绿色建筑发展水平测度与时空演变特征

张 兵，仲 敏

（扬州大学 建筑科学与工程学院，江苏 扬州 225100，E-mail：1252635101@qq.com）

建筑行业在助力我国“碳达峰、碳中和”目标的实现中发挥着关键作用[1]。我国城镇建筑面积存量约650亿m2，同时以每年20亿m2的建筑面积增长[2]，《中国建筑能耗研究报告（2021）》显示全国建筑全过程碳排放占全国碳排放的50.6%，而随着我国城镇化进程的加速推进，建筑业的绿色发展面临着重大挑战。在我国绿色建筑发展被按下“快进键”的背景下，分析我国绿色建筑发展水平在空间上的演变特征对绿色建筑的未来发展重心具有重要意义。

与此同时，伴随着绿色建筑的迅猛发展，有关绿色建筑方面的研究也越来越受到学术界的重视。在绿色建筑发展的政策方面，柴丽[3]认为政策制度、法律规章制度、监管力度及激励措施等方面的原因阻止了我国绿色建筑的发展，进一步提出有效的建议措施。李张怡等[4]指出推动建筑行业绿色转型有助于实现中国“碳达峰、碳中和”的目标，Liriu Dong等[5]针对绿色建筑产业发展存在的问题进行分析，强调重视人才的培养和提高技术的利用率有利于促进绿色建筑产业的发展。而在绿色建筑的发展空间与评价方面，仇保兴等[6]从不同视角研究绿色建筑发展的空间特征，发现绿色建筑在空间上存在不均衡的特征和明显的聚焦效应。赵虎等[7]通过构建城市绿色建筑产业发展评价指标体系，发现山东省的绿色建筑产业发展在空间上分布有明显差异。Guo等[8]认为绿色住宅建筑在空间上具有明显的地理差异和空间相关性，进一步发现绿色住宅建筑等级与社会经济和房地产市场显著相关。

通过对现有文献的梳理与总结，尽管当前已有文献关注了绿色建筑的空间问题，但现有成果主要以定性分析为主，难以解释绿色建筑发展水平的空间演变特征，另外，现有研究中忽略了区域间的交互影响关系，并且应用数理统计和地理信息技术相结合研究绿色建筑地理空间分布的成果有限。为此本文主要采用“熵权法+GIS”的研究方法开展我国绿色建筑的空间分析，以探讨各地区的绿色建筑发展水平的空间分布和空间关联性，另外，运用数理统计中的变异系数法研究各区域绿色建筑发展的内部差异，进而为我国绿色建筑发展提供理论指导。

1 研究方法

1.1 熵权法

熵权法是以熵值衡量变量离散程度和无序性的客观评价方法，减少人为主观因素对权重值的影响。变量的离散程度和无序性越大，该指标对评价体系的影响度越高；反之，则越小[9]。

（1）标准化处理。绿色建筑建筑发展涉及多项指标，指标计量单位均不同，需要对各评价指标的原始数据进行标准化处理，即异质指标同质化，公式如下：

式中，aij为未经过标准化的第j项第i地区标准值；xij为经过标准化后的第j项第i地区指标值。

（2）计算特征值比重。计算各地区每个指标的特征值比重，公式如下：

（3）计算熵值和指标权重。在特征值比重的基础上分别根据公式计算出信息熵ej和各项指标权重Wj：

式中，m为研究单元的个数；n为各地区指标的个数，指标权重越大，对绿色建筑的发展水平影响就越大。

（4）计算绿色建筑发展水平。计算公式为：

式中，Si为第i地区绿色建筑可持续发展指数，Si取值越大，绿色建筑的可持续发展能力越强。

1.2 自然断点法

本文运用GIS的自然断点法对我国绿色建筑发展水平的高低进行分级，进一步分析绿色建筑的空间结构特征，主要通过数据内在关联性进行自然分组，为分级的客观性提供根本保证。

1.3 变异系数

变异系数可以反映某一主体或者不同属性之间分布差异的趋势。本文采用变异系数测度绿色建筑项目在空间分布上的差异程度[10]，表达式如下：

式中，CV为变异系数；为绿色建筑发展水平指数的均值；n为研究区域个数；xi为第i个研究区域的绿色建筑发展水平指数。

1.4 探索性空间数据分析

本文采用探索性空间数据分析（ESDA）主要用于研究绿色建筑发展水平的空间演变格局。依据研究主体部分区域范围的不同，该方法也可以分为全局空间自相关和局部空间自相关两种[11]。

（1）全局空间自相关性。全局空间自相关性可以衡量区域之间整体上的空间关联和空间差异程度[12]，通过计算全局莫兰指数可以指出绿色建筑发展水平的空间相关性和空间集聚模式，计算公式如下：

