全 文 ：崔胜辉，张雅京，周健，林剑艺，刘勇. 城市建筑代谢研究方法及其展望[J]. 生态科学, 2011. 30(3): 359-367.
CUI Sheng-Hui, ZHOU Jian, LIN Jian-Yi, LIU Yong. Research methods and outlook in the study of urban building metabolism [J].
Ecological Science, 2011. 30(3): 359-367.
城市建筑代谢研究方法及其展望
崔胜辉1 ，张雅京 1,2，周 健 1,2 ，林剑艺 1 ，刘 勇 1
1.中国科学院城市环境与健康重点实验室，厦门市城市代谢重点实验室，中国科学院城市环境研究所，福建，厦门 361021；
2.中国科学院研究生院，北京 100049
【摘要】建筑代谢是当前城市代谢研究领域中的一个新兴热点问题，其研究着重关注建筑系统中物质能量流动可能对周围
环境产生的压力及其有害影响。本文在阐明城市建筑代谢内涵的基础上，综述了国内外建筑代谢研究方法的进展情况，分
析了目前城市建筑代谢研究方法的适用范围及其特点，指出了城市建筑代谢研究方法在未来应从以下几个方面发展：开发
跨城市边界的代谢研究方法；注重建筑代谢中非物质性代谢流研究；制定适合乡土建筑地域特点的代谢研究方法；综合物
质量和价值量的建筑代谢研究，全面认识和评价建筑的可持续性。
关键词：建筑代谢；物质流；生命周期评价；能值分析；能量分析；火用分析
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2011.03.023 中图分类号：X24, Q14 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2011)03-359-09
Research methods and outlook in the study of urban building metabolism
CUI Sheng-Hui1, ZHOU Jian1,2, LIN Jian-Yi1, LIU Yong1
1. Key Lab of Urban Environment and Health, Key lab of urban metabolism in Xiamen, Institute of Urban Environment, Chinese
Academy of Sciences, Xiamen 361021, China
2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: Building metabolism is a new hotspot in the present urban metabolism study, which mainly focuses on the flows of material
and energy in the building system that may have pressure and harmful effects on the surrounding environment. This paper summarized
the research methods and progress of urban building metabolism, and pointed out the applicable scope and characteristics of methods.
Our review of literature in this field reveals several areas of high likelihood to be the key research frontiers of urban building metabolism
study methods in the near future. These prospective new frontiers are promoting a hybrid urban cross-boundary metabolic method,
focusing on the immaterial metabolic flows in building metabolism, formulating the available metabolic research methods to fit the
regional characteristics of native soil architectures, integrating the quantity of material and value in the research of sustainable building to
understand and evaluate the sustainability of building comprehensively.
Key words: building metabolism; material flow; emergy analysis; energy analysis; exergy analysis

收稿日期：2010-12-13收稿，2011-04-20接受
基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目（KZCX2-YW-450）；科技部国际合作项目（2009DFB90120）；国家自然科学基金（71003090）
作者简介：崔胜辉（1973—），男，福建宁德人，博士，研究员，主要从事城市生态环境规划与管理研究。E-mail：shcui@iue.ac.cn
第 30 卷 第 3 期 生 态 科 学 30(3): 359-367
2011 年 5 月 Ecological Science May 2011

万方数据
1 引言 (Introduction)

城市是人类文明的标志，是经济、政治和社会生
活的中心，然而随着城市的快速发展，也带来了各种
各样的经济、社会和生态环境等方面的问题[1-3]。其
中城市的扩张直接导致了建筑面积和密度的增加，而
建筑物从其建筑材料的生产到最终建筑物拆毁整个
周期中都同周围环境有着大量物质能量的流动，对环
境有着直接或间接的影响。随着对城市环境的关注度
越来越高，人们开始运用代谢理论来研究城市建筑，
探讨建筑的物质能量流动过程，形成了建筑代谢方面
研究。目前对建筑代谢的研究未成体系，本文通过对
相关研究进行分析评述，总结建筑代谢的研究方法及
进展，展望了建筑代谢研究方法发展趋势。

