新時代背景下馬拉松賽事的“碳中和”管理

文/ 王凱，蘇杭，鄭銘芥

◆有著悠久歷史的馬拉松運動在現代社會中依然受到人們的青睞，“碳達峰，碳中和”的時代背景對馬拉松賽事提出了更加綠色低碳的要求。本文首先運用文獻綜述、邏輯分析與對比的研究方法，發現馬拉松賽事在硬件裝備換新、清潔能源使用、賽段管理及賽前預防與賽后碳中和等方面的低碳化研究已相對深入，但對于賽程中賽場碳的時空分布研究較少，這極大的限制了賽程中原位碳中和的精準實施。由此提出通過智能計算模型獲得碳排放時空分布特征的碳管理框架設想，進一步闡述了該框架的機遇和挑戰，希望能為綠色馬拉松的賽事舉辦、賽場安排及體育賽事精準化碳管理的研究提供啟示。

◆ 馬拉松“碳中和”管理；二氧化碳時空分布；智能化“碳中和”管理模型框架

從1992年簽署的《聯合國氣候變化公約框架公約》到2021年該公約的第26次締約國大會(COP26)召開，碳管理和碳中和已經成為全球各國關注的熱點。所謂的碳中和是指采用某些手段將一個區域內生產生活等所產生的二氧化碳全部轉化掉，實現碳的零凈值增長。“雙碳”戰略的提出彰顯了我國對應對全球氣候變化的責任擔當，對國內的政治、經濟、文化、生活等產生了深遠的影響。

體育賽事作為人們生活的重要組成部分之一，其舉辦前、舉辦中及舉辦后的碳排放管理在碳中和的時代背景下得到了各級政府和組委會的關注。2020年3月4日，國際奧委會執委會通過決議，確保后續舉辦的奧運會都必須是碳中和的，并承諾顯著降低碳消耗和排放[1]任慧濤,易劍東.大型體育賽事碳中和管理：國際奧委會的倡議[J].北京體育大學學報,2022,45(02):25-38.。相應的2020年東京奧運會進行了較大規模減少碳排放的工作，在借用了210多家企業提供的排放配額后，基本上達到碳中和[2]新浪新聞.為了減少28噸碳排放，東京奧運會做了哪些嘗試？[EB/OL].(2021-08-06).https://finance.sina.com.cn/jjxw/2021-08-06/doc-ikqciyzk9923636.shtml；2022年北京冬奧會通過采用清潔無污染的氫能源來維持賽場的運行、交通出行及京津冀地區固碳工程進行碳補償等舉措，保證了“碳中和”承諾的兌現[3]北京冬奧組委.北京2022年冬奧會和冬殘奧會遺產報告(2020) [EB/OL].(2021-06-23)[2022-04-30].https://www.beijing2022.cn/wog.htm?cmsid=EYS2021062300362800。從碳中和的角度看，2030年后所有的賽事活動都要是對碳中和有益的，這就意味著各級政府和組委會將減少或者補償賽事產生的碳排放，并且在賽事審批的環節中加入零碳增長的要求。

馬拉松作為體育賽事的重要組成部分，近年來賽事舉辦場次達到每年上千場以上，其碳排放的管理不容忽視。馬拉松運動最早可以追溯到公元前490年紀念希臘人馬拉松戰役的勝利，在1986年舉辦的奧林匹克運動會上，設立了馬拉松這個運動項目，并將42.195km設定為賽程距離。隨著時代的發展，馬拉松運動開始出現半程馬拉松、越野跑、迷你跑、垂直馬拉松等形式，直到今天，馬拉松運動依然深受人們的喜愛，自2018年以來，每年舉辦的賽事超過1500場，認證的賽事超過300場，并穩健增長[4]王凱,楊婕,宋金莊,等.體育賽事"碳中和"發展及啟示[J].新體育,2022(11):8-10.。在碳中和的時代背景下，各級組委會倡導參賽者綠色出行，使用綠色清潔能源來維持賽事運行和交通出行，并設定了部分碳排放補償措施[5]劉超,陳林祥.碳中和愿景下我國大型體育賽事綠色發展現實困境與未來進路[J].體育文化導刊,2022(11):28-34.，這對綠色馬拉松的發展是有益的，它們關注了賽事中總碳排放量和總碳的抵消量，確保了凈碳量為零。但這些補償措施在精準化原位進行碳中和、保障賽事舉辦與經濟發展相協同面前似乎有些困難，一種具有時空選擇性的碳中和方法迫待提出。基于此，本文首先回顧總結了近年來馬拉松賽事碳管理及碳中和的相關措施，探討原位碳中和的必要性，進一步為區域化時空選擇性的碳中和提出了一些思路和建議，最后就該思路的機遇與挑戰進行了討論，希望該方法能一定程度上為馬拉松的綠色發展添磚加瓦。

