1. 引言
建筑业作为国民经济体系中典型的高耗能与高排放行业，其碳减排工作的实际成效不仅直接影响行业自身的可持续发展转型进程，更与国家“双碳”战略目标的整体推进节奏紧密相关。为加快推动建筑行业从传统高耗能模式向节能降碳的绿色发展模式转型，国家层面已先后出台了一系列目标明确、内容具体的政策文件，为行业的低碳发展提供了清晰的方向指引与制度保障[1]，然而在实际推进过程中，当前建筑行业所依赖的传统工程造价体系却暴露出显著的静态核算缺陷，这种缺陷使得该体系难以有效匹配建筑领域低碳发展的实际需求，甚至在一定程度上成为制约建筑行业顺利实现低碳转型的重要瓶颈[2]。
在国外相关研究领域，已有部分学者针对建筑碳成本一体化管理这一核心问题展开了积极探索，其中有研究尝试构建了基于生命周期评价(LCA)与生命周期成本分析(LCC)的静态耦合模型，试图通过两种方法的结合实现对建筑碳成本的综合管控，但这类静态耦合模型在实际应用中却存在明显的局限性，其关键问题在于未能充分考虑建筑全生命周期内碳价波动、不同区域碳因子差异等动态变量对碳成本核算的影响，而这些动态变量的忽略直接导致模型在不同时间节点、不同地域环境下的应用适应性与核算准确性大幅下降[3]。与国外研究相比，国内相关研究的现有成果则更多集中在单一阶段的碳核算或成本控制层面，重点关注施工阶段的碳排放量化问题和设计阶段的成本优化方向[4]，未能从全流程视角揭示碳与成本之间的内在关联。
本研究力求突破传统研究中“碳核算与成本控制单向关联”的局限，将通过系统整合LCA理论、LCC理论、碳定价机制等多领域的理论成果，进一步深化对“碳流–成本流”耦合机理的理论推导，最终构建起“时间–空间”两维动态耦合模型，为低碳背景下的工程造价管理提供了新的理论范式。
2. 理论构建：建筑全生命周期碳－成本动态耦合体系
本研究构建建筑全生命周期碳–成本动态耦合体系，以三套系统理论，全生命周期评价理论、碳成本传导理论、动态优化理论为基础支撑，同时结合实际需求创新形成核心耦合理论，具体内容如下。
2.1. 基础支撑理论
2.1.1. 全生命周期评价理论
全生命周期评价理论(LCA)在碳流核算中发挥关键作用，其应用以ISO14040-2006《环境管理–生命周期评估–原则和框架》为参照依据，核心目标是界定碳流核算的完整边界[5]。该理论已在建筑碳排放核算中得到广泛应用，如部分研究基于LCA框架完成了从建材生产到建筑拆除全流程的碳排放量化。具体来看，核算边界覆盖建筑全流程，从原材料开采环节启动，历经建筑建设、使用等阶段，直至建筑使用周期结束后的拆除与回收环节。通过明确这一全生命周期范围，为碳排放量测算的完整性提供有力保障。
2.1.2. 全生命周期成本管理理论
全生命周期成本管理理论(LCC)聚焦建筑全周期的成本构成与优化，核心是将初始投资、运维成本、技术迭代成本、拆除回收成本等纳入统一核算框架[6]。传统LCC应用多侧重经济成本单一维度，本研究将其与碳减排目标相结合，构建“碳–成本”双维度成本管理体系，既考虑低碳技术的增量投资，也纳入碳交易收益、能耗节约等隐性收益，实现成本核算的全面性与动态性。
2.1.3. 碳成本传导理论
碳成本传导理论的构建工作，始终以国家发展改革委正式发布的《公共机构碳排放核算指南》[7]作为整个理论体系得以成立和运行的关键依据与核心支撑，依托该指南所提供的标准化核算方法与技术框架，打造出一条在实际应用过程中既清晰明确又具备完整追溯功能的碳成本传导链条，从而确保碳成本能够在相关经济活动与工程建设环节中实现有序、可控的传递与体现。围绕这一核心目标，碳成本传导理论进一步明确了从“碳因子→碳排放量→碳成本→工程造价”的完整且环环相扣的传导路径，为在工程造价核算过程中科学、客观地考量碳成本因素提供了坚实且可靠的理论支撑与实践指导。
