《Buildings》：Technology Prioritisation and Collaborative Retrofit Pathways for Public Building Decarbonisation: Evidence from a Sample of 218 Real-World Retrofit Projects
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公共建筑改造是降低运营碳排放的重要途径，但在实际多技术改造条件下，基于证据的技术优先排序仍然有限。本研究开发了一个可解释的数据驱动框架，以识别中国夏热冬冷（HSCW）地区公共建筑的优先技术及技术协同采纳模式。基于218个已完成的改造项目，研究人员采用碳减排率（
公共建筑改造是降低运营碳排放的重要途径，但在实际多技术改造条件下，基于证据的技术优先排序仍然有限。本研究开发了一个可解释的数据驱动框架，以识别中国夏热冬冷（HSCW）地区公共建筑的优先技术及技术协同采纳模式。基于218个已完成的改造项目，研究人员采用碳减排率（CRR）作为性能指标，并利用FDR校正的Mann–Whitney U检验、重复验证的XGBoost–SHAP分析以及Apriori关联规则挖掘对15项改造技术进行了分析。项目在CRR上表现出显著差异，平均值为24.98%，中位数为21.70%。在五次重复的5折交叉验证中，预测性XGBoost模型实现了平均R2为0.417，平均均方根误差（RMSE）为0.127。屋顶保温、外墙保温和通风系统改造显示出最强的综合证据，并被归类为核心技术。Apriori分析进一步揭示了三种经验性协同采纳模式：集成被动围护结构改造、遮阳与可再生能源集成、以及运营管理改进。研究结果表明，HSCW地区的改造规划应优先考虑围护结构保温和通风性能，同时根据项目具体条件选择遮阳、系统、可再生能源和运营控制措施。
**论文解读：基于218个实际改造项目的公共建筑脱碳技术优先排序与协同改造路径研究**
**研究背景与问题**
建筑部门是全球能源消耗和碳排放的主要贡献者之一。国际能源署（IEA）数据显示，建筑运营约占全球最终能源消费的30%和能源相关排放的26%。在《巴黎协定》推动各国实施碳中和战略的背景下，既有建筑改造成为实现长期脱碳目标的重要途径。与拆除重建相比，改造可显著降低新建建筑隐含碳，同时提升运营能效。中国拥有全球最大的既有建筑存量，截至2024年底，既有城镇建筑面积超过700亿平方米，其中公共建筑超过150亿平方米。大量建筑建于现代节能标准实施之前，存在热工性能差、暖通空调系统效率低下、能源管理过时等问题，为改造减排提供了巨大潜力。
中国夏热冬冷（HSCW）地区公共建筑改造尤为重要。该地区建筑夏季需大幅制冷、冬季需大幅供暖，改造策略需同时限制夏季太阳得热和过热风险，并保持足够围护结构保温以减少冬季热损失，这使得改造决策比供暖或制冷主导地区更为复杂。现有研究多依赖能源模拟、案例研究或生命周期评估（LCA），但模拟结果对假设条件敏感，案例研究样本量小且难以推广，LCA研究常聚焦单一技术或特定案例，缺乏大规模实际改造项目的实证支持。此外，多数研究评估单一技术或预定义技术包，而实际改造项目极少采用单一措施，多种技术同时实施时其效果可能重叠或交互，传统单变量比较难以识别具有稳定独立贡献的技术。为弥补这些不足，本研究基于中国HSCW地区218个实际公共建筑改造项目，开发了可解释的数据驱动框架，用于技术优先排序和协同改造路径识别。
**研究内容与结论**
研究人员以碳减排率（CRR）为核心评价指标，将15项常用改造技术分为建筑围护结构改造、设备系统升级和可再生能源/绿色技术三类。通过整合FDR校正的Mann–Whitney U检验、重复验证的XGBoost–SHAP分析和Apriori关联规则挖掘，系统性评估了各项技术的有效性、条件重要性和协同应用模式。研究得出以下核心结论：屋顶保温、外墙保温和通风系统改造在统计显著性、模型重要性和样本量上均表现最强，被归类为核心技术；遮阳、绿化改造、太阳能光伏系统、外窗幕墙改造、节水系统改造和太阳能热系统被归类为支持性技术；能源监测与控制、照明系统改造、暖通空调系统改造、供配电系统改造、电梯扶梯改造及其他围护结构相关措施被归类为辅助技术。Apriori分析揭示了三种高绩效项目中的经验性协同采纳模式：集成被动围护结构改造（屋顶保温+外墙保温+外窗幕墙改造）、遮阳与可再生能源集成（外遮阳+太阳能光伏）、以及运营管理改进（节水+绿化+光伏+能源监测）。该研究发表在《Buildings》期刊，为HSCW地区公共建筑改造提供了基于实证的优先排序框架和协同路径参考。
