基于STIRPAT模型的吉林省建筑業能耗影響因素分析與預測①

□□ 嚴雯蓮,季忠洋 (吉林建筑大學 經濟與管理學院,吉林 長春 130118)

引言

建筑業是我國支柱產業之一,在促進我國經濟社會發展和改善民生等方面發揮著不可替代的作用。建筑業在國民經濟中的許多部門具有較大波及效應和產業關聯效應,即建筑業的影響力系數較大,感應度系數較小,故建筑業的高質量發展對國民經濟可持續發展具有重大推動作用[1]。據聯合國環境署可持續建筑和氣候促進會發布的數據顯示,建筑業約占全球范圍內40%的能源消耗,且30%以上溫室氣體的排放與建筑業相關,這意味著建筑業能耗在整個能源消耗中占有較高比例,故建筑業節能降耗已成為當務之急。

目前關于建筑業能耗影響因素的研究多集中在國家層面,主要應用嶺回歸法和GIS時空對比分析法等,結果表明建筑業能耗的影響因素主要包括建筑業勞動生產率、人口總量、居民消費水平、能源強度和城鎮化率等[2-3]。鮮有學者在區域層面探討特定地區建筑業的能耗問題,但建筑業能耗與所處區域的地理位置、氣候條件、人口、經濟狀況等因素息息相關,具有較強的區域特征[4],因而不同區域的建筑業能耗影響因素可能存在差異。鑒于此,擬基于STIRPAT模型和嶺回歸法,以吉林省建筑業為例,對其能耗影響因素展開分析,并采用情景分析法預測吉林省建筑業能耗發展趨勢。

1 研究設計

1.1 STIRPAT模型

為定量反映人口膨脹、經濟發展和科學技術對環境的影響,Ehrlich P R等[5]提出了IPAT模型,其形式見式(1):

I=PAT

(1)

式中:I——表示對環境產生的沖擊或影響;

P——表示人口因素;

A——表示富裕度;

T——表示科學技術進步。

IPAT模型經過廣泛應用并得到認可,常被用于分析人口、經濟和技術因素對環境的影響。若式(1)中其他因素均保持不變,其因變量對各自變量的彈性系數恒為1。為分析各因素對環境的非比例影響,Dietz等基于IPAT模型建立了STIRPAT模型[6],其形式見式(2):

I=aPbAcTde

(2)

式中:a——模型的修正系數;

b——表示人口因素的指數;

c——表示富裕度因素的指數;

d——表示技術水平因素的指數;

e——隨機誤差項。

STIRPAT為非線性模型,通常在模型估計時會將式(2)兩邊取對數,由此得到式(3):

lnI=lna+blnP+clnA+dlnT+lne

(3)

1.2 模型構建

吉林省是我國重要的工業基地之一,也是重工業較為集中的省份,2000年以來的發展中,總體能源消耗量提升了近2.27倍[7]。同時,《吉林省“十四五”節能減排綜合實施方案》中提出,到2025年全省單位地區生產總值能源消耗比2020年下降14.5%[8],能源消費總量得到合理控制,由此可見吉林省對節能減排的重視。以吉林省建筑業為例,自2006年以來其能源消耗量整體呈上升趨勢,至2021年其消耗量達到648.71萬t標準煤,是2006年的1.6倍。結合吉林省建筑業發展實情,構建拓展的STIRPAT模型,以分析不同因素對吉林省建筑業能源消耗的影響,具體見式(4):

lnI=lnα+alnP+blnA+clnT+dlnEI+lnβ

(4)

式中:I——表示建筑業能源消耗量;

P——城市化率;

A——建筑業總產值;

T——產業結構;

EI——能源強度;

α——常數項;

β——誤差項;

a、b、c、d——指數項。

借鑒已有研究[9-13],各指標內涵及計算方法等見表1。

表1 主要變量含義、計算方法及參考文獻

2 實證研究

2.1 數據來源

現有研究大多將建筑業能源消耗劃分為兩個部分,一是直接能耗,主要發生在建造施工階段,在施工過程中機器設備施工、安裝和裝飾等所消耗的能源;二是間接能耗,主要指建材生產階段所產生的能耗,包括水泥、鋼材、鋁材和平板玻璃等材料的生產能耗。研究所采用的建筑業能耗計算方法見式(5):

I=∑mi×αi+∑nj×βj

(5)