2.1.4. 动态优化理论
在实际应用场景中碳价波动、区域碳因子差异这类对核算与优化结果具有关键影响的数据，往往始终处于动态变化的状态，而动态优化理论正是精准瞄准这类动态数据的实时变动特性，开展针对性处理工作[8]。具体来说，该理论通过借助LSTM(长短期记忆)神经网络这一先进技术，对持续实时变动的数据进行不间断的分析与运算处理，在此基础之上进一步实现了耦合系数的动态更新，从根本上保障了这些工作结果所必须具备的时效性与准确性，为后续决策提供可靠的数据支撑。
2.1.5. 核心耦合理论：建筑全生命周期碳－成本动态耦合理论
以建筑全生命周期(涵盖建材生产、施工、运营、拆除四个关键阶段)为时间轴，将“碳流”与“成本流”作为双核心要素。其中，“碳流”包含碳排放总量、阶段减排量、碳资产价值等关键指标；“成本流”则涉及初始投资、运维成本、技术迭代成本等核心内容。
通过耦合机理推导可知，碳流与成本流的耦合关系本质是环境效益与经济效益的动态平衡，二者通过“投入–产出”机制相互关联。在建材生产阶段，低碳材料的投入会增加初始成本(成本流正向变动)，但减少碳排放总量(碳流负向变动)；在运营阶段，节能技术的应用会提升运维成本(短期成本流正向变动)，但通过能耗节约与碳交易收益实现长期成本回流(长期成本流负向变动)，同时降低阶段碳排放量(碳流负向变动)；在拆除回收阶段，绿色拆除技术的投入与回收材料的碳减排收益形成双向耦合。动态耦合系数的核心功能是量化不同阶段二者的互动强度与平衡关系。通过动态耦合系数，可量化“碳流”与“成本流”在不同阶段、不同区域、不同技术条件下的互动关系。同时，结合政策激励与市场机制构建实时调节体系，最终形成能够实现“碳减排目标–成本控制边界”动态平衡的理论体系，为建筑全生命周期碳与成本的协同管理提供理论支撑。
2.2. 时间和空间两维耦合框架设计
2.2.1. 时间维度耦合：跨期平衡模型
针对“初始成本高、全周期收益滞后”的跨期错配问题，引入全周期耦合系数(Kt)，量化不同阶段碳减排与成本变动的协同关系，公式如下(公式1)：
(1)
参数定义：
某阶段碳减排量：基于LCA测算，如运营期年减排量、拆除阶段回收材料碳减排量；建筑行业全生命周期碳排放核算已成为低碳转型核心基础，LCA方法可系统覆盖建材生产至拆除回收全流程，是碳减排量测算的主流技术路径。
碳价波动系数(α)：α = 1 + 碳价同比涨幅(正值为涨，负值为跌)；碳价作为碳市场核心调控工具，其波动直接影响减排项目收益预期，需通过动态系数量化跨期平衡影响。
同期成本变动量：该阶段新增成本(如低碳材料增量投资)或节约成本(如运维费用减少)；绿色建筑普遍呈现“初始投资高、运营成本低”特征，需全周期追踪成本动态。
阈值设定依据建筑低碳转型成本效益分析相关研究，参考净现值(NPV)、投资回收期等经济评价指标，确定Kt的三级阈值。
当Kt > 1，碳减排收益(包括碳交易直接收益与能耗节约间接收益)覆盖同期成本增量，项目达到生态效益与经济效益双赢的最优状态；
当0.5 ≤ Kt ≤ 1时，市场自发形成的收益只能覆盖部分成本，就需要通过政策工具将外部效益转化为内部收益，弥补市场机制的天然缺陷，需结合政策补贴调节；
当Kt < 0.5时，即碳减排收益连50%的成本变动都覆盖不了时，项目会陷入成本刚性上涨而收益不足的恶性循环，需调整技术方案。
2.2.2. 空间维度耦合：区域修正机制
