云南省建筑业碳排放峰值预测研究.pdf

蒋永棋：云南省建筑业碳排放峰值预测研究宏观经济云南省建筑业碳排放峰值预测研究蒋永棋（昆明理工大学管理与经济学院，云南昆明6 50 50 4）摘要：文章旨在预测云南省建筑业碳排放预期峰值，以期探索多渠道节能减碳路径，助力省域层面碳达峰目标的实现。文章首先采用碳排放系数法对云南省2 0 1 0 一2 0 1 9 年建筑业全生命周期的碳排放量予以有效核算，以此为基础，基于系统动力学理论构建云南省建筑业碳排放系统仿真模型，根据云南省相关数据确定模型所需参数和主要方程式，利用VensimPLEx32软件进行动态模拟仿真。通过对系统要素施加适度调控，从而比较、分析不同情境下云南省建筑业碳排放预期峰值，给予政策制定者科学合理的指导建议。关键词：云南省；建筑业碳排放；碳排放系数法；系统动力学；峰值预测中图分类号：F271DOl:10.13939/ki.zgsc.2024.01.0031引言近年来，世界各地因温室效应所导致的极端恶劣天气及其引发的一系列局部自然灾害问题严重威胁着人类社会的生存发展和生态系统的维持保护。为此，诸多国家与地区纷纷制定和出台相关法律法规和条例以图有效控制以二氧化碳为主要构成要素的温室气体的排放。建筑业作为促进国民经济发展的支柱型产业，在完善基础设施建设、改善人民基本生活和提升居民幸福指数等方面发挥了不可替代的作用。与此同时，其高投入、高耗能和高碳排的产业发展模式也同样引起了相关部门的广泛关注。根据中国建筑节能协会公布的数据，建筑业全过程碳排放占全国碳排放总量比重超过半数，并与工业、交通运输业并称为三大碳排放子系统，且位居首列 2 。由此可见，由建筑业驱动的经济迅速增长与碳排放量急剧增加之间的矛盾日益尖锐。因此，如何在现行制度的约束下准确预测建筑业碳排放的预期峰值，并根据其峰值制定切实可行的碳减排政策，乃是当下各级政府呕须考虑的现实问题。云南省作为联合国生物多样性公约缔约方大会的承办地，深入贯彻绿色发展理念，多措施并举探索低碳发展路径已初见成效。据统计，2 0 2 0 年，云南省设计阶段绿色建筑占比为8 2%，竣工阶段占比高达50%。但相对来说，部分碳达峰指标（例如城市化率、人均GDP等）较之于东部沿海省份乃至发达国家地区仍存在较大差距，可见其低碳发展空间潜力巨大。因此，明确云南省建筑业碳排放预期峰值，对于云南省实现2 0 3 0 碳达峰目标具有十分重要的理论与现实意义。文献标识码：A文章编号：1 0 0 5-6 43 2（2 0 2 4）0 1-0 0 0 9-0 62文献综述现阶段，碳达峰已成为国际社会广泛聚焦的热点议题，针对建筑业碳排放的相关研究文献也层出不穷，例如Chen等 3 借助CKC回归分析模型，预测中国建筑业碳排放将于2 0 3 5年达到峰值。Du等 4 从能源消耗的角度构建了建筑业碳排放系统动力学模型作情景分析，指出中国建筑业最早于2 0 2 5年实现碳达峰。Liu等 5 以北京市为例，运用系统动力学对城市建筑碳排放峰值进行了预测，结果显示城市建筑由于能源消耗所产生的碳排放量将于2 0 2 5年达到峰值。Li等 6 以江苏省为例，构建了建筑业碳排放系统动力学仿真模型，并选取R&D投资占GDP比重和节约能源建筑比例作为情景设置指标并对其峰值进行了预测，结果显示江苏省建筑业碳排放最早于2 0 2 9 年达到峰值。Huo等 7 运用蒙特卡洛模拟方法，预测我国城市居建、农村居建和商业建筑分别于2 0 40 年、2021年和2 0 3 8 年碳达峰。可见，诸多学者针对建筑业碳排放关键影响因素识别及峰值预测已进行了深入探讨，但经过剖析，仍存在以下几点不足：诸多文献在建筑业碳排放量的核算过程中忽略了建材运输、建筑废料处理过程中所产生的碳排放量，进而导致所计算的建筑业碳排放量数值相对较低，不利于建筑业碳减排责任的界定。建筑业碳排放的系统动力学文献在进行模拟仿真时调控变量的选取相对较少，难以及时响应调控变量随时间推移的不确定性对建筑业碳排放的作用效果。鉴于此，文章将采用碳排放系数法（carbonemission coefficient method，C EFM）、系统动力学（s y s t e m d y n a m i c s，SD）理论弥补现有研究文献的不CM92024.1宏观经济足，进一步丰富建筑业碳排放体系的研究内容。