民用建筑碳排放的空间非均衡测度分解
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摘要：基于2004—2014年各省份碳排放数据，运用基尼系数结构分解、增量分解与子群分解的方法，分别从民用建筑类别、区域差异角度探究民用建筑碳排放空间非均衡现状。研究表明：研究期内我国民用建筑碳排放呈现急剧上升的趋势，整体呈“东高中西低”的空间非均衡特征，其中城镇住宅碳排放的均衡分布是基尼系数下降的主要原因；基尼系数结构分解结果表明，公共建筑对民用建筑碳排放非均衡的贡献最大；而区域子群分解结果表明，区域间差异是总体差异的主要来源，并且西部地区不均衡程度远高于东部、中部地区。随后针对研究结论提出相关建议，以期为制定地区碳减排政策提供依据。
关键词：民用建筑；CO2排放；非均衡性；基尼系数；地区差异
城镇化的推进带动了建筑业的空前发展，由此带来的高能耗问题日渐突出。目前我国民用建筑运行能耗已达全社会能耗的三分之一，其中，公共建筑单位面积能耗高达21.3kgce/m2，是民用建筑中单位面积能耗最高的建筑类型[1]。建筑用能所消耗的电力与化石能源势必产生大量的碳排放（CO2），使我国的碳减排工作面临巨大挑战。由于区域间经济与居民生活水平差异较大，目前我国民用建筑碳排放已呈现出明显的空间非均衡特征[2]。
1文献综述
碳排放由于其负外部性危害着全人类的发展，故地区间碳排放不均衡一直都是国内外研究的热点问题，而其原因可分为区域差异以及碳排放结构来源差异。Clarke-Sather等[3]与颜艳梅等[4]认为，我国区域碳排放呈现出东高西低的非均衡格局是由于地区间考虑技术水平的经济差异所致。李建豹等[5]研究发现，由于居民生活水平的不同，西北地区在省内、省间及城市与农村间，居民生活碳排放也存在显著差异。碳排放构成要素的空间非均衡及各要素构成比例不同也会对总体均衡性产生影响。Xu等[6]通过基尼系数分解的方法，研究发现中国城镇家庭碳排放的不均衡主要由家庭消费结构差异引起，其中住宅能耗（电力、燃料、供暖）的比例变动相较于食品、交通等能耗是碳排放不均衡的首要因素。Chen等[7]研究认为，原煤作为碳排放主要来源，其主要分布在我国北部，各地跨省运输带来了大量的CO2排放，故其对我国区域碳排放不均衡贡献最大，而洗精煤、其他洗煤、型煤贡献率相对较低。民用建筑作为居民生活碳排放的主要来源，有关其碳排放空间特征的研究相对少见。一方面，虽然建筑为使用者提供了工作与生活环境，但使用者才是建筑碳排放产生的核心，因此，地区经济及居民生活水平差异将拉大民用建筑碳排放的区域差异。另一方面，公共建筑单位面积能耗远高于住宅，不同地区建筑类别构成的差异也将会影响民用建筑碳排放的空间均衡性。综上所述，以往对碳排放不均衡的研究大都以省域全行业为研究对象，且集中于区域差异对碳排放不均衡的影响，少有关于碳排放结构来源对不均衡问题的影响研究。而民用建筑碳排放不仅在全社会碳排放中所占比例日趋增大，同时还与居民生活息息相关。对此，本文采用基尼系数分解的方法探讨民用建筑碳排放来源构成（住宅与公共建筑）和区域差异分别会对地区间民用建筑碳排放不均衡性造成的影响，以期实现不同区域享有公平碳排放权的国民诉求，同时为我国节能减排与缩小区域差异工作提供有力依据。
2研究方法
2.1碳排放核算方法
参照清华大学建筑节能研究中心[1]的建筑划分方法可将我国建筑用能分为城镇住宅用能、公共建筑用能以及农村住宅用能三类。民用建筑碳排放主要来自为满足人们日常生活如采暖、炊事、空调、生活热水、照明等所产生的能源消耗，碳排放量按式（1）计算。（1）式中：C为民用建筑碳排放总量，吨；Ei为运行阶段第i种能源消耗量；αi为第i种能源的CO2排放系数（吨CO2/吨），取值参考《综合能耗计算通则》（GB/T2589—2008）；电力CO2排放系数取自《省级温室气体清单编制指南》。除西藏、港澳台地区数据缺失外，其余30个省份民用建筑能耗数据取自2005—2015年《中国能源统计年鉴》中能源平衡表部分。