针对“区域碳因子差异导致成本测算失真”问题，构建空间修正系数(Ks)，通过整合不同区域电网排放因子、资源禀赋差异等数据，修正碳成本区域偏差，公式如下(公式2)：
(2)
阈值设定依据区域碳排放因子差异，当Ks = 1时，区域碳因子与全国均值一致，无需修正；当Ks > 1时(如北方供暖区)，区域碳因子高于全国均值，需上调碳成本核算值；当Ks < 1时(如清洁能源占比高的区域)，区域碳因子低于全国均值，需下调碳成本核算值，确保成本测算与区域实际匹配。
该机制核心在于匹配区域特异性数据，如北方供暖区与南方非供暖区的能耗排放因子差异、东部沿海与中西部地区的碳市场交易活跃度区别等，结合本土碳排放因子数据库实现精准修正。
2.3. 动态调节机制
2.3.1. 实时更新系统
构建“数据–算法–应用”三层实时更新系统，确保耦合系数动态适配实际需求，见表1：
Table 1. Data-Algorithm-Application
表1. 数据–算法–应用
层级 |
核心内容 |
更新频率 |
数据层 |
区域碳因子、碳价波动率、低碳技术成本曲线、政策补贴标准 |
月度 |
算法层 |
LSTM神经网络训练：输入历史碳–成本数据，输出Kt、Ks系数预测值；误差修正(MAE ≤ 5%) |
月度 |
应用层 |
BIM平台集成模块：实时展示碳–成本动态匹配度、耦合系数预警(如Kt < 0.5时弹窗提示) |
实时 |
该系统可与Revit等建筑信息模型工具联动，通过时序模型提升预测精度，并借助无代码工具链实现自动化管理。
2.3.2. 政策－市场双驱动调节
通过政策激励与市场机制的协同作用，构建碳成本与碳收益的动态平衡调节体系，具体包括两大核心系数：
政策端：政策激励系数(Kp)，通过量化政策补贴、税收减免等政策工具对碳–成本耦合关系的调节作用，公式如下(公式3)：
(3)
Kp的核心功能是对冲低碳转型初期的成本压力，阈值建立在增量成本补偿的基础上，政策补贴的核心目的，是覆盖低碳技术的基础增量成本，只有达到这一标准，才能有效调动市场主体参与的积极性。绿色建筑初始增量成本是传统建筑的5%~8%，考虑不利场景和采用先进技术，初始增量按成本的10%进行计算，其中30%的成本缺口需要政策补贴填补，按项目总造价折算，恰好对应Kp ≥ 0.03的临界值。结合政策成本效益评估研究，当Kp ≥ 0.03时，可有效覆盖低碳技术的增量投资成本。
市场端：碳资产流动性系数(Km)，通过评估碳资产(如碳排放配额、核证自愿减排量)对成本的冲抵能力，参考碳资产交易市场流动性评估标准，流动性需通过交易量、价差、市场深度等指标综合衡量，高流动性意味着碳资产可快速低成本变现，公式如下(公式4)：
(4)
碳资产流动性系数(Km)的核心阈值0.8与0.5，并非单一公式推导的结果，而是金融理论支撑、碳市场实证数据验证、风险管理标准校准三者结合的量化产物，当Km > 0.8时，碳资产交易活跃、流动性强，可直接冲抵运维成本；当Km < 0.5时，碳资产流动性不足，需优化交易策略，如选择长期持有碳配额以规避短期价格波动风险。
3. 应用机制：全生命周期工程造价管控路径
基于动态耦合理论，从设计、施工、运营三阶段提出具体管控路径，实现“碳–成本”双维度协同优化。