2 城市建筑代谢的科学内涵（Scientific connotation
of urban building metabolism）

代谢的研究已经跨越了数个世纪。最初来源是生
物体的代谢，也就是生物体内所发生的用于维持生命
的一系列有序化学反应的总称。最早提出代谢概念的
为 13世纪的阿拉伯医学家 Ibn al-Nafis，他认为人体及
各部分处于分解和接受营养的连续状态，因此人体一
直在不断的变化[4]。此后，随着代谢研究的深入，人
们开始逐渐拓展了代谢的范围，学者们开始将代谢研
究应用到更宏观的尺度。1965 年 Wolman[5]提出了城
市代谢的概念，并且建立了简单的代谢模型。Paul H.
Brunner 等[6]人对瑞士多个地区进行了区域尺度上的
代谢研究。Helmut Haberl[7]利用社会代谢方法对与可
持续发展问题相关的全球社会经济能量代谢进行了相
应讨论。其中，随着城市化水平的提高以及城市问题
的日益突出，城市代谢研究受到了学者们越来越多的
关注[8]。作为城市代谢部门层次的研究——城市建筑
代谢的研究开始逐渐形成，成为代谢研究的新领域。
建筑物在其生命周期中要消耗大量的物质和能
量，有关研究表明，世界上每年材料和能源消耗的
50%是在与建筑物相关的活动中进行的[9]。此外，城
市建筑也是诸如热岛效应、空气污染、固体废弃物污
染、噪声等城市环境问题的原因之一[10, 11]，建筑物的
使用年限长、非移动性的特点[12]也决定了它所带来
的环境问题影响大、时限长。然而人类活动对环境产
生的影响，很大程度取决于输入系统内的资源和物质
的数量与质量，以及从该系统排出的资源和废弃物的
数量与质量[13]。因此人类认识到建筑过程中只有降
低能耗，减少物质流动量，才能减少对城市环境的影
响。城市建筑代谢研究就是从城市建筑的物质能量代
谢入手，揭示其在特定尺度下的流动特征和转化效率，
阐明城市建筑代谢的过程与机制，进而提出调控方法，
促进城市的可持续发展。
城市建筑代谢目前国内外学者并没有统一的定
义，学者们多从其自身的专业背景以及关注问题角度
来进行相应的研究，不过城市建筑代谢的研究内容主
要包括不同时空尺度下城市建筑系统的物质能量代
谢过程与机制、城市建筑代谢的系统分析、城市建筑
代谢的环境影响与风险评价以及城市建筑代谢的调
控研究等，略作拓展也可以涵盖非物质性代谢，诸如
货币信息流等方面，其可以为城市的感性评价或者政
策调控提供依据。根据城市建筑代谢研究的主要内容，
参照建筑全生命周期系统[14, 15]和城市代谢的拓展模
型[16]，得到城市建筑代谢的系统结构（图 1），其中
主体为全生命周期的建筑系统，输入输出流不仅包括
物质性的物质能量等，也包括非物质性的货币信息可
利用性等。综合来说，城市建筑代谢包含两层意思：
物质性代谢流方面，城市建筑代谢是指城市建筑物从
其原材料获取，材料加工，建造使用到最终拆卸处置
的整个生命周期中，物质能量输入以及废弃物输出等
过程的总和：非物质性代谢方面则可以概括为除去物
质性代谢流以外其他一切非物质性流输入输出过程
的总和。

3 城市建筑代谢研究方法及进展（Resiearch
methods and progress of urban building metabolism）

目前城市建筑代谢的研究主要就是对城市建筑
物的物质能量流动以及对周围环境的影响进行动态
分析，具体的分析方法主要包括物质流分析
（Materials Flow Analysis，MFA）、生命周期评价（Life
Cycle Assessment，LCA）、能值分析（Emergy Analysis，
EMA）、能流分析（Energy Analysis，EA）和火用分
析（Exergy Analysis，EXA）等。具体研究是通过代
谢模型构建来展开的，其技术思路是将建筑的整个生
命周期看作是一个建筑材料从源到汇的物质流动转
化的链状过程，通过多种方法在一定的时间尺度内研
究整个或者部分建筑物质链与周围城市环境的物质
能量关系和相应的环境影响，探讨代谢机理，寻求提
高代谢效率和解决代谢问题的方法。
360 生 态 科 学 Ecological Science 30 卷