式中:mi——施工設備i的能源消耗量;

αi——施工設備i的折標煤系數;

nj——建材j的能源消耗量;

βj——建材j的單位產品綜合能耗。

研究所涉及的變量數據均來源于2007—2021年《吉林統計年鑒》和《中國能源統計年鑒》中的各地區能源平衡表,并將各能源實物量轉化為標準煤后進行量化比較,各類能源的標準煤折算系數來自《中國能源統計年鑒》。核算過程所用的建筑業主要建材用量數據來源于2007—2021年《中國建筑業統計年鑒》與《吉林統計年鑒》,不同材料的單位產品綜合能耗數據來源于《中國能源統計年鑒》和《中國有色金屬工業年鑒》。

2.2 擬合分析

利用SPSS軟件,對模型數據進行回歸分析,所得結果見表2?；貧w結果中,F統計量所對應的Sig值(0.000)通過顯著性檢驗,在單個變量的檢驗中,只有能源強度的方差膨脹因子VIF<10,其余變量的VIF值均>10,說明變量間存在多重共線性問題。為避免模型評估誤差,采用嶺回歸估計法對數據進行擬合,以減少多重共線性問題對回歸結果的影響,回歸結果見表3。

表2 線性回歸分析結果

表3 嶺回歸擬合結果

利用嶺回歸法對模型進行再次回歸分析,當k=0.02時,各變量回歸結果隨k逐漸放緩,趨于穩定。表3中可決系數R2為0.997,說明模型整體擬合程度較好。F統計量為787.707,F統計量所對應的Sig值為(0.000),<0.001,說明模型有意義,變量通過了0.1%顯著性水平檢驗,擬合效果滿足要求。由嶺回歸結果可得吉林省建筑業能耗量與各變量的擬合方程,見式(6):

lnI=4.101+1.785lnP+0.721lnA-0.879lnT+

0.965lnEI

(6)

2.3 結果分析

由擬合結果可知,影響吉林省建筑業能耗量最大的因素是城市化率,城市化率每增長1%,吉林省建筑業能耗量將增加1.785%,說明城市化率的提高對吉林省建筑業能耗存在不利影響;能源強度每增長1%,能耗量增加0.965%,表明現階段能源效率的提高有助于抑制建筑業能源消耗的增長;建筑業總產值每增加1%,能源消耗量增加0.721%,說明吉林省建筑業在發展過程中并不以高能耗為代價來提高產值;產業結構系數為負值,產業結構每提高1%,建筑業能耗量將減少0.879%,表明第二產業占比下降驅動建筑業能耗減少被其他因素引起的能耗增長所抵消,其原因可能在于雖然第二產業占比降低,但工業仍處于發展狀態,其發展速度略緩于服務業,所以存在有悖于理論的現象[14]。

3 情景預測分析

3.1 預測模型

根據STIRPAT模型的擬合結果對吉林省未來的能耗量進行預測,計算見式(7):

I=e4.101+1.785lnP+0.721lnA-0.879lnT+0.965lnEI

(7)

根據STIRPAT模型的擬合結果對吉林省未來的能耗量進行預測,為確保模型能準確預測吉林省建筑業能耗,需對模型有效性進行驗證,將2007—2021年間各自變量代入式(7)進行模型誤差檢驗,將模型預測值的能耗量與實測值進行比較,見表4?？砂l現模型擬合誤差較小,與實測值基本吻合,模型預測值與實測值的絕對誤差平均值為4.41%,說明可用該模型預測吉林省建筑業能耗。

表4 吉林省建筑業能耗量實測值與預測值比較

3.2 發展情景設置

為全面預測吉林省建筑業能源消耗情況,便于明晰吉林省建筑業節能工作重點及制定節能策略,將STIRPAT模型與情景分析法相結合,對各影響因素的發展情景進行分析?；凇案咚侔l展”和“低速發展”兩種情況,對吉林省建筑業能耗進行情景預測,以實現預測結果分析的簡便性并減小誤差。

(1)建筑業總產值。通過建筑業總產值的變化情況,可了解建筑業的發展速度,可為制訂建筑業發展規劃提供依據。2007—2021年間吉林省建筑業總產值年均增長率為8.27%,因而設定吉林省建筑業總產值按8.27%的增長率保持線性變化,以此確保吉林省建筑業呈現可持續發展趨勢,即吉林省建筑業節能降耗目標的實現不以降低產值為路徑。