**主要技术方法**
本研究基于中国夏热冬冷（HSCW）地区218个已完成的实际公共建筑改造项目样本，项目数据来源于验收评估报告、绿色建筑评估与运行记录、节能改造技术应用记录以及能源审计与碳排放核算报告。主要技术方法包括：（1）FDR校正的Mann–Whitney U检验，用于比较采纳与未采纳某项技术的项目间CRR分布差异；（2）XGBoost回归模型结合SHAP分析，在多技术共存条件下评估各项技术对预测CRR的相对贡献和边际效应，模型包含15项技术变量、采纳技术总数、建筑年代、建筑面积、建筑类型和项目位置，采用五次重复5折交叉验证评估性能（平均R2=0.417，RMSE=0.127）；（3）Apriori关联规则挖掘，应用于高绩效项目（CRR前30%），通过支持度、置信度和提升度识别技术协同采纳模式。
**研究结果**
**3.1 改造项目描述性统计**
218个项目的CRR呈右偏分布，均值24.98%，中位数21.70%，标准差17.65%。办公建筑CRR变异最大，中位数为34.5%；酒店、商业、医疗和混合建筑CRR中位数约19-23%。照明系统改造（89.45%）和暖通空调系统改造（79.82%）采纳率最高，而外遮阳、绿化改造等采纳率较低。项目多采用多种技术，仅13个项目采用单一技术。采纳技术数量越多，CRR整体倾向越高，但组内变异显著。
**3.2 Mann–Whitney U检验结果**
经FDR校正后，9项技术显示出显著CRR差异（q<0.05），其中7项达q<0.001：外墙保温、屋顶保温、通风系统改造、外窗幕墙改造、外遮阳、节水系统改造和绿化改造。采用屋顶保温的项目平均CRR为49.4%，远高于未采用项目的21.2%；外遮阳组平均CRR达59.6%，对照组为23.0%。照明系统、暖通空调系统、能源监测与控制等未显示显著差异，可能因其高采纳率降低了组间对比度。
**3.3 XGBoost–SHAP分析结果**
预测模型在五次重复5折交叉验证中平均R2为0.417，RMSE为0.127。SHAP分析显示，屋顶保温（平均绝对SHAP值0.0245）、外墙保温（0.0203）和通风系统改造（0.0111）对预测CRR贡献最大且方向为正。绿化改造、太阳能光伏和外遮阳贡献中等，但外遮阳仅12个案例。照明系统、暖通空调系统改造等SHAP值接近零，表明其对区分高CRR项目贡献有限。采纳频率与模型重要性并不对应。
**3.4 集成技术优先分类**
综合FDR校正显著性、SHAP重要性及稳定性、采纳案例数，将技术分为三级：核心技术（屋顶保温、外墙保温、通风系统改造）——三项均高度显著，SHAP重要性最高且稳定，样本量充足（29-49例）；支持性技术（绿化改造、外遮阳、太阳能光伏、节水系统、外窗幕墙、太阳能热系统）——显著但模型重要性较低或变异较大，样本量较小；辅助技术（能源监测与控制、照明系统、供配电系统、暖通空调系统、电梯扶梯、其他围护结构）——未通过FDR校正或SHAP重要性有限。
**3.5 协同路径分析**
对高绩效项目（CRR≥26.28%，66个项目）进行Apriori分析。照明+暖通空调、照明+能源监测等组合支持度高但提升度接近1，表明其共现源于高采纳率。外遮阳+太阳能光伏提升度最高（2.857），屋顶保温+外墙保温提升度2.444。规则“屋顶保温→外墙保温”支持度0.273，置信度1.000，提升度2.444。研究识别出三种经验性协同模式：集成被动围护结构包（屋顶保温+外墙保温+外窗幕墙）、遮阳与可再生能源组合（外遮阳+光伏）、运营管理包（节水+绿化+光伏+能源监测）。
**讨论与结论**
讨论部分强调，在HSCW地区，围护结构主导的脱碳模式与通风改善相辅相成。屋顶保温、外墙保温和通风系统改造作为核心技术，其作用机制在于直接降低基础热负荷，为设备系统更高效运行创造条件。单变量关联与多变量模型重要性的差异表明，统计显著性不应直接等同于改造优先级，需结合多技术条件进行综合评估。协同路径分析提供了高绩效项目中的经验性技术组合，但应理解为关联模式而非因果效应。实际决策还需结合成本效益、技术可行性、运营中断和设备剩余寿命等因素。
研究结论指出：基于218个实际改造项目，以CRR为性能指标，采用FDR校正Mann–Whitney U检验、重复验证XGBoost–SHAP分析和Apriori关联规则挖掘，发现碳减排性能在项目间差异显著，采纳频率与模型重要性不对应。屋顶保温、外墙保温和通风系统改造被归类为核心技术；外遮阳、绿化改造、太阳能光伏、外窗幕墙、节水系统和太阳能热系统为支持性技术；其余为辅助技术。高绩效项目倾向于以技术包形式采纳技术，识别出三种重复模式：集成被动围护结构包、遮阳与可再生能源组合、运营管理包。总体而言，HSCW地区公共建筑改造应特别关注围护结构保温和通风性能，同时根据项目条件选择遮阳、可再生能源、节水、绿化、设备和控制措施。三个优先层级代表基于样本的证据层级，而非通用投资排名。实际决策应额外考虑成本效益、技术可行性、运营中断和设备剩余寿命。
