基于项目级数据的建筑施工碳排放系统动力学分析：驱动因素、减排路径与政策启示

《Environmental Technology & Innovation》：System dynamic analysis on building construction associated carbon emissions using project-level data: drivers, mitigation pathway and policy insights

为解决建筑建造过程碳排放动态演化及多因素交互机制研究不足的问题，研究人员结合DPSIR框架、DEMATEL-ISM和系统动力学(SD)方法，开展了基于190个建筑项目数据的多因素影响机制研究。结果表明，建筑面积和项目预算是核心驱动因素，材料碳强度(F6)、能源碳强度(F7)和废弃物总量(F5)是直接影响碳排放的表层因子，三者合计权重占21.6%。研究揭示了"规模驱动→资源消耗→末端排放"的传导路径，证实多因素协同调控对实现建筑行业碳减排至关重要。

　　

随着全球人口增长和快速城市化，建筑工程的规模和数量持续上升，导致不可再生资源的大量消耗和二氧化碳排放。然而，针对建筑建造阶段碳排放的动态演化研究以及复杂多因素交互机制的分析仍然有限。现有研究多基于宏观统计数据，采用IPAT、Kaya恒等式、STIRPAT或LMDI分解等模型，聚焦人口增长、经济发展、能源结构和技术效率的作用，但缺乏从微观项目层面系统量化碳排放影响因素及其动态反馈机制的研究。

为弥补这一研究空白，研究人员在《Environmental Technology》上发表了题为"System dynamic analysis on building construction associated carbon emissions using project-level data: drivers, mitigation pathway and policy insights"的论文。该研究引入驱动-压力-状态-影响-响应(DPSIR)框架，构建了包含25个关键影响因素的清单，基于190个建筑项目案例，采用决策试验与评价实验室-解释结构模型(DEMATEL-ISM)和系统动力学(SD)相结合的方法，揭示了建筑施工碳排放的五级层次传导机制。

研究采用了多阶段研究方法：首先通过Python文本挖掘从建筑项目文档中识别影响因素，并基于DPSIR框架进行分类；随后利用DEMATEL-ISM模型分析因素间的因果关系和层次结构，通过计算影响度、被影响度、中心度和原因度等指标量化因素间相互作用；最后构建包含工程项目经济、能源消耗、建筑材料和废弃物管理四个子系统的SD模型，模拟2012-2035年建筑建造过程的动态演化。

研究结果通过多个子系统揭示了碳排放的复杂机制：

3.1. 影响因素清单

研究建立了包含25个代表性指标的碳排放影响因素综合清单，涵盖驱动因素（如建筑面积、项目预算）、压力因素（如混凝土消耗、钢材消耗）、状态因素（如材料碳强度、能源碳强度）、影响因素（如建筑施工总碳排放量）和响应因素（如能源利用效率、废弃物回收率）五个维度。

3.2. 影响因素分析

3.2.1. 属性分析

结果显示建筑面积(F1)和项目预算(F2)是核心驱动因素，影响度分别为1.785和1.421。材料碳排放强度(F6)、能源碳排放强度(F7)和废弃物总量(F5)是直接影响的表层因子，其中F6的中心度最高(2.222)，权重最大(0.077)。

3.2.2. 交互关系分析

研究发现建筑面积和项目预算主要呈现单向影响，而技术装备率(F9)与机械功率(F15)等存在双向交互关系，反映了复杂的反馈机制。

3.2.3. 层次结构分析

通过ISM模型构建了五级层次结构：第一层为材料碳强度、能源碳强度和废弃物总量等直接影响因素；第二层包括材料消耗总量、能源消耗总量等资源消耗指标；第三层涵盖劳动生产率、技术装备率等效率指标；第四层包括劳动力数量、机械成本等间接因素；第五层为建筑面积和项目预算等根本驱动因素。

3.3. 影响机制分析

3.3.1. 工程项目经济子系统

项目预算和建筑面积是系统的核心驱动力，2012-2020年间随着中国快速城市化进程，平均建筑面积从82,670平方米增加到121,153平方米，项目预算从43.984亿元增加到62.812亿元。

3.3.2. 材料消耗子系统

混凝土和钢材是碳排放主要贡献者(占76.96%)，2012-2020年材料消耗显著增长，2021年达到239,800吨，推动材料相关碳排放达到49,400吨CO₂e。

3.3.3. 能源消耗子系统

电力和柴油消耗是主要驱动因素，占排放量的95%以上。能源碳排放呈现明显阶段性特征，预计2028年达到峰值675.12吨CO₂e后开始下降。

3.3.4. 废弃物子系统

建筑废弃物产生量呈现先增长后下降的特点，废弃物回收率从15%提高到38%，通过分类管理和有效处理实现再生材料的闭环应用。

研究结论表明，建筑施工碳排放遵循"规模驱动→资源消耗→末端排放"的传导路径，各因素之间存在复杂的反馈和耦合关系，并呈现明显的阶段性特征和系统滞后效应。单维度优化不足以实现显著减排，需要多因素协同控制和系统干预，协调经济发展、资源效率和环境治理需求。

该研究的重要意义在于建立了从因素识别到机制分析、系统模拟和减排策略制定的建筑施工碳排放综合研究框架，克服了传统宏观和静态分析的局限性，为全球建筑行业碳减排提供了科学支持和实践方法论。研究提出的DEMATEL-ISM-SD耦合模型为复杂系统分析提供了新方法，而基于项目级数据的微观分析为精准减排提供了实践指导。