绿色低碳建筑研究动态
“绿色建筑”的概念系由“生态建筑”演化而来，但“绿色化”的实现则源于可持续发展理念的提出。诞生于1990年的BＲEEAM是世界上第一部绿色建筑评价标准，此后美国、加拿大、日本、澳大利亚、德国、中国等相继制定出各自的绿色建筑评价体系，同时与绿色建筑相关的新技术、新材料和新产品也在快速发展，从而使绿色建筑从理念到实践逐步完善和成熟。后金融危机时期“低碳经济”的迅速崛起引发全社会对低碳相关领域的关注，如“低碳建筑”、“低碳城市”和“低碳设计”等。目前全世界建筑物能源消耗占社会能源消耗总量的40%，是工业能耗的1.5倍，因此推动低碳建筑的发展迫在眉睫。“低碳建筑”与“绿色建筑”在内涵和目标上是基本一致的，只是切入点、侧重点和技术选择上有所差异，因此本文将两者归为同一研究范畴予以考虑，目的在于从更广的视角探讨绿色低碳情境下的建筑发展“新常态”。
1数据来源与研究方法
1.1数据来源
本文选择美国科学信息研究所(ISI)出版的SCI和SSCI引文索引作为数据来源，以主题=(“greenbuilding*”或“lowcarbonbuilding*”或“low-carbonbuilding*”)为检索表达式，选择“Article”为文献精简类型，不限时间跨度进行检索(数据更新至2015－03－30)，经过筛选后，最终得到591篇期刊文献。通过WebofScience创建的引文报告和GPSVisualizer可视化定位工具对文献进行系统梳理，归纳出绿色低碳建筑研究的时空分布特征。左侧柱形图表示绿色低碳建筑领域每年发表的文献量，右侧柱形图表示该领域每年参考文献的引文量，可以发现文献分布整体上呈显著的偏态聚集形态，2005年之前仅有零星的相关研究，2010年之后则出现“爆发性”增长，而这与绿色低碳建筑发展的国际背景相吻合。文献的来源地区集中于北美、西欧和东亚国家，非洲、南美洲和大洋洲的分布相对零散，反映出绿色低碳建筑已成为国际化的研究领域。东亚地区的文献主要集中于中日韩三国，说明绿色低碳建筑领域已引起国内学者的关注，相关研究成果在国际上具有一定的影响力。
1.2研究方法
在数据处理过程中，首先运用Bibexcel从文献题录信息中提取关键词。为保证数据的有效性和准确性，需要对关键词进行预处理，比如将“greenbuilding”和“greenbuildings”合并为“greenbuilding”，然后选择出现频次超过2次的关键词作为研究对象，共得到131个。其次，按照出现频次高低及变化率对关键词进行归类，然后对关键词共现网络展开分析，包括网络密度、中心性和成分构成。最后，依据关键词共现矩阵绘制知识图谱，从研究热点和时区分布两个维度探讨绿色低碳建筑研究的主题脉系及发展趋势。
2绿色低碳建筑研究共词网络分析
2.1关键词分类
首先通过CiteSpace软件，按照年份绘制出每个关键词频次的变化折线图。然后结合关键词的出现频次和变化率，将其划分为六种类型，从而全面反映绿色低碳建筑研究的热点变迁和前沿趋势。高频平缓和中频平缓型表示，关键词较早受到学者的关注，频次变化率呈平稳状态，通常属于绿色低碳建筑研究的基础词或特征词，如绿色建筑、可持续性、可持续发展和建筑环境。高频波动型关键词同样是绿色低碳建筑研究中的热点，但易受其他领域新方法的影响，在相关方法逐渐普及后，频次增长趋缓甚至有所下降，从而呈现波动态势，比如“设计”是决定建筑功能的关键因素，随着信息技术的发展，BIM在设计中的应用逐渐从3维拓展到N维，除构建3D模型外，还将进度控制、成本管理、建筑性能分析等纳入到不同维度中，由此关键词“设计”在BIM应用的前中后阶段呈明显的波动态势。“性能”的频次变化情况同“设计”相类似，在LEED等评估体系逐渐普及后，经历了波动式的发展过程。高频陡增和中频陡增型关键词是近年来涌现出的热点，通常代表研究领域的前沿方向，如LEED在2007年仅出现2次，而2014年则涨至8次，与之相对应的是LEED从1.0实验版到2.2正式版再到4.0正式版的发展历程，应用范围也从公共建筑拓展至各类民用建筑。通过CiteSpace的突现词检测功能，发现“能源”的突现值是所有关键词中最高的，随着可再生能源的发展和节能技术的进步，其已成为绿色低碳建筑研究的热点方向之一。低频关键词表示相关内容尚未引起学界的注意，还处于萌芽阶段的研究内容，如增强现实模型、碳仓储、低碳建筑设计、居住舒适度和环境治理等，随着低碳经济的发展和智慧城市的建设，可以预见与以上主题相关的研究将进一步升温。