式中，Xi和Xj分别表示i地区和j地区的绿色建筑发展水平；N为研究区域内省域总数；Wij为空间权重矩阵。Moran’s I的取值范围在-1和1之间，越接近于1，空间正相关越强；越接近于-1，空间负相关性越强。

（2）局部空间自相关性。局部自相关分析主要通过计算莫兰指数Local Moran's I进而探究绿色建筑发展水平的局部空间变化及演变[13]。其中空间正相关的形式为“高-高”聚集和“低-低”聚集，表明高的观测值和高的聚集在一起，反之亦然；空间负相关为“高-低”聚集和“低-高”聚集，表明高的观测值和低的观测值聚集在一起。

2 指标选取与数据来源

2.1 指标选取

绿色建筑的发展涉及多个方面。为了客观准确的反映绿色建筑发展水平，在征求相关研究领域专家意见的基础上，参考张倩[14]、王东旭[15]、叶祖达[16]、胡文发[17]等对绿色建筑发展的相关研究，总结凝练绿色建筑发展理念与当前社会发展、建筑业发展之间的关系，以科学性、系统性为原则，从社会经济、能源环境、产业规模、行业结构等4个层面构建我国绿色建筑发展水平的指标体系，具体如表1所示。

表1 中国绿色建筑发展水平指标体系

社会经济反映了地区的经济发展和人口特征，是地区高质量发展的重要体现，同时也是绿色建筑良好发展的前提条件；能源环境是衡量地区的绿色化水平和发展潜力的重要标准，能源的消耗有助于刺激对绿色建筑发展的需求；产业规模体现一个地区建筑业的发展水平，产业规模的提升有助于促进国家对建筑业的政策支持，是支撑绿色建筑发展的动力；行业结构通过绿色建筑项目的数量特征反映绿色建筑业的发展现状，合理的行业结构能够促进建筑业的绿色化发展。

2.2 数据来源

本文选取中国30个地区（不含西藏和港澳台）作为研究对象，限于行业结构层面统计数据的完整性和可获取性，主要针对2008~2020年绿色建筑发展的时空演变特征进行研究。文中所使用的指标数据来源于2009~2021年《中国统计年鉴》、各地区统计年鉴及各地区社会发展统计公报、绿色建筑标识网、各地区住房与城乡建设厅、绿色建筑协会等。

3 绿色建筑发展水平分析

3.1 绿色建筑发展水平的区域结构特征

3.1.1 三大自然区的结构特征

按照自然地理分区对我国30个不同地区进行划分，分为东部地区、中部地区和西部地区三大区域，通过熵权法计算处理得到各省绿色建筑发展水平的平均值，并将其按照三大区域进行分类统计。结果表明，东部地区的绿色建筑发展指数最高，为0.346，在三大区域中绿色建筑发展指数占比为55.0%，中部地区的绿色建筑发展指数为0.168，占比26.7%，西部地区的绿色建筑发展指数最低，达到0.115，占比18.3%。中西部地区的绿色建筑发展水平相差较小，而与东部地区相差甚远，空间整体上呈现“东高，中西低”的空间格局，进一步的分析表明这些差距主要是由于社会经济、能源环境的不同及产业规模和行业结构存在显著差异造成的。在此基础上，为了进一步评价我国绿色建筑的发展水平，通过自然间断点法将其分为5个类型，其中绿色建筑发展水平指数在0.043~0.089的为严重滞后，0.090~0.155的为滞后，0.156~0.192的为中等，0.193~0.255的为良好，0.256~0.703的为先进，分析结果如表2所示。

表2 绿色建筑发展水平的分类

总体上看，我国绿色建筑发展水平较低，并且西部地区绿色建筑发展水平的滞后程度远高于东部地区。而从省域来看，我国绿色建筑的地区发展存在不协调的现象，其中北京、山东、江苏、上海、浙江、广东等6个省市的绿色建筑发展先进，主要处于我国的长三角、环渤海和珠三角地区，而青海、宁夏、内蒙古、贵州、海南这5个地区的绿色建筑发展水平处于严重滞后。以上现象都表明绿色建筑高质量发展水平与经济发展、政策条件、资源禀赋存在一定的耦合性。东部地区以二、三产业为主导，绿色建筑发展状况较好，西部地区则以第一产业为主导，绿色建筑发展水平却严重滞后；气候条件对绿色建筑的发展具有一定的影响力，如云南、新疆、四川、陕西、广西、甘肃等省的绿色建筑发展水平较差；北京和上海分别作为政治中心和经济中心，绿色建筑发展处于比较先进的地位，在绿色建筑发展方面有积极的引导作用。