在建筑全生命周期工程造价管控中，设计阶段聚焦源头耦合优化，以降低全周期碳－成本为基础，该阶段需结合BIM-LCA工具与Kt(全周期耦合系数)、Ks(空间修正系数)开展多方案耦合比选，具体步骤为建立BIM模型并嵌入LCA模块测算各方案碳排放量，计算不同方案的Kt与Ks，优先选择Kt > 1且Ks < 1 (区域碳因子低、具备成本优势)的方案，同时基于Ks系数选择区域适配性强的低碳材料，通过“碳强度–成本比”(碳强度越低、成本越低越优)筛选材料以实现优化；施工阶段围绕过程动态修正以减少碳–成本偏差，一方面推广装配式施工、绿色脚手架等低碳施工技术并结合Kt系数评估效益，另一方面依托“BIM + 耦合系数”平台实时采集材料用量、机械能耗、碳排放等数据，当实际碳排放/成本偏离基于Kt/Ks计算的基准值10%以上时进行弹窗预警，并根据预警及时动态调整方案；在运营阶段侧重碳资产价值转化以最大化全周期收益，即通过安装IoT传感器与智能管理系统，结合Kt系数动态调整能源使用实现智能运维优化，也基于Km(碳资产流动性系数)开展碳交易与补贴申请，选择Km > 0.8的碳市场定期核算减排量并交易，针对Kt < 1的项目申请低碳补贴。
4. 挑战与对策
4.1. 现存瓶颈
4.1.1. 数据壁垒问题
全国统一碳因子数据库尚未建成，区域实测碳因子与全国均值偏差较大，尤其在中西部地区，建材生产、电网供电等领域的碳因子实测数据缺失严重，导致Ks系数计算精度受到影响。企业数据共享意愿低：建材生产企业、施工企业的碳排放数据、成本数据属于商业机密，缺乏强制共享机制与匿名保护制度，导致碳流与成本流数据链条断裂，影响耦合系数测算的完整性。
4.1.2. 技术鸿沟问题
BIM与LSTM神经网络的融合应用需要专业技术人才与硬件支持，中小建筑企业普遍缺乏相关人才储备，且技术投入成本较高，难以承担系统搭建与维护费用。现有地方定额软件未嵌入耦合计算模块，单项目手动核算需耗时长，效率低下且易出现误差，无法满足动态管控需求。
4.2. 解决对策
4.2.1. 构建统一数据支撑体系
建立建筑碳–成本数据库，整合住建部、环保、发改等部门数据资源，按区域、行业、建筑类型分类采集碳因子、碳价、成本数据，每月更新并向社会公开基础数据(涉密数据匿名化处理)。制定数据采集与共享标准，明确碳因子测算方法、成本数据统计口径，建立“自愿共享 + 强制上报”相结合的机制，对重点用能单位实行碳排放数据强制上报，对数据共享企业给予税收减免激励。
搭建跨部门数据协同平台，构建建筑碳–成本数据协同系统，实现环保部门碳排放监测数据、住建部门工程造价数据、发改部门碳市场交易数据的实时互通。
4.2.2. 推广轻量化应用工具
开发低成本耦合计算插件，鼓励软件企业开发适配主流BIM软件(Revit、广联达)的碳–成本耦合计算插件，实现Kt、Ks系数“一键计算”，插件定价采用“政府补贴 + 企业低价”模式，降低中小企业购买成本。
4.2.3. 建立协同管控制度
明确碳成本计入工程造价的范围(含直接碳成本与间接碳成本)、计算方法，统一耦合系数的测算口径与应用规则，确保核算结果的可比性与准确性。将耦合系数纳入工程评审标准：在工程招标、施工图审查中，将Kt ≥ 0.5作为基本准入条件，对Kt > 1的项目给予评审加分(如增加5%的评审权重)，引导企业优先选择低碳低成本方案。
5. 结论
本文提出了一个有潜力的分析框架，首次构建“时间–空间”两维碳－成本动态耦合框架，通过Kt(全周期耦合系数)、Ks (空间修正系数)、Kp (政策激励系数)、Km (碳资产流动性系数)系数量化碳流与成本流的动态关系，系统梳理了基础理论支撑与耦合机理，明确了系数阈值的理论与经验依据，突破了传统工程造价领域静态管控的固有局限，为建筑全生命周期碳－成本协同管控提供了新的分析视角。在后续研究中，将进一步深化实证分析，通过实践检验该理论的科学性与适用性，最终为建筑企业推进低碳转型提供一套可落地、可操作的实践路径，助力行业实现绿色发展目标。
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。