关 军，蒋立红，张智慧，郭海山，张起维，胡安琪

（1. 中国建筑股份有限公司技术中心，北京 100037，E-mail：guan_jun.hit@163.com；2. 清华大学 建设管理系，北京 100084；3. 中国建筑股份有限公司科技与设计管理部，北京 100037）

中国建筑业碳排放增长的结构分解分析

关 军1，2，3，蒋立红1，3，张智慧2，郭海山3，张起维1，胡安琪1

（1. 中国建筑股份有限公司技术中心，北京 100037，E-mail：guan_jun.hit@163.com；2. 清华大学 建设管理系，北京 100084；3. 中国建筑股份有限公司科技与设计管理部，北京 100037）

为分析建筑业碳排放增长的主要影响因素，基于投入产出技术与完全分解方法构建了结构分解分析模型，将影响建筑业碳排放的因素分解为列昂惕夫效应、强度效应和终端需求规模效应，并对1997～2012年间中国建筑业碳排放进行了实证研究。结果表明：1997～2012年建筑业碳排放增长了2.9845×109 t。其中，终端需求规模效应（155%）是拉动建筑业碳排放增长的主要原因，其次是列昂惕夫效应（43%），而强度效应（-98%）则在很大程度上抑制了碳排放增长；从部门层面看，对碳排放增长拉动作用显著的部门主要包括电力、热力生产和供应业，金属冶炼及压延加工业等；从能源类型层面看，建筑业碳排放增长主要由煤炭（72.67%）和焦炭（12.47%）决定。

建筑业碳排放；投入产出技术；结构分解方法；终端需求规模效应；列昂惕夫效应

2014年IPCC第5次评估报告显示，2010年全球32%的终端能源消耗和30%的碳排放与建筑产业有关[1]。当前我国正处于快速城镇化发展阶段，建设规模巨大，因此控制建筑业能耗及碳排放对促进节能减排和社会可持续发展具有重要意义。

对建筑业能耗及碳排放的研究在近年来逐渐成为热点，生命周期评价（LCA）成为主流研究方法。Suzuki等[2]构建投入产出生命周期评价（IO-LCA）模型测算了日本各类房屋建筑的完全能耗与碳排放，并估计了单位建筑面积能源消耗与碳排放水平。Upton等[3]采用CORRIM的过程分析数据对比分析了美国木结构房屋和钢筋混凝土结构房屋的物化能耗和温室气体排放水平。Sharrard等[4]构建了层次化混合LCA模型测算了美国建筑业的能耗与环境影响，其中材料的环境影响测算方法为IO-LCA，施工阶段环境影响测算采用过程分析方法。常远等[5]应用LCA模型计算了中国2007年所建城市住宅的能耗总量，发现运行能耗在全生命期能耗中所占比例为70%，煤炭和电力占据了总能耗的80%。Chang等[6]构建了IO-LCA模型，基于2002年投入产出表的直接消耗系数测算了中国2002～2007年的建筑业物化能与大气排放水平，并采用情境分析方法预测了2015年建筑物化能耗与大气排放。张智慧等[7]应用投入产出分析方法计算了2002、2005和2007年中国建筑业直接、间接和完全碳排放。

当前关于建筑业能耗及碳排放的研究主要集中在核算方法方面，对相关影响因素的研究还较少。分解分析方法作为一种事后分析方法，能够基于历史数据识别与分析研究对象发展过程的影响因素，具有更充分利用历史信息的优点[8]。分解分析主要包括结构分解分析（SDA）和指数分解分析（IDA）两大类方法，其中SDA具有研究变量意义明确，能够识别终端需求、技术变化等直接和间接因素的影响等优势[8，9]。为分析建筑业碳排放的影响因素，该研究首先构建了测算建筑业碳排放的IO-LCA模型，在此基础上结合完全分解方法建立了结构分解模型，分析了部门碳排放强度、投入产出结构和建筑业终端需求规模3个因素对1997～2012年中国建筑业碳排放增长的影响。该研究有助于识别建筑业碳排放增长的主要影响因素，从部门和能源类型等层面追溯控制建筑业碳排放的重点，为建筑业节能减排和绿色发展提供参考与借鉴。

1 方法与数据

1.1 投入产出生命周期评价模型

投入产出生命周期评价（IO-LCA）模型能够借助经济投入产出表所反映的部门间的关系来测算某个部门的完全碳排放或环境影响，该研究应用IO-LCA模型来计算建筑业完全碳排放。建筑业完全碳排放（以下简称建筑业碳排放）由建筑业直接碳排放和间接碳排放构成，前者主要指建筑业本身的碳排放，后者指关联产业投入到建筑业的碳排放，属于建筑业对其他行业碳排放的拉动量[7]。