3.1.2 省际间的结构特征

从我国各省的绿色建筑发展水平的平均值来看（见图1），绿色建筑发展水平排名前五的有江苏、广东、浙江、上海、山东，其发展水平指数分别为0.704、0.492、0.451、0.436、0.394，而排在后三位的分别为贵州、宁夏、青海，其发展水平指数分别为0.073、0.058、0.043，表明我国绿色建筑的发展整体上处于中低水平，并且在空间上具有明显的地域差异性，主要集中分布在经济发达、人口密集的东部地区；在落后的西部地区，经济激励措施不到位，市场资金投入不足，同时缺少社会的认知，没有形成以消费者和开发商为主体的绿色建筑市场氛围。

图1 2008~2020年各省绿色建筑发展水平均值

3.2 绿色建筑发展水平区域差异分析

为了清晰地了解我国绿色建筑发展的演变趋势，对2008~2020年绿色建筑发展水平值进行统计，结果如图2所示。

图2 我国绿色建筑发展水平指数的演变趋势

自从2008年正式开展标识评价之后，国家开始重视绿色建筑的发展，2008~2020年我国绿色建筑发展水平总体上主要呈现“缓慢上升-波动下降-快速上升”的变化趋势，绿色建筑发展水平峰值出现在2020年，为0.270，最低值出现在2008年，为0.148，表明我国绿色建筑的发展水平在不断提高。其中2008~2015年绿色建筑发展水平缓慢上升，在2016年出现下降现象后快速上升。2016年出现下降主要因为2015年发布了新版《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2019），其具有更加广泛的评价标准的对象，更明确的评价阶段，更系统合理的评价方法，更完善的评价指标体系，这意味着我国开始实施更加严格、广泛的评价标准规范绿色建筑行业的市场。除此之外，随着住建部《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》的出台，绿色建筑也迎来了新的发展方向。

为了进一步判别我国绿色建筑发展水平的区域差异情况，本文通过计算变异系数来测度我国绿色建筑发展水平的总体分布与三大区域在绿色建筑发展水平分布上的空间差异程度。结果表明2008~2020年我国绿色建筑发展水平在空间上的分布差异显著。如图3所示，2008~2016年我国绿色建筑整体发展水平的变异系数总体呈现逐年降低的趋势（2016年较为特殊，前文已作说明）。2008~2020年的变异系数有所下降，具体数值表现为由2008年的1.06减小至2020年的0.63，表明我国绿色建筑发展的空间差异显著，但绿色建筑发展水平的差距在逐渐减小，空间聚集性逐渐增强。

图3 2008~2020年绿色建筑发展水平的变异系数演变趋势

出现上述现象的原因，主要是我国在推行低碳生态城市的建设中，开始重视绿色建筑的发展，陆续出台一系列指导绿色建筑实践的政策，导致绿色建筑的数量得到迅猛的增加。为了落实十九大提出社会主要矛盾的变化，《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2019）围绕以人为本的核心，以“四节一环保”为基本约束，重新构建评价指标体系，进一步导致2019年和2020年各地区的绿色建筑发展差异增大，因此其变异系数值有明显的上升趋势。

从区域层面来看，东部地区的变异系数值的变化趋势主要呈现降-升-降-升的趋势，说明东部地区绿色建筑发展水平的差距在某阶段有减小趋势。但随着“一带一路”和“长江经济带”战略的提出，长三角地区成为国家发展的重要目标，同时，随着政策的调整，使得东部地区内部的发展差距明显，进而导致绿色建筑发展水平的差距上升。中部地区的变化波动程度最明显，表明中部地区的绿色建筑处于不稳定发展状态。西部地区的变异系数值大于东部地区和中部地区的居多，说明西部地区的绿色建筑水平低且空间差异大，在绿色建筑方面的战略措施还有待加强。另外，由于各地纷纷对绿色建筑的立法工作进行修订完善，以及其他政策发生变动，使得各地的绿色建筑发展水平在2015~2016年和2018~2020年期间的差异有所增大。因此，在制定绿色建筑的相关政策方面，不能只聚焦于全国层面，应当考虑区域差异，因地制宜。

3.3 绿色建筑发展水平的时空演变分析

3.3.1 全局自相关

本文以2008~2020年的绿色建筑发展水平为基础数据，运用GeoDa软件测算出2008~2020年我国省域单元绿色建筑项目发展水平指数分布的Globel Moran's I值，结果如表3所示。2008~2020年的Globel Moran's I均为正值，正态统计值均显著，说明此期间的绿色建筑在空间上存在显著的空间正相关。同时，莫兰指数从2008年的0.436增长到2018年的0.478，说明绿色建筑的空间关联性逐渐增强，空间聚集性的态势愈加强烈，但2019年和2020年的莫兰指数减小，说明绿色建筑的空间聚集性出现一定程度的减弱。