1 馬拉松賽事中的碳中和現狀和管理辦法

碳中和的概念提出后，以馬拉松為代表的體育賽事在實現低碳綠色舉辦的方面主要有兩個思路，第一是通過硬件提升、綠色清潔能源使用及賽段管理來減少二氧化碳的排放；第二個是通過對周邊區域進行植樹造林、借用周圍企業等的碳排放指標等來對已經排放的二氧化碳進行“中和”，兩者符合管理學原理下的投入產出核算和按生命周期核算的基本方法。

1.1 硬件裝備方面

自2020年以來，國內外馬拉松賽事在減少碳排放方面很大的改變就是裝備的更新換代。以青島為代表的很多一線城市的組織方逐漸將賽中使用化石燃料的引導車、計時車更換為新能源車，小車型的替換比例顯著增加。同時，將賽期和賽后運輸參賽人員和技術官員的擺渡車也更換為新能源的大巴車，并且采用循環發車的模式減少了賽場中人力和物力的投入。再如杭州馬拉松，將起終點的宣傳和告示內容采用LED大屏幕投放的形式，減少了近2/3的塑料廣告牌數量，同時，物資的配備也更加環保，如減少了一次性水杯和毛巾的使用。

1.2 清潔能源方面

政府和賽事組織方大力推行使用氫能源和綠電來為賽事提供能源支持，極大比例的取代了化石能源和液化天然氣等高二氧化碳排放的能源，這是碳中和概念提出后，體育賽事能源結構的重要轉變。具體到實施措施上，主要有兩點：第一，劃定專門的太陽能、風能電網為賽事供電，維持賽場的保障；第二，賽事用車盡可能使用新能源汽車或者氫能源汽車[5]。

1.3 賽段管理方面

馬拉松比賽起點和終點的位置主要可以劃分為起終點合一和點對點兩種類型，不管是哪種類型，在賽程中都需要封閉不少的道路作為比賽區域，多數的馬拉松賽事是持續幾個小時的封閉道路，這不僅會影響該區域的社會公眾使用情況，還會造成賽事資源的浪費，帶來額外的碳排放。上海馬拉松提出一種區域化封閉的策略，對已經完成賽事的路段實現盡快正常化，節約了人力和物力資源，降低了賽段的維持成本，這樣提高了資源的有效利用率，減少了不必要的碳排放，同時保障了居民的正常出行，是賽事精細化管理的一種典范，值得其他地區馬拉松賽事學習。

1.4 賽前預防與賽后中和方面

以馬拉松為代表的很多大型賽事除了在賽前規劃和賽中管理減少不必要的碳排放外，依然存在著維持賽事所必須的碳排放，因此，在舉辦前和舉辦后都會采用一定的方法來消耗或者補償這部分排放。主要有兩個方法：第一是生物固碳，即在賽前多植樹造林，提前獲得碳排放額度；第二是動員企業等為賽事捐贈部分碳排放指標，以此達到碳中和。有些馬拉松賽事選擇在山清水秀的地區舉辦，既提供了優美的環境，又有利于產生的碳能夠及時被綠色植物吸收掉。

通過上述的總結，我們可以看出，通過使用新能源、更新裝備和優化賽中管理的方法對于低碳減排是非常有效的，這實際上從源頭減少了碳排放，降低了后面中和的難度；對于所必須產生的二氧化碳，采用生物固碳和借用排放指標的方法，一定程度上前確實實現了凈碳增長為零的目標，但也存在著排放與補償區域化不協調、賽事與工業生產相競爭碳排放指標的問題。倘若能夠實現原位的碳中和，將賽事園區植被布置與碳中和目標相耦合，就可以極大提高碳中和的時空效率，保證在哪里產生就在哪里消耗，同時，也不再需要與企業競爭碳排放指標。

要想實現這個目標，首先需要構建賽事區域的二氧化碳分布的空間模型，進一步輔助以先進的檢測手段，實現二氧化碳空間分布的實時計算，以便于賽程中對碳排放精準管理，避免部分區域部分時間排放嚴重過量。同時，利用數據驅動的方法，在賽事申報的時候完成碳排放的預測，獲得二氧化碳分布情況，有針對性地在排放區域高的地方提前采取措施，如植樹造林、放置補集裝置等。

2 智能檢測賦能精準碳管理，助力原位中和

以馬拉松為代表的體育賽事碳中和管理首先要堅持政策導向、完善管理制度、強化管理意識[4]，其次需要切實可行的方法來真正達到減少碳排放和原位碳中和，真正做到少量產生，精準中和。要想實現這一點，開發智能碳管理的框架、實現數字化管理勢在必行。