万方数据
图 1. 城市建筑代谢系统结构
Fig.1 System structure of urban building metabolism

3.1 物质流分析
物质流分析是指在一定时空范围内关于特定系
统的物质流动和贮存的系统性分析。主要涉及的是物
质流动的源、路径及汇。根据质量守恒定律，物质流
分析的结果总是能通过其所有的输入、贮存及输出过
程来达到最终的物质平衡[17]。物质流分析方法的思想
最早来源于社会代谢论（Societys Metabolism），具体
概念则出现在 20世纪的不同年代的各个领域中[18]。
物质流分析方法应用于建筑代谢基本是指用物理
单位(通常用 t ) 对建筑材料从采掘、生产、转换、消费、
循环使用直到最终处置进行的结算[19]，其分析的方面
可包括建筑材料物质流动，建筑材料或建筑内含能
（Embodied energy），区域尺度上建筑物质流分析等。
目前大部分学者关注点为建筑物建材的输入和
废物的输出方面。黄书礼[20]通过对台北市十年的主
要工程建筑的物质流数据分析，发现建筑用砂土和碎
石将近占了总建筑物流的总量的90%，并且其产生的
废物每年超过了30×106t。Thormark [21]研究了建筑材
料从生产到最终的施工中对能量效率的影响，其中建
筑材料对建材所含有的能量和可回收利用的潜力有
直接影响，使用替代的建材可以是建材中内含的能量
减低17%，可回收利用的潜力提高6%。建筑活动的
物质流动也有自身的特点，Daniel B. Müller[22]采用物
质流动态分析模型分析荷兰1900-2100年的住宅总量，
发现住宅的建设和拆除遵循一个循环的过程。也有学
者测定了相应的物质流指标，如Federici等[23]对意大
利交通系统设施的物质强度进行了计算，结果显示不
论是从直接物质输入还是包括间接的物质输入在内，
公共汽车客运和公路货运都是物质强度最低的。此外，
物质流分析也可以为建筑代谢其他研究提供分析数
据，如Asif[24]的建筑内含能估算，陈永梅[25]北京市建
筑活动环境压力和Hu[26]的中国住宅建筑的钢铁需求
等都用到了物质流分析的方法。

3.2 生命周期评价
1990年由国际环境毒理学与化学学会（SETAC）
首次主持召开了有关生命周期评价（Life Cycle
Assessment, LCA）的研讨会，并且首次提出了生命
周期评价的概念[27]：―生命周期评价是一种客观评价
产品、过程或者活动的环境负荷的方法‖。 国际标准
化组织（International Standard Organization， ISO）
于 2006年 7月颁布了 ISO14040-2006（环境管理-生
命周期评价-原则和框架）标准，将生命周期评价分
为互相联系的、不断重复进行的四个步骤：目标和范
围的确定、清单分析、影响评价和结果解释[28]。
考察建筑的生命周期，就是将建筑看作一种产品
系统，评价在建筑的整个生命周期中，即从原材料的
获取、产品的生产、使用直至建筑的最后处置过程中，
建筑原材料的开采和运输
建筑材料加工制造
建筑规划设计和施工
建筑运行、使用和维护
拆除和报废
回收和循环利用
各种能
源
水、土地、材
料等资源
废水、废气、
固体废弃物、
噪声等
建筑自身功
能及其可利
用性
输入 输出
系统边界
货币、信息等
经济收益、美
学享受、人的
满足感等
城市环境
城市环境
3期 崔胜辉，等：城市建筑代谢研究方法及其展望 361

