可持续性建筑存量演进模型研究 ——以中国建筑存量为例

论文摘要

在迅速的城市化与现代化进程中,中国每年要兴建约20亿平方米新建筑,同时伴随着大量旧建筑的拆除。建筑存量在其生命周期过程中的原材料和能源消耗,以及固体废弃物、温室气体和各种污染物质的排放对环境造成了不可忽视的压力。随着建筑数量的增加和标准的提高,中国建筑存量的可持续发展将引起越来越广泛的关注。本文总结了国内外相关领域的研究成果,介绍了以生命周期方法论为导向的建筑存量可持续性评价体系,并通过系统方法分析了建筑存量的组成、层次、功能和动态。在此基础上,建立了可持续性建筑存量演进的量化模型,从综合可持续性的视角模拟高速城市化和现代化进程中中国建筑和基础设施存量的发展和影响。模型整合了系统分析方法、生命周期方法和宏观经济分析方法,从自上而下和自下而上两个途径,在宏观、中观、微观三个层面量化分析了中国建筑存量和流量的基本信息,并通过动态模型预测了未来50年(2005年到2055年)中国建筑存量的发展趋势以及相关的资源消耗和环境影响,比较了不同发展策略的效果和达到设定目标的可能途径。在文献研究和实地调查的基础上,本文定义了对中国建筑存量发展有关键性影响的参量,并提出了一系列基本假设,包括分类方法、动态模拟方法、以及建筑寿命、维修与成本价值的关系等。模型的运算工具采用Microsoft Excel。在结论部分,本文基于模型的分析结果提出了中国建筑存量可持续发展的原则和策略;讨论了模型的验证方法和发展的可能性。模型可以作为制定建成环境管理策略的辅助工具、或用于评价具体措施和技术手段对整体建成环境可持续发展的作用。在详尽的数据支持下,模型可以应用于国家、地区、城市等不同层面。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的缘起
• 1.1.1 中国建筑存量的现状和发展
• 1.1.2 建筑存量可持续性研究
• 1.2 研究目的和内容
• 1.2.1 研究目的
• 1.2.2 研究内容
• 1.2.3 研究步骤
• 1.3 研究方法
• 1.3.1 方法论依据
• 1.3.1.1 系统分析和系统建模方法
• 1.3.1.2 生命周期方法
• 1.3.1.3 宏观经济分析方法
• 1.3.2 论文研究方法
• 1.3.2.1 自上而下与自下而上结合
• 1.3.2.2 定量与定性结合
• 1.3.2.3 文献研究与实地调研结合
• 1.3.2.4 建筑存量可持续性研究方法与中国国情结合
• 1.4 论文创新点
• 1.5 论文主要内容和框架
• 第一部分
• 第2章 建筑存量及其可持续性
• 2.1 建筑存量概念辨析
• 2.1.1 建筑和建筑存量
• 2.1.1.1 建筑
• 2.1.1.2 存量（Stock）
• 2.1.1.3 建筑存量（Building Stock）
• 2.1.2 建筑存量相关概念的辨析
• 2.1.2.1 建成环境
• 2.1.2.2 建筑业
• 2.2 建筑存量可持续性的评价指标
• 2.2.1 生态指标
• 2.2.2 经济学指标
• 2.2.3 社会学指标
• 2.2.4 文化指标
• 2.3 建筑存量研究领域综述
• 2.3.1 欧洲国家的建筑存量研究
• 2.3.1.1 早期的建筑存量研究
• 2.3.1.2 新的建筑存量研究领域
• 2.3.2 中国建筑存量研究
• 2.3.2.1 建筑史和建筑调查
• 2.3.2.2 建筑遗产保护
• 2.3.2.3 住宅和土地需求量的预测
• 2.3.2.4 城镇建筑能耗分析预测
• 2.3.2.5 城市层面物质流量和环境影响研究
• 2.4 建筑存量研究方法论
• 2.4.1 生命周期分析
• 2.4.2 历史建筑研究
• 2.4.3 建筑产品分析模型
• 2.4.4 模拟中的时间因素
• 2.4.5 综合考虑建筑、基础设施和土地利用
• 2.5 建筑存量研究与建筑实践的关系
• 第3章 建筑存量可持续性评价方法
• 3.1 生命周期评价方法
