“雙碳”目標下建筑節能減排研究進展可視化分析

關鍵詞：建筑節能；碳排放；碳中和；可視化；CiteSpace；知識圖譜

中圖分類號：TU023文獻標志碼：A文章編號：10005013（2024）02028307

收稿日期：20231214

摘要：為全面梳理建筑節能減排的研究歷程及熱點前沿，基于文獻計量軟件CiteSpace，以中國知網（CNKI）和WebofScience核心數據庫中選取的與建筑碳減排相關的1883篇中文文獻和1142篇外文文獻為主體，結合研究熱點知識圖譜、關鍵詞突現圖譜及時間線圖譜，對建筑節能減排的研究現狀和研究趨勢進行定量可視化研究。結果表明：建筑節能減排領域研究熱點聚焦于建筑節能、綠色低碳、零碳排放3個方面；國內學者通過采用可再生材料，構建節能模型和提高回收利用率等措施降低碳排放；國外學者從立法政策探尋建筑行業的碳減排潛力，隨后致力于可再生能源以及碳負技術的研究。

通信作者：秦旋（1969），女，教授，博士，博士生導師，主要從事裝配式建筑、建筑業可持續發展的研究。Email：hdwq@hqu.edu.cn。

基金項目：福建省創新戰略研究項目（2023R0039）

隨著全球氣候變化日益嚴重，碳中和作為減緩氣候變化的一項重要戰略，已經引起了廣泛關注。根據國務院《2030年前碳達峰行動方案》指示，要把碳達峰、碳中和納入經濟社會發展全局，推動經濟社會發展建立在資源高效利用和綠色低碳發展的基礎之上。建筑領域是碳排放的主要領域之一，中國建筑節能協會發布的《中國建筑能耗研究報告（2021）》顯示，我國建筑全過程碳排放總量占全國碳排放量的50.6%。因此，進行建筑碳排放領域熱點和趨勢的研究，對實現我國“雙碳”目標具有重要意義。

建筑節能減排一直是學者們關注的話題。葉紅等［1］基于傳統文獻綜述的方法，從社會經濟、建筑體特征、區域氣候等視角，對驅動建筑能耗碳排放的復合機理進行綜述。然而，傳統的文獻綜述不僅需要消耗大量時間，且在閱讀分析過程中由于存在個人認知、主觀偏差等影響，難免導致分析結果不具客觀性，難以精確把握建筑碳排放領域的前沿問題。崔鵬等［2］基于WebofScience（WoS）和中國知網（CNKI）數據庫進行檢索分析，綜述了國內外大學校園碳排放研究進展及趨勢，為建設可持續低碳校園提供決策和建議。該方法在一定程度上減少了傳統文獻綜述方法的主觀偏差，提高了分析結果的客觀性與精確性，但該研究僅展示了國內外研究熱點詞匯及頻次統計的結果，無法表達該領域研究學科之間的交叉、知識流動和融合，無法呈現出清晰直觀的可視化圖像。

文獻計量法是指用數學和統計學的方法定量地分析一切知識載體的交叉科學。它是集數學、統計學、文獻學為一體，注重量化的綜合性知識體系，是關于文獻及其引用的學科。2004年，陳超美等［3］開發了一款文獻定量可視化軟件，即引文空間（CiteSpace），其主要基于共引分析理論對特定領域文獻進行計量，從而探尋該學科領域內的關鍵路徑及轉折點，并通過可視化圖譜的繪制形成對學科演化潛在動力機制的分析和學科發展前沿的探測。CiteSpace軟件可較為直觀地呈現相關研究領域的發展全景，提取熱點主題，辨析研究趨勢，具有強大的可視化功能［4］。因此，本文擬用文獻計量法，對建筑節能減排領域展開綜述研究。

1數據來源

選取CNKI和WoS核心數據庫為數據來源。CNKI數據采用主題“建筑”并且主題“碳減排”進行精確檢索，時間跨度為2007-2023，手動剔除部分無效文獻，獲得中文文獻1883篇。外文期刊數據用WebofScience核心數據庫，采用主題“carbondioxideemission”和主題“building”或者“Architecture”進行精確檢索，時間跨度為2007-2023，剔除無效文件后，獲得外文文獻1142篇。

2研究熱點分析

當2篇或多篇文獻發表后，被后期相關研究的1篇或多篇文獻所引用，就會構成共被引文獻關系［3］，分析共被引文獻就可以了解該領域的主要研究方向。在CiteSpace軟件中勾選Keyword，分析節點選擇Reference，選用Pathfinder（最短路徑）算法，進行關鍵詞共現分析，得出關鍵詞共現知識圖譜。

