建筑行业全生命周期碳排放评估的比较研究:中国与全球的进展、挑战及趋势

时间:2026年1月26日
来源:BUILDING AND ENVIRONMENT

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全球建筑行业碳减排需全生命周期评估,研究比较中国与其它国家在研究重点、方法及工具上的差异。中国侧重建设阶段排放评估,多依赖国内Glodon等平台;国际研究更关注运营维护阶段,广泛采用SimaPro、EnergyPlus等先进工具。结果显示LCA成为主流方法,但系统边界定义的主观性制约结果可比性,区域技术整合水平不均衡。建议加强国际标准对接与数字化工具融合。

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罗月平|Victor Nee Shin Bong|Jibril Adewale Bamgbade|Morshed Alam|San Chuin Liew
斯威本科技大学工程、计算与科学学院,马来西亚砂拉越93350

摘要

作为全球碳排放的重要来源,建筑行业的整个生命周期碳排放评估对于应对气候变化至关重要。尽管学术界已经积累了大量的相关研究,但在研究深度、系统覆盖范围和工具应用方面,各国和地区之间仍存在显著差异。因此,系统地回顾建筑行业碳排放的现状、趋势和挑战对于实现碳中和目标具有重要意义。本研究通过定量和定性方法分析了80篇经过同行评审的论文,从研究重点、方法论方法和软件工具的角度比较了中国的研究进展与其他国家的情况。结果表明,生命周期评估(LCA)已成为全球主流的分析方法;然而,在定义系统边界时的方法论主观性继续限制了结果的可比性。中国的研究倾向于关注施工阶段的排放,而国际研究则集中在运营和维护阶段,这反映了新兴市场和成熟建筑市场之间的不同发展优先级。在技术工具方面,中国仍然主要依赖国内平台(如Glodon),而较少使用SimaPro或EnergyPlus等高级仿真工具,这表明有必要与国际标准和数字技术进一步整合。总体而言,这些模式凸显了全球向全面、工具辅助的生命周期碳排放评估方向发展的趋势,但也暴露了各地区在方法论和技术进步方面的不平衡。通过量化这些差距,本研究为支持全球建筑行业的绿色和低碳转型提供了实证和战略性的见解。

引言

气候变化是21世纪人类必须面对的严峻挑战,也是当前国际政治和经济格局中不可忽视的重大全球性问题[1]。碳排放的显著增加已成为导致全球变暖的最重要因素。因此,有效减少企业和工厂的碳排放已成为最紧迫的环境保护问题之一[2]。建筑行业作为能源消耗和碳排放的关键领域,发挥着不可忽视的作用。数据显示,建筑行业每年消耗全球约40%的能源,并贡献了约30%的全球温室气体排放[3]。此外,预计到2050年,全球建筑的能源消耗可能会翻倍或三倍[4]。然而,与其他行业相比,建筑行业在减排方面的技术挑战相对较低,使其成为全球节能和减排工作的关键领域[5]。
低碳建筑设计需要综合考虑地理、气候、材料和成本等多种因素,使其成为一个高度复杂的跨学科研究领域[6]。单一的分析方法已不足以应对这一复杂挑战;因此,迫切需要从全生命周期的角度进行综合的多方法分析,以实现更科学和系统的减排策略[[7],[8],[9]]。
建筑信息模型(BIM)作为建筑行业数字化转型的关键推动力,被广泛认为是降低成本和优化项目管理的有效工具[10]。BIM平台能够在无需实际施工的情况下进行多种类型的评估和模拟,显著提高了建筑设计和施工的效率[11]。因此,BIM技术在低碳建筑设计和碳排放管理中的应用前景尤为广阔,在推动行业绿色转型方面发挥着重要作用。
重要的是,到2020年,建筑行业生命周期碳排放评估的方法论基础已基本建立[12,13];这一时期的研究为理解近期文献提供了重要背景。早期研究主要集中在建筑运营能耗及其相关排放上,而由于材料清单不完整、数据来源不一致以及系统边界定义的差异,对嵌入碳的核算往往受到限制[14]。随着生命周期思维的深入和标准的进步——特别是在ISO 14040/14044和行业特定框架EN 15978的指导下——研究逐渐转向更明确的系统边界定义,并倾向于在产品、施工、使用和生命周期结束阶段分别报告[15,16]。同时,为了平衡数据细节与系统的完整性,学者们继续讨论并应用不同的方法,如基于过程的LCA、输入-输出LCA和混合LCA[17]。另一方面,2020年之前的数字设计和分析工具的普及促进了基于BIM的量化和启动了与能源模拟工具的初步整合,为2020年后更加以工具驱动的自动化评估工作流程奠定了技术基础[18]。
尽管已经广泛应用了多种分析框架(如LCA和基于BIM的方法)来评估建筑碳排放,但现有研究仍然高度分散[19]。大多数研究集中在建筑生命周期的孤立阶段或单一工具的优化上,导致系统边界、数据来源和评估标准的一致性不足[20]。因此,该领域缺乏对这些多样化方法的使用方式、它们发现之间的差异以及最迫切需要整合领域的整体理解[21,22]。
近年来,无论是在中国还是全球范围内,关于建筑生命周期碳排放评估的研究数量都迅速增加[23,24]。然而,这种文献的激增超过了在不同背景下综合和比较结果的努力[25]。因此,及时的系统回顾对于巩固现有知识、识别方法论的趋同和差异以及揭示各国研究模式(特别是中国与其他国家之间的差异)的演变至关重要[26]。这种综合为推进一致、可靠且具有全球可比性的建筑碳排放评估方法提供了必要的基础[[27],[28],[29]]。
中国是一个特别值得研究的案例,不仅因为它是世界上最大的碳排放国,还因其独特的政策背景和快速的城市化进程[30]。在过去二十年里,中国实施了雄心勃勃的举措,如双碳(碳达峰和碳中和)战略、国家绿色建筑评估标准以及对BIM等数字建筑技术的广泛政府支持[31]。同时,中国前所未有的城市扩张和基础设施密度使其建筑存量远大于大多数发达国家[32]。
至关重要的是,直接比较中国与其他国家的情况可以提供以往非比较性回顾所忽视的见解[33]。它允许研究不同的政策体制、产业结构和数据基础设施如何影响碳排放评估的方法论选择[34,35]。这样的比较可以揭示中国对施工阶段排放的重视以及政府监管的评估系统是否导致了与发达国家常见的市场驱动和自愿框架不同的分析方法和结果[36]。此外,对比这些路径有助于明确中国出现的方法论创新(如本地化碳数据库或BIM-LCA集成框架)是否为全球低碳转型提供了可转移的经验[37]。
通过这种比较视角,本综述有助于弥合现有文献中的地理和方法论差距,促进对建筑碳排放评估研究的更全球一致的理解。

