新时代背景下马拉松赛事的“碳中和”管理

文/ 王凯，苏杭，郑铭芥

◆有着悠久历史的马拉松运动在现代社会中依然受到人们的青睐，“碳达峰，碳中和”的时代背景对马拉松赛事提出了更加绿色低碳的要求。本文首先运用文献综述、逻辑分析与对比的研究方法，发现马拉松赛事在硬件装备换新、清洁能源使用、赛段管理及赛前预防与赛后碳中和等方面的低碳化研究已相对深入，但对于赛程中赛场碳的时空分布研究较少，这极大的限制了赛程中原位碳中和的精准实施。由此提出通过智能计算模型获得碳排放时空分布特征的碳管理框架设想，进一步阐述了该框架的机遇和挑战，希望能为绿色马拉松的赛事举办、赛场安排及体育赛事精准化碳管理的研究提供启示。

◆ 马拉松“碳中和”管理；二氧化碳时空分布；智能化“碳中和”管理模型框架

从1992年签署的《联合国气候变化公约框架公约》到2021年该公约的第26次缔约国大会(COP26)召开，碳管理和碳中和已经成为全球各国关注的热点。所谓的碳中和是指采用某些手段将一个区域内生产生活等所产生的二氧化碳全部转化掉，实现碳的零净值增长。“双碳”战略的提出彰显了我国对应对全球气候变化的责任担当，对国内的政治、经济、文化、生活等产生了深远的影响。

体育赛事作为人们生活的重要组成部分之一，其举办前、举办中及举办后的碳排放管理在碳中和的时代背景下得到了各级政府和组委会的关注。2020年3月4日，国际奥委会执委会通过决议，确保后续举办的奥运会都必须是碳中和的，并承诺显著降低碳消耗和排放[1]任慧涛,易剑东.大型体育赛事碳中和管理：国际奥委会的倡议[J].北京体育大学学报,2022,45(02):25-38.。相应的2020年东京奥运会进行了较大规模减少碳排放的工作，在借用了210多家企业提供的排放配额后，基本上达到碳中和[2]新浪新闻.为了减少28吨碳排放，东京奥运会做了哪些尝试？[EB/OL].(2021-08-06).https://finance.sina.com.cn/jjxw/2021-08-06/doc-ikqciyzk9923636.shtml；2022年北京冬奥会通过采用清洁无污染的氢能源来维持赛场的运行、交通出行及京津冀地区固碳工程进行碳补偿等举措，保证了“碳中和”承诺的兑现[3]北京冬奥组委.北京2022年冬奥会和冬残奥会遗产报告(2020) [EB/OL].(2021-06-23)[2022-04-30].https://www.beijing2022.cn/wog.htm?cmsid=EYS2021062300362800。从碳中和的角度看，2030年后所有的赛事活动都要是对碳中和有益的，这就意味着各级政府和组委会将减少或者补偿赛事产生的碳排放，并且在赛事审批的环节中加入零碳增长的要求。

马拉松作为体育赛事的重要组成部分，近年来赛事举办场次达到每年上千场以上，其碳排放的管理不容忽视。马拉松运动最早可以追溯到公元前490年纪念希腊人马拉松战役的胜利，在1986年举办的奥林匹克运动会上，设立了马拉松这个运动项目，并将42.195km设定为赛程距离。随着时代的发展，马拉松运动开始出现半程马拉松、越野跑、迷你跑、垂直马拉松等形式，直到今天，马拉松运动依然深受人们的喜爱，自2018年以来，每年举办的赛事超过1500场，认证的赛事超过300场，并稳健增长[4]王凯,杨婕,宋金庄,等.体育赛事"碳中和"发展及启示[J].新体育,2022(11):8-10.。在碳中和的时代背景下，各级组委会倡导参赛者绿色出行，使用绿色清洁能源来维持赛事运行和交通出行，并设定了部分碳排放补偿措施[5]刘超,陈林祥.碳中和愿景下我国大型体育赛事绿色发展现实困境与未来进路[J].体育文化导刊,2022(11):28-34.，这对绿色马拉松的发展是有益的，它们关注了赛事中总碳排放量和总碳的抵消量，确保了净碳量为零。但这些补偿措施在精准化原位进行碳中和、保障赛事举办与经济发展相协同面前似乎有些困难，一种具有时空选择性的碳中和方法迫待提出。基于此，本文首先回顾总结了近年来马拉松赛事碳管理及碳中和的相关措施，探讨原位碳中和的必要性，进一步为区域化时空选择性的碳中和提出了一些思路和建议，最后就该思路的机遇与挑战进行了讨论，希望该方法能一定程度上为马拉松的绿色发展添砖加瓦。