万方数据
表 1 城市建筑代谢研究方法比较
Table 1 The comparison of urban building metabolism research methods
研究方法
Research
methods
适用范围
Scope
优点
Advantage
不足
Disadvantage
物质流分析
Material Flow
Analysis
整个建筑系统或者单个
建材构件的物质流入特
征；进出建筑系统的物
质质量与数量及其对生
态环境影响。
忽略建筑系统内部特征，直接以物质
流动来得到其环境压力，简单有效；
采用物理量作为单位，容易进行不同
时间不同地区的比较。
现行的物质流分析多考虑建筑系统物质的
流入流出量，而对其不同的物质流量的环
境影响缺乏研究；对建筑系统内部的物质
流动缺乏考虑；对建筑系统隐藏流分析不
够。
生命周期评价
Life Cycle
Assessment
整个建筑系统或者单个
建材构件的环境性能的
综合量化评价。
全过程评价，系统性强，能够对建筑
系统进行更详细的研究；可比较不同
地区建筑同一环境行为影响，为宏观
区域建筑的研究提供理论支持。
LCA 选择和假定（建筑系统的边界设置、
数据收集和指标设定等），易受主观影响；
应用于建筑环境影响评价模型有局限性；
工作量大，花费时间长，费用较高。
能 值 分 析
Emergy
Analysis
建筑系统能量流动以及
内含能方面研究，为建
筑的节能潜力和可持续
性评估提供依据。
可以把建筑系统中不同种类，不可比
较的能量转化成同一能量，评价它们
在建筑系统中的作用；能综合分析建
筑系统中的各种生态流（能物流、货
币流、信息流），定量整个系统的结
构功能特征和生态环境效益。
能值转换率的不确定性，特别是针对特定
建筑的研究，可信度低；应用于建筑方面
的能值评价指标体系不完善。
能 流 分 析
Energy
Analysis
建筑使用阶段的能源使
用数量及其效率研究
与物质流分析相似，能够考察建筑系
统的能量输入流及其相应特征。
难以体现不同形式能量在品质及其他多种
属性上的差异，尤其是能源的生态环境成
本；无法反映能量转换过程中独有的单一
方向性特征。
火用分析
Exergy
Analysis
建筑使用阶段能源使用
数量和质量研究。
不但能表达―有效‖代谢流的概念，还
能反映建筑系统内部的结构、梯度、
等级、组织等特征。
火用的计算准确性还有待提高；建筑火用
计算模型通用性不强；环境火用值无从计
算或计算不准确。

对环境产生的影响的技术和方法。每一座实体建
筑物都大约包括几十种基本材料和上千种的单独产
品，每种产品的寿命以及生产、维修和处置方法都不
尽相同，但是从系统论的思想出发，这些产品所形成
的建筑物系统却始终沿着相同的轨迹经历着自身的
生命阶段[29]。通常来说，建筑物的生命周期由五个
部分组成[30-32]：建筑材料准备阶段；建筑物建造阶段；
建筑物的使用与维护阶段；建筑物的拆除阶段；废弃
物材料的处置阶段。
目前学者在建筑生命周期方面研究很多，应用方面
主要可以分成两部分[33]，第一为 LCA 对建筑建材及
构件部分研究（Building Material and component
combinations，BMCC），第二为 LCA 对建筑全过程
的研究（Whole Process of the construction，WPC）。
3.2.1 BMCC研究
建筑内含能是 BMCC 研究非常重要的方面。早
期研究倾向于建筑物内含能同建筑生命周期总能耗
方面对比研究，如瑞典一座低能耗建筑内含能、运行
阶段耗能和可回收的潜在能量研究表明，在 50 年的
运行时间里，建筑物内含能占了三种总能量的 45%[34]。
新近研究则着重在低内含能环保建筑方面。在印度当
地土砖房的内含能研究中，学者们提出了一个能量偿
还时间（energy pay back time, EPBT）的指标，指的
是建筑在其运行阶段所节约的同其生产制造阶段相
同的内含能相等能量的时间，结果表明同当地传统或
者水泥建筑相比土砖房有良好的热特性，每年在制冷
和供暖方面节能潜力巨大，因此其 EPTB 时间很短，
环境友好程度更高[35, 36]。
362 生 态 科 学 Ecological Science 30 卷