研究空白与目标

尽管学术界和实践界对建筑碳排放评估的关注日益增加,但现有研究在方法论上仍然分散且地区间缺乏联系[38]。大多数研究仅关注建筑生命周期的孤立阶段或单一分析工具(如BIM或LCA),而没有系统地整合这些框架来全面捕捉建筑碳排放的复杂性[39]。此外,跨国研究主要是描述性的,而非比较性的。

研究方法

本节解释了研究的范围和方法论,详见图1。

研究区域分布分析

我们对案例研究中的研究对象国家(图2)和研究产出国家(图3)进行了单独分析,研究对象国家采用分数计数法,研究产出国家采用完整作者隶属关系法。
在研究对象国家中,中国的数量最多,为41.6,远高于其他国家。美国排在第二位,数量为5.6,其次是英国,数量为5。

生命周期理论的当前应用状况和比例分析

通过对文献中理论基础的系统分析(表2),本研究发现81.25%的论文使用了生命周期评估(LCA)理论来进行建筑碳排放研究。其中,74.76%的中国文献采用了LCA理论,而88.28%的外国文献也采用了该理论。这一统计结果强调了LCA方法在建筑碳排放研究领域的主导地位。

主要碳排放评估方法概述

建筑碳排放问题涉及多种因素,包括政策、材料、成本等,使其成为一个复杂的多学科研究挑战。单一方法往往不足以全面解决这一问题[132]。因此,本文系统地回顾了纳入文献中的研究方法(表4),以明确相关研究中的主流评估方法。
BIM技术建立了建筑信息模型

研究工具及其实际应用分析

在方法论分析的基础上,本节系统地回顾了纳入文献中使用的软件应用,并根据其主要功能对其进行分类。目的是揭示与建筑碳排放相关的典型研究路径。每种软件应用的使用率是通过将引用该软件的研究数量除以回顾中包含的研究总数来计算的[140]。
然而,软件

研究结论

本研究系统地分析了80篇国际同行评审的出版物,全面揭示了建筑行业整个生命周期碳排放评估的现状、挑战和发展趋势。研究结果表明,中国在研究方法、技术应用和理论深度方面与国际社区存在显著差异,同时也突出了几个值得注意的定量

写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

本研究使用了GPT-4.1和Claude 3.7 Sonnet来支持数据验证和方法论路径、研究范围及应用工具的分析。作者还使用了AI辅助技术(Grammarly)来辅助手稿的写作和编辑,包括语言润色和语法检查。所有内容都经过作者的严格审查、编辑和批准,以确保准确性、原创性和与研究结果的一致性。作者对此负全责

CRediT作者贡献声明

罗月平:撰写——初稿、可视化、方法论、形式分析、概念化。Victor Nee Shin Bong:撰写——审阅与编辑、形式分析、项目管理、验证、监督。Jibril Adewale Bamgbade:撰写——审阅与编辑、验证、监督、概念化。Morshed Alam:撰写——审阅与编辑、验证、监督、概念化。San Chuin Liew:撰写——审阅与编辑、形式分析。

数据可用性

数据可应要求提供。

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罗月平:撰写——初稿、方法论、概念化、形式分析、可视化。Victor Nee Shin Bong:撰写——审阅与编辑、监督、形式分析、项目管理、验证。Jibril Adewale Bamgbade:撰写——审阅与编辑、监督、概念化、验证。Morshed Alam:撰写——审阅与编辑、概念化、监督、验证。San Chuin Liew:撰写——审阅与编辑、形式分析。

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