重要采用碳排放系数法对2 0 1 0 2 0 1 9 年云南省建筑业全生命周期的碳排放量予以有效测度，并根据云南省相关数据，构建云南省建筑业碳排放系统动力学仿真模型，从而进行非线性动态系统现实环境的模拟并仿真未来的演化趋势，进一步比较分析不同情境下调控变量随时间推移的不确定性对云南省建筑业碳达峰的作用效果。3研究方法与数据来源3.1云南省建筑业全生命周期碳排放量核算从现有研究成果来看，碳排放系数法因其简洁、直观和便于理解的特点，被国内外学者普遍接受。故而文章在借鉴前人研究的基础上 8-1 3 ，采用碳排放系数法对2 0 1 0 一2 0 1 9 年云南省建筑业全生命周期碳排放量予以有效测度，具体公式如下：(2 E:x0,xLCV.xCF.x1+744+Ef n.)95%(1)Cimdiec=(1+10%)M,(1-8)+ereroperational式（1）中，Cairec表示第t年的建筑业直接碳排放量；E,指建筑业第t年第i种能源的消耗量，包括原煤、其他洗煤、其他焦化产品、汽油、煤油、柴油和液化石油气等7 种一次能源；0，指第i种能源的氧化率；LCV,指第i种能源的平均低位热值；CF,指第i种能源的单位热值含碳量；44/1 2 指碳与二氧化碳之间的转化系数；E。指第t年的电力消耗量；n。指电力的二氧化碳排放系数。式（2）中，Ciniec表示第t年建筑业间接碳排放量；1 0%指建材运输过程中由运输能耗所额外产生的二氧化碳；M,指第t年第i种建筑材料的消耗量，包括水泥、钢材、木材、玻璃和铝材5种建筑材料；;指第i种建筑材料的二氧化碳排放因子（水泥0.815kg/kg、钢材1.7 8 9 kg/kg、木材8 42.8 kg/m、玻璃0.9 6 55kg/kg、铝材2.6 kg/kg）；8；指第i种建筑材料的回收率（钢材0.8、木材0.2、玻璃0.7、铝材0.85）；M e r e c 和Mademolish分别指在建筑施工和拆除阶段的建筑废料计算基数，分别取0.0 55t/m、1.2/m；中国市场2 0 2 4年第1 期（总第1 1 7 2 期）Seree和Samoia分别指第t年建筑业的施工面积和拆除面积，分别取9 0%、1 0%;Dmpmain指建筑废料运输阶段的平均运输距离，取3 0 km;；awmpmaon指建筑废料运输的碳排放系数，取0.441 0-3 tCO,（t km）。式（3）中，Comeamimal表示第t年的建筑业运行碳排放量；Caulile表示第t年的公共建筑碳排放量；Ci表示第1 年的居住建筑碳排放量；E指第1 年第i种能源的消耗量，包括原煤、其他洗煤、焦炭、型煤、煤制品、焦炉煤气、其他煤气、液化石油气、其他石油制品、天然气、液化天然气、其他能源等12种一次能源；O,指第i种能源的碳氧化率；LCV,指在建筑运行中第i种能源的平均低位热值；CF,指在建筑运行中第i种能源的单位热值含碳量；E。指第t年的电力消耗量；m。指电力的二氧化碳排放系数；E,指第t年的热力消耗量；n，指电力的二氧化碳排放系数；5%指在施工现场由于建筑运行所产生的二氧化碳。3.2云南省建筑业碳排放系统动力学仿真模型构建考虑建筑业碳排放过程涉及多个领域且具有复杂、非线性、多重反馈等显著特点，传统的计量经济方法无法解决此类问题。因此，文章引人SD理论，对云南省建筑业碳排放过程加以系统性分析，深入了(2)解建筑业碳排放过程，据此绘制云南省建筑业碳排放CCpubie+Creresidential2E)0.LCVCF 121244二+E,na+En+Claire 5%(3)要素因果回路图，遵循可行性、全面性和数据可获取性等原则，选取7 个水平变量、5个速率变量、5个常量、7 个表函数和多个辅助变量，利用VensimPLEx32软件构建云南省建筑业碳排放系统流程图，如图2 所示，鉴于篇幅所限，仅罗列以下核心公式：F。=0.0 3 3 3 s q r t(l n Fi 2)+0.1 1 7 4 s q r t(l n F,)-0.1418 1/F20+0.0259(1/F2o)-0.0080 1/F,-0.1987F23=-9.3 8 3 2 s q r t(l n Fi 2)-0.42 7 2 （1/F,)+0.040242 (1/F,)+0.6829 (1-F,)sqrt(lnFig).