中國建筑業碳排放效率區域差異及收斂性分析
——基于SBM模型與面板單位根檢驗

宋金昭，郭芯羽，王曉平，胡 振

(西安建筑科技大學 管理學院，陜西 西安 710055)

二氧化碳等溫室氣體的大量排放是造成全球氣候變暖問題的根本原因.隨著社會經濟的快速發展，能源消耗急劇增加，我國已成為世界最大的二氧化碳排放地，作為負責任的大國，中國政府承諾到2030年實現單位國內生產總值碳排放量比2005年下降60%～65%，并在《“十三五”節能減排綜合工作方案》中將節能減排責任目標明確落實到省級和行業層面.建筑業是我國重要的支柱產業之一，存在嚴重的高能耗、低能效問題，并帶來大量的二氧化碳排放，據統計，與建筑業相關的碳排放占我國碳排放總量的比例高達36%[1].隨著當前城市化進程的快速推進，建筑業碳排放的影響愈加顯著[2]，在保持建筑業平穩發展的前提下，有效控制建筑業的碳排放、實現行業節能減排目標刻不容緩.目前中國省域間建筑業發展水平差異明顯，對各省建筑業碳排放效率及省域間收斂性進行研究，以期制定更加科學合理的差異化建筑業碳減排政策，實現建筑業整體低碳發展.

近年來，碳排放效率及其收斂性問題已受到學術界的普遍關注.已有碳排放效率的研究文獻，主要采用傳統的數據包絡分析方法(Data Envelopment Analysis，DEA)，該方法可避免關于模型設定和隨機干擾項正態分布的強假設偏誤，被認為是評價區域性碳排放效率的有效方法[3].但該方法在測算時未將生產過程中的碳排放量等非期望產出納入考慮范圍，且本質上屬于徑向和角度的方法會造成投入要素的“擁擠”或“松弛”問題.為了克服以上缺陷，Tone[4-5]結合傳統DEA方法，提出了包含非期望產出的SBM-Undesirable模型，有效解決了作為非期望產出的碳排放在模型中越小越好的問題.周五七[6]、吳昊玥[7]、郭炳南[8]運用該模型，分別計算了中國工業、農業及總體碳排放效率的區域差異，驗證了其有效性.已有碳排放收斂性的文獻主要集中在全局和工業視角，檢驗方法主要采用α、β和俱樂部收斂理論[9-10].為了彌補傳統收斂檢驗單純使用時間序列或截面數據研究的不足，Evans和Karras[11]等提出了隨機性收斂檢驗方法，該方法不再關注增長率的絕對差異，而是認為只要經濟體之間的差距在長期內保持一個相對平穩的變化路徑，即可以視為存在隨機性收斂.趙金樓[12]、杜克銳[13]、吳昊玥[7]等運用該方法分別對全要素能源效率、碳排放效率、及農業碳排放效率的收斂性進行實證檢驗.

目前，缺乏針對建筑業碳排放效率的文獻研究，且存在一定的不足，如王雪青[14]運用傳統DEA模型計算了我國建筑業能源效率，但沒有將碳排放指標納入模型內，忽略了碳排放等非期望產出對能源效率的影響；馮博[15]等運用線性數據轉化法處理了碳排放非期望產出指標，但在模型的投入指標設計中重復考慮了機械設備；陳鋼[16]等運用三階段DEA模型對區域建筑業碳排放效率及指標冗余進行了評價，但碳排放的測算僅考慮施工過程中的直接碳排放，忽略了建筑材料生產過程中的間接碳排放，效率評價結果值得商榷.同時，以上文獻主要側重在效率測算及評價方面，未進一步分析區域建筑業碳排放效率的收斂性問題，無法更深層次揭示區域建筑業碳排放的變動態勢及規律.本文將建筑業間接碳排放量加入總碳排放測算模型，在運用SBM-Undesirable模型計算2005—2015年中國各省建筑業碳排放效率的基礎上，采用隨機性收斂檢驗方法分別對碳排放總量和碳排放效率的收斂性進行分析，可為制定更加科學合理的差異化建筑業減排政策提供理論依據.

1 研究方法與數據處理

1.1 SBM-Undesirable模型

Tone[4-5]在2001年提出了基于非徑向和非角度的SBM模型.其形式為：假定建筑業碳排放系統有n個決策單元，每個決策單元有投入、期望產出和非期望產出等三個向量，可表示為x∈Rm、yg∈RS1和yb∈RS2.定義相應矩陣為

式中：X>0，Yg>0，Yb>0.非期望產出的SBM模型可表示為

ρ*=

式中：ρ*為建筑業碳排放效率值，s-、sg、sb分別為投入、期望產出和非期望產出的松弛量，λ為權重向量；目標函數ρ*關于s-、sg、sb嚴格單調遞減，當ρ*=1，即s-=0，sg=0，sb=0時，決策單元完全有效；若ρ*<1，說明決策單元存在效率損失，可以通過優化投入產出改善效率.