• 3.1.1 生命周期评价概况
• 3.1.2 生命周期方法论
• 3.1.3 生命周期评价步骤
• 3.1.3.1 目标与范围的确定
• 3.1.3.2 清单分析
• 3.1.3.3 影响评价
• 3.1.3.4 解释
• 3.1.4 复合生命周期清单分析
• 3.2 其他评价方法
• 3.2.1 生命周期成本（LCC）
• 3.2.1.1 生命周期成本与生命周期评价
• 3.2.1.2 建筑生命周期成本与环境影响
• 3.2.2 物质流量分析（MFA）
• 3.2.2.1 物质流量分析与生命周期分析
• 3.2.2.2 城市新陈代谢
• 3.3 LCA 工具在建筑存量可持续性评价中的扩展
• 3.3.1 综述
• 3.3.2 通用的建筑表达方式
• 3.3.3 通用的数据库
• 3.3.4 评价方法
• 3.3.5 优化
• 3.4 整合的生命周期评价方法及其应用
• 3.4.1 在单体建筑层面的应用
• 3.4.2 在建筑组群层面的应用
• 3.4.3 在城市片段（urban fragment）层面的应用
• 3.4.3.1 评价和指标
• 3.4.3.2 局限性
• 3.4.3.3 现有的评价工具
• 3.4.4 在国家层面的应用
• 3.4.4.1 全部建筑存量
• 3.4.4.2 特定类型的建筑存量
• 3.5 本章小结
• 第4章 建筑存量系统建模
• 4.1 系统和系统建模
• 4.1.1 系统论和系统方法
• 4.1.1.1 系统要素
• 4.1.1.2 系统的主要性质
• 4.1.2 数学模型
• 4.1.3 系统建模
• 4.2 建筑存量系统的定义和特征
• 4.2.1 建筑存量系统定义
• 4.2.1.1 系统边界
• 4.2.1.2 系统组成
• 4.2.2 建筑存量系统的描述方法
• 4.2.3 建筑存量系统动态
• 4.3 建筑子系统
• 4.3.1 系统边界
• 4.3.1.1 时间上的系统边界
• 4.3.1.2 功能上的系统边界
• 4.3.1.3 建筑子系统的组成
• 4.3.2 系统动态
• 4.3.2.1 老化过程
• 4.3.2.2 建造过程
• 4.3.3 时间上的层次结构
• 4.3.3.1 建筑本体的时间层次
• 4.3.3.2 扩展的时间视角
• 4.4 建筑存量系统的功能
• 4.4.1 物质流量及其环境影响
• 4.4.2 物质储备的环境影响
• 第二部分
• 第5章 发展和挑战：中国建筑存量概况
• 5.1 城市化进程中的中国建筑存量
• 5.1.1 中国城市化进程
• 5.1.1.1 中国城市化发展趋势
• 5.1.1.2 中国城市化发展层次
• 5.1.2 中国建筑存量发展概况
• 5.2 中国建筑的寿命
• 5.2.1 中国建筑的短寿现象
• 5.2.2 中国建筑存量寿命的影响因素
• 5.2.2.1 物质方面的因素
• 一、建筑材料和施工质量低
• 二、技术上或功能上的淘汰
• 三、缺乏维修和保养
• 5.2.2.2 非物质方面的因素
• 一、规划选址没能正确预测城市发展
• 二、地价上涨、经济利益的驱使
• 三、审美上的淘汰
• 四、缺乏有效的管理手段
• 5.2.3 关于建筑寿命的辩证讨论
• 5.3 中国建筑的使用能耗
• 5.3.1 中国建筑能耗量及其发展
• 5.3.2 建筑节能潜力和措施
• 5.4 中国建筑材料消耗及其环境影响
• 5.4.1 主要建材的生产和消耗
• 5.4.1.1 黏土砖
• 5.4.1.2 水泥和混凝土
• 5.4.1.3 钢材
• 5.4.1.4 木材
• 5.4.2 建筑材料的环境问题及其对策
• 5.5 中国建筑存量的环境影响
• 5.5.1 全球性环境影响
• 5.5.1.1 化石能源消耗
• 5.5.1.2 温室气体排放
• 5.5.1.3 原材料消耗
• 5.5.2 区域性和居域性环境影响
• 5.5.2.1 空气污染与酸沉降
• 5.5.2.2 水污染
• 5.5.2.3 土地占用和污染
• 第6章 中国建筑存量系统分析模型