針對減少排放的環節，除了使用新能源、引進新裝備外，該框架可以指導現有資源的有效利用，實現快速調取，最優化布置；針對已產生碳的中和環節，通過該框架可以有效的獲得碳排放的時空分布，助力原位中和，同時，該框架還可以用于預測賽事的碳排放及分布情況，將賽場綠化和碳中和目標有效結合起來。如圖1所示，該框架設想主要有二氧化碳快速監測模塊、智能二氧化碳分布預測模型及二氧化碳管理決策模型三部分組成。

圖1 碳排放智能預測與管理框架設想

2.1 二氧化碳智能預測模型構建設想

隨著計算機技術的進一步發展，通過計算流體力學來獲得物質時空分布演化規律的研究方法廣泛在種植園區[6]Yue Zhang,Daisuke Yasutake,Kota Hidaka,er al.CFD analysis for evaluating and optimizing spatial distribution of CO2 concentration in a strawberry greenhouse under different CO2 enrichment methods[J],Computers and Electronics in Agriculture,2022(179):105811-105817.、旅游景點[7]郭健,鄭秋平,張春庭.敦煌莫高窟微環境控制系統的CFD仿真及設計[J].儀器儀表標準化與計量,2015(04):27-30.及城市環境[8]T.van Hooff,B.Blocken,CFD evaluation of natural ventilation of indoor environments by the concentration decay method: CO2 gas dispersion from a semi-enclosed stadium[J],Building and Environment,2013(61):1-17.等場景中應用。所謂的計算流體力學(CFD)就是通過計算機數字化空間建模的方法，求解物質和能量在擴散傳遞過程中的轉化情況，最終將求解結果以云圖的形式可視化的展示出來。要想完成建模，首先需要區域的空間數據來劃定結構范圍，進一步選定運算方法，最后利用已有的實驗數據來擬合參數，使得模型具有準確的運算功能。基于先有的研究進展，構建馬拉松賽場的碳分布模型是可行的，但需要相對足夠的實驗數據來支撐參數的擬合。模型參數空間的大小由計算維度所決定，通常計算的區域越大，外界影響因素越多，參數的量就越大，所需要的計算開銷也就越大。由于以馬拉松為代表的體育賽事的賽場面積相對較大，故計算維度會很大，模型的計算速度會較慢，估計要在小時級，這對于實時優化和決策是很不利的。

基于深度學習的數據驅動模型有著計算速度快(單組運算時間在1s內)、無需過程機理的優勢，但需要海量的數據來訓練參數，考慮通過計算流體力學構建的機理模型來導出海量的數據用于訓練數據模型，實現機理數據的融合，使得最終的模型兼備機理模型的計算精度與數據模型的計算速度，能夠滿足快速優化的需求。通過分布在賽場各區域內的二氧化碳監測系統不斷獲取的數據，模型能夠計算出賽場區域的二氧化碳時空分布結果，以此指導賽事的碳管理策略。

2.2 智能決策系統構建設想

智能決策系統集成智能預測模型的結果、最優化布局方法，應能夠滿足快速調度賽事保障、賽前原位碳中和的位點設計及賽事賽場碳中和指標的評估需求。通過這種物聯網工程的設計，使得賽事主辦方僅需要一臺電腦和一些賽前布置的二氧化碳采樣位點就能夠準確的了解賽程中的碳排放情況，及時進行管理和調度保障，提高技術設備利用率的同時減少不必要的碳排放。同時，通過提前的模型計算預測，能預先掌握二氧化碳排放較多的區域，在賽事開始之前就植樹造林或者放置碳捕集器，實現原位的碳中和。利用該模型還可以讓上級單位和公眾媒體監督比賽的碳中和情況，切實做到凈碳為零的承諾。進一步，模型還可以幫助篩選比賽場地等，有望為體育賽事精準碳管理的構想助力。

2.3 碳排放智能預測與管理框架的機遇與挑戰

該碳排放管理框架的設想有著智能化監管決策、賦能原位碳中和的機遇，但也存在著很多挑戰。第一是模型構建過程，首先，模型需要多組的已知數據來擬合參數，而已知數據通常要包括風速、風向、碳排放情況等，目前該類型數據庫尚不健全，其次模型的參數量較大需要較多的計算單元進行擬合以確保準確性，這在實施起來需要花費一定的人力和物力；第二，模型使用過程，可能存在著采樣數據不準確導致計算失誤產生錯誤決策等管理風險，如何系統的應對這些風險還需要進一步的思考。

3 結語

在“碳達峰，碳中和”和“體育強國”的時代背景下，舉辦綠色環保、節能低碳的體育賽事已經成為潮流。總體來看，實現該目標有減少碳排放和賽后碳中和兩個關鍵點，本文在系統的總結已有的具體措施后，提出了原位碳中和的設想，并進一步提出通過智能模型預測和決策的框架來輔助該設想的實現，最后討論整個框架的機遇和挑戰，希望能為體育賽事的碳管理和新體育學科交叉提供一些思路，為偉大祖國的雙碳戰略添磚加瓦。