评估覆盖中国270个城市的人造竹建筑全生命周期（从摇篮到运营）净碳绩效

《Environmental Impact Assessment Review》：Evaluating the cradle-to-operation net carbon performance of engineered bamboo buildings across 270 Chinese cities

　　

摘要

减少建筑领域的排放对于全球向净零排放未来转型至关重要。工程竹制建筑被公认为应对传统建筑材料带来的多重挑战（包括高隐含碳排放以及建筑节能减排的迫切需求）的有前途的候选方案。然而，这一认可仍缺乏关于工程竹制建筑在不同生命周期阶段和地理区域的净碳排放的定量证据。本研究评估了标准化竹制建筑模型在中国270个城市的动态净碳足迹。结果表明，竹制建筑的全生命周期碳排放表现存在显著的空间差异。这归因于不同城市间能源需求和电网排放因子的差异。在评估区域中，四川和云南在接近净零排放表现方面展现出最大潜力。层积竹材在运营前阶段充当净碳汇，碳平衡点在运营期间呈现偏态分布。在约85.56%的城市中，竹制建筑在10年运营期内的累计碳排放最终抵消了运营前阶段所实现的碳封存。在考虑竹林碳储量、生产与运输干预以及光伏优化之后，层积竹材在86.30%的城市中有潜力实现净零目标。研究成果填补了竹制建筑跨区域净碳排放方面的空白，可为相关部门规划净零碳建筑提供参考。

引言

面对日益加剧的气候危机，截至2025年，已有165个国家承诺实现碳中和目标，认识到清晰且具韧性的净零排放路径是可持续发展的必然愿景（清华大学碳中和研究院，2025）。在中国，自2020年宣布"碳达峰与碳中和目标"以来，几乎所有行业都在经历向净零二氧化碳排放转型的变革，建筑行业尤为突出。这是因为建筑物及施工活动累计贡献了全国能源相关碳排放的48.3%，使其成为中国脱碳努力的重点领域之一（中国建筑能耗与碳排放研究会，2024）。此外，建筑材料存量被视为威胁中国未来气候目标、深度脱碳和可持续发展目标（SDGs）的优先事项（Omer和Noguchi，2020；Zhang等，2026）。据估计，中国建筑材料的隐含碳排放约占全国能源相关碳排放的26.6%（中国建筑能耗与碳排放研究会，2024）。此外，归属于建筑领域的大宗材料（如水泥和钢材）仍是工业领域直接碳排放的重要来源（Song等，2023）。在建筑物的运营阶段（占全国能源相关碳排放的21.7%），亦广泛认可至少50%的能源浪费与材料相关（Ghazwani等，2025）。因此，考虑材料使用控制对于中国向净零排放路径推进至关重要（Lu等，2024）。

在减少建筑物二氧化碳排放方面，减少传统材料（如混凝土）的使用并选择低碳材料被认为是有效途径（Long等，2025；Tozan等，2025）。然而值得注意的是，据世界绿色建筑委员会（WorldGBC）报告，即便采用创新型低碳材料，如仿生分级水泥基材料（Jiang等，2025）和相变材料（Al Jebaei等，2024），建筑物在特定阶段仍可能出现残余排放（世界绿色建筑委员会，2021）。从长期来看，目前只有通过碳储存来抵消建筑全阶段（包括建筑运营、材料生产与运输以及施工）的残余排放才能实现净零排放（世界绿色建筑委员会，2021）。例如，可以通过大规模现场可再生能源发电来抵消建筑物的全生命周期碳排放（Ng等，2016）。这种方法与许多国家和地区采用的净零碳建筑定义相一致。净零碳是指建筑物在定义的系统边界内的碳排放被自然或技术手段完全抵消（Wang和Lin，2025）。碳平衡点是建筑物全生命周期净碳排放达到零的时刻。当净碳排放为负值时，定义为净碳汇，意味着系统边界内碳储存总量超过累计排放量（Gao等，2026）。从材料角度来看，根据国际能源署（IEA）制定的净零路线图，生物基材料是实现这些目标的有前途的候选材料（国际能源署，2021）。