万方数据
建筑材料在生产过程中伴随着大量的能源消耗
和废物排放[37]，其单体代谢的研究对于城市碳排放
和环境压力的研究有着重要意义。水泥是城市建筑的
主要材料之一，全球变暖为其生产过程中主要的环境
影响类型[38]，因此是城市碳排放研究的重要物质。
Ramaswami与Hillman运用混合生命周期分析方法分
析了包括丹佛在内的美国 8个城市的碳排放，其中就
包括水泥以内含能形式在城市之间的跨界物质代谢
足迹研究，研究表明城市跨界的碳排放比城市的直接
碳排放多 47%[39, 40]。砖也是基本建筑材料之一，相
关研究指出其生产过程中的的环境负荷主要来自于
化石燃料的使用[41]。
LCA 研究过程中的建筑都有复杂的过程和许多
假设，然而对于其中的建材和其他物质都只被看作是
单独产品，BMCC 主要关注的就是这些最终产品，
其中的数据来源也多为建材生产的各种工业过程。就
研究阶段来说，BMCC 包括建材生产、使用和最终
回收。LCA 基本功用为评估环境影响，BMCC 方面
则主要用来比较各种建材产品，促进生产更好的环境
友好型建材和制定更加符合环境发展的政策。
3.2.2 WPC研究
早期单体住宅研究就表明：提高房屋的隔热性将
是减少环境冲突的第一步，同时建筑运行阶段的能量
消耗对于快速预测其环境影响有着重要意义[42]。然
而对于整个建筑全过程来说，尽管生命周期能量消耗
主要集中在运行阶段，可是其内含能也是整个过程中
不可忽略的部分，如回收建材也能促成建筑物 LCE
框架中 8-9%的节能，所以减少建筑物的能源消耗不
仅仅要考虑运行阶段还要考虑其余的生命周期阶段
[43]。不同的建筑材料和结构的房屋其环境影响也不
尽相同，Peuportier[44]比较使用不同建筑施工图的三
种类型住宅，尽管研究中有许多限制，但是仍然可以
得出：木框架结构建筑能够储存大量的 CO2 并且减
少其在拆除阶段的废弃物。刘晶茹[31]的研究表明高
层住宅楼的生命周期过程的能量消耗及大气、水体和
固体废弃物的排放量均高于低层住宅楼。相比于单体
建筑，城市宏观尺度方面可以用城市工厂和公共建筑
建造、运行维护过程中废物排放量的来分析城市发展
建设项目的生命周期和环境影响，如张智慧[45]的研
究表明北京市建筑活动污染类型最大的为大气悬浮
颗粒，也有研究表明限制郊区的商业用地、增加公园
等开阔场地以及提高住宅中木材使用量均有助于城
市建筑活动减少 CO2的排放量
[46]。
纵观 WPC 的研究，其主要包括原材料准备、建
筑建造、使用维修和拆除回收阶段。WPC主要是考虑
能源消耗行为和形式，提升建筑的隔热性能，大力使
用环境负荷小的建材以及支持使用可再生能源的技术。
建造技术、建筑形式以及诸如房屋大小、气候和文化
国别差异导致的居民能源消耗行为的不同使建筑各自
的功能和工程特点也有很大差异，因此 WPC 不是一
成不变而是随着研究建筑的差异不断变换。

3.3 能值分析法
―能值‖（Emergy）理论主要思想是随着能量在系
统中流动，一部分散失掉，一部分形成具有较高能量
等级的新形势的能，通过返溯研究，任何形式的能都
可以用同一种形式的能来表示[47]。其中的同一种形
式能以太阳能值表示，单位为太阳能焦耳（Sej），其
计算公式为[48]：
iTransformitym i
i
E E 
mE —— 产品的能值量；Transformityi 为资源 i
的能值转换率：表示单位能量(J)或重量(g)产品所具
有的能值，即单位能量或物质由多少太阳能值转化而
来，它是度量能量质量和等级的尺度。 iE 为资源 i
的实际投入量。
―能值‖方法能够很好的定量分析建筑代谢过程、
代谢效率等问题。因为有了统一的能量表示，应用于
建筑代谢中能使系统流通中的能量得到很好的量化
并且建立相应的指标或比率来评价不同的建筑系统。
能值方面早期研究也主要集中在建筑内含能方
面，指出建筑物的内含能占其整个生命周能量的 40%
左右[35, 49]，同时也有学者揭示了建筑内含能需求减
少的潜力[50]。建筑及其相关活动对于人类的可持续
发展有着重要意义，Pulselli 等[51]在考虑和比较了建
筑物中建材、技术和结构等因素的基础上，采用能值
方法和相应的指数对建筑物建造、维护和使用阶段的
物质能源进行了可持续评估，为以后更大尺度的相关
研究提供了信息来源。除了考虑建筑物的物质能量流
动外，也有研究针对建筑系统信息流和所提供的服务
进行了能值分析，Mahdavi等[52]在对瑞士洛桑校园的
LESO (Solar Energy Laboratory)建筑进行了能值研究
过程中，将教育学生、出版、课程和服务等都以太阳
3期 崔胜辉，等：城市建筑代谢研究方法及其展望 363