• 6.1 研究目的和方法
• 6.1.1 研究目的
• 6.1.2 研究方法和技术路线
• 6.2 研究范围
• 6.2.1 研究对象系统定义
• 6.2.1.1 空间上的系统边界
• 6.2.1.2 时间上的系统边界
• 6.2.1.3 功能上的系统边界
• 6.2.2 中国建筑存量系统分类
• 6.2.2.1 根据地域分类
• 一、根据城市化层面分类
• 二、根据热工分区分类
• 6.2.2.2 根据使用功能分类
• 6.2.2.3 根据年龄分类
• 6.2.3 可持续性目标和指标
• 6.2.4 数据要求
• 6.3 中国建筑存量系统分析模型
• 6.3.1 自上而下的方法
• 6.3.1.1 建筑和基础设施存量
• 6.3.1.2 物质流、能量流和货币流
• 一、物质流量
• 二、能量流量
• 三、货币流量
• 6.3.2 自下而上的模型
• 6.3.2.1 定义建筑存量类型
• 6.3.2.2 代表建筑的生命周期分析模型
• 6.3.2.3 建筑存量的物质、能量、货币流量
• 一、物质流量
• 二、能量流量
• 三、货币流量
• 6.3.2.4 基础设施的类型和流量
• 6.3.3 环境影响
• 6.4 中国建筑存量分析模型结论
• 附录：中国建筑存量的年代分类
• 第7章 中国建筑存量系统演进模型
• 7.1 模型的目的、方法和结构
• 7.1.1 研究目的和范围的调整
• 7.1.2 研究方法和主要假设
• 7.1.2.1 自下而上的流量模型
• 7.1.2.2 时间上的模拟
• 7.1.2.3 环境影响
• 7.1.3 模型的研究步骤
• 7.2 系统参量和计算方法
• 7.2.1 需求：与存量规模、组成和动态有关的参量
• 7.2.1.1 人口和城市化率
• 7.2.1.2 人均建筑面积
• 7.2.2 生命周期：建筑的拆除率和维修频率
• 7.2.2.1 建于2005年以前的建筑存量
• 7.2.2.2 2005年以后的新建建筑存量
• 7.2.2.3 “农转城”存量比例
• 7.2.3 效率:与功能单位流量有关的参量
• 7.2.3.1 材料输入与输出系数
• 7.2.3.2 使用能耗系数
• 7.2.3.3 含能系数和排放系数
• 7.2.3.4 成本系数
• 7.2.4 模型结果的计算方法
• 7.2.4.1 材料消耗量
• 7.2.4.2 一次能源总消耗量
• 7.2.4.3 排放量
• 7.2.4.4 物质总输出量
• 7.2.4.5 总投资量
• 7.3 发展前景预测
• 7.3.1 四种情景设定
• 情景1.当前趋势
• 情景2.改进趋势
• 情景3.提高质量
• 情景4.可持续性
• 7.3.2 情景预测结果
• 7.3.2.1 建筑存量的规模、组成和动态
• 7.3.2.2 能量消耗
• 7.3.2.3 材料输入和输出
• 7.3.2.4 二氧化碳和二氧化硫排放
• 7.4 成本-价值模型
• 7.5 附录:情景预测分析结果
• 第8章 结论
• 8.1 模型分析结论——中国建筑存量发展策略研究
• 8.1.1 原则一：有限度满足
• 8.1.1.1 城镇建筑标准
• 8.1.1.2 农村的现代化
• 8.1.2 原则二：把握时机、质量优先
• 8.1.2.1 建筑节能
• 一、关注大量性居住建筑
• 二、建立生命周期能耗的观念
• 三、谁为节能买单？
• 四、能源规划
• 8.1.2.2 关于建筑材料
• 8.1.3 延长建筑寿命
• 8.1.3.1 建筑寿命与资源、能源消耗
• 8.1.3.2 既有建筑的维护和更新
• 8.1.3.3 适应未来的建筑
• 8.2 模型的验证和发展
• 8.2.1 模型的验证
• 8.2.2 分类方法
• 8.2.3 模型的改进和发展
• 8.3 研究前瞻
• 8.3.1 地区和城市层面的研究
• 8.3.2 建筑存量信息系统
• 8.4 结语
• 附录：模型界面
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