2.2网络指标测算
(1)网络密度和中心性。关键词共现网络的整体密度偏低，仅为0.0923，说明该领域的研究内容过于分散，呈现低关联、低聚集性的状况，缺乏清晰的脉络。“中心性”是社会网络分析的研究重点之一。度数中心度反映点的直接关系数，该值越大，则说明该关键词与其他关键词的共现频率越高，越接近网络的中心。根据关键词的度数中心度排序，除文献基础词及特征词(绿色建筑、可持续性、可持续发展、能源、经济等)外，发现LEED、环境评估、建筑性能、环境绩效、环境评价方法、可持续设计和建筑后评估等成为研究者关注的热点。中间中心度反映点的中介作用，该值越大，则说明该关键词对其他关键词共现的影响越大。度数中心度和中间中心度排名前15的关键词基本一致，仅有环境评价方法、可持续设计、环境影响和施工4个关键词例外，表明大部分的研究热点同时具有较强的“资源控制力”，对其他节点的影响较大。
(2)成分分析。运用Ucinet对二值化处理后的数据进行成分分析，发现全部关键词由77个成分构成，存在1个强成分(包括53个节点)，以及76个弱成分。成分分析与网络密度分析的结果相一致，表明绿色低碳建筑研究的知识点较为分散。
2.3多维尺度分析
通过多维尺度分析，能够更好地描述绿色低碳建筑研究的关键词聚类情况，揭示隐藏于文献背后的研究结构。通过统计高频词在同一篇文献的出现次数，反映不同主题词的关联度，实现对知识结构、研究热点和学科发现的动态分析。在多维尺度分析中，以Stress和ＲSQ作为反映拟合度优劣的指标，其中压力系数Stress越小模型拟合越好，而ＲSQ越大模型拟合越好。本文Stress系数为0.16669，小于0.2，说明拟合良好;同时ＲSQ为0.90037，远大于0.6的经验值，亦表明模型拟合良好。高频关键词主要聚集在三块相对集中的区域，分别代表绿色低碳建筑研究的主要关注点。
3绿色低碳建筑研究知识图谱绘制
3.1绿色低碳建筑研究热点子网络
目前关于绿色低碳建筑的交叉研究较为普遍，尚未形成脉络清晰的结构体系，有必要对研究的热点领域进行系统梳理。根据高中心性关键词的相关性及其在整体网络中的分布情况，筛选出2个关键节点，包括可持续性和环境评估。以可持续性为中心的子网共包含41个节点，涵盖可恢复性、可持续设计、生态系统服务、温室气体排放、气候变化、碳足迹等内容，网络密度为0.222，占整体网规模的39.8%，是绿色低碳建筑研究中最核心的主题。2012年以来，在绿色低碳建筑的研究中关键词“可恢复性”与“可持续性”多次共现。与可持续理念相比，可恢复理念应用于建筑领域的时间较晚，早期的研究集中于技术层面，重点从灾害防御角度，解决建筑从不利状态恢复至原态的问题。在气候变化、意外事故、国际恐怖主义等危机的不断挑战下，建筑可持续性目标的实现需要可恢复性手段的保证，两者是有机结合、协调一致的。温室气体排放在建筑的施工和运营过程中扮演着重要角色。一方面，温室气体的排放水平是衡量建筑可持续性的重要标准。另一方面，温室气体排放所引起的气候灾害会直接影响到建筑的可恢复性。未来需从可持续性和可恢复性的双重视角，进行灾害管理、气候变化与温室气体排放的相互作用机制研究，确定温室气体碳排放的等级及阈值，并将上述成果引入到绿色低碳建筑的运营标准制定中。环境评估子网络共包含26个节点，重点关注不同类型的环境评价方法，涵盖美国(LEED)、加拿大(GBTool)、英国(BＲEEAM)、瑞典(Eco-effect)、香港(BEAMPlus)等国家或地区的建筑环境评价系统。在所有的建筑环境评价系统中，最核心的部分主要来自于指标权重的设计。目前，在绿色低碳建筑的评价体系中，“柔性”类指标的发展正成为一种趋势。比如，LEED专门设置“区域优先”类别，根据建筑所在地的环境发展需要，在评价体系中给予指定的核心指标以额外加分。国内2014年版的《绿色建筑评价标准》是在2006版的基础上修订而成，新增施工管理类指标，并设有加分项，鼓励绿色低碳技术的应用创新，但7类指标的权重仍是固定值，可调整性差，这也是后续版本中需要解决的重要问题。如果参照LEED的做法，在国内2014版《绿色建筑评价标准》中设置“区域优先”类别，允许各省市在不改变整体评价框架的基础上，对部分核心指标予以适当的额外加分，从而更符合不同地区的发展现状和实际需要。
3.2绿色低碳建筑研究热点时区分布图
