进行岭回归，所得方程为：

lnI＝－2.308265＋0.83637lnP＋0.401492ln A＋0.386862ln T——①

其中：参数步长k＝0.05，R2＝76.4％.

做出模型的拟合图如图1，可知，模型能够拟合出被解释变量的整体趋势，拟合效果较好。

图1 STIRPAT模型拟合图

2、结果分析

（1）由原始数据可知，我国建筑业碳排放量在1995年－2001年间呈现震荡起伏趋势，表明这一时期，我国建筑业发展不稳定，每年的建筑量差别较大；而2001年－2007年数据出现急剧上升趋势，从我国21世纪初的政策分析，由于我国实行积极的经济增长政策，建筑业的产值急剧增加，加之城市化率的发展目标推动，使建筑业呈现急剧扩张趋势，进而造成建筑业碳排放的急剧上升。

（2）从模型①的拟合系数分析，建筑业从业人员（P）、建筑业人均增加值（A）、单位增加值能耗（T）三者对建筑业碳排放的系数均为正数，符合常规假设。其中，建筑业从业人员对建筑业碳排放的影响最大（系数为0.83637），其次为建筑业人均增加值（系数为0.401492）、单位增加值能耗（系数为0.386862）。

三、我国建筑业碳排放情景分析及预测

根据上文估计的STIRPAT模型，如果要预测2008年－2020年我国建筑业碳排放量，必须先对方程中各自变量进行预测，包括对建筑业从业人员数P、建筑业人均增加值A、单位增加值能耗T的预测。

本文采用情景分析法对我国建筑业碳排放进行预测分析，首先假设方程中各变量按目前趋势发展，之后以此为基础，结合我国建筑业和经济发展的具体情况，设计出三种单位增加值能耗年均增长率的情景，对建筑业碳排放总量、峰值及减排情况进行预测分析。

（一）维持目前发展态势的碳排放预测

从建筑业从业人员数和建筑业人均增加值的历年数据看，这两组数据是随着时间的推移大约呈现直线上升趋势。因此，在对这两个变量进行预测时，本文采用以时间为自变量的一元线性回归模型。

1、对建筑业从业人员数P的预测

用Eviews6.0所得回归方程为：

P＝1579.07307692＋101.319230769×t

P2020＝4213.3731（万人）

ln P2020＝8.346018812

2、对筑业人均增加值A的预测

同理，可对建筑业人均增加值进行预测。得2020年（t＝26）建筑业人均增加值，之后得

A2020＝49.788378（万元/人）

ln A2020＝3.907781583

3、对单位增加值能耗T的预测

直观的可以看出单位增加值能源消耗是曲线形式，而且自2002年后其趋势保持下降状态。可以用所观测的2002年至2007年的数据计算出年平均增长率，然后计算出保持此增长率2020年的单位增加值能源消耗。

在婚姻中，不要试图改造或改变伴侣。人无完人，每个人身上都存在优点，也存在缺点。当初，你之所以选择和对方结婚，肯定是因为对方身上有你欣赏的地方，不妨学会欣赏对方的优点，忽略对方的缺点。一个善解人意的妻子或丈夫，应该尊重对方的个性，不要把自己的意志强加给对方，要给对方保留一定的自由空间，允许对方有自己的社交圈子。

根据上述方法得出2002年至2007年单位增加值能耗年均增长率为－9.1％。本文根据实际情况在此稍作调整，设为－8％。由此，推算出到2020年建筑业单位增加值能源消耗为1371.287781（吨标准煤/亿元）。之后得

ln T2020＝7.223506。

4、对碳排放总量I的预测

把上文预测的lnP、ln A、ln T代入①式，得出

lnI2020＝9.035538。

得2020年建筑业碳排放总量的预测值为：

I2020＝8396.226万吨。

5、对建筑业2020年增加值的预测

用预测的建筑业2020年的人口（P）乘以人均增加值（A）即可得2020年建筑业增加值预测值为20977.7亿元。

较2005年增加值的年均增长率为7.69％，基本与我国十七大报告中要求的2020年人均GDP比2000年翻两番（年均7.18％）一致。

6、单位产值增加值碳排放的预测

用预测出2020年的碳排放量除以增加值，即8396.226万吨/20977.7亿元，得出预测的建筑业单位产值增加值碳排放量为4002.45吨/亿元。

7、减排预测

相比2005年单位增加值碳排放减排为：

（10830.430425吨/亿元－4002.45吨/亿元）/10830.430425吨/亿元＝63.04％。

即到2020年建筑业单位增加值碳排放将比2005年减排63.04％。

在维持目前发展状况的情景下，碳排放总量趋势如图2。

图2 维持目前发展状况的碳排放趋势预测

由图2可以看出，在后续发展中，建筑业碳排放总量将在2021年达到峰值。

（二）情景分析假设

根据上述STIRPAT模型预测出的2020年建筑业从业人员数、人均增加值、单位增加值能耗，以2005年的数据为基期，可以计算出各变量的年均增长率。其中，建筑业从业人员数年均增长率为3％，人均增加值年均增长率为4.55％，单位增加值能耗年均增长率（调整后）为－8％。

前面已经计算出，建筑业增加值的年均增长率为7.69％，比较符合我国的实际情况。因此，假设到2020年，建筑业增加值年均增长率为7.69％并保持不变。

我国目前正加快城镇化建设，2005年我国城市化率为43％，到2020年城市化率将达到63％。［10］按照此要求，建筑业发展将保持较快势头。因此，我们假定建筑业从业人员和人均增加值年均增长率仍按目前的趋势保持不变，为3％，4.55％。