1.2 隨機性收斂檢驗

Evans和Karras[11]認為如果經濟體之間的差距構成了一個穩定不隨時間變化的差異均衡，即是隨機性收斂，隨機性收斂需要滿足下式：

1.3 指標及數據

選取2005—2015年中國30個(西藏及港澳臺地區數據缺失)省、市、自治區建筑業數據，投入指標選取能源、資本存量、勞動力和機械設備，建筑業總產值代表期望產出，建筑業二氧化碳排放量代表非期望產出.

以建筑業終端能源消費量作為建筑業的能源投入，選取原煤、洗精煤、其他洗煤、型煤、焦炭、汽油、煤油、柴油、燃料油、潤滑油、石油瀝青、液化石油氣、其他石油制品、天然氣、熱力和電力等16種能源統一折算成萬噸標準煤后的加和總量；資本存量為建筑業總資產減去自有施工機械設備年末凈值；選擇“建筑業從業人員數”作為建筑業的勞動投入；選擇“自有施工機械設備年末總功率”表示建筑業機械設備投入量.數據均來源于《中國建筑業統計年鑒》和《中國能源統計年鑒》.

關于非期望產出建筑業碳排放量的計算，主要是基于建筑業整個投入產出鏈及全生命周期理念考慮，將碳排放分為直接碳排放和間接碳排放.直接碳排放是指建筑業自身活動產生的碳排放，間接碳排放是指建筑業誘發其他行業產生的碳排放[17].將各省建筑業直接消耗原煤、洗精煤、型煤、焦炭等16種能源的碳排放作為直接碳排放，采用IPCC二氧化碳排放核算方法；間接碳排放為生產水泥、鋼材、玻璃、木材、鋁材等5種建筑材料產生的碳排放，沿用馮博[15]等的計算方法，且碳排放選取來源更加全面.

2 實證分析

2.1 建筑業碳排放量的測算及分析

依據前文建筑業碳排放量測算模型，計算我國30個省2005—2015年間建筑業碳排放量，計算結果如圖1所示；同時，按照經濟發展水平和地理位置等因素，將全國劃分為東、中、西三大區域，并進一步計算全國及三大區域碳排放量均值及增長率.計算結果如表1所示：

圖1 2005-2015年建筑業碳排放量構成及增長率Fig.1 Composition and growth rate of carbon emissionsin construction industry from 2005 to 2015

表1 2005—2015年全國及三大區域建筑業碳排放量均值

注：東部地區包括北京、天津、河北、遼寧、上海、江蘇、浙江、福建、山東、廣東和海南，中部地區包括山西、吉林、黑龍江、安徽、江西、河南、湖北和湖南，西部地區包括內蒙古、廣西、四川、貴州、云南、陜西、甘肅、青海、寧夏和新疆.

(1)2005—2015年我國建筑業碳排放量均值整體呈現先上升后下降的趨勢.2005—2012年呈增長趨勢，其中，2011年單年增長率達79.33%，并在2012年達到研究期內最大值10 807.532萬t.這是由于在國家有效應對金融危機、經濟結構不斷優化、生產力水平大幅度提高的背景下，建筑業呈現快速增長的態勢.2013～2015年建筑業碳排放量均值在波動中下降，2013、2015年降低率分別為32.46%和23.36%，至2015年建筑業碳排放量均值降低至6 044.384萬噸.究其原因，在建筑業快速發展的同時，國家提出了“十二五”計劃節能減排新目標，要求調整能源消費結構，加強清潔能源的使用，從規劃、法規、技術、標準、設計等方面全面推進建筑節能，使得建筑業碳排放量有所回落.而計算表明，生產建筑材料的碳排放量11年間平均占比為94.29%，與其他研究表明間接碳排放約占建筑業總排放量的90%以上的結果基本一致[17].

(2)從截面數據來看，建筑業碳排放量均值呈現東、中、西部逐漸遞減趨勢.東、中、西部以2005年為基期的年均增長率分別為10.45%、12.50%和12.79%，可以看出，東部每年的碳排放量遠高于中、西部地區，但從2012到2015年間其碳排量有不同程度下降，可能是建筑業相關技術的提高和清潔能源的使用，在保持建筑業發展的基礎上，降低了建筑業碳排放量；中部地區碳排放量和增長速度均居中，其碳排放量在2012年快速增長，增長率達297.73%，在2013年有大幅度回落；西部地區碳排放量最低，但在研究年限內除2015年有所下降外，其余年份均有較快增長，且年均增長率最大.可以看出，建筑業碳排放量與經濟發達程度呈正相關，這是由于經濟發達地區城市化進程快，住宅與基礎設施建設需求大，建筑業發展程度高，相應對建筑材料尤其是水泥、鋼材的消耗量也大，從而建筑業碳排放量也越大.