根據CNKI數據庫的1883篇文獻繪制出國內建筑碳減排領域研究熱點知識圖譜，如圖1所示。圖1中共有587個節點及1050段連線。根據WoS數據庫的1142篇文獻繪制出國外建筑碳減排領域研究熱點知識圖譜，共得到489個節點和2867條連線，如圖2所示。

結合國內研究熱點知識圖譜和高頻關鍵詞可以看出：碳排放、低碳建筑、綠色建筑等這幾個關鍵詞的節點更大，頻次更高，說明目前國內建筑碳減排的研究熱點主要集中在這幾個領域。從圖2可以看出，國外高頻詞出現頻次分布比較均勻，研究熱點與國內大致相同，但國外研究大多與環境、生態相關聯，對政策和能源的研究較多。2007-2023年建筑碳減排研究領域的熱點主要集中在以下3個方面。

1）建筑節能減排的研究。建筑碳排放受到多個因素影響，包括建筑材料的選擇、建筑設計和施工過程、能源消耗和運營等。羅曉予等［5］研究發現日本的建筑全生命周期碳排放明顯低于中國建筑，主要原因為日本建筑利用低碳建材，其生產環節碳排放低、使用壽命長，維護、廢棄階段碳排放低于中國建筑。建筑材料是主要的碳排放來源，在商業辦公建筑材料中，混凝土結構比鋼結構在能源消耗、碳排放、碳排放成本方面均占優勢［6］。目前，混凝土結構的減碳技術提出一種新的理念，通過采用新型低碳膠凝材料、提升結構耐久性及退役后建筑固碳循環利用等方式可實現混凝土結構全壽命減碳［7］。

2）綠色低碳的研究。隨著對低碳建筑研究的深入，綠色建筑的概念逐漸浮現。為了更好地評估建筑碳排放，許多研究借鑒了生命周期評估方法，對比綠色建筑和普通建筑各階段的碳排放差異，總結出綠色建筑的優勢［8］。國外學者從生命周期評價、碳標簽等方面對建筑業碳排放開展研究，使用模型和算法對碳排放展開定量計算，對二氧化碳（CO2）的排放量進行控制和監督。Lisitano等［9］研究了碳排放量和再生能源之間的關系，指出未來研究可能會考慮建筑物中所隱含的CO2排放問題。

3）零碳排放研究。主要包括碳達峰的預測、零碳建筑和零碳社區的發展。聯合國報告指出，2019年，生活和生產中的碳排放創下新的歷史記錄，許多欠發達國家的建筑業碳排放量上升超過以往。針對聯合國報告，國內提出“30·60”的戰略目標，零碳建筑的發展開始被重視。建筑行業正逐漸向可再生能源整合轉變，如光伏、風力發電等。研究者正在探索將可再生能源與建筑系統集成，以降低對傳統能源的依賴并減少碳排放。超低能耗建筑被動式及主動式技術通過選擇適宜該項目的遮陽措施、高效新風熱回收系統、光伏技術等手段，實現降低建筑自身能耗、提升用能效率，從而達到零碳排放［10］。除此之外，建筑領域相關政策變化也影響著實際碳排放，不同減排工作的貢獻率不同，其中，建筑節能強規提升、建筑光伏一體化、清潔取暖等工作的有效開展，為零碳城市的發展提供了動力［11］。國外學者將能源模擬、空氣分析軟件、建筑垃圾的再利用和回收分析等建筑信息模型（BIM）技術應用于綠色建筑建設、管理和設計中，管理建筑全生命周期的碳排放及能源消耗，實現更高水平的節約與低碳，實現近零碳污染［12］。Kou等［13］提出一種與重力熱管集成的新型被動式太陽能房屋，實現了具有可變熱性能的圍護結構，高效利用太陽能達到零碳供暖。在近零碳排放的背景下，可再生能源的開發利用日益受到重視。

3演進趨勢分析

3.1國內建筑碳減排領域演進趨勢

突現值能夠反映某一時段該研究領域的研究熱點前沿。利用CiteSpace軟件分析獲得CNKI高突現值關鍵詞22個，如圖3所示。國內建筑碳減排領域關鍵詞時序圖，如圖4（a）所示。根據關鍵詞時序圖，繪制不同階段的熱門關鍵詞詞云圖，如圖4（b）所示。