具体而言，植物基建筑材料提供了仅依靠原材料通过碳汇抵消即可简单经济地实现净零碳建筑的可能性。然而，这一解决方案的实施仍面临挑战。木材作为最常见的植物基建筑材料之一，来源于正遭受过度砍伐的森林，其生态系统严重受损（Estoque等，2019）。全球热带森林甚至已成为净碳源（Baccini等，2017）。研究表明，仅关注二氧化碳减排以缓解气候变化是短视的做法，需要同时考虑资源可获得性以确保净零碳运营的可持续性（Al Shawa，2025）。在这一背景下，中国政府相继出台政策限制砍伐森林并推广以竹代木。作为木材的替代品，工程竹材在建筑领域受到越来越多的关注，广泛应用于办公楼（Su等，2021）、住宅（Kavanagh，2016）和商场（Liu等，2019）。与此同时，竹林相比热带雨林和杉木等常见树种展现出更优越的碳封存潜力（Xu等，2025）。此外，竹能够快速成林并自我繁衍，允许每两年采收并持续利用。与传统材料相比，竹材还能有助于减轻环境影响带来的威胁（Xu等，2023a；Xu等，2022a）。工程竹材正逐步被列入净零碳建筑的候选名单（Zhou等，2017）。竹制建筑在缓解气候变化方面的潜在作用吸引了越来越多的研究关注。一些研究测量了竹制建筑在施工前（Chen等，2025；Lao等，2025）、运营前阶段（Xu等，2022b）以及从摇篮到大门（排除运营阶段）（Yu等，2011）的碳储存潜力。前瞻性情景模拟展示了竹制住宅在运营期间节能减排的优势（Zhao等，2024）。其他研究进一步跟踪了特定工程竹制住宅案例的全生命周期评估（Liu等，2023）。然而，尽管这些卓有成效的研究为竹制建筑的低碳设计与施工提供了定量证据，但它们尚未解决工程竹材是否能用于建造净零碳建筑这一根本科学问题。现有研究在竹制建筑在何处、何时以及通过何种路径实现净零碳目标方面仍存在关键空白。

为填补这些研究空白，本研究采用情景模拟方法对中国不同城市竹制建筑的时间序列净碳排放进行标准化分析，目标如下：

（1）扩展竹制建筑研究的全生命周期系统边界，涵盖竹林培育、竹材生产、运输与施工以及竹制建筑的运营阶段；

（2）量化不同城市竹制建筑动态净碳排放轨迹，揭示净碳汇发生区间和碳平衡点的潜在范围；

（3）从净零路径视角识别竹制建筑有助于实现净零碳目标的最优区域；

（4）测量和评估竹制建筑在全生命周期从摇篮到运营阶段跨地理尺度的净零碳排放潜力。

本研究的创新主要体现在三个方面。首先，本研究通过研究负碳生物基建筑材料拓展了建筑能源管理领域，从而弥补了隐含碳与运营碳评估之间以及先前研究中确定的减排路径之间的现有空白。其次，它系统性地描绘了竹制建筑动态净碳排放的全面图景。与之前关注竹制建筑运营前阶段或静态运营期间的研究相比，本研究将分析范围扩展至量化从摇篮到运营全阶段动态净碳排放。第三，它在揭示竹制建筑实现净零碳潜力方面取得突破，并识别了在大空间尺度上竹制建筑能够有效为实现净零碳做出最优地理区域贡献的区域。先前对竹制建筑碳减排表现的评估通常集中于特定气候区域，主要属于验证性分析。本研究涵盖中国270个城市，在国家级尺度上对竹制建筑的净零碳潜力进行了系统评估。

材料片段与系统边界

本研究的对象是以毛竹为原料制成的层积竹材（LBL）。在中国，毛竹资源丰富，年产量超过25.84亿根（国家林业和草原局，2024），是最广泛开发和研究的优先经济竹种。层积竹材的生产理论成熟，已在工程领域得到广泛应用（Xu等，2022b）。

系统边界涵盖竹的全生命周期清单

各阶段二氧化碳排放测量的相关数据清单见补充材料S1。本研究最终纳入中国270个城市。选择依据数据可得性确定。具体而言，现有气象数据库仅包含中国275个城市的典型气象年文件。此外，排除了位于台湾省的五个城市，因为相应的动态电网排放因子

竹制建筑净碳排放轨迹

图2中，本研究展示了竹制建筑在270个城市的潜在净碳排放轨迹。具体而言，图2(a)表征了从种植到施工阶段的碳足迹，并总结了运营前阶段（运营期第0年）的净碳汇。随后，图2(b)中的累计折线图可视化了截至特定运营期间（按年间隔）已发生的净碳排放。

研究

研究结论

曾经围绕雄心勃勃的碳中和目标设定展开的讨论，如今更多地转向如何实现这些目标。在建筑领域，建筑材料因其巨大的消耗量和耐久性而具有优异的碳储存机会。工程竹材体现了这种潜力。本研究系统性地量化了不同城市竹制建筑的动态净碳排放轨迹。研究发现如下：

（1）净碳排放

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

作者衷心感谢中国国家自然科学基金（批准号72471122和72101118）、亚历山大·冯·洪堡基金会/基金会、江苏省"青蓝工程"（QL2026）以及江苏省青年人才支持计划（批准号JSTJ-2025-179）的支持。我们感谢"未来天气生成器"及其资助机构开发团队使该应用免费向公众开放。

许佩宇 | 许晓晓

南京林业大学土木工程学院，江苏省南京市龙蟠路159号，210037