从时区分布图可以发现，在2005年之前绿色低碳建筑还没有得到学者的广泛关注，而随着能源紧张、环境污染、全球气候变暖等问题日益严峻，有关绿色低碳建筑的研究在2010年之后大量涌现，其中可持续性和LEED一直是研究的焦点，而近年来居住舒适度、居住者满意水平、建筑后评价等日益受到关注，体现出精益化、人本化的发展趋势。在“以人为本”思想的驱动下，未来绿色低碳建筑将与智能建筑及智慧城市的发展相融合，核心在于降低能耗的同时最大程度满足居住者的使用需求，提高其居住体验的满意度。4政策启示通过对绿色低碳建筑领域的文献计量分析，得出以下结论:①现阶段绿色低碳建筑呈现向“宜居性”发展的态势，不仅关注能源利用效率，而且更多强调居住舒适度和满意水平，围绕居住者行为展开的研究逐渐增多。②绿色低碳建筑庞杂的研究内容凸显出其跨学科的融合特性和生命力，研究焦点主要集中于绿色低碳建筑材料、绿色低碳建筑设计和绿色低碳建筑评价三方面。③可持续性和环境评估是绿色低碳建筑研究的热点分支，其中核心主题“可持续性”正不断与其他发展理念(如“可恢复性”)相结合。④绿色低碳建筑的研究具有鲜明的时代特征，2010年之后相关文献数量井喷式增长，而这都与国际背景和标志性大事件(如哥本哈根的联合国气候变化大会)相吻合。节能减排目标的确定使建筑业低碳转型的压力骤增，“零碳建筑”成为绿色低碳建筑发展过程中更加具有时代特征的研究方向。为推动国内建筑业的创新发展，依据以上研究结论提出三点政策建议:
(1)关注居住者的行为习惯，完善建筑室内环境的后评价体系。中国2015年起施行的新版《绿色建筑评价标准》的适用范围已扩展至各类民用建筑，但在室内环境质量的运行评价中尚缺乏对居住舒适性的有效考量。根据欧洲标准EN15211的说明，建筑环境不适性的程度与实际温度和舒适温度的差异大小有关。在室内湿热环境的后评价中，如果能够引入PDH(PercentageofDissatisfactionofHeat)等指数，则可以量化反映建筑使用中的温度舒适度。同时，在不同地区由于气候条件和居住者行为习惯(如日常通风方式的选择)的差异，室内环境受室外因素影响的程度不同，因此在评估环境舒适度时需适当兼顾区域特殊性。
(2)建立建筑碳排放量的云计算平台，解决绿色低碳建筑设计和运营间的“鸿沟”。绿色低碳建筑的设计和评价处于工程项目生命周期的不同阶段，两者之间往往存在节能减排效果的巨大落差。英国的CarbonBuzz云计算平台通过集成工程项目利益相关者所提供的大量数据(如建筑运营期间的水电燃气费用)，发现运营阶段碳排放量的实际值通常比设计阶段的预期值高50%以上。美国的USGBC也指出经过LEED认证的建筑在使用中的能耗表现远远低于预期的水平，在部分案例中实际能耗甚至达到预期能耗的两倍。因此，“贴标签”式的绿色认证并不能有效解决建筑运营期的高能耗问题，从而需要引入跟踪建筑碳排放表现的云计算平台，有针对性地分析能耗偏离设计目标的原因和问题。比如，在国内可以尝试建立开源式的能耗分析平台，允许用户以匿名方式上传相关数据并评价建筑的实际碳排放表现。通过“滚雪球”式的数据积累，该平台能够为设计方和运营方提供相对科学的能耗参考标准。
(3)明确零碳建筑的定义和范围，制定发展零碳建筑的试点计划和时间表。发展零碳建筑首先要解决概念界定的问题。Atanasiu等提出在定义零碳建筑过程中存在诸多挑战，比如零碳建筑和零能耗建筑的区别，能源效率与可再生能源供给的平衡，以及在不同气候条件和建筑类型中的适用性等。中国在制定发展零碳建筑的政策时，需要先明确建筑能源消耗的具体范围，避免模糊界定所造成的建筑市场“无所适从”，像英国就经历了从“完全零碳”到仅限定管制能源(加热、制冷、通风、照明、热水)的转变。对于发展零碳建筑不同国家和地区都制定了相应的目标和时间表，比如欧盟规定所有新建建筑要在2021年之前达到接近零能耗的要求，其中政府投资项目要在2019年之前实现;英国要求新建住宅和非住宅项目分别于2016年和2019年实现零碳排放;美国的加利福尼亚州规定新建住宅和商业项目分别于2020年和2030年实现能源消耗的净值为零。国内可以先在政府投资项目和部分地区进行零碳建筑试点，然后再推出不同类型建筑的零碳排放时间表。
作者：何清华 王歌 单位：同济大学经济与管理学院 同济大学复杂工程管理研究院
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