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(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)，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(guān)的新技術(shù)、新材料和新產(chǎn)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(jīng)濟”的迅速崛起引發(fā)全社會對低碳相關(guān)領(lǐng)域的關(guān)注，如“低碳建筑”、“低碳城市”和“低碳設(shè)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(nèi)涵和目標(biāo)上是基本一致的，只是切入點、側(cè)重點和技術(shù)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(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1數(shù)據(jù)來源

本文選擇美國科學(xué)信息研究所(ISI)出版的SCI和SSCI引文索引作為數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)更新至2015－03－30)，經(jīng)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(tǒng)梳理，歸納出綠色低碳建筑研究的時空分布特征。左側(cè)柱形圖表示綠色低碳建筑領(lǐng)域每年發(fā)表的文獻量，右側(cè)柱形圖表示該領(lǐng)域每年參考文獻的引文量，可以發(fā)現(xiàn)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(guān)研究，2010年之后則出現(xiàn)“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(lǐng)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(lǐng)域已引起國內(nèi)學(xué)者的關(guān)注，相關(guān)研究成果在國際上具有一定的影響力。

1.2研究方法

在數(shù)據(jù)處理過程中，首先運用Bibexcel從文獻題錄信息中提取關(guān)鍵詞。為保證數(shù)據(jù)的有效性和準(zhǔn)確性，需要對關(guān)鍵詞進行預(yù)處理，比如將“greenbuilding”和“greenbuildings”合并為“greenbuilding”，然后選擇出現(xiàn)頻次超過2次的關(guān)鍵詞作為研究對象，共得到131個。其次，按照出現(xiàn)頻次高低及變化率對關(guān)鍵詞進行歸類，然后對關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)展開分析，包括網(wǎng)絡(luò)密度、中心性和成分構(gòu)成。最后，依據(jù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)矩陣?yán)L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(wǎng)絡(luò)分析

2.1關(guān)鍵詞分類

首先通過CiteSpace軟件，按照年份繪制出每個關(guān)鍵詞頻次的變化折線圖。然后結(jié)合關(guān)鍵詞的出現(xiàn)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(guān)鍵詞較早受到學(xué)者的關(guān)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(chǔ)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(guān)鍵詞同樣是綠色低碳建筑研究中的熱點，但易受其他領(lǐng)域新方法的影響，在相關(guān)方法逐漸普及后，頻次增長趨緩甚至有所下降，從而呈現(xiàn)波動態(tài)勢，比如“設(shè)計”是決定建筑功能的關(guān)鍵因素，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，BIM在設(shè)計中的應(yīng)用逐漸從3維拓展到N維，除構(gòu)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(guān)鍵詞“設(shè)計”在BIM應(yīng)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(shè)計”相類似，在LEED等評估體系逐漸普及后，經(jīng)歷了波動式的發(fā)展過程。高頻陡增和中頻陡增型關(guān)鍵詞是近年來涌現(xiàn)出的熱點，通常代表研究領(lǐng)域的前沿方向，如LEED在2007年僅出現(xiàn)2次，而2014年則漲至8次，與之相對應(yīng)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(yīng)用范圍也從公共建筑拓展至各類民用建筑。通過CiteSpace的突現(xiàn)詞檢測功能，發(fā)現(xiàn)“能源”的突現(xiàn)值是所有關(guān)鍵詞中最高的，隨著可再生能源的發(fā)展和節(jié)能技術(shù)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(guān)鍵詞表示相關(guān)內(nèi)容尚未引起學(xué)界的注意，還處于萌芽階段的研究內(nèi)容，如增強現(xiàn)實模型、碳倉儲、低碳建筑設(shè)計、居住舒適度和環(huán)境治理等，隨著低碳經(jīng)濟的發(fā)展和智慧城市的建設(shè)，可以預(yù)見與以上主題相關(guān)的研究將進一步升溫。

2.2網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)測算

(1)網(wǎng)絡(luò)密度和中心性。關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的整體密度偏低，僅為0.0923，說明該領(lǐng)域的研究內(nèi)容過于分散，呈現(xiàn)低關(guān)聯(lián)、低聚集性的狀況，缺乏清晰的脈絡(luò)。“中心性”是社會網(wǎng)絡(luò)分析的研究重點之一。度數(shù)中心度反映點的直接關(guān)系數(shù)，該值越大，則說明該關(guān)鍵詞與其他關(guān)鍵詞的共現(xiàn)頻率越高，越接近網(wǎng)絡(luò)的中心。根據(jù)關(guān)鍵詞的度數(shù)中心度排序，除文獻基礎(chǔ)詞及特征詞(綠色建筑、可持續(xù)性、可持續(xù)發(fā)展、能源、經(jīng)濟等)外，發(fā)現(xiàn)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(shè)計和建筑后評估等成為研究者關(guān)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(guān)鍵詞對其他關(guān)鍵詞共現(xiàn)的影響越大。度數(shù)中心度和中間中心度排名前15的關(guān)鍵詞基本一致，僅有環(huán)境評價方法、可持續(xù)設(shè)計、環(huán)境影響和施工4個關(guān)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(shù)據(jù)進行成分分析，發(fā)現(xiàn)全部關(guān)鍵詞由77個成分構(gòu)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(wǎng)絡(luò)密度分析的結(jié)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(guān)鍵詞聚類情況，揭示隱藏于文獻背后的研究結(jié)構(gòu)。通過統(tǒng)計高頻詞在同一篇文獻的出現(xiàn)次數(shù)，反映不同主題詞的關(guān)聯(lián)度，實現(xiàn)對知識結(jié)構(gòu)、研究熱點和學(xué)科發(fā)現(xiàn)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(biāo)，其中壓力系數(shù)Stress越小模型擬合越好，而RSQ越大模型擬合越好。本文Stress系數(shù)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(jīng)驗值，亦表明模型擬合良好。高頻關(guān)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(guān)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(wǎng)絡(luò)