2.2 建筑業碳排放效率的測算及分析

在計算碳排放量的基礎上，本文使用DEA-SOLVER PRO5.0軟件測算各省建筑業2005—2015年的碳排放效率.計算結果見表2

表2 中國2005—2015年各省建筑業碳排放效率

續表2

地區20052006200720082009201020112012201320142015平均值西部地區新疆0.5900.4820.5471.0001.0001.0000.6350.6611.0001.0001.0000.811廣西0.5610.5540.5950.7500.6710.7011.0001.0001.0001.0001.0000.803重慶0.6840.6730.6920.6830.7110.6930.7390.6820.7991.0001.0000.760陜西0.6370.6711.0000.6590.6661.0001.0000.6140.5910.6120.6540.737四川0.5890.6340.5970.7000.7090.4880.5490.4860.5360.5580.5390.580云南0.4670.4690.4840.4420.5240.4800.5440.4311.0000.4770.4900.528寧夏0.4470.4540.4850.4640.5510.5550.5900.5420.5410.5670.5210.520內蒙古0.5050.5370.6590.4830.5160.4930.5080.4360.4470.4080.3720.488貴州0.4990.4970.4850.4300.4730.4450.5540.4740.4590.5000.4590.480青海0.4350.4670.4420.3840.4790.5290.5260.3900.4620.4880.4460.459甘肅0.3840.3820.4530.3380.3850.4410.4650.4610.4900.4810.5000.435

(1)北京、天津、黑龍江、上海和浙江的建筑業碳排放效率均值為1，這五個地區在2005—2015年均處于碳排放投入產出的生產前沿面上，碳排放效率處于最優水平.江蘇、江西碳排放效率整體較高，僅有個別年份處于無效狀態.

(2)大部分省份處于無效率狀態，其中，甘肅、山東、青海、貴州、內蒙古的建筑業碳排放效率在0.5以下，寧夏、河北、山西、云南的建筑業碳排放效率均值也較低.其中，河北、山東、山西省煤炭、油品等碳排放系數較高的能源消耗比重較大，造成其碳排放效率較低，而甘肅、青海、貴州、內蒙古、寧夏、云南等主要處在西部區域，由于人才和技術的相對匱乏，其建筑業產值較低，碳排放效率也較低.

以上分析可以看出各省間碳排放效率差距較大.為了更加直觀地展現各區域建筑業碳排放效率的變化趨勢和地區間差異，本文將2005—2015年東、中、西部地區各自的碳排放效率平均值繪制折線圖，見圖2；并將各省2005—2015年碳排放效率的平均值分為效率值有效區、相對高效區，相對中效區和相對低效區，得出中國各省碳排放效率空間分布格局，如圖3所示.

圖2 2005—2015年三大區域建筑業碳排放效率折線圖Fig.2 Line charts about the carbon emissions efficiency of three regions in constructionindustry from 2005 to 2015

圖3 2005—2015年中國建筑業碳排放效率空間圖Fig.3 Spatial graphs of the regional carbon emissionsefficiency in construction industry from2005 to 2015

由圖2、圖3中各區域效率值的分布及變動趨勢可以看出：中國碳排放效率分布處于非均衡狀態，分布差異較為明顯.從整體上來說，東部地區建筑業碳排放效率最高且在研究年限內波動不大，其平均值為0.787，北京、天津、上海和浙江等碳排放效率有效區主要分布在東部沿海地區.中部地區建筑業碳排放效率波動較大，研究年限內平均值為0.751，分別在2008年、2009年、2011年、2014年碳排放效率高于東部地區，其中黑龍江、吉林、江西碳排放效率較高.西部地區效率值整體偏低，碳排放效率平均值僅為0.599，但其均值除在2011年有所下降外其余年份均處在緩慢上升階段，甘肅、青海、貴州、內蒙古等相對低效區主要分布在西部地區，但新疆雖處于西部地區，但由于效率同時與規模和技術兩個因素相關，因此，其碳排放效率在其自身的規模上相對有效.分析其原因，東部地區對外開放程度較高，經濟較為發達，建筑業成熟度較高，生產要素配置合理，特別是天然氣、水電等碳排放系數較低的能源消費所占比重較大；而西部地區地處內陸，人才相對匱乏，科技水平及建筑業水平相對落后，導致其碳排放效率差距較為明顯.