1 马拉松赛事中的碳中和现状和管理办法

碳中和的概念提出后，以马拉松为代表的体育赛事在实现低碳绿色举办的方面主要有两个思路，第一是通过硬件提升、绿色清洁能源使用及赛段管理来减少二氧化碳的排放；第二个是通过对周边区域进行植树造林、借用周围企业等的碳排放指标等来对已经排放的二氧化碳进行“中和”，两者符合管理学原理下的投入产出核算和按生命周期核算的基本方法。

1.1 硬件装备方面

自2020年以来，国内外马拉松赛事在减少碳排放方面很大的改变就是装备的更新换代。以青岛为代表的很多一线城市的组织方逐渐将赛中使用化石燃料的引导车、计时车更换为新能源车，小车型的替换比例显著增加。同时，将赛期和赛后运输参赛人员和技术官员的摆渡车也更换为新能源的大巴车，并且采用循环发车的模式减少了赛场中人力和物力的投入。再如杭州马拉松，将起终点的宣传和告示内容采用LED大屏幕投放的形式，减少了近2/3的塑料广告牌数量，同时，物资的配备也更加环保，如减少了一次性水杯和毛巾的使用。

1.2 清洁能源方面

政府和赛事组织方大力推行使用氢能源和绿电来为赛事提供能源支持，极大比例的取代了化石能源和液化天然气等高二氧化碳排放的能源，这是碳中和概念提出后，体育赛事能源结构的重要转变。具体到实施措施上，主要有两点：第一，划定专门的太阳能、风能电网为赛事供电，维持赛场的保障；第二，赛事用车尽可能使用新能源汽车或者氢能源汽车[5]。

1.3 赛段管理方面

马拉松比赛起点和终点的位置主要可以划分为起终点合一和点对点两种类型，不管是哪种类型，在赛程中都需要封闭不少的道路作为比赛区域，多数的马拉松赛事是持续几个小时的封闭道路，这不仅会影响该区域的社会公众使用情况，还会造成赛事资源的浪费，带来额外的碳排放。上海马拉松提出一种区域化封闭的策略，对已经完成赛事的路段实现尽快正常化，节约了人力和物力资源，降低了赛段的维持成本，这样提高了资源的有效利用率，减少了不必要的碳排放，同时保障了居民的正常出行，是赛事精细化管理的一种典范，值得其他地区马拉松赛事学习。

1.4 赛前预防与赛后中和方面

以马拉松为代表的很多大型赛事除了在赛前规划和赛中管理减少不必要的碳排放外，依然存在着维持赛事所必须的碳排放，因此，在举办前和举办后都会采用一定的方法来消耗或者补偿这部分排放。主要有两个方法：第一是生物固碳，即在赛前多植树造林，提前获得碳排放额度；第二是动员企业等为赛事捐赠部分碳排放指标，以此达到碳中和。有些马拉松赛事选择在山清水秀的地区举办，既提供了优美的环境，又有利于产生的碳能够及时被绿色植物吸收掉。

通过上述的总结，我们可以看出，通过使用新能源、更新装备和优化赛中管理的方法对于低碳减排是非常有效的，这实际上从源头减少了碳排放，降低了后面中和的难度；对于所必须产生的二氧化碳，采用生物固碳和借用排放指标的方法，一定程度上前确实实现了净碳增长为零的目标，但也存在着排放与补偿区域化不协调、赛事与工业生产相竞争碳排放指标的问题。倘若能够实现原位的碳中和，将赛事园区植被布置与碳中和目标相耦合，就可以极大提高碳中和的时空效率，保证在哪里产生就在哪里消耗，同时，也不再需要与企业竞争碳排放指标。

要想实现这个目标，首先需要构建赛事区域的二氧化碳分布的空间模型，进一步辅助以先进的检测手段，实现二氧化碳空间分布的实时计算，以便于赛程中对碳排放精准管理，避免部分区域部分时间排放严重过量。同时，利用数据驱动的方法，在赛事申报的时候完成碳排放的预测，获得二氧化碳分布情况，有针对性地在排放区域高的地方提前采取措施，如植树造林、放置补集装置等。

2 智能检测赋能精准碳管理，助力原位中和

以马拉松为代表的体育赛事碳中和管理首先要坚持政策导向、完善管理制度、强化管理意识[4]，其次需要切实可行的方法来真正达到减少碳排放和原位碳中和，真正做到少量产生，精准中和。要想实现这一点，开发智能碳管理的框架、实现数字化管理势在必行。