-0.7576 F,sin(sqrt(lnF,)(Fi 3 +Fi 4-Fi s)(5)Fs=0.5739 sqrt(lnFi2)-0.0935 lnFi2+0.0636 sqrt(lnF2s)-0.001351 sqrt(Fzs)F24+0.002465 F26 F24-1.0532(6)Fs7=F40-Fg F40(7)系统要素因果回路图，如图1 所示。为进一步体现系统变量性质以及反馈控制回路，文章基于图1 分析的云南省建筑业碳排放系统(4)CM102024.1蒋永棋：云南省建筑业碳排放峰值预测研究宏观经济大人均可支配收人（F）人均GDP（F2,）农村人口+规模（F3）)城镇人口+规模（F,）农村人口增城镇人口长率（F）增长率（）+44GDP增长率(F3)农村人口规模变化率城镇人口规模施工面积城镇人口规模增加量城镇人口规模增长率GDP增长率GDP增加量3.3数据来源文章数据来源于中国统计年鉴云南省统计年鉴云南省调查年鉴中国能源统计年鉴中国建筑业统计年鉴中国科技统计年鉴、云南省统计局数据库、住房与城乡建设部官方数据库、住房与城乡建设厅官方数据库和部分参考文献，数据来十人均住宅+面积（F25）人均公共建筑面积环保投人占GDP比重(F26)(Fis)十环保投人（Fi，）R&D投资（Fi,）R&D投资+占GDP比重(Fi6)+R&D人员数量（Fm）R&D人员占城镇人峻工完成率（F2）口规模比重（Fio）外商直接投资（F.）+固定资产投资增长投资（F2）率（F）建筑业产出值（F2）+环境代价+环保投入占GDP比重农村人句规模人均GDP农村人口规模变化量建筑业运行碳排放强度(Fs)节约能源标准（F2建筑生命周期（Fis)建筑业间专利申请接碳排放+数量（F2)强度（F23）工面积（F3）+建筑废料运输距离（F14）+施工面积（F）外商直接+建筑业机械设备台数（F)建筑业从业大员数量（F）?所有权属性（F）+碳交易代价（F吨）碳交易数量（F碳交易价格（F3）碳惩罚代价（F44）碳惩罚价格（F2）+竣工完成率峻工面积外商直接投资变花率44建筑业从业人员建筑业产数量出值固定资产投资产业结构环境代价、GDP图2云南省建筑业碳排放系统流程源真实可靠，考虑到部分数据已然缺失，故采用历史统计数据做算数平均。4结果分析4.1模型检验继建筑业碳排放系统动力学模型构建之后，需对CM11建材运输版离（Fi3)间接碳排放量+建筑业碳排放总量+建筑业直接碳排放强度（F）+4产业结构（F20）定额碳排放数量）(F4o)免费碳排放比例(F3)图1云南省建筑业碳排放系统要素因果回路一人均可支配收入大均住宅面积环保投人人均公共建筑峻工面积面积R&D人员数量专利申请数量R&D人员占城镇人口规模比重R&D投资占一GDP比重外商直接投资外商直接投资增加量所有权属性建筑业机械设备台数一碳交易数量免费碳排放比例碳交易一碳交易代价价格碳惩罚价格碳惩罚代价下城镇人口规模（F）运行碳排放量农村人口+规模（F）直接碳排放量定额减少比例（F41）人均公共建筑面积碳惩罚数量（F43）节约能源标准建筑业运行碳排放强度建筑生命建材运输R&D投资距离建筑业间接碳排放建筑业产出值间接碳排放量强度建筑业赢Time7接碳排放强度定额碳排放数量定额碳排放减数量碳惩数量周期建筑废料运输距离直接碳排放量定额减少比例建筑业碳K人均住宅排放总量面积人均公共建筑面积2024.1运行碳排放量宏观经济该模型的适用性和合理性进行检验，以此确定该模型是否能够真实反映和描述现实问题。鉴于篇幅所限，文章着重介绍现实性检验。现实性检验是指通过比较模拟结果的演化趋势是否与历史统计值相符来衡量该模型的可靠性与准确性。文章选取云南省建筑业碳排放系统中2 0 1 0 一2019年为期1 0 年的建筑业直接碳排放量、间接碳直接碳排放量（万吨CO2）年份历史值2010348.482011416.632012418.842013411.282014458.112015472.902016504.562017556.502018623.302019715.86年份历史值20102698.5620112931.5720123361.4620133434.4120144172.4620154349.8920164412.2820174554.3320185052.6120195363.594.2情景分析为有效考察不同情境下调控变量的变化程度对云南省建筑业碳排放峰值的影响效果，文章采用情景分析法对未来可能出现的各种不确定性进行预测。