《Journal of Environmental Sciences》：Greenhouse Gas Emissions from Construction Machinery in China: Historical Trends and Prospective Reduction Pathways
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中国城市化驱动建设机械广泛部署，导致CO?、CH?、N?O排放显著增加，其中CO?占比超98%。通过调查2013-2022年机械数量、作业时长等数据，结合LEAP模型分析四类情景，发现设备升级（中国StageⅢ占比69%）和电力替代可降低30%-90%排放，东中部因基建需求贡献47%和18%排放量。
作者：林振芹、崔阳阳、黄光汉、易华为、刘凯云、薛一峰、聂磊
单位：首都师范大学资源环境与旅游学院，北京 100048，中国
摘要
中国快速的城镇化进程推动了大规模的基础设施建设活动，导致燃油动力建筑机械的广泛使用以及大量的温室气体（GHG）排放。我们结合了对建筑机械数量、运行时间和负载因素的调查，量化了2013年至2022年间中国建筑机械的温室气体排放（CO?、CH? 和 N?O）。利用低排放分析平台（LEAP）在基准情景、市场驱动情景、政策引导情景和监管驱动情景下对排放进行了建模，模型参数包括机械保有量增长、电气化率和每小时燃油消耗量。研究结果表明，2013年至2022年间，建筑机械数量显著增加，导致 CO? 和 N?O 排放量同步增长；而 CH? 排放量由于排放强度的降低而呈现逐年下降的趋势。CO? 当量（CO? eq）排放量从2013年的水平增加了17%，到2022年降至7.3×10?吨 CO? eq，其中 CO? 占总温室气体排放量的98%-99%，N?O 和 CH? 分别占1.2%和0.1%。主要排放来源是中国三级标准建筑机械（69%）、挖掘机（64%）以及高功率设备（>130 kW，占30%-90%）。从空间分布来看，2022年中国东部地区的排放量占全国总量的47%，其次是中部地区（18%），这主要与当地较高的经济发展水平和基础设施建设需求有关。情景分析表明，减少建筑机械数量、提高电气化率和提升燃油效率可以带来显著的减排效果，在监管驱动情景下可实现高达97%的减排潜力。
引言
中国的快速城镇化带动了基础设施建设的持续繁荣，城镇化率从2013年的54.5%上升至2022年的65.2%（国家统计局，2023a）。这种城市扩张推动了建筑活动的快速增长，建筑总面积从2013年的1.1×1012平方米增加到2022年的1.6×1012平方米，年均增长率为3.2%（国家统计局，2023b）。建筑活动的激增使得建筑机械的使用量急剧增加。七种主要建筑机械类型——挖掘机、装载机、推土机、铺路机、叉车、压路机和平地机的年销量从2013年的8.2万台增加到2022年的超过154万台（国家统计局，2023c）。目前，这些机械大多仍以柴油为动力（Trinh等人，2022），并排放大量温室气体，如 CO?、CH? 和 N?O。建筑机械长期以来一直被认为是氮氧化物（NO?）、颗粒物（PM）、一氧化碳（CO）和挥发性有机化合物（VOCs）等空气污染物的主要来源。近年来，人们逐渐关注该行业对温室气体排放的贡献，尤其是 CO?、CH? 和 N?O。这些非道路移动源主要通过发动机燃烧过程排放温室气体，但关于其排放特性的综合数据仍然有限。大多数研究集中在建立排放清单（Fan等人，2023；Guo等人，2020；Li等人，2023；Qi等人，2019）或常见空气污染物的排放因子测量（Cui等人，2021；Tan等人，2021；Tu等人，2021；Wu等人，2022；Xue等人，2022），以及温室气体的实时监测方法（Liu等人，2020）上。值得注意的是，关于建筑机械温室气体排放清单和排放因子的综合研究较为缺乏，尤其是在系统评估减排潜力方面。针对该行业甲烷和 NO? 排放的研究尤其稀少。
基于此背景，本研究旨在系统评估中国建筑机械的温室气体排放情况，重点关注七种代表性设备类型。通过整合精细的排放因子和高分辨率的活动数据（包括体积组成、年工作时间、负载因素和每小时燃油消耗量），我们建立了2013年至2022年的排放清单，涵盖了 CO?、CH? 和 N?O 的排放情况。同时分析了这些排放在中国各行政区域的空间分布。此外，我们利用低排放分析平台（LEAP）模型构建了多种情景（基准情景、市场驱动情景、政策引导情景和监管驱动情景），关键变量包括机械保有量的变化、电气化率和建筑机械的每小时燃油消耗量。研究结果为政策制定者提供了科学依据，以制定有效的建筑机械行业温室气体减排策略。
研究主题
研究对象
建筑机械是指用于工程建设、采矿、水利和运输领域的各种机械设备。这些机械在土方作业、结构施工、路面铺设和物料搬运等任务中发挥着重要作用。其中，七类设备在大规模基础设施项目中应用最为广泛：挖掘机、装载机、推土机、铺路机、叉车、压路机和平地机。挖掘机主要用于挖掘作业温室气体排放的变化
2013年至2022年间，中国建筑机械的数量有所波动，但总体上呈增长趋势（见图1a）。2013年至2016年间，机械保有量波动较小，2016年达到370万台的峰值。随后从2017年至2020年持续增长，2020年达到400万台的峰值，相比2016年增长了10.9%，这一增长主要受到经济扩张和大规模房地产开发的推动。结论
总体而言，2013年至2022年间，中国建筑机械的数量显著增加，导致 CO? 和 N?O 排放量分别增长了14%，这与机械保有量的增长密切相关。相比之下，CH? 排放量减少了42%，主要是由于排放标准的改进降低了 CH? 的排放因子。截至2022年，中国三级标准建筑机械占机械总量的69%，其 CO?、CH? 和 N?O 排放量分别占全国总量的67%、62%和67%
作者贡献声明
林振芹：撰写初稿、数据可视化、方法设计、数据整理、概念构思。崔阳阳：撰写初稿、方法设计、数据整理、概念构思。黄光汉：撰写初稿、方法设计、数据整理。易华为：数据可视化、方法设计、数据整理。刘凯云：撰写审查与编辑、数据整理、概念构思。薛一峰：撰写审查与编辑、项目协调利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。致谢
本研究得到了中国科学技术部国家重点科技项目（项目编号：2025ZD1202501 和 2024ZD1200203）的支持。