（a）關鍵詞時序圖（b）不同階段的熱門關鍵詞詞云圖

結合高突現值關鍵詞和時序圖，國內對建筑碳排放領域的研究是階梯型上升的，可以將其劃分為萌芽初期、探索時期、逐步成型、深入研究4個階段，如圖4（b）所示。

1）2007-2008年，主要關鍵詞為二氧化碳、建筑物及零碳排放。《京都議定書》于2005年開始生效，設定了減少溫室氣體（GHG）排放的具體目標和時間表，并表明減少大氣中的二氧化碳量已經成為二十多年來的全球發展議程［14］。尤其在建筑物方面，開始以零碳排放為目標進行建筑物碳排放研究。研究早期主要是在建筑上采用可再生的生物質建筑材料，提高材料利用率、回收率，增加采用清潔能源的使用等，最終實現碳排放加權總計的零值。

2）2009-2010年，熱門關鍵詞增加了低碳城市及低碳產業。該階段的研究主要從宏觀角度出發，提出減少碳排放的政策建議。低碳是這一階段的主要代名詞，學者們從低碳的角度出發，尋找發展低碳城市和構建低碳建筑的技術途徑，該階段處于探尋我國減排潛力的躊躇前行階段。研究建筑碳排放的同時，也關注城市規劃層面，從而優化城市建設和發展的整體碳排放。姜虹等［15］得出發展低碳建筑應通過文化理念的回歸與進步、依靠技術跨越式發展和制度約束才能實現的結論。同時，低碳試點城市研究開始興起，崔博等［16］從低碳產業布局、低碳公共交通系統、可再生能源利用、碳匯系統布局、低碳城市空間結構、低碳空間管制等6個方面出發，對廈門市低碳城市總體規劃進行了理論探索和實踐嘗試。

3）2011-2016年，低碳建筑、節能減排、碳排放等詞成為研究熱點。這一階段的建筑碳排放領域的研究從宏觀逐漸進入到微觀，研究構建建筑全生命周期各階段的碳排放計算模型，并有針對性地提出減排策略。建筑業對其他行業的碳排放拉動作用明顯，通過發揮建筑業在建材選擇上的引導作用、減少高碳排放建材的使用量，實現降低建筑業的間接碳排放［17］。此時，研究方向開始轉向微觀領域，將BIM技術與建筑碳排放結合，計算建筑全生命周期碳排放量［1819］。

4）2017-2023年，研究熱點為碳達峰與碳中和。“30·60”戰略目標提出后，碳排放的突現值達到最高，研究內容比前3個階段更深入，如從建筑到社區再到城市。超低能耗建筑應運而出，超低能耗建筑在建筑建造施工和運行過程中能夠減少建筑用能，是實現建筑碳中和目標的重要途徑。劉志堅等［20］提出一種結合儲電和儲熱的分布式能源系統，促進了能源系統低碳和清潔轉型發展。城市發展逐漸形成城市群體，區域層面的減碳目標也亟待解決，以長江三角洲城市群為例，各種影響因素在不同城市存在較強的時空異質性，對城市群體的區域性的降碳需采用相應聯防聯治措施及差異化減排策略［21］。另外，城市建設中的礦物質材料開發利用活動不僅導致大量碳排放，也產生了碳吸收。建筑中的礦物質材料包括水泥、石灰、混凝土和砂漿等，這些礦物質材料對CO2的吸收量逐年累積，形成的碳匯總量十分可觀。因此有學者從城市建設角度對建筑物中礦物質材料的碳匯能力進行研究，結合遙感數據提取技術對城市既有建筑的碳匯量進行核算，結果可直觀準確地呈現城市碳匯量分布與城市建設發展的關系，并作為低碳城市發展的指導依據［22］。當然，對碳中和的理解是一個不斷發展的過程，實現凈零排放將引發經濟和社會各個方面自上而下的深刻變革，在這過程中碳中和研究將進一步多樣化和深刻化。

3.2國外建筑碳減排領域演進趨勢

根據文獻數據整理分析，利用CiteSpace軟件分析獲得WebofScience高突現值關鍵詞17個，如圖5所示。繪制國外建筑碳減排領域關鍵詞時序圖，如圖6（a）所示。根據關鍵詞時序圖，繪制國外建筑碳減排領域不同階段的熱門關鍵詞詞云圖，如圖6（b）所示。