情景调控变量现行情景所有权属性（F2)0外商直接投资增长率（F，）0城镇人口增长率（F。）0CM 122024.1中国市场2 0 2 4年第1 期（总第1 1 7 2 期）排放量、运行碳排放量和碳排放总量作为现实性检验变量，与模拟值相比较，以此证明该仿真模型的正确性和有效性，表1 展示了该模型的现实性检验结果。总体来说，除2 0 1 7 年的碳排放总量的相对误差较大外，其余年份均未超过8%，说明该模型能够较好地描述和反映云南省建筑业碳排放的系统现状。表1 云南省建筑业CO,排放系统仿真模型现实性检验结果模拟值354.98388.85433.85472.25527.78482.35419.32582.67662.48692.96运行碳排放量（万吨CO2）模拟值2572.973157.843314.373576.823826.603995.024127.614244.764714.275163.50间接碳排放量（万吨CO2）相对误差历史值0.01872149.270.06671785.150.03582293.650.14825660.590.15216280.610.02002699.510.16892892.990.04703133.500.06293219.08-0.03204337.93相对误差历史值-0.04655214.650.07725155.28-0.01406059.990.04159527.93-0.082910935.29-0.08167547.19-0.06457836.39-0.06808771.90-0.06708927.80-0.037310455.06分析法是指在充分回顾并分析历史数据的基础上，通过细致的、严谨的推断来阐述未来可能发生的各种指标变化，从而分析并判断实现相应目标的各种可能性以及为此采取的各种举措，具体调控方案如表2 所示。表2 具体调控方案高碳情景-0.00090.00010.0004模拟值2307.571471.492293.935908.926986.942499.963165.553014.843551.524582.57碳排放总量（万吨CO2）模拟值5235.525018.186041.789957.9911341.306977.347712.497842.278928.2710439.00相对误差0.07370.17570.00010.04390.11250.07390.09420.03790.10330.0564相对误差0.00400.02660.00300.04510.03710.0755-0.01580.10600.00010.0015低碳情景0.00010.00020.0003蒋永棋：云南省建筑业碳排放峰值预测研究调控变量R&D人员占城镇人口比重（Fio）建材运输距离（F13）建筑废料运输距离（Fi4）建筑生命周期（Fis)R&D投资占GDP比重量（F16）环保投人占CDP比重（Fis）产业结构（F20)节约能源标准（F24）峻工完成率（F29）农村人口增长率（F31）GDP增长率(F33)碳交易价格（F36）免费碳排放比例（F39）定额减少比例(F41)碳惩罚价格（F42）宏观经济续表现行情景高碳情景00.000172019.53029.5354000.000300.000400.00020.650.7500.00600.000300.002128.9857.960.60.50.010.015115.92231.84低碳情景0.000341929450.00100.0020-0.00010.850.008-0.00010.001886.980.40.020347.924图3 形象地展示了在现行情景、高碳情景、低碳情景下云南省建筑业碳排放量的总体变化趋势。从模拟结果可知，在现行情景、高碳情景和低碳情景下云南省建筑业碳排放总量将分别于2035年、2 0 3 8 年和2 0 3 5年实现碳达峰，其峰值分人均GDP300000别为9 42.0 4百万吨、1 0 9 1.3 3 百万吨和455.9 1 百万吨。