綠色低碳建筑研究動態(tài)

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“綠色建筑”的概念系由“生態(tài)建筑”演化而來，但“綠色化”的實現則源于可持續(xù)發(fā)展理念的提出。誕生于1990年的BREEAM是世界上第一部綠色建筑評價標準，此后美國、加拿大、日本、澳大利亞、德國、中國等相繼制定出各自的綠色建筑評價體系，同時與綠色建筑相關的新技術、新材料和新產品也在快速發(fā)展，從而使綠色建筑從理念到實踐逐步完善和成熟。后金融危機時期“低碳經濟”的迅速崛起引發(fā)全社會對低碳相關領域的關注，如“低碳建筑”、“低碳城市”和“低碳設計”等。目前全世界建筑物能源消耗占社會能源消耗總量的40%，是工業(yè)能耗的1.5倍，因此推動低碳建筑的發(fā)展迫在眉睫?！暗吞冀ㄖ迸c“綠色建筑”在內涵和目標上是基本一致的，只是切入點、側重點和技術選擇上有所差異，因此本文將兩者歸為同一研究范疇予以考慮，目的在于從更廣的視角探討綠色低碳情境下的建筑發(fā)展“新常態(tài)”。

1數據來源與研究方法

1.1數據來源

本文選擇美國科學信息研究所(ISI)出版的SCI和SSCI引文索引作為數據來源，以主題=(“greenbuilding*”或“l(fā)owcarbonbuilding*”或“l(fā)ow-carbonbuilding*”)為檢索表達式，選擇“Article”為文獻精簡類型，不限時間跨度進行檢索(數據更新至2015－03－30)，經過篩選后，最終得到591篇期刊文獻。通過WebofScience創(chuàng)建的引文報告和GPSVisualizer可視化定位工具對文獻進行系統梳理，歸納出綠色低碳建筑研究的時空分布特征。左側柱形圖表示綠色低碳建筑領域每年發(fā)表的文獻量，右側柱形圖表示該領域每年參考文獻的引文量，可以發(fā)現文獻分布整體上呈顯著的偏態(tài)聚集形態(tài)，2005年之前僅有零星的相關研究，2010年之后則出現“爆發(fā)性”增長，而這與綠色低碳建筑發(fā)展的國際背景相吻合。文獻的來源地區(qū)集中于北美、西歐和東亞國家，非洲、南美洲和大洋洲的分布相對零散，反映出綠色低碳建筑已成為國際化的研究領域。東亞地區(qū)的文獻主要集中于中日韓三國，說明綠色低碳建筑領域已引起國內學者的關注，相關研究成果在國際上具有一定的影響力。

1.2研究方法

在數據處理過程中，首先運用Bibexcel從文獻題錄信息中提取關鍵詞。為保證數據的有效性和準確性，需要對關鍵詞進行預處理，比如將“greenbuilding”和“greenbuildings”合并為“greenbuilding”，然后選擇出現頻次超過2次的關鍵詞作為研究對象，共得到131個。其次，按照出現頻次高低及變化率對關鍵詞進行歸類，然后對關鍵詞共現網絡展開分析，包括網絡密度、中心性和成分構成。最后，依據關鍵詞共現矩陣繪制知識圖譜，從研究熱點和時區(qū)分布兩個維度探討綠色低碳建筑研究的主題脈系及發(fā)展趨勢。

