建筑寿命有多长:全球建筑寿命的系统综述与Meta分析

《Environmental Science & Technology》:How Long Do Buildings Live: A Systematic Review and Meta-Analysis of Global Building Lifetimes

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月11日 来源:Environmental Science & Technology 12.2

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  建筑寿命是建筑存量动态建模、环境影响评估与城市发展研究的基础参数,然而当前的寿命假设往往缺乏经验数据支撑。尽管生存分析(survival analysis)概念在医学和人口学领域已相当成熟,但尚未在建筑存量研究中得到同等程度的渗透。本研究通过系统综述(syst

  
建筑寿命是建筑存量动态建模、环境影响评估与城市发展研究的基础参数,然而当前的寿命假设往往缺乏经验数据支撑。尽管生存分析(survival analysis)概念在医学和人口学领域已相当成熟,但尚未在建筑存量研究中得到同等程度的渗透。本研究通过系统综述(systematic review)和Meta分析(meta-analysis),对全球46项研究中的258个建筑寿命中位数估计值进行了整合分析。本研究的核心在于右删失(right-censoring)问题,即当一栋建筑在观测期结束时尚未被拆除,其拆除事件未被观察到,若在估计中未考虑该问题,将导致寿命被低估。研究人员系统梳理了基于数据类型及其处理右删失能力的五种估算方法,描述了当前可获得的经验证据,并应用Meta回归(meta-regression)识别出寿命中位数的重要预测因子:世界区域、用途类别、结构材料及右删失偏倚,其中后者会使建筑寿命被低估50%(95% CI: 49–51%)。在五种估算方法中,三种方法内在地考虑了右删失,一种方法内在地无法校正该偏倚,另一种方法则需要主动校正步骤而该步骤常被忽略。本研究识别出关键数据缺口,并为寿命估计的使用者和生产者提供了针对性建议,以提高透明度、可重复性和方法严谨性。
建筑寿命研究的系统性回顾与Meta分析:全球建筑寿命的实证整合与方法学审视
一、研究背景与问题提出
建筑寿命是理解并减缓建筑存量未来环境影响的关键参数,它代表了生命周期评价(life cycle assessment, LCA)和动态存量建模(dynamic stock modeling, DSM)等方法中的时间维度,这些方法被用于为决策者提供建筑材料使用量、拆除废弃物流量、运行能耗等方面的预测信息,包括环境权衡分析。建筑寿命的选择直接影响年度隐含影响以及与建筑构件更换相关的重复性影响,且随着建筑能效的提高,寿命假设对LCA结果的影响愈发显著。在建筑DSM中,即使寿命分布函数的形状(如Weibull分布与对数正态分布)也会显著影响预测的拆除废弃物量。此外,充分理解寿命预期对于实施寿命延长策略至关重要,而寿命延长作为循环经济(circular economy)的支柱之一,将提升建筑部门的循环性。
然而,寿命假设很少基于经验数据。在LCA中,建筑寿命通常被假定为50年或其他40至150年间的固定值,通常基于规范性数值或先前研究中使用的假设。尽管已有诸如2010年建立的LiVES数据库等汇编经验寿命数据的倡议,但在整合国际证据方面仍面临挑战,导致经验数据分散,缺乏坚实的经验基础来支撑明智的建筑寿命假设。
另一个关键问题是寿命研究所涉及的方法学专业性。虽然寿命分布函数在DSM中被广泛使用,但推导可靠估计所需的专业统计知识并非该领域的原生技能。寿命及类似时间-事件数据是生存分析(survival analysis)的研究对象,这一统计学分支在医学、人口学和可靠性工程等领域被广泛应用。生存分析概念此前已对DSM和更广泛的工业生态学研究有所启发,例如用于绘制寿命估算方法图谱、建模多维寿命模式,或将Kaplan–Meier估计器应用于建筑。尽管如此,建筑存量研究仍落后于其他应用领域,最前沿的生存分析技术目前在该领域尚属空白。因此,现有的寿命估算方法分类学未考虑生存分析的方法学方面,而忽略这些方面已知会引入偏倚。
本研究旨在通过全面回顾建筑存量的经验寿命估计,调查当前建筑寿命研究中的数据和方法学缺陷。此类综述目前在文献中尚属缺失,尽管已有关于其他相关主题的综述,如建成环境存量模型、DSM中的建筑材料、LCA中的建筑翻新以及建筑生命周期重复隐含能等。本文旨在:(1)利用生存分析概念对建筑寿命估算方法及其相应方法学偏倚进行分类;(2)收集并评估现有寿命估计,以理解潜在变异模式。最终,本研究旨在为该领域建立坚实的经验基础,识别关键数据缺口,并为未来的经验研究和方法发展提供实用指导。
二、主要技术方法
研究人员采用系统综述与Meta分析框架,通过Web of Science和Scopus数据库检索截至2025年的文献(检索于2026年2月执行),并进行前向和后向参考文献雪球式追踪。纳入标准为基于经验数据估算建筑寿命的研究,排除专家估计、理论估计和单一建筑案例研究。从46篇出版物中提取336个寿命估计值,统一为寿命中位数进行比较。统计推断采用混合效应Meta回归模型,以样本量作为方差的代理权重,通过Akaike信息准则(AIC)和方差膨胀因子(VIF)进行模型选择,最终模型解释了85%的异质性(R2 = 0.85)。分析在R环境中使用Metafor包完成。