虽说低碳情景下建筑业碳排放总量无法先于现行情景实现碳达峰，但其峰值却得到了显著降低。可见，该情景下调控变量的变化方向起到了显著的抑制作用。建筑业产出值30000200000元1000002010一关键影响因素调整：高碳情况关键影响因素调整：低碳情景环境代价30002000亿元10000201020000（亿元）10000020202030（年份）关键影响因素调整：现行情景20202030（年份）关键影响因素调整：现行情景一关键影响因素调整：高碳情景关键影响因素调整：低碳情景图3 不同情境下调控变量变化程度对相关变量的影响效果2040（万）5000002040201020101500001000002020（年份）关键影响因素调整：现行情景一关键影响因素调整：高碳情景关键影响因素调整：低碳情景建筑业碳排放总量20202030（年份）一关键影响因素调整：现行情景一关键影响因素调整：高碳情景关键影响因素调整：低碳情景2024.1CM13203020402040宏观经济从图3 可知，当建筑业产出值呈现上升趋势时，人均GDP、环境代价和建筑业碳排放总量亦随之上升，原因在于随着建筑业产出值不断增大，必然带动区域经济发展，但同样也带来新建建筑增多、建材大量消耗、施工强度显著增加、建筑存量明显过剩等一系列问题，进而引起建筑业直接、间接和运行碳排放显著增加，故而导致所付出的环境代价也必然加剧；而一旦产业结构调整，建筑业所占GDP比重下降，建筑业碳排放量也将随之下降，人均GDP和所付出的环境代价也会相对减少，但环境情况得到了一定程度的改善。5结论云南省建筑业最早于2 0 3 5年实现碳达峰，其峰值为455.9 1 百万吨。由此可见，云南省建筑业距离2030碳达峰目标的实现任重而道远。因此，未来建筑业应从以下几个方面着手进行建筑业碳减排举措。首先，在建筑施工的过程中，应竭力推广预制建筑和模块化建筑，使得建造过程集约化，从而有效减少建筑业在交通运输侧的碳排放。其次，在建筑材料方面，加速传统建材的可替代性研究，采用新型环保建材增强建体结构以延长建筑生命周期，从而减少新建建筑存量，有效抑制间接碳排放和运行碳排放的增加。最后，应加快建立碳交易市场机制，严格把控碳排放额度，实施严厉的碳惩罚措施，充分发挥碳市场的决定性作用，迫使相关建筑企业改善粗扩式发展模式，改良建筑工艺流程，从而在一定程度上抑制建筑业碳排放。以上种种举措需综合使用，方可有效促使云南省建筑业尽早实现碳达峰。参考文献：1 AHMAD M,ZHAO Z Y,LI H.Revealing stylized empiricalinteractionsamong construction sector,urbanization,energy consump-tion,economic growth and CO2 emissions in China J.Science of the中国市场2 0 2 4年第1 期（总第1 1 7 2 期）total environment,2019(657):1085-1098.2徐芸茜“双碳”目标下的中国建筑业：全过程碳排放总量占全国比重过半，如何实现碳中和？【EB/OLh t t p s：/a u t h o article&app_ id=1573796913023979.3 CHEN X,SHUAI C,WU Y,et al.Analysis on the carbonemission peaks of Chinas industrial,building,transport,and agricultur-al sectors J.Science of the total environment,2020(709):135768.4 DU Q,SHAO L,ZHOU J,et al.Dynamics and scenarios ofcarbon emissions in Chinas construction industry J.Sustainable cit-ies and 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