表3 2008~2020年绿色建筑发展水平Globel Moran's I值

3.3.2 局部自相关

考虑到全局自相关忽略了局部地区的空间异质性，因此进一步借助GeoDa研究绿色建筑发展水平空间分布的局部空间分异特征，结果如表4所示。总体上看，绿色建筑处于高-高和低-低地区的省域最多，位于高-低和低-高地区的省域较少，即绿色建筑发展水平较高和较低在空间聚集的现象比较明显。从区域分布的角度分析，绿色建筑发展水平指数处在高-高地区的省域主要位于东部沿海地区，覆盖了江苏、上海、浙江3个地区，说明该区域的经济发展积累了一定的优势，且具有成熟的市场和技术水平及先进的城市生态理念。处于低-低地区主要分布在我国的西部地区，主要集中在新疆、内蒙古、黑龙江、甘肃、四川、辽宁，这些地区虽然出台了相关绿色建筑的政策，但由于社会经济综合发展水平限制，导致绿色建筑落地较为困难。而位于高-低地区和低-高地区的空间规模小，其余地区聚集现象不明显，如京津冀区域，该地区的中心城市北京的绿色建筑发展水平先进，但对周边地区的辐射强度较弱，区域带动作用有限，导致在空间上的聚集现象不明显。总体上呈现了东部沿海高值分布，内陆低值分布的格局。

表4 2008~2020年绿色建筑的局部空间聚集情况

从时空的演变特征来看，2008~2015年高-高地区主要集中在江苏、上海、浙江3个沿海地区，说明这些地区的绿色建筑发展水平位于全国前列，与周边地区的联系紧密，空间上聚集性和稳定性强。直到2012年，山东开始进入高-高地区，说明山东在周边地区的带动下，开始加强与周边地区绿色建筑发展的紧密联系，绿色建筑发展水平得到一定的提升。在此期间，四川主要处于原位演变，说明四川的绿色建筑发展没有起色，与周边地区的绿色建筑发展都处于较低水平。新疆、内蒙古、黑龙江慢慢退出低-低地区，说明这些地区开始重视绿色建筑发展，采取相应的措施得到了理想的效果。2016~2020年甘肃的绿色建筑发展指数处于低-低地区，说明该地区的绿色建筑发展水平较低。安徽在2017年和2020年都经历从低-高地区转入高-高地区的演变过程，说明在新的绿色建筑评价标准发布之后，安徽的绿色建筑发展水平有阶段性的提高。2017~2020年，江西主要位于低-高地区，说明绿色建筑发展水平低，呈现中间低，四周高的空间格局，周边地区的辐射作用有限，江西需因地制宜制定相适应的新措施提高绿色建筑发展水平；福建进入高-高地区，长期受到周边地区的带动作用，随着新标准的制定，也使得福建的绿色建筑发展水平受到正向影响。2008~2020年期间，上海、江苏一直处于高-高地区，说明在东部地区形成了较高的绿色建筑发展水平，与该区域的经济发展水平相适应。而处在低-低地区的地区主要集中在西部地区，变动相对较大，说明西部地区的绿色建筑发展不稳定，极易受到周边经济、环境、政策等方面的影响。整体上，我国的绿色建筑发展随着时间的演变有所提高，空间聚集性也愈演愈烈。

4 结语

本文综合利用熵权法与地理信息系统（GIS）技术，通过熵权法测算出绿色建筑发展水平指数，利用自然断点法、变异系数及探索性分析等研究绿色建筑发展水平的时空演变特征。结果表明我国绿色建筑不同区域之间存在较大的差距，总体呈现出为“东部高，中西部低”的空间分布特点，进一步地，与中西部地区相比，东部地区的2008~2020年绿建筑发展的差异程度相对较小，而中西部地区仍有较大的提升空间。另外从全局来看，我国绿色建筑发展水平形成聚集型的空间自相关局面，局部上，绿色建筑发展水平值处于高-高地区和低-低区域的较多，而处于高-低区域和低-高区域的较少。应当从全国层面和区域层面提出不同的发展目标，从全国层面对产业结构进行调整，整合和创新技术资源，合理确定好绿色建筑发展的方向、目标和规模，完善绿色建筑市场体系，挖掘各区域的绿色建筑发展潜力；在区域层面上，对于西部落后地区，将绿色建筑发展与经济发展相衔接，统筹规划，重视区域政策，利用自身的地域优势开辟具有特色的绿色建筑。同时，采取经济激励措施，调动各方利益者的积极性，打破绿色建筑发展不均衡的现状。对于东部较发达地区，进行跨区域联动经济的发展，在经济辐射的作用下，突破研发的技术，发展绿色建筑示范区，共同打造绿色产业链，促进绿色建筑智慧化和建筑化的发展趋势。