2綠色低碳建筑研究共詞網絡分析

2.1關鍵詞分類

首先通過CiteSpace軟件，按照年份繪制出每個關鍵詞頻次的變化折線圖。然后結合關鍵詞的出現頻次和變化率，將其劃分為六種類型，從而全面反映綠色低碳建筑研究的熱點變遷和前沿趨勢。高頻平緩和中頻平緩型表示，關鍵詞較早受到學者的關注，頻次變化率呈平穩(wěn)狀態(tài)，通常屬于綠色低碳建筑研究的基礎詞或特征詞，如綠色建筑、可持續(xù)性、可持續(xù)發(fā)展和建筑環(huán)境。高頻波動型關鍵詞同樣是綠色低碳建筑研究中的熱點，但易受其他領域新方法的影響，在相關方法逐漸普及后，頻次增長趨緩甚至有所下降，從而呈現波動態(tài)勢，比如“設計”是決定建筑功能的關鍵因素，隨著信息技術的發(fā)展，BIM在設計中的應用逐漸從3維拓展到N維，除構建3D模型外，還將進度控制、成本管理、建筑性能分析等納入到不同維度中，由此關鍵詞“設計”在BIM應用的前中后階段呈明顯的波動態(tài)勢?！靶阅堋钡念l次變化情況同“設計”相類似，在LEED等評估體系逐漸普及后，經歷了波動式的發(fā)展過程。高頻陡增和中頻陡增型關鍵詞是近年來涌現出的熱點，通常代表研究領域的前沿方向，如LEED在2007年僅出現2次，而2014年則漲至8次，與之相對應的是LEED從1.0實驗版到2.2正式版再到4.0正式版的發(fā)展歷程，應用范圍也從公共建筑拓展至各類民用建筑。通過CiteSpace的突現詞檢測功能，發(fā)現“能源”的突現值是所有關鍵詞中最高的，隨著可再生能源的發(fā)展和節(jié)能技術的進步，其已成為綠色低碳建筑研究的熱點方向之一。低頻關鍵詞表示相關內容尚未引起學界的注意，還處于萌芽階段的研究內容，如增強現實模型、碳倉儲、低碳建筑設計、居住舒適度和環(huán)境治理等，隨著低碳經濟的發(fā)展和智慧城市的建設，可以預見與以上主題相關的研究將進一步升溫。

2.2網絡指標測算

(1)網絡密度和中心性。關鍵詞共現網絡的整體密度偏低，僅為0.0923，說明該領域的研究內容過于分散，呈現低關聯、低聚集性的狀況，缺乏清晰的脈絡?！爸行男浴笔巧鐣W絡分析的研究重點之一。度數中心度反映點的直接關系數，該值越大，則說明該關鍵詞與其他關鍵詞的共現頻率越高，越接近網絡的中心。根據關鍵詞的度數中心度排序，除文獻基礎詞及特征詞(綠色建筑、可持續(xù)性、可持續(xù)發(fā)展、能源、經濟等)外，發(fā)現LEED、環(huán)境評估、建筑性能、環(huán)境績效、環(huán)境評價方法、可持續(xù)設計和建筑后評估等成為研究者關注的熱點。中間中心度反映點的中介作用，該值越大，則說明該關鍵詞對其他關鍵詞共現的影響越大。度數中心度和中間中心度排名前15的關鍵詞基本一致，僅有環(huán)境評價方法、可持續(xù)設計、環(huán)境影響和施工4個關鍵詞例外，表明大部分的研究熱點同時具有較強的“資源控制力”，對其他節(jié)點的影響較大。

(2)成分分析。運用Ucinet對二值化處理后的數據進行成分分析，發(fā)現全部關鍵詞由77個成分構成，存在1個強成分(包括53個節(jié)點)，以及76個弱成分。成分分析與網絡密度分析的結果相一致，表明綠色低碳建筑研究的知識點較為分散。

2.3多維尺度分析

通過多維尺度分析，能夠更好地描述綠色低碳建筑研究的關鍵詞聚類情況，揭示隱藏于文獻背后的研究結構。通過統計高頻詞在同一篇文獻的出現次數，反映不同主題詞的關聯度，實現對知識結構、研究熱點和學科發(fā)現的動態(tài)分析。在多維尺度分析中，以Stress和RSQ作為反映擬合度優(yōu)劣的指標，其中壓力系數Stress越小模型擬合越好，而RSQ越大模型擬合越好。本文Stress系數為0.16669，小于0.2，說明擬合良好;同時RSQ為0.90037，遠大于0.6的經驗值，亦表明模型擬合良好。高頻關鍵詞主要聚集在三塊相對集中的區(qū)域，分別代表綠色低碳建筑研究的主要關注點。