三、研究结果
3.1 研究概览
研究人员识别出46篇相关文献,包括38篇期刊论文、5篇会议论文、2篇技术报告和1篇书章节,发表于1985年至2025年间。大多数出版物(30/46)通过参考文献雪球追踪发现,反映了由于术语碎片化而难以选择精确且敏感的检索式的问题。在这些研究中,部分研究调查了多个建筑存量,共识别出59个建筑存量寿命估算案例研究。
3.2 寿命估算方法
研究人员基于经验数据类型识别出五种寿命估算方法,数据类型决定了聚合水平和考虑右删失的能力。第一种为模型校准(model calibration),利用建设与聚合存量统计数据进行数学重构,通过参数假设稳定模型,不正式受删失影响但依赖参数外推。第二种为存量构成追踪(stock composition tracking),利用按建设队列分组的周期性普查数据,通过比较后续普查快照追踪特定队列的损耗,可考虑右删失。第三种为建筑追踪(building tracking),通过地址、建筑标识符或地理坐标在高分辨率数据集中追踪个体建筑,观测期可超过150年,隐含考虑右删失但存在左截断和区间删失问题。第四种为拆除抽样(demolition sampling),依赖通过抽样获得的拆除数据,样本量通常较小,右删失偏倚固有但无法校正。第五种为拆除核算(demolition accounting),利用常规收集的拆除数据,通常来自国家建筑地籍等行政公开记录,左截断和右删失固有存在,部分研究考虑右删失但多数估计未校正。
3.3 寿命估计概览
从59个案例研究中提取了336个寿命估计值,包括非参数(208个)、参数(61个)和点估计(67个)。208个非参数估计中有78个在达到50%存活率前被截断,因此被排除在寿命中位数统计分析之外。收集所有提取的寿命中位数后,最终获得258个建筑寿命中位数估计值。估计值遵循部分由估算方法决定的模式,模型校准方法自然产生参数估计,建筑追踪和拆除抽样作为数据密集型方法通常限于城市或社区空间覆盖,方法与世界区域之间也存在相关性。
3.4 描述性统计
提取的258个寿命中位数范围从6年到323年,50%的中央观测值位于31至79年之间,寿命中位数的中位数为46年,均值为60年,呈右偏分布。按用途类别划分,住宅存量的寿命中位数(51年)高于非住宅存量(37年,低26%)。按世界区域划分,亚洲报告的寿命(中位数34年)远低于欧洲(60年,高78%)和北美(81年,高141%)。按空间覆盖划分,国家层面估计(中位数41年)低于城市和社区层面研究(64年,高56%)。按结构材料划分,非木质结构建筑寿命较短(34年),木质结构较长(49年,高44%)。按建设队列划分,1950年后队列报告的寿命较短(中位数35年),1950年前队列较长(68年,高94%)。描述性证据显示右删失对报告的寿命中位数无可见影响,但左截断问题产生了明显异常值(中位数262年)。
3.5 推断性统计
混合效应Meta回归模型解释了85%的异质性。参考剖面为亚洲、1950年后队列、非木质结构、住宅用途、国家或次国家级空间覆盖且右删失已校正或不适用的建筑,其寿命中位数计算为23.36年(95% CI: 17.31–31.53, p < 0.001)。非住宅建筑寿命仅为住宅参考的77%(RoM = 0.77, 95% CI: 0.72–0.83, p < 0.01),对应估计18.06年。与亚洲相比,欧洲寿命中位数估计长2.46倍(95% CI: 1.78–3.41, p < 0.001),北美和新西兰长2.70倍(95% CI: 2.00–3.63, p < 0.001)。木质结构建筑的寿命乘数效应为2.30(95% CI: 2.30–2.31, p < 0.001),但近零标准误表明结构材料与世界区域之间存在可识别性问题。混合建设队列比1950年后队列寿命更长(RoM = 1.75, p < 0.001),城市或社区空间覆盖研究比国家或次国家级范围寿命更长(RoM = 1.34, 95% CI: 1.03–1.75)。模型揭示了重大方法学偏倚:未校正右删失的研究报告的寿命约为校正研究的50%(RoM = 0.50, 95% CI: 0.49–0.51)。
四、讨论与结论
本研究通过系统综述和Meta分析,首次全面整合了全球建筑寿命的经验证据,识别出建筑寿命的关键预测因子包括世界区域、用途类别、结构材料和右删失偏倚。研究揭示了右删失偏倚可使建筑寿命被低估约50%,这一发现对LCA和DSM中的寿命假设具有重要修正意义。研究建立的五种估算方法分类学为方法选择提供了系统框架,其中三种方法内在地考虑右删失,一种内在地无法校正,一种需要常被忽略的主动校正步骤。研究识别出关键数据缺口,包括非参数估计中78个在达到50%存活率前被截断而无法提取中位数、多数研究未报告标准误、左截断因与其他预测因子高度共线性而被排除分析等问题。研究为寿命估计的使用者和生产者提供了针对性建议,以提高透明度、可重复性和方法严谨性,为建筑寿命研究奠定了坚实的经验基础。该论文发表在《Environmental Science & Technology》期刊上。
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