2.2基尼系数
基尼系数多用于衡量不均衡程度[9]。相较于变异系数、Theil指数等衡量不均衡的常用方法而言，基尼系数因其易用性和可分解性使其应用更为普遍。同时基尼系数具有以下功能：（1）可以直接衡量我国民用建筑碳排放省域间以及三大区域间的不均衡程度；（2）可以根据不同建筑类型进行分解，以找出公共建筑、城镇住宅、农村住宅对我国民用建筑碳排放不均衡的贡献率；（3）可以从区域角度进行分解，找出各区域间和区域内部对我国民用建筑碳排放不均衡的贡献率。因此，基于上述分析和考虑，选择基尼系数作为本研究的主要方法。考虑到民用建筑碳排放主要来源于居民生产生活且各区域人口差异较大，故构建人均碳排放基尼系数如公式（2）、公式（3）所示：（2）（3）其中：G和Gk分别为全国民用建筑和第k类（k=城镇住宅，农村住宅，公共建筑）民用建筑的人均碳排放基尼系数；μ和uk分别为全国民用建筑和第k类民用建筑人均CO2排放量，吨/人；aci和acj分别为第i区域和第j区域的民用建筑人均CO2排放量；aci,k和acj,k分别为第i区域和j区域的第k类民用建筑人均CO2排放量，吨/人；n代表省份。基尼系数的取值区间为[0,1]，基尼系数越大则代表碳排放分配不平等程度越大。按一般规定，0.4通常作为基尼系数“警戒线”，若基尼系数高于0.5，则代表碳排放量分配差距悬殊。
2.3基尼系数的分解
2.3.1基尼系数的结构分解根据Lerman&Yitzhaki[10]的方法，将基尼系数按建筑类别进行结构分解如公式（4）所示：（4）式中：代表集中系数（也称伪基尼系数）；Ek代表第k类表1民用建筑能耗测算表[8]建筑类别能源平衡表分项能源类别城镇住宅城镇分项原煤、其他洗煤、型煤、焦炭、焦炉煤气、燃料油、液化石油气、天然气、热力5%的煤油和柴油农村住宅乡村分项公共建筑批发、零售业和住宿、餐饮业以及其他分项5%的汽油，35%的煤油和柴油注：工业分项与交通运输、仓储和邮政业分项能耗属于生产、交通能耗，故未计入。建筑（城镇住宅、农村住宅、公共建筑）碳排放在总碳排放量中所占的比例；Gk代表第k类建筑的人均碳排放基尼系数（Gk在计算时依第k类建筑人均碳排放由低至高排序，而在计算时按照民用建筑整体人均碳排放排序，故称其为伪基尼系数）；Rk代表第k类建筑与民用建筑的人均碳排放基尼系数的相关性系数，取值为[-1,1]，按式（5）计算：（5）式中：xk为我国第k类民用建筑碳排放；F(x)和F(xk)分别为我国民用建筑和第k类民用建筑碳排放的累计分布。由此得到我国第k类建筑对民用建筑人均碳排放基尼系数的贡献率为Sk，如式（6）所示：（6）2.3.2基尼系数的增量分解鉴于式（4）可对增量基尼系数进行分解[11]，如式（7）所示：（7）式中：t表示当期，b表示基期；，；代表结构效应，表示民用建筑中各类建筑的数量比例对基尼系数的影响；代表集中效应，表示民用建筑集中程度即地区差异对基尼系数的影响；代表前两者效应共同对基尼系数造成的影响，称为综合效应[12]。2.3.3基尼系数按子群分解按照Mookherjee&Shorrocks[13]的分解思路，可按一定标准将全国分为p个区域子群，其中第m区域的民用建筑人均碳排放基尼系数为Gm，将式（2）分解成如式（8）所示：（8）式中：Vm=nm/n，代表样本比重；λm=μm/μ，代表第m区域民用建筑人均碳排放与全国民用建筑人均碳排放之比，反映了第m区域的民用建筑碳排放水平。公式（8）中等号右边第一项为区域内碳排放不均衡贡献度，第二项代表区域间碳排放不均衡贡献度，第三项为剩余项R，反映了不同区域间重叠交错影响，即整体民用建筑人均碳排放是否有明显分层（区域）现象存在。
3结果与分析
3.1我国民用建筑碳排放现状分析