建筑业碳排放的计算公式为：

式中，ρS为碳排放强度矩阵（以t/万元计）；其中ρ为碳排放系数矩阵（以t/t计），中国各部门的能源消耗（以t标准煤计）通常按煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然气和电力等9类能源消耗来统计，该研究采用的碳排放系数引自《2006年IPCC国家温室气体排放清单指南》，并考虑了碳氧化率的影响[14]；S为国民经济部门的能源消耗强度矩阵（以t标准煤/万元计），根据部门能耗值与总产出的比值计算得到。（I-A）-1为列昂惕夫逆矩阵，体现了部门间的完全消耗关系；D为终端需求规模列向量（以万元计），建筑业对应的元素值为建筑业的最终产出，其余元素为0。

借助投入产出表计算部门完全碳排放会面对能耗统计数据和投入产出表的部分划分不完全一致的问题，因此需要对部门划分进行调整。此外，应用SDA方法必须保证所有投入产出表的部门划分保持一致性。该研究采用1997、2002、2007和2012年投入产出表对1997～2012年的建筑业碳排放进行结构分解分析，结合以上因素将投入产出表均合并调整为28部门，如表1所示。此外，该研究应用GDP平减指数将部门总产出和建筑业最终产出等经济统计数据统一转化为2000年不变价，以消除价格因素的影响。

表1 国民经济部门分类名称和编号

1.2 结构分解分析模型

在分解分析中，假设变量V取决于X和Y两个因素的影响：V=XY，则变量V在（0，t）时间段内的变动可以分解为：

此处Y0△X是X引起V变动的效应；X0△Y是Y引起V变动的效应；△X△Y是分解残差，代表了X与Y交互变动对V的影响。

为提高分解的精确度和消除残差，Sun[10]提出了完全分解模型，将近似分解产生的残差（代表了交换影响效应）平均分配到各效应中。Dietzenbacher和Los[11，12]提出了另一种可以消除残差的完全分解模型，该分解方法借助Laspeyres和Paasche指数，并通过加权这两种指数来进行分解，导致该方法应用比较复杂且分解结果可能因合成权重的不同而有很大不同[13]，因此该研究采用Sun的完全分解模型来分解影响因素。

根据完全分解模型[10]，X和Y对V变动的影响可分别分解为：

一般情况下，假设V受n个因素（X1，X2，…，Xn）的影响。任一因素Xi对V变动的影响效应[10，13]为：

根据式（1），建筑业碳排放受部门碳排放强度、列昂惕夫逆矩阵和终端需求规模三类因素影响。因此，将建筑业碳排放的影响因素分解分别为：

强度效应（Z1）：代表了部门碳排放强度对建筑业碳排放的影响；

列昂惕夫效应（Z2）：代表了建筑业与国民经济部门间的联系对建筑业碳排放的影响；

终端需求规模效应（Z3）：代表了建筑业最终产出规模对建筑业碳排放变化的影响。

根据式（5），以上效应的计算公式分别为：

总效应为：

各效应对总效应的相对贡献率可分别定义为：

2 结果分析

2.1 在各阶段的分解

基于所构建的结构分解分析模型，利用1997、2002、2007和2012年中国投入产出表[15-18]和《中国统计年鉴》中部门能源消耗统计数据[19]，计算得到建筑业碳排放在各阶段的分解结果，如表2所示。

表2 各阶段建筑业碳排放的结构分解 （104t）

从表2可以看出，1997～2012年建筑业碳排放增长迅速，从1997年的1.4152×109t增长到2012年的4.3996×109t，增长了2.9845×109t（211%）。终端需求规模效应（155%）是拉动建筑业碳排放增长的主要原因，其次是列昂惕夫效应（43%），而强度效应（-98%）则在很大程度上抑制了碳排放增长。

从以5年为间隔的分阶段来看，建筑业碳排放增长量呈现显著放大趋势：1997～2002年增长了1.1633×108t，2002～2007年增长了8.3734×108t，2007～2012年增长了2.0308×109t。从各效应分解结果看：终端需求规模效应一直显著拉动了碳排放的增长；列昂惕夫效应除2007～2012年外也拉动了碳排放增长；强度效应在1997～2002年和2002～2007年两个阶段都对降低碳排放发挥了显著作用，而2007～2012年强度效应较弱地拉动了碳排放增长。