综上所述，本文做出如下假设：

（1）2008年－2020年建筑业增加值年均增长率为7.69％并保持不变；

（2）2008年－2020年建筑业从业人员年均增长率为3％并保持不变；

（3）2008年－2020年建筑业人均增加值年均增长率为4.55％并保持不变。

因此，在STIRPAT模型的解释变量中，固定了建筑业从业人员年均增长率和建筑业人均增加值年均增长率，只需假设单位增加值能耗（T）的情景就可以对未来建筑业碳排放总量进行情景预测分析。并且，固定了建筑业增加值年均增长率后，就可以进一步对建筑业碳排放量出现峰值的时间进行预测分析。

讨论2020年建筑业单位增加值能耗，上文已预测出，在保持目前发展趋势的STIRPAT模型下，建筑业单位增加值能耗年均增长率（调整后）为－8％。但由于存在技术上的瓶颈，单位增加值能耗不可能是直线下降，其下降趋势必然要趋于平缓。在此，我们假设另外两种较低情景，单位增加值能耗年均增长率分别为－6％、－4％。

综上所述，本文做如下情景假设：保持建筑业从业人员数量、建筑业人均增加值、建筑业增加值按目前趋势发展，把建筑业单位增加值能耗年均增长率分为高、中、低三种情景。

表1 三种情景假设

（三）情景分析及预测

根据表1三种情景的假设，下面分别预测在三种情景下2008年－2020年我国建筑业碳排放总量、峰值及减排情况。

1、高情景

根据上文情景假设，当建筑业单位增加值能耗年均增长率为－8％时，设为高情景。这种情景是维持了建筑业目前的发展趋势，在上文中已经分析，计算得出到2020年建筑业碳排放总量为8396.226万吨，单位增加值最终减排为63.04％，且根据图2建筑业碳排放总量将在2021年达到峰值。

2、中情景

当建筑业单位增加值能耗年均增长率为－6％时，与高情景下的计算方法相同，计算出中情景下2020年建筑业碳排放为9629.395万吨，单位增加值碳排放为4590.300424吨/亿元，较2005年减排57.62％（（10830.430425吨/亿元－4590.300424吨/亿元）/10830.430425吨/亿元）。

此情景下，碳排放总量趋势如图3。

图3 中情景下碳排放趋势预测

由图3可知，如果按此情景的假设下继续预测，则在2034年建筑业碳排放总量将达到峰值。

3、低情景

当建筑业单位增加值能耗年均增长率为－4％时，仍运用相同计算方法，得出低情景下2020年建筑业碳排放为10880.71万吨，单位增加值碳排放为5186.79998吨/亿元，较2005年减排52.11％（（10830.430425吨/亿元－5186.79998吨/亿元）/10830.430425吨/亿元）。

在此情景下，碳排放总量趋势如图4。

图4 低情景下碳排放趋势预测

由图4，若在此情景假设下继续预测，则建筑业碳排放总量将在2061年达到峰值。

（四）结果分析

1、从三种情景下的碳排放总量分析，到2020年，高情景下，碳排放总量最低，低情景下最高，这表明建筑业单位增加值能耗年均增长率与碳排放量成正向关系。由于单位增加值能耗代表一种技术水平，假设技术是不断进步的，则其增长率就为负值，其增长率越小，表明技术水平越高，单位增加值能耗越低，碳排放量越少。

2、从三种情景下减排效果分析，到2020年，高情景下，减排效果最好（较2005年减排63.04％），低情景下，减排效果最差（较2005年减排52. 11％）。这表明，建筑业单位增加值能耗年均增长率与碳排放量也成正向关系。

3、从三种情景下碳排放出现峰值的时间分析，高情景下，峰值将在2021年出现，时间较快。中情景下，峰值出现时间为2034年。低情景下，峰值将在50年后的2061年出现。这表明建筑业单位增加值能耗年均增长率与碳排放峰值出现时间也存在相关关系，较低的单位增加值能耗年均增长率将导致碳排放峰值的提前出现，而较高的单位增加值能耗年均增长率将推迟碳排放峰值的出现的时间。

四、结语

由于建筑业的快速发展和高能耗，使得建筑业成为了当前我国节能减排的重点领域之一。本文在基于STIRPAT模型估计的基础上，采用情景分析法，主要研究了建筑业单位增加值能耗年均增长率与建筑业碳排放的关系。结论表明，建筑业单位增加值能耗年均增长率与建筑业碳排放成正相关关系，因此要降低建筑业的碳排放量，一种途径就是降低建筑业单位增加值能耗年均增长率，即提高建筑业相关的技术水平，减少不必要的能源消耗，以降低建筑业单位增加值能耗。

本文关于相关数据的选取是来自我国历年能源统计年鉴，由于统计方法的局限性，使得所得数据和实际数据存在差异。这对建筑业碳排放研究结果造成一定影响，而采用误差较小的能耗实测法则工作量巨大。为解决这一问题，在今后对建筑业碳排放预测分析的研究中应倾向于数据的界定，进而强化数据和结果的精确性，以便研究的结论更能准确的服务于经济发展。

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［9］国家发展和改革委员会能源研究所课题组.中国2050年低碳发展之路——能源需求暨碳排放情景分析［M］.北京：科学出版社，2009.