基于文献计量的建筑碳排放评估进展与分析

张勇 ZHANG Yong；何利 HE Li；朱光祖 ZHU Guang-zu；赵鹏 ZHAO Peng；徐二曼 XU Er-man

（①合肥工大建设监理有限责任公司，合肥 230009；②合肥工业大学土木与水利工程学院，合肥 230009）

0 引言

建筑行业贡献了全球23%的二氧化碳排放量，其中接近41%由中国排放[1]。随着中国工业化城镇化进程的不断加快，预计2035 年我国城市总建筑面积将达到370 亿m2[2]。一方面是大量新建建筑和基础设施的出现，另一方面维持建筑正常运营需要消耗的大量能源，导致建筑行业消耗大量的能源和排放大量的温室气体。据研究，建筑行业约占全国碳排放总量的40%，是中国碳密集度最高的行业之一[3]。因此，建筑行业具有巨大的减排潜力，也是我国未来减排任务的重点对象之一。

在全球减排的时代背景下，建筑低碳化已成为趋势。然而目前相关标准的不完善，建筑碳排放统一评估体系的缺失，已经不能满足当下的现实需求。因此，本文基于Citespace 软件，利用文献计量法，对关键词共现分析和共被引分析的结果进行解释分析，梳理建筑碳排放评估的相关研究，整理和分析生命周期碳排放计算方法，根据可视化结果对研究热点和研究主题进行整合讨论，并提出未来的研究方向。为我国建筑碳排放量化提供新思路，对我国低碳建筑发展具有一定价值。

1 研究方法

本研究选择Citespace5.8R3 软件作为分析工具。Citespace 不仅是一个文献可视化分析软件，还可以评估研究现状，揭示热门研究主题，并通过分析相关出版物的记录预测新兴趋势。

CiteSpace 分析时使用2011 年1 月至2022 年2 月在Web of Science 核心集合数据库和Scopus 数据库出版的所有期刊论文，排除书评、社论和会议论文。在“标题/摘要/关键词”或“主题”字段中检索“carbon emission”、“carbon footprint”、“construction”、“calculation”、“evaluation”等关键词，整合Web of Science 和Scopus 检索到的文章，并消除重复文章，去除重复后的文章总数为3646 篇。

在检索的3646 篇文章基础上进行详细的全面审查，手动筛选出不在研究范围内的文章。具体筛选标准如下：

①排除非建筑领域的相关文章（如农作物碳排放、森林固碳等）；

②排除建筑行业宏观层面碳排放评估的文章；

③排除不涉及碳排放评估的相关研究（如只研究低碳建筑材料的力学性能，未涉及环境影响）。

最终，Web of Science 核心集合数据库筛选出182 篇文章，Scopus 数据库筛选出379 篇文章。图1 展示了2011-2022 年发表文章的情况，总体呈现上升趋势。其中，自2018 年建筑碳排放研究上升明显。

图1 2011 年-2022 年发表文章趋势

2 结果分析

2.1 关键词共现网络分析

文章的关键词提供了文章核心内容的信息，有助于我们了解研究主题随时间的发展。图2 显示了关键词共现网络图，包含128 个节点和175 个连接。

图2 关键词共现网络图

图2 所示所有关键词中，“life cycle assessment”在网络图谱中出现的频次最多（200），它和“life cycle analysis（91）”、“environmental impact assessment（22）”、“system（19）”、“uncertainty analysis（9）”和“input output analysis（7）”代表目前建筑碳排放量化的计算方法；关键词“construction industry（58）”、“building material（42）”、“concrete（46）”、“housing（29）”、“office building（27）”、“cement（16）”和“reinforced concrete（14）”代表的是建筑碳排放评估的研究对象；关键词“energy utilization（82）”、“emission control（70）”、“energy efficiency（46）”、“energy conservation（35）”则代表建筑能耗产生的碳排放研究。可以看出，LCA 被广泛地应用于建筑项目碳排放的评估。许多国家、组织和研究人员也结合本国建筑行业的独特特征开发相应碳排放评估系统，以评估建筑物的生命周期碳排放量。

2.2 关键词引文爆发分析

图3 描述了关键词的引文爆发现象，从中可以看出研究热点的变化和趋势。2012 年之前，研究热点主要是“energy utilization”、“energy conservation”和“energy use”。早期碳排放量化的研究热点主要集中在建筑能源消耗。建筑、建筑材料和组件在其生命周期阶段每年消耗全球近40%的能源，如建筑材料的生产和采购、施工、使用和拆除[4]。