由东至西将我国以三大区域划分（东部地区：北京、天津、河北、辽宁、上海、江苏、浙江、福建、山东、广东、海南；中部地区：山西、吉林、黑龙江、安徽、江西、河南、湖北、湖南；西部地区：内蒙古、广西、重庆、四川、贵州、云南、陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆).2004—2014年我国民用建筑碳排放年均增长率达12.2%，远高于人口增长速度（0.54%），与我国GDP增长（15.11%）持平。对比建筑业产值年均增长率（19.81%）以及人均施工面积由2004年2.41m2/人增长至2014年9.19m2/人，可以认为这期间建筑业的蓬勃发展与人民生活水平的提高带动了建筑碳排放量的持续攀升。从空间角度来看，我国整体民用建筑碳排放呈现东高、中西低的地域不均衡格局，这与Clarke-Sather等[3]认为的富裕地区人均CO2排放量更高的结论相符。此外，自2006年起，公共建筑碳排放量远高于城镇及农村住宅，年均占比40.16%，是民用建筑碳排放的主要来源，因此，合理实施公共建筑碳排放权交易体系抑制公共建筑碳排放将是碳减排的关键[14]。
3.2我国民用建筑碳排放非均衡性分析
按式（2）及式（3）计算我国民用建筑人均碳排放基尼系数如表3所示。研究期内我国民用建筑人均碳排放基尼系数年均为0.293，以3.53%的速率逐年递减。这表明各省民用建筑碳排放虽存在明显差异，但整体处于相对公平的范围内，且随着各省经济的发展，这种不均衡性正趋于弱化。进一步分析发现，省域间农村住宅人均碳排放基尼系数年均为0.235，相较于城镇住宅（0.285）和公共建筑（0.418），其非均衡程度最低。这与我国快速的城镇化进程有关，区域间城镇化进程的差异将拉大城市间生产生活水平的差异，但农村发展却一直处于较低且平稳的发展状态。此外，日常办公、娱乐能耗远大于生活能耗，地区经济发展的差异将导致公共建筑碳排放的非均衡程度相对更高，而公共建筑作为民用建筑碳排放的主要来源，其人均碳排放基尼系数年降低率（3.68%）低于城镇住宅（4.11%）与农村住宅（4.15%）的年降低率，这势必将对省域间民用建筑碳排放的均衡性造成消极影响。
3.3不同建筑类别对我国民用建筑碳排放不均衡的影响
按式（6）将2004—2014年我国民用建筑人均碳排放基尼系数根据建筑类别进行分解.从碳排放的结构来源来看，2004—2014年公共建筑对我国民用建筑碳排放不均衡贡献最大，年均贡献率达56.86%，且呈现逐渐上升的趋势。此外，农村住宅碳排放贡献率却一直呈下降趋势，研究期内年均贡献率仅为12.88%。对比研究期内公共建筑（-0.15）与城镇住宅（-0.127）的基尼系数变化量，公共建筑碳排放空间均衡分布将是改善我国民用建筑碳排放均衡性的关键。
3.4我国民用建筑人均碳排放增量基尼系数的逐年分解
经式（7）对2004—2014年民用建筑人均碳排放增量基尼系数进行分解。研究期内民用建筑人均碳排放基尼系数逐年变化量逐步减小，这表明我国民用建筑碳排放均衡性正趋于稳定。首先，集中效应年均-0.013，并且城镇住宅集中效应累计贡献占比51%，这表明区域差异的缩小是省域间民用建筑人均碳排放基尼系数下降的主要原因，而这主要是因为城镇住宅碳排放在区域均衡分布的结果。其次，结构效应年均0.003，这说明三类建筑比例构成对民用建筑碳排放均衡性呈消极影响，其中公共建筑影响最大且呈负向影响，结合前文公共建筑是民用建筑碳排放的最主要来源，其人均碳排放基尼系数下降相对缓慢的结论，公共建筑是省域间民用建筑碳排放不均衡的首要结构效应因素。最后，综合效应影响较小，这表明民用建筑碳排放逐年均衡主要是受区域集中效应的影响。
3.5区域差异对我国民用建筑碳排放不均衡的影响