针对减少排放的环节，除了使用新能源、引进新装备外，该框架可以指导现有资源的有效利用，实现快速调取，最优化布置；针对已产生碳的中和环节，通过该框架可以有效的获得碳排放的时空分布，助力原位中和，同时，该框架还可以用于预测赛事的碳排放及分布情况，将赛场绿化和碳中和目标有效结合起来。如图1所示，该框架设想主要有二氧化碳快速监测模块、智能二氧化碳分布预测模型及二氧化碳管理决策模型三部分组成。

图1 碳排放智能预测与管理框架设想

2.1 二氧化碳智能预测模型构建设想

随着计算机技术的进一步发展，通过计算流体力学来获得物质时空分布演化规律的研究方法广泛在种植园区[6]Yue Zhang,Daisuke Yasutake,Kota Hidaka,er al.CFD analysis for evaluating and optimizing spatial distribution of CO2 concentration in a strawberry greenhouse under different CO2 enrichment methods[J],Computers and Electronics in Agriculture,2022(179):105811-105817.、旅游景点[7]郭健,郑秋平,张春庭.敦煌莫高窟微环境控制系统的CFD仿真及设计[J].仪器仪表标准化与计量,2015(04):27-30.及城市环境[8]T.van Hooff,B.Blocken,CFD evaluation of natural ventilation of indoor environments by the concentration decay method: CO2 gas dispersion from a semi-enclosed stadium[J],Building and Environment,2013(61):1-17.等场景中应用。所谓的计算流体力学(CFD)就是通过计算机数字化空间建模的方法，求解物质和能量在扩散传递过程中的转化情况，最终将求解结果以云图的形式可视化的展示出来。要想完成建模，首先需要区域的空间数据来划定结构范围，进一步选定运算方法，最后利用已有的实验数据来拟合参数，使得模型具有准确的运算功能。基于先有的研究进展，构建马拉松赛场的碳分布模型是可行的，但需要相对足够的实验数据来支撑参数的拟合。模型参数空间的大小由计算维度所决定，通常计算的区域越大，外界影响因素越多，参数的量就越大，所需要的计算开销也就越大。由于以马拉松为代表的体育赛事的赛场面积相对较大，故计算维度会很大，模型的计算速度会较慢，估计要在小时级，这对于实时优化和决策是很不利的。

基于深度学习的数据驱动模型有着计算速度快(单组运算时间在1s内)、无需过程机理的优势，但需要海量的数据来训练参数，考虑通过计算流体力学构建的机理模型来导出海量的数据用于训练数据模型，实现机理数据的融合，使得最终的模型兼备机理模型的计算精度与数据模型的计算速度，能够满足快速优化的需求。通过分布在赛场各区域内的二氧化碳监测系统不断获取的数据，模型能够计算出赛场区域的二氧化碳时空分布结果，以此指导赛事的碳管理策略。

2.2 智能决策系统构建设想

智能决策系统集成智能预测模型的结果、最优化布局方法，应能够满足快速调度赛事保障、赛前原位碳中和的位点设计及赛事赛场碳中和指标的评估需求。通过这种物联网工程的设计，使得赛事主办方仅需要一台电脑和一些赛前布置的二氧化碳采样位点就能够准确的了解赛程中的碳排放情况，及时进行管理和调度保障，提高技术设备利用率的同时减少不必要的碳排放。同时，通过提前的模型计算预测，能预先掌握二氧化碳排放较多的区域，在赛事开始之前就植树造林或者放置碳捕集器，实现原位的碳中和。利用该模型还可以让上级单位和公众媒体监督比赛的碳中和情况，切实做到净碳为零的承诺。进一步，模型还可以帮助筛选比赛场地等，有望为体育赛事精准碳管理的构想助力。

2.3 碳排放智能预测与管理框架的机遇与挑战

该碳排放管理框架的设想有着智能化监管决策、赋能原位碳中和的机遇，但也存在着很多挑战。第一是模型构建过程，首先，模型需要多组的已知数据来拟合参数，而已知数据通常要包括风速、风向、碳排放情况等，目前该类型数据库尚不健全，其次模型的参数量较大需要较多的计算单元进行拟合以确保准确性，这在实施起来需要花费一定的人力和物力；第二，模型使用过程，可能存在着采样数据不准确导致计算失误产生错误决策等管理风险，如何系统的应对这些风险还需要进一步的思考。

3 结语

在“碳达峰，碳中和”和“体育强国”的时代背景下，举办绿色环保、节能低碳的体育赛事已经成为潮流。总体来看，实现该目标有减少碳排放和赛后碳中和两个关键点，本文在系统的总结已有的具体措施后，提出了原位碳中和的设想，并进一步提出通过智能模型预测和决策的框架来辅助该设想的实现，最后讨论整个框架的机遇和挑战，希望能为体育赛事的碳管理和新体育学科交叉提供一些思路，为伟大祖国的双碳战略添砖加瓦。