3綠色低碳建筑研究知識圖譜繪制

3.1綠色低碳建筑研究熱點子網絡

目前關于綠色低碳建筑的交叉研究較為普遍，尚未形成脈絡清晰的結構體系，有必要對研究的熱點領域進行系統梳理。根據高中心性關鍵詞的相關性及其在整體網絡中的分布情況，篩選出2個關鍵節(jié)點，包括可持續(xù)性和環(huán)境評估。以可持續(xù)性為中心的子網共包含41個節(jié)點，涵蓋可恢復性、可持續(xù)設計、生態(tài)系統服務、溫室氣體排放、氣候變化、碳足跡等內容，網絡密度為0.222，占整體網規(guī)模的39.8%，是綠色低碳建筑研究中最核心的主題。2012年以來，在綠色低碳建筑的研究中關鍵詞“可恢復性”與“可持續(xù)性”多次共現。與可持續(xù)理念相比，可恢復理念應用于建筑領域的時間較晚，早期的研究集中于技術層面，重點從災害防御角度，解決建筑從不利狀態(tài)恢復至原態(tài)的問題。在氣候變化、意外事故、國際恐怖主義等危機的不斷挑戰(zhàn)下，建筑可持續(xù)性目標的實現需要可恢復性手段的保證，兩者是有機結合、協調一致的。溫室氣體排放在建筑的施工和運營過程中扮演著重要角色。一方面，溫室氣體的排放水平是衡量建筑可持續(xù)性的重要標準。另一方面，溫室氣體排放所引起的氣候災害會直接影響到建筑的可恢復性。未來需從可持續(xù)性和可恢復性的雙重視角，進行災害管理、氣候變化與溫室氣體排放的相互作用機制研究，確定溫室氣體碳排放的等級及閾值，并將上述成果引入到綠色低碳建筑的運營標準制定中。環(huán)境評估子網絡共包含26個節(jié)點，重點關注不同類型的環(huán)境評價方法，涵蓋美國(LEED)、加拿大(GBTool)、英國(BREEAM)、瑞典(Eco-effect)、香港(BEAMPlus)等國家或地區(qū)的建筑環(huán)境評價系統。在所有的建筑環(huán)境評價系統中，最核心的部分主要來自于指標權重的設計。目前，在綠色低碳建筑的評價體系中，“柔性”類指標的發(fā)展正成為一種趨勢。比如，LEED專門設置“區(qū)域優(yōu)先”類別，根據建筑所在地的環(huán)境發(fā)展需要，在評價體系中給予指定的核心指標以額外加分。國內2014年版的《綠色建筑評價標準》是在2006版的基礎上修訂而成，新增施工管理類指標，并設有加分項，鼓勵綠色低碳技術的應用創(chuàng)新，但7類指標的權重仍是固定值，可調整性差，這也是后續(xù)版本中需要解決的重要問題。如果參照LEED的做法，在國內2014版《綠色建筑評價標準》中設置“區(qū)域優(yōu)先”類別，允許各省市在不改變整體評價框架的基礎上，對部分核心指標予以適當的額外加分，從而更符合不同地區(qū)的發(fā)展現狀和實際需要。

3.2綠色低碳建筑研究熱點時區(qū)分布圖

從時區(qū)分布圖可以發(fā)現，在2005年之前綠色低碳建筑還沒有得到學者的廣泛關注，而隨著能源緊張、環(huán)境污染、全球氣候變暖等問題日益嚴峻，有關綠色低碳建筑的研究在2010年之后大量涌現，其中可持續(xù)性和LEED一直是研究的焦點，而近年來居住舒適度、居住者滿意水平、建筑后評價等日益受到關注，體現出精益化、人本化的發(fā)展趨勢。在“以人為本”思想的驅動下，未來綠色低碳建筑將與智能建筑及智慧城市的發(fā)展相融合，核心在于降低能耗的同時最大程度滿足居住者的使用需求，提高其居住體驗的滿意度。4政策啟示通過對綠色低碳建筑領域的文獻計量分析，得出以下結論:①現階段綠色低碳建筑呈現向“宜居性”發(fā)展的態(tài)勢，不僅關注能源利用效率，而且更多強調居住舒適度和滿意水平，圍繞居住者行為展開的研究逐漸增多。②綠色低碳建筑龐雜的研究內容凸顯出其跨學科的融合特性和生命力，研究焦點主要集中于綠色低碳建筑材料、綠色低碳建筑設計和綠色低碳建筑評價三方面。③可持續(xù)性和環(huán)境評估是綠色低碳建筑研究的熱點分支，其中核心主題“可持續(xù)性”正不斷與其他發(fā)展理念(如“可恢復性”)相結合。④綠色低碳建筑的研究具有鮮明的時代特征，2010年之后相關文獻數量井噴式增長，而這都與國際背景和標志性大事件(如哥本哈根的聯合國氣候變化大會)相吻合。節(jié)能減排目標的確定使建筑業(yè)低碳轉型的壓力驟增，“零碳建筑”成為綠色低碳建筑發(fā)展過程中更加具有時代特征的研究方向。為推動國內建筑業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，依據以上研究結論提出三點政策建議:

(1)關注居住者的行為習慣，完善建筑室內環(huán)境的后評價體系。中國2015年起施行的新版《綠色建筑評價標準》的適用范圍已擴展至各類民用建筑，但在室內環(huán)境質量的運行評價中尚缺乏對居住舒適性的有效考量。根據歐洲標準EN15211的說明，建筑環(huán)境不適性的程度與實際溫度和舒適溫度的差異大小有關。在室內濕熱環(huán)境的后評價中，如果能夠引入PDH(PercentageofDissatisfactionofHeat)等指數，則可以量化反映建筑使用中的溫度舒適度。同時，在不同地區(qū)由于氣候條件和居住者行為習慣(如日常通風方式的選擇)的差異，室內環(huán)境受室外因素影響的程度不同，因此在評估環(huán)境舒適度時需適當兼顧區(qū)域特殊性。

(2)建立建筑碳排放量的云計算平臺，解決綠色低碳建筑設計和運營間的“鴻溝”。綠色低碳建筑的設計和評價處于工程項目生命周期的不同階段，兩者之間往往存在節(jié)能減排效果的巨大落差。英國的CarbonBuzz云計算平臺通過集成工程項目利益相關者所提供的大量數據(如建筑運營期間的水電燃氣費用)，發(fā)現運營階段碳排放量的實際值通常比設計階段的預期值高50%以上。美國的USGBC也指出經過LEED認證的建筑在使用中的能耗表現遠遠低于預期的水平，在部分案例中實際能耗甚至達到預期能耗的兩倍。因此，“貼標簽”式的綠色認證并不能有效解決建筑運營期的高能耗問題，從而需要引入跟蹤建筑碳排放表現的云計算平臺，有針對性地分析能耗偏離設計目標的原因和問題。比如，在國內可以嘗試建立開源式的能耗分析平臺，允許用戶以匿名方式上傳相關數據并評價建筑的實際碳排放表現。通過“滾雪球”式的數據積累，該平臺能夠為設計方和運營方提供相對科學的能耗參考標準。

(3)明確零碳建筑的定義和范圍，制定發(fā)展零碳建筑的試點計劃和時間表。發(fā)展零碳建筑首先要解決概念界定的問題。Atanasiu等提出在定義零碳建筑過程中存在諸多挑戰(zhàn)，比如零碳建筑和零能耗建筑的區(qū)別，能源效率與可再生能源供給的平衡，以及在不同氣候條件和建筑類型中的適用性等。中國在制定發(fā)展零碳建筑的政策時，需要先明確建筑能源消耗的具體范圍，避免模糊界定所造成的建筑市場“無所適從”，像英國就經歷了從“完全零碳”到僅限定管制能源(加熱、制冷、通風、照明、熱水)的轉變。對于發(fā)展零碳建筑不同國家和地區(qū)都制定了相應的目標和時間表，比如歐盟規(guī)定所有新建建筑要在2021年之前達到接近零能耗的要求，其中政府投資項目要在2019年之前實現;英國要求新建住宅和非住宅項目分別于2016年和2019年實現零碳排放;美國的加利福尼亞州規(guī)定新建住宅和商業(yè)項目分別于2020年和2030年實現能源消耗的凈值為零。國內可以先在政府投資項目和部分地區(qū)進行零碳建筑試點，然后再推出不同類型建筑的零碳排放時間表。

作者：何清華 王歌 單位：同濟大學經濟與管理學院 同濟大學復雜工程管理研究院