为研究民用建筑碳排放的集中效应，将研究对象划分为三大区域，并根据式（8）将民用建筑人均碳排放基尼系数分解为区域内差异、区域间差异及剩余项.2004—2014年，我国西部地区民用建筑人均碳排放基尼系数均值为0.32，远大于东部地区（0.28）和中部地区（0.15）。若以三大区域为界限划分，西部地区的民用建筑碳排放不均衡程度远大于中部、东部地区。这与我国西部地区人口相对稀疏有关，研究期内我国西部地区人口年均占比仅为27.24%，远低于东部（40.31%）与中部（32.45%），西部地区落后的经济发展与“地广人稀”加大了民用建筑碳排放的不均衡。研究期内区域间差异年均贡献率为37.48%，是我国民用建筑碳排放空间非均衡程度降低的主要原因，其次是区域内差异（32.14%）以及剩余项（30.38%），然而三者间的差距并不大，这表明以三大区域来划分民用建筑碳排放的空间分层并不明显，区域间聚合交错程度较高。值得注意的是，区域内差异贡献率年均增长率为3.01%，高于区域间（1.61%），而剩余项贡献率则逐年递减，这说明随着经济的发展，民用建筑碳排放空间分层状态愈发清晰，而这种状态将不仅以三大区域为界限，而将会在三大区域的基础上形成更小的区域界限划分。
4结论及建议
伴随着民用建筑碳排放在全社会碳排放中所占比重日益增多，空间非均衡性已成为民用建筑碳排放的典型特征。本文利用2004—2014年我国30个省份碳排放数据通过基尼系数分解的方法对我国民用建筑碳排放非均衡问题进行了研究。主要结论如下：（1）研究期内我国民用建筑碳排放逐年升高，并且总体呈现出“东高中西低”的不均衡格局。其中，公共建筑碳排放年均占比40.16%，是我国民用建筑碳排放的主要来源。（2）对民用建筑人均碳排放基尼系数的增量分解显示集中效应对碳排放空间均衡的贡献最大，其中城镇住宅碳排放的区域分布均衡是基尼系数下降的主要原因。而对基尼系数的结构分解则表明公共建筑对民用建筑碳排放不均衡的贡献率最高，其次是城镇住宅和农村住宅。从区域差异角度来看，区域间差异是总体差异的主要来源。进一步分析发现，以三大区域为界的民用建筑碳排放空间分层并不显著，区域间聚合交错程度较高，但呈现出了在三大区域基础上形成更小区域范围划分的趋势。上述研究结论对我国节能减排及缩短地区差异具有重要的政策含义：首先，民用建筑碳排放的不均衡将直接影响碳减排政策的实施效率，鉴于区域差异是引起碳排放不均衡的主要原因，因而碳减排政策应着力于人均碳排放更多、减排潜力更大的东部地区。同时考虑到排放与减排责任相匹配的原则，为保证碳减排政策的公平性，各省应由原本的措施性政策转向以总量控制为目标的方法，以碳配额政策为指导，对碳税等碳减排政策进行“差异化”对待。其次，公共建筑是民用建筑碳排放的主要来源，也是碳排放不均衡的主要贡献者。自“十二五”起，公共建筑就已被列为节能重点领域，而目前主要节能措施可分为节能改造及碳交易。将高校、大型商场、办公楼等强制列为节能改造项目实施能耗限额管理，同时在试点城市的基础上推动全国公共建筑碳排放权交易体系的建立[16]，将对维持各省民用建筑碳排放空间均衡及经济可持续发展发挥至关重要的作用。最后，民用建筑碳排放呈现出的“东高中西低”格局与我国“东强西弱”的经济发展与人口分布不均衡相对应，这表明民用建筑碳排放与地区经济及人口特征具有明显的关联性。然而，虽然民用建筑碳排放有以三大区域为界限的空间分层趋势，但目前并不显著，这表明我国在制定区域碳税碳排放权政策的基础上应当摒弃简单以三大区域划分的原则，而应在其基础上，将各省经济、人口、建筑业的发展等因素综合纳入考虑范围内，从而形成更小范围的界限划分，以便于区域协同发展战略及缓解性政策的制定与实施。
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作者:吴珺华 刘喆 韩佳慧 单位:西安建筑科技大学管理学院 吉林建筑大学经济与管理学院 中建二局安装工程有限公司