(2)城市化率。由計算可知,2007—2021年吉林省城市化率的年均增長率為1.26%,以此作為“低速發展”情景下吉林省城市化率的增長率。此外,《吉林省國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》[15]指出,2025年預計吉林省常住人口城鎮化率可達65%以上,2035年達到75%。在此將“十四五”時期城市化率的年增長率1.61%作為“高速發展”模式下的增長速度。

(3)產業結構?！笆濉逼陂g吉林省第二產業占比年均下降率為1.7%,將此設置為“低速發展”模式下第二產業占比的下降速度;借鑒沈滿洪等[16]的研究,設定高增長模式下第二產業占比下降率為3%。

(4)能源強度?！都质」澞軠p排“十四五”規劃》可知,吉林省“十四五”期間的節能任務為單位生產總值能源消耗2025年較2020年降低14.5%[17],年均下降率為2.71%,以此作為吉林省能源強度在低速模式下的下降率;節能降耗仍是吉林省未來的工作重點,故借鑒相關研究[17],設置吉林省能源強度在高速情景下的下降率為4.71%。

根據以上分析,設置吉林省建筑業發展情景見表5。

表5 吉林省建筑業發展情景設置

3.3 發展情景分析

基于8種不同發展情景將各指標數據帶入預測模型,得到2023—2032年吉林省建筑業能源消耗在不同發展情景下的預測值,結果見表6,發展趨勢如圖1所示。

表6 吉林省建筑業能耗量預測 單位:萬t標準煤

圖1 不同情景下2023—2032年吉林省建筑業能耗量趨勢

由圖1可知,在情景7中,當吉林省城市化率保持高速增長、能源強度處于低速發展模式和第二產業占比為高速發展模式時,吉林省建筑業能耗量增長速度最快。在情景2中,當城市化率保持低速增長,能源強度處于高速發展模式和第二產業占比低速發展時,吉林省建筑業能耗量增長速度最慢。此外,對比情景1與5、情景2與6、情景3與7、情景4與8可以發現,當城市化率處于低速增長模式時,吉林省建筑業能耗量均大幅度降低,說明城市化率對吉林省建筑業的重要影響;對比8種情景可以發現,無論其他變量處于高速或低速發展模式,當能源強度處于高速下降模式時,在其所對應的發展情景下,吉林省建筑業能耗值均小于其他發展情景,由此可知能源強度對吉林省建筑業可持續發展的重要作用;對比情景1與3、情景2與4、情景5與7、情景6與8可知,當產業結構保持低速發展模式時,吉林省建筑業能耗量較少。

綜上所述,為實現吉林省建筑業可持續發展,降低其能源消耗量,需要控制城市人口過快增長,需不斷提高能源利用效率并優化現有產業結構。

4 結論

基于2007—2021年吉林省建筑業能耗相關數據,選取STIRPAT模型,分析了城市化率、建筑業總產值、產業結構和能源強度對吉林省建筑業能耗的影響程度,結果表明:城市化率、建筑業總產值、產業結構和能源強度每變化1%,吉林省建筑業能耗量將發生1.785%、0.721%、-0.879%和0.965%的變化,城市化率對建筑業能耗的影響最為顯著。同時,設置了8種發展情景,對2023—2032年吉林省建筑業能耗量進行預測,發現保持城市化率與產業結構低速發展,能源強度高速下降,有利于降低吉林省建筑業的能源消耗量。為降低吉林省建筑業能耗量,基于上述分析提出如下對策建議:

(1)控制城市人口過快增長。在城市化進程中,吉林省應確定合理的城市人口增長速度,提高城市化質量,防止由于城市化進程過快導致能源消耗量過大、經濟發展受到制約和居民生活質量下降等問題,避免出現“城市病”。

(2)優化現有產業結構。確保在其他行業穩定持續發展的前提下優化現有產業結構,可著力發展以現代服務業為主的第三產業,保證產業結構內部對能源消耗的有效需求;還可調整輕重工業比例,適度發展輕工業,使吉林省偏重型工業結構逐步得到優化。

(3)提升能源利用效率。應推廣智能建造技術,加強新型建筑材料的研發與推廣力度,并充分利用建筑廢料,提高能源利用效率,避免能源浪費;還應降低能源在生產、加工和運輸等環節的損耗,建立全面的節能制度,實現能源的精細化管理和優化利用。