图3 关键词引文爆发

2013 年到2014 年的研究热点发生了转变。虽然建筑能耗依旧是研究的重点，但量化建筑材料和构件的建筑碳排放量引起了更多的兴趣。目前，新兴的研究热点主要是预制构件和建筑、近零碳建筑等方面。与传统现浇施工方法相比，预制技术可以有效地减少碳排放。Mao 等人选择了深圳不同承包商建造的预制建筑和现浇建筑作为案例研究，结果表明预制建筑可以减少建筑碳排放约30kg/m2[5]。近零碳建筑概念是由近零能耗建筑概念转变而来，目前具有很大的研究空间。Georges 指出包括运营能源和具体能源在内的总体零碳排放很难实现[6]。建筑整个生命周期内的零碳排放可以通过减少具体的能源排放和增加光伏生产来实现[7]。

2.3 文献共被引分析

聚类分析使用系谱图来表达相似性、差异程度和遗传关系[8]。Citespace 软件对筛选出的文章进行共被引聚类分析。被引用最多的论文主要分为两类。

第一类是生命周期评价在建筑领域碳排放量化的应用。Monahan[9]使用生命周期评估对住宅采用的新型的非现场镶板模块化木框架系统和两种传统的替代方案进行比较。结果表明，与传统施工方法相比，现代施工方法的内含碳量减少34%。第二类注重量化建筑生命周期碳排放方法的创新，积极探索建筑生命周期碳排放量化在不同情境下的最佳应用。Roh[10]考虑到现有建筑生命周期碳排放系统仅局限于项目建设过程的某一阶段，开发了一个综合评估系统，可以根据项目流程（包括早期规划、进度和施工阶段）定期评估和管理单个建筑的生命周期碳排放。

3 讨论

3.1 不同的建筑类型、系统边界和地理范围会对建筑碳排放量化结果产生影响

不同的建筑类型、系统边界和地理范围都会对建筑碳排放量化结果产生影响。有研究成果表明，住宅和学校建筑在施工阶段能耗最大，而医院和商业在使用和维护阶段能耗最高，强调了建筑类型在确定建筑生命周期碳排放的重要性[11]。系统边界则决定了建筑生命周期评价需要包括的过程，一些模型[12，13]强调建筑的典型生命周期，而另一些模型[14，15]则侧重于对建筑的上游和下游过程进行详细分析。此外，地理范围也会影响LCA 结果[16]，一些研究[17，18]将其地理范围限制在一个或多个建筑构件（例如建筑围护结构和结构），而其他研究[19，20]则涉及整个建筑。因此，目前关于建筑生命周期碳排放计算并没有统一标准，仍然是未来需要进一步明确的研究内容。

3.2 混合分析方法是碳排放评估的未来研究热点

LCA 是目前量化建筑碳排放的主流方法，被广泛地应用于建筑整个生命周期各种过程。尽管针对建筑进行了大量碳排放计算分析，但由于系统边界和清单数据的不一致，计算结果往往不具备可比性。基于生命周期理论，建筑碳排放计算的主要方法分为P-LCA 和IO-LCA，然而两种方法都存在缺陷。P-LCA 由于系统边界的定义，不可避免的会出现截断误差[20]。投入产出分析通常采用理想化假设，更适合建筑行业的宏观分析[15]，并不适用于单体建筑物。混合分析是基于两种方法的优点开发的[21]，对建筑碳排放可以提供全面的分析[22]。然而，目前关于混合分析在建筑物碳排放的应用研究较少。此外，实施混合分析的信息收集存在困难[23]。

3.3 不确定性分析是建筑碳排放评估不可缺少的环节

Williams 等人[24]指出LCA 评估中不确定性很重要，因为对同一问题的不同研究可能会产生不同的结果，从而使进一步讨论变得困难。然而，目前多数研究专注于量化各种建筑类型和构件的生命周期碳排放，很少考虑评估过程的不确定性。此外，研究人员开发了各种不确定性分析方法，统计分析法[25]，半概率法[26]等。然而这些方法在提高精度上仍存在差距。针对不确定性更多的对输入参数进行研究[27]，而对于建筑排放和评估方法的相关研究存在不足。

3.4 未来研究展望

①未来研究应该致力于构建相对统一的碳排放系数库，扩展可再生/循环能源和绿色新材料的碳排放数据，并针对不同类型建筑制定相应的生命周期碳排放计算体系。②未来的研究更多地应关注于建筑生命周期碳排放评估方法的优化，应该加强混合分析量化建筑碳排放的研究，开发BIM 相关技术和混合分析方法的集成，提高建筑评估效率。③加强建筑生命周期碳排放不确定性分析的研究，尤其是建筑排放和评估方法选择以及数据获取方面的不确定性。此外，进一步开发不确定性分析方法，提高评估结果的精度。

4 结语

本文基于Citespace 软件，利用文献计量法，分析了2011 年1 月到2022 年2 月期间的建筑碳排放评估的关键成果，对关键词共现分析和共被引分析的结果进行分析，分析碳排放评估的研究热点，结果得出未来的研究重点应关注建筑碳排放评估优化以及混合方法的研究，建立统一的建筑碳排放数据库和开展碳排放不确定性分析是影响评估精度的关键。本研究为我国建筑碳排放量化提供新思路，对我国低碳建筑发展具有一定借鉴意义。