（a）關鍵詞時序圖（b）不同階段的熱門關鍵詞詞云圖

根據研究熱點時序圖，國外建筑碳排放領域演進趨勢主要分為3個階段，如圖6（b）所示。

1）2007-2011年，氣候變化、碳排放為主要研究熱點。隨著2008年《氣候變化法案》的頒布，英國成為第1個立法減少GHG的國家，建筑行業相應的立法推動零碳建筑的實施［23］。Ohene等［24］通過最優最劣方法（BWM）研究凈零碳建筑行業的障礙，最終落腳于立法政策，指出達到零碳排放政府部門必須成為強有力的伙伴。此階段主要研究相應立法政策以探尋建筑業碳減排潛力。

2）2012-2017年，主要關鍵詞包含碳排放、能源及能源效率等，此階段能源問題成為焦點。為提高能源強度和能源效率，人們試圖調整能源消耗方式，從而引發了低碳目標及可再生能源、可持續發展和循環經濟等領域研究的蓬勃發展。為實現設計初期進行節能優化，Baek等［25］構建了CO2分析系統，可在設計階段測算能源消耗，從而對建筑的能源消耗進行改進，提高能源效率。在節能改造方面，從全生命周期出發確定建筑的最優節能措施，實現系統觀點下的建筑節約［26］。

3）2018-2023年，世界各國提出了碳中和目標和路線圖，分析減排的挑戰和驅動因素，預測不同情景下的減排效果。學者們將研究從低碳轉向零碳，開始用實測探索零碳污染的最佳途徑，并提出了可再生能源、智能建筑和綠色建筑等一系列研究重點。生命周期中運維階段的碳監測較為復雜，Zhao等［27］提供了一種新型的擬合方法，確保監測數據的準確性，借此方式提出針對性的減排方式。通過使用可再生能源、碳捕獲和儲存技術、建筑能效的提高等方式，將建筑運營階段產生的碳排放量降至零或接近零。在全球碳交易市場中，碳排放配額交易價格是最為活躍的元素，實時反映市場的供給與需求。碳交易和碳定價機制可為建筑行業提供激勵機制，合理的碳價格將促進創新綠色技術的發展，促使建筑業主和開發商采取更多的碳減排措施，并提高減排效率［28］。碳捕集與封存被認為是未來大規模減少溫室氣體排放、減緩全球變暖最經濟、可行的方法。第13屆溫室氣體控制技術國際會議上提出了一種太陽能碳捕集技術，英國碳清潔公司研發了一種先進的CDRMAX碳捕獲溶劑，其二氧化碳捕獲率高達92.5%［2930］。目前，碳中和的研究擴展到多學科領域，從政策、技術、經濟等多角度推動碳中和的發展。隨著能源的豐富、負排放能力的提高及人類減排意識和意愿的增強，碳中和正逐漸走向可實現的目標。

4結論

1）在研究熱點方面，國內外在建筑碳減排領域的高頻關鍵詞較為接近，包括建筑節能、綠色低碳、零碳排放和碳中和等研究熱點；不同的是國外某些發達國家早已達到碳排放峰值，下一步需完成2050年的凈零碳排放，而我國作為發展中國家，承諾在2030年達到碳排放峰值，2060年實現碳中和，故“碳中和”“碳達峰”是我國目前的研究熱點。

2）在演進趨勢方面，國內對建筑碳減排的研究起步晚于國外，隨著我國經濟的增長，對建筑碳排放相關的研究越來越重視。國外對碳減排的研究更多集中在政策和技術方面。研究早期的關鍵詞偏向于宏觀層面，如氣候變化、碳排放、可持續性等，隨著研究領域不斷擴大，研究發展至微觀方面，即促進碳中和的具體方法和技術。碳中和的研究領域包括可再生能源、碳稅、低碳試點等。在最后的零碳階段，政策的主導和技術創新是研究熱點，社會、經濟、能源、政策和技術等因素都是碳中和發展的重中之重。目前，國內外建筑碳排放發展進程已同步化。

3）碳中和是未來的研究熱點。實現碳中和是一個復雜的多學科過程，建筑碳排放領域不能通過單一視角分析來實現，需要對技術、經濟和社會進行全面系統的分析。生態文明建設是人類文明發展和社會進步的必然要求，有必要將碳中和納入生態文明建設的總體框架，深入研究這一概念的理論內涵，并在生態文明框架內構建碳中和管理理論和方法體系，組織跨學科技術創新團隊。未來的研究以開發可再生能源和碳負排放技術創新為主，在技術支撐下逐步提高可再生能源的利用率。

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（責任編輯：黃曉楠英文審校：方德平）