减少或转移排放？量化模块化建筑供应链中的城市规模内隐含碳流动及排放责任

《Sustainable Cities and Society》：Reducing or transferring emissions? Quantifying city-scale embodied carbon flows and emission responsibility in the modular construction supply chain

　　

文新平|潘伟|滕月|陈丹尼尔·W·M|徐金英

香港理工大学建筑与房地产系，中国香港九龙红磡

摘要

模块化建筑（MC）的采用正在重塑建筑供应链，并使相关的隐含碳（EC）流动变得更加复杂。虽然之前的研究比较了MC与传统方法之间的EC差异，但这些研究仍局限于项目层面的个案分析。目前存在一个关键空白，即不了解MC如何在城市尺度上重新分配EC，以及如何在相互关联的城市之间分配排放责任。为此，本研究量化了整个MC供应链中城市尺度的EC流动和排放责任。通过使用香港40个代表性高层MC项目的数据，开发并验证了一种基于代理的混合模型和地理信息系统模型。研究结果表明，尽管香港对MC的采用大幅增加，总体上减少了1358万公斤二氧化碳当量的排放，但同时也将大量的排放负担转移到了其他城市，尤其是中国大湾区的江门、佛山、惠州和肇庆等拥有模块工厂的城市。此外，香港的排放责任从100%（基于消耗）大幅下降到仅2.99%和0.80%（基于地域和生产），这表明其超过97%的EC是进口的。总体而言，本研究开创了对MC供应链中城市尺度EC流动和排放责任评估的先河，有助于学术界理解MC采用如何改变区域EC分布和排放责任。在实际应用中，这些发现为政策制定者提供了重新审视责任分配原则和完善区域脱碳政策的建议。

引言

模块化建筑（MC）是一种先进的场外建造方法，其中独立的预制模块在工厂制造完成后被运送到施工现场进行组装（Gibb, 1999; Pan et al., 2019）。世界各地在推广这种创新建造方法时使用了不同的术语，例如新加坡的“预制成品体积建造”（Building and Construction Authority, 2024）、英国的“模块化建筑”（Gibb and Pendlebury, 2006）以及香港的“模块化集成建造”（香港特别行政区政府, 2017）。MC改进了传统建造方法，如减少废弃物产生（Zhang et al., 2024c）、提高材料效率（Wen et al., 2024）和加快住房交付（MacAskill et al., 2021），使其在全球范围内得到越来越多的采用，以促进可持续性并同时满足住房需求（Pan and Zhang, 2023）。例如，香港政府设定了雄心勃勃的目标，计划在2025年至2030年间建设250万平方米的MC建筑面积（发展局, 2025），并要求到2033/34年交付的308,000套公共住房单元中至少有50%采用MC（行政长官, 2023）。

模块化建筑供应链（MCSC）是一个复杂的、相互关联的网络，涉及建筑材料生产、运输、场外模块预制以及现场安装/建造等多个学科的利益相关者和活动（Zhu et al., 2021）。值得注意的是，MCSC与传统建筑供应链的不同之处在于它结合了模块生产和运输的独特流程。这种变化的供应链将传统上在施工现场完成的大量工作转移到了场外模块工厂（Zhang et al., 2026）。因此，这些活动所包含的碳也发生了地理上的转移。目前，许多MC项目需要从其他城市寻找制造商。因此，跨区域的MCSC非常普遍（Zhang et al., 2024b），这使得隐含碳（EC）流动变得更加复杂，并加剧了转移问题，从而在城市发展中产生了利益冲突。当参与城市有不同的碳中和目标和时间表时（例如，香港的目标是2025年，而中国大陆城市的目标准是2060年），这些问题会更加严重。因此，迫切需要解决MCSC内不同城市之间的EC分配和排放责任问题。

然而，许多关于MCSC的EC排放的先前研究主要集中在特定项目的EC估算上，例如量化并优化单个或多个活动的EC排放（Monahan and Powell, 2011）、比较MC与传统方法的EC排放（Pervez et al., 2021; Zhang et al., 2026），以及探讨影响因素和潜在的减排策略（Wu et al., 2025a）。尽管已有EC评估模型和定量分析，但整个MCSC的城市尺度EC流动仍严重缺乏研究。同时，以往的研究主要采用静态生命周期评估（LCA）框架，未能捕捉MCSC中EC流动的动态时间和空间分布。此外，尽管有许多努力致力于估算直接EC排放，但对于不同城市之间的排放责任知之甚少。

因此，本研究旨在使用一种新颖的基于代理的混合模型（ABM）和地理信息系统（GIS）模拟方法来研究整个MCSC的城市尺度EC分布和排放责任。本研究通过以下方式解决了上述关键知识空白：（1）通过整合ABM和GIS开发城市尺度的MCSC模型；（2）估算MCSC内各种活动产生的EC排放；（3）根据不同的责任分配原则将这些估算的排放分配给不同的城市。这些发现有望完善区域碳政策，从而为建筑环境的可持续发展做出贡献。

章节片段

MCSC的隐含碳（EC）流动

与传统建筑供应链不同，由于跨区域材料采购、场外预制和现场模块安装，MCSC更加复杂（Yang et al., 2021; Zhu et al., 2024）。整个供应链中的每个活动都会产生EC。随着从传统的现场浇筑建造向模块化建造的可持续转型，建筑供应链正在发生变革，相关的EC流动也随之发生变化

方法论

开发了一种方法论框架，用于量化MCSC内不同城市的EC流动和碳责任。如图1所示，该框架分为三个连续步骤：概念化、模拟建模和案例研究。首先，通过明确系统边界并描述MCSC系统、EC估算和EC分配，构建了一个概念模型作为基础。其次，开发了一个混合ABM-GIS模拟模型

EC估算与比较

第3.3节收集的香港40个MC项目被应用于第3.2节开发的混合ABM-GIS模型。预计所有这些项目将在2026年12月之前完成。在此期间，随着MC项目的陆续启动，原材料生产、材料运输、模块化、模块运输和建造等活动所产生的相关EC排放量有所增加，如图8(a)所示。值得注意的是，原材料生产

MC是比传统建筑更低碳的替代方案

通过对MC和传统建筑方案的比较分析，采用MC可使整个供应链的EC排放减少1358万公斤二氧化碳当量。这一发现与Greer和Horvath（2023）的早期研究结果一致，即MC比传统建筑更具环境可行性，但在减排率上存在数值差异。Greer和Horvath（2023）报告称，在某些地区的减排率在1%到14%之间

结论

本研究是一项开创性的研究，通过混合ABM-GIS模拟方法考察了MCSC内不同城市的EC分布和排放责任。通过对香港40个MC项目的案例研究，验证了新开发模型的实际应用。本文的主要发现和结论如下。

首先，与传统的建造方法相比，香港采用MC可使整体EC排放减少1358万公斤二氧化碳当量

CRediT作者贡献声明

文新平：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、可视化、软件开发、方法论、数据分析、概念化。潘伟：撰写——审稿与编辑、验证。滕月：撰写——审稿与编辑、验证、监督、方法论、资金获取、概念化。陈丹尼尔·W·M：撰写——审稿与编辑、监督。徐金英：撰写——审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本文的工作得到了公共政策研究资助计划（2025.A6.277）、国家自然科学基金青年科学家基金（72301232）、广东省基础与应用基础研究基金（2026A1515011749）以及香港研究资助委员会的一般研究基金（项目编号：15220923）的支持。同时感谢香港理工大学校园发展办公室和AluHouse有限公司的支持