目前關(guān)于綠色低碳建筑的交叉研究較為普遍，尚未形成脈絡(luò)清晰的結(jié)構(gòu)體系，有必要對研究的熱點領(lǐng)域進行系統(tǒng)梳理。根據(jù)高中心性關(guān)鍵詞的相關(guān)性及其在整體網(wǎng)絡(luò)中的分布情況，篩選出2個關(guān)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(wǎng)共包含41個節(jié)點，涵蓋可恢復(fù)性、可持續(xù)設(shè)計、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、溫室氣體排放、氣候變化、碳足跡等內(nèi)容，網(wǎng)絡(luò)密度為0.222，占整體網(wǎng)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(guān)鍵詞“可恢復(fù)性”與“可持續(xù)性”多次共現(xiàn)。與可持續(xù)理念相比，可恢復(fù)理念應(yīng)用于建筑領(lǐng)域的時間較晚，早期的研究集中于技術(shù)層面，重點從災(zāi)害防御角度，解決建筑從不利狀態(tài)恢復(fù)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(biāo)的實現(xiàn)需要可恢復(fù)性手段的保證，兩者是有機結(jié)合、協(xié)調(diào)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(biāo)準(zhǔn)。另一方面，溫室氣體排放所引起的氣候災(zāi)害會直接影響到建筑的可恢復(fù)性。未來需從可持續(xù)性和可恢復(fù)性的雙重視角，進行災(zāi)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(biāo)準(zhǔn)制定中。環(huán)境評估子網(wǎng)絡(luò)共包含26個節(jié)點，重點關(guān)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(tǒng)。在所有的建筑環(huán)境評價系統(tǒng)中，最核心的部分主要來自于指標(biāo)權(quán)重的設(shè)計。目前，在綠色低碳建筑的評價體系中，“柔性”類指標(biāo)的發(fā)展正成為一種趨勢。比如，LEED專門設(shè)置“區(qū)域優(yōu)先”類別，根據(jù)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(biāo)以額外加分。國內(nèi)2014年版的《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》是在2006版的基礎(chǔ)上修訂而成，新增施工管理類指標(biāo)，并設(shè)有加分項，鼓勵綠色低碳技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)新，但7類指標(biāo)的權(quán)重仍是固定值，可調(diào)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(nèi)2014版《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》中設(shè)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(chǔ)上，對部分核心指標(biāo)予以適當(dāng)?shù)念~外加分，從而更符合不同地區(qū)的發(fā)展現(xiàn)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(xiàn)，在2005年之前綠色低碳建筑還沒有得到學(xué)者的廣泛關(guān)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(yán)峻，有關(guān)綠色低碳建筑的研究在2010年之后大量涌現(xiàn)，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(guān)注，體現(xiàn)出精益化、人本化的發(fā)展趨勢。在“以人為本”思想的驅(qū)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(lǐng)域的文獻計量分析，得出以下結(jié)論:①現(xiàn)階段綠色低碳建筑呈現(xiàn)向“宜居性”發(fā)展的態(tài)勢，不僅關(guān)注能源利用效率，而且更多強調(diào)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(nèi)容凸顯出其跨學(xué)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(shè)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(fù)性”)相結(jié)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(guān)文獻數(shù)量井噴式增長，而這都與國際背景和標(biāo)志性大事件(如哥本哈根的聯(lián)合國氣候變化大會)相吻合。節(jié)能減排目標(biāo)的確定使建筑業(yè)低碳轉(zhuǎn)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(nèi)建筑業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，依據(jù)以上研究結(jié)論提出三點政策建議:

(1)關(guān)注居住者的行為習(xí)慣，完善建筑室內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)》的適用范圍已擴展至各類民用建筑，但在室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的運行評價中尚缺乏對居住舒適性的有效考量。根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)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(guān)。在室內(nèi)濕熱環(huán)境的后評價中，如果能夠引入PDH(PercentageofDissatisfactionofHeat)等指數(shù)，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(xí)慣(如日常通風(fēng)方式的選擇)的差異，室內(nèi)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(dāng)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(shè)計和運營間的“鴻溝”。綠色低碳建筑的設(shè)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(guān)者所提供的大量數(shù)據(jù)(如建筑運營期間的水電燃?xì)赓M用)，發(fā)現(xiàn)運營階段碳排放量的實際值通常比設(shè)計階段的預(yù)期值高50%以上。美國的USGBC也指出經(jīng)過LEED認(rèn)證的建筑在使用中的能耗表現(xiàn)遠遠低于預(yù)期的水平，在部分案例中實際能耗甚至達到預(yù)期能耗的兩倍。因此，“貼標(biāo)簽”式的綠色認(rèn)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(xiàn)的云計算平臺，有針對性地分析能耗偏離設(shè)計目標(biāo)的原因和問題。比如，在國內(nèi)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(guān)數(shù)據(jù)并評價建筑的實際碳排放表現(xiàn)。通過“滾雪球”式的數(shù)據(jù)積累，該平臺能夠為設(shè)計方和運營方提供相對科學(xué)的能耗參考標(biāo)準(zhǔn)。

(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(jīng)歷了從“完全零碳”到僅限定管制能源(加熱、制冷、通風(fēng)、照明、熱水)的轉(zhuǎn)變。對于發(fā)展零碳建筑不同國家和地區(qū)都制定了相應(yīng)的目標(biāo)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(xiàn);英國要求新建住宅和非住宅項目分別于2016年和2019年實現(xiàn)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(xiàn)能源消耗的凈值為零。國內(nèi)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(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院 同濟大學(xué)復(fù)雜工程管理研究院