2.3 隨機性收斂檢驗

上述研究表明，全國和區域建筑業碳排放量和碳排放效率都存在顯著差異.本文參照Carlino[18-19]等關于隨機性趨同模型的設定，運用Eviews8.0軟件，分別對我國建筑業碳排放量和碳排放效率進行隨機性收斂檢驗.結果如表3、4：

表3 建筑業碳排放量隨機性收斂檢驗結果

表4 建筑業碳排放效率隨機性收斂檢驗結果

2.3.1 隨機性收斂檢驗結果分析

(1)首先對建筑業碳排放量進行了隨機性收斂檢驗，從表3中可以看出，全國建筑業碳排放量面板數據存在單位根，即不存在隨機性收斂，三大區域間建筑業碳排放量也不存在共同的發展趨勢；從區域內部而言，東部、中部地區均表現出隨機性收斂，且中部地區收斂較為明顯，各省市間建筑業碳排放量差異隨時間變化保持相對平穩；西部地區不能拒絕原假設，表明西部各地區間建筑業碳排放量在短時間內不趨于同一水平.

(2)對建筑業碳排放效率進行隨機性收斂檢驗，從全國和三大區域間的檢驗結果可以看出，IPS、ADF-Fisher和PP-Fisher檢驗均在5%的顯著性水平下拒絕原假設，即不存在單位根，也就是說全國和三大區域間建筑業碳排放效率均表現出隨機性收斂特征.從區域內部來講，東部地區和中部地的區IPS、ADF-Fisher和PP-Fisher檢驗均在5%的顯著性水平下拒絕原假設，即東部地區和中部地區建筑業碳排放效率均存在隨機趨同，且東部地區較中部地區收斂趨勢更為明顯.西部地區不能拒絕原假設，認為西部地區建筑業碳排放效率不存在隨機性收斂.

2.3.2 建筑業碳排放量和碳排放效率隨機性收斂檢驗結果對比分析

(1)全國和三大區域間建筑業碳排放量不存在隨機性收斂，而表現為一種隨機性分異的過程；而碳排放效率的差距在不斷縮小的過程中，變化趨于平穩.據實際情況推測，全國和三大區域間碳排放量與碳排放效率的收斂結果存在差異，可能是由于三大區域之間自然環境、經濟水平和能源結構等多個方面存在明顯差異，在短時間內建筑業碳排放量無法趨同；而碳排放效率是綜合考慮多個指標的結果，隨著中西部地區技術的提升和擴散效應，效率較低地區隨著時間的推移向高效率地區靠近，各地區的碳排放效率差距不斷縮小，最終形成了平穩的變化路徑.

(2)對三大區域內部分別進行隨機性收斂檢驗，發現東、中部地區的建筑業碳排放量和碳排放效率都存在隨機性收斂，而西部地區均呈發散的狀態.究其原因，我國東部和中部發展起步較早，建筑業已較為成熟，發展程度的趨同決定了其碳排放量的收斂，而大量資金技術的投入，推動了建筑業生產環節的碳減排，從整體上提升了這兩個區域的碳排放效率，平均效率都比較高，屬于高碳排高效率俱樂部；西部地區受發展程度和科技水平的限制，碳排放效率低且各省市之間差異十分明顯，個別省份由于發展起步較早且受益于自然條件等因素，建筑業擁有較高的增長速度，而其他區域發展則相對緩慢，因此西部地區的建筑業碳排放量和碳排放效率均呈發散狀態.

3 結論

在運用SBM-Undesirable模型測算建筑業碳排放效率的基礎上，對全國和三大區域建筑業碳排放量和碳排放效率進行了收斂性分析.具體結論如下：

(1)2005—2015年我國建筑業碳排放量均值整體呈現先上升后下降的趨勢，由2005年的2 068.074萬t標準煤增長至2012年的最大值10 807.532萬t標準煤，再到2015年下降為6 044.384萬t標準煤.建筑業碳排放量區域差異較大，呈現東、中、西部逐漸遞減趨勢，東部地區碳排放量遠高于中、西部地區，但西部地區年均增長率最高.

(2)各省間碳排放效率差距明顯.其中，北京、天津、黑龍江、上海和浙江的建筑業碳排放效率均值為1，甘肅、山東、青海、貴州、內蒙古的建筑業碳排放效率在0.5以下.從區域上來說，東、中部碳排放效率較高，除個別年份中部地區碳排放效率高于東部外，其余年份東部處于較高水平，西部地區效率值整體偏低，但基本處于緩慢上升階段.

(3)全國和三大區域間建筑業碳排放量不存在隨機性收斂，而碳排放效率均存在隨機性收斂，碳排放效率是綜合考慮多個指標的結果，隨著中西部地區技術的提升和擴散效應，各地區的碳排放效率值逐漸趨于統一；對于三大區域內部來說，東部和中部地區的碳排放量與效率均存在隨機性收斂，而西部地區在兩項指標上均不存在收斂，這是由于西部較東部和中部地區發展起步晚，區域內部各省之間發展程度差異明顯，資金技術投入也有很大差距，建筑業發展路徑不同，難以形成隨機性收斂態勢.