2.2 在部门层面的分解

对1997～2012年建筑业碳排放在部门层面的分解结果，如表3所示。

表3 1997～2012年建筑业碳排放增长在部门层面的分解 （104t）

从表3可以看出，对总效应贡献最大的部门是电力、热力生产和供应业（1.1593×109t），其次是金属冶炼及压延加工业（6.4318×108t），石油加工、炼焦及核燃料加工业（4.0624×108t），非金属矿物制品业（3.0345×108t），煤炭开采和洗选业（2.0185×108t）和化学工业（1.1932×108t）。各部门的强度效应都发挥了降低碳排放的作用，其中作用显著的部门有：热力生产和供应业（-9.4341×109t），金属冶炼及压延加工业（-7.4357×108t），石油加工、炼焦及核燃料加工业（-3.2252×108t），非金属矿物制品业（-2.1623×108t），煤炭开采和洗选业（-1.7997× 108t），化学工业（-1.7265×108t）和石油和天然气开采业（-1.3502×108t）。大部分部门的列昂惕夫效应拉动了碳排放增长，其中拉动效应显著的部门有：电力、热力生产和供应业（6.6559×108t），金属冶炼及压延加工业（4.2093×108t），石油加工、炼焦及核燃料加工业（1.1881.0624×108t），煤炭开采和洗选业（1.0541×108t）；而非金属矿物制品业的列昂惕夫效应（-1.0776×108t）发挥了降低碳排放的作用。各部门的规模效应均拉动了碳排放增长，其中拉动效应显著的部门有：电力、热力生产和供应业（1.4371×109t），金属冶炼及压延加工业（9.6582×108t），非金属矿物制品业（6.2743×108t），石油加工、炼焦及核燃料加工业（6.0994×108t），煤炭开采和洗选业（2.7640×108t），化学工业（2.3213×108t），石油和天然气开采业（1.0907×108t）和交通运输业（1.0151×108t）。

2.3 在能源类型层面的分解

对1997～2012年建筑业碳排放在能源类型层面的分解结果，如表4所示。

表4 1997～2012年建筑业碳排放增长在能源类型层面的分解 （104t）

从表4可以看出，1997～2012年建筑业碳排放增长主要由煤炭（2.1688×109t，72.67%）决定，其次是焦炭（3.7204×108t，12.47%）、原油（1.7863×108t，5.99%）和电力（1.1633×108t，3.9%）。除天然气外，各类能源的强度效应都发挥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）最为显著。各类能源的列昂惕夫效应都在一定程度上拉动了碳排放增长，其中煤炭（9.6536×108t）和焦炭（1.8092×108t）的列昂惕夫效应最为突出。各类能源的终端需求规模效应都大大拉动了碳排放增长，其中煤炭（3.4010×109t）、焦炭（4.5618×108t）、原油（3.9316×108t）和电力（1.1377×108t）最为显著。

3 结语

为分析建筑业碳排放的影响因素，本文基于投入产出技术结合完全分解方法构建了建筑业碳排放的结构分解分析模型，将建筑业碳排放的影响因素划分为强度效应、列昂惕夫效应和终端需求规模效应三类因素，并对1997～2012年建筑业碳排放增长进行了实证研究。结果表明：1997～2012年建筑业碳排放增长迅速，从1997年的1.4152×109t增长到2012年的4.3996×109t，增长了2.9845×109t。其中，终端需求规模效应（相对贡献率155%）是拉动建筑业碳排放增长的主要原因，其次是列昂惕夫效应（相对贡献率43%），而强度效应（相对贡献率-98%）则在很大程度上抑制了碳排放增长；从关联部门层面看，对1997～2012年建筑业碳排放增长拉动作用显著的部门主要包括电力、热力生产和供应业（1.1593×109t），金属冶炼及压延加工业（6.4318×108t），石油加工、炼焦及核燃料加工业（4.0624×108t），非金属矿物制品业（3.0345×108t），煤炭开采和洗选业（2.0185×108t）和化学工业（1.1932×108t）；从能源类型层面看，1997～2012年建筑业碳排放增长主要由煤炭（2.1688×109t，72.67%）决定，其次是焦炭（3.7204×108t，12.47%），原油（1.7863×108t，5.99%）和电力（1.1633×108t，3.9%）。

本文所构建的结构分解分析模型结合了完全分解方法，消除了分解残差，提高了结果准确性。但仍存在结构分解分析方法固有的一些不足：一是结构分解分析依赖于投入产出表，限制了在无投入产出表年份的应用；二是结构分解分析需要应用多个投入产出表，且保持部门划分一致，增加了数据处理工作量；三是结构分解分析都是基于历史数据，难以应用于预测研究。总之，该方法还需要继续探索和发展，简化该方法的应用，扩展应用范围。

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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

关 军（1977-），男，博士，副教授，研究方向：建设项目环境影响分析，工程经济与管理；

蒋立红（1962-），男，教授级高级工程师，研究方向：新型绿色建材，绿色建造，建筑工业化；

张智慧（1963-），男，教授，博士生导师，研究方向：建设项目环境影响分析，工程经济与管理；

郭海山（1976-），男，博士，教授级高级工程师，研究方向：建筑工业化，绿色建造；

张起维（1988-），男，硕士，研究方向：新型绿色建材，绿色建造；

胡安琪（1980-），女，本科，研究方向：工程经济。

2016-08-29．

国家重点研发计划课题（2016YFC0701701）；中国工程院重点咨询研究项目（2016-XZ-14）；国家自然科学基金项目（70971075）．