万方数据
能方式计入建筑系统的主要输出上，结果显示每个学
生在离开时能值量比刚来时高三倍，代表了学生知识
的增长。除了整体建筑的研究，建筑材料也开始成为
能值分析的对象。建筑材料的水泥和混凝土在其生产
过程中会需要大量的外部资源的输入，能值方法中能
够用于评估水泥和混凝土对外部资源的依赖性，根据
Pulselli
[53]的研究可知水泥和混凝的土的生产对于外
部资源输入依赖程度很高，而且其高的能值投资率
（Emergy Investment Ratio）也暗示了水泥产业的弱
竞争力。

3.4能流分析和火用分析
能流分析的原理与物质流分析类似，依照能量守
恒的热力学第一定律考察系统内能量输入流、内部子
系统分配等关系[54]。通过能量载体（Energy Carrier）
的物质量与相应热值的计算来核算投入和反映不同
类型能量在数量上的守恒[55]。
火用的定义是，一定形式的能量或一定状态的物
质，经过完全可逆的变化过程后(传热、传质、化学
反应等等) ，达到与环境完全平衡的状态，在这个过
程中，该能量或物质所能做的最大功称为火用，用符
号 Ex 表示。火用分析的主要理论基础为热力学第二
定律其实质就是能量贬值原理，即能量在转换过程中
总是朝着贬值（消除势差）的方向进行。高品质能量
可自发地转换为低品质能量，反之则不行[56, 57]。
能流分析与火用分析能够从―量‖和―质‖两个方
面来考虑能量的使用差异，因此多被学者用于建筑使
用阶段能耗方面的研究。建筑使用阶段主要能源消耗
在于其中的各种电器，马来西亚住宅能耗研究表明当
地住宅从 1997年到 2004年 8年间的能流效率和火用
值效率分别是 70%和 28%，在众多电器中冰箱和空
调的火用损失最大[58] 。然而由于时间和数据的可收
集性原因，学者们往往多选择建筑空调或者供暖系统
运行过程中的能量和火用效率及损失作为研究方向：
建筑供暖系统中，能量及火用损失主要是发生在初级
能源转换系统[59]和输送的管道[60]上面，热泵方面地
源热泵要好于空气源热泵和传统的供热源[61]；空调
制冷系统的火用效率要比供暖系统还要低，其火用损
失最大的地方也在能源转换系统上[62]。也有学者期
望通过火用的理念来设计出控制建筑环境的低火用
系统，Masanori Shukuya[63]详细描述了冷火用(cool
exergy)、热火用(warm exergy)、干火用(dry exergy)
和湿火用(wet exergy)，整个系统就是通过调节室内外
四种火用来达到人的最佳热舒适的环境。

3 城市建筑代谢研究方法之间的比较（Comparison
of urban building metabolism research methods）

物质流分析、生命周期评价、能值分析、能流分
析和火用分析为城市建筑代谢主要的研究方法。这几
种方法各有各自的特点，适用于城市建筑代谢的不同
领域研究（表 1）。虽然每个方法的特点不同，但是
各个方法并不是孤立存在的，有些研究就是将两种方
法甚至多种方法同时运用从多个角度对建筑进行分
析。一般来说，生命周期评价所用范围最广，能够同
其他所有方法适用，而能源分析与火用值分析联系最
为紧密，其余的各种方法也会随着学者研究角度和阐
述问题的不同而互有组合。

4 城市建筑代谢研究方法的展望（Prospects of
urban building metabolism research methods）

研究城市建筑代谢方式、途径与效率，揭示城市
建筑尺度上的物质和能量滞留和耗竭的机理是诊治
城市病的基础和前提。从城市代谢入手，研究城市建
筑物质与能量代谢的总量、效率、特征、结构、演变
规律和趋势等，是国内外研究城市建筑的一个新方向，
有助于解决城市生态环境问题。城市建筑代谢研究的
目标是通过研究不同社会经济水平、政策和行为特征
对城市建筑代谢的影响特征，阐明城市化进程中社会
经济水平、政策和行为方式对城市建筑代谢过程的影
响；研究社会经济水平、政策和行为方式变迁导致的
城市建筑代谢效率评估方法；模拟城市化过程中建筑
代谢效率的动态作用过程，并探索有效的定向调控手
段。现有的建筑代谢研究还不足以完全理解和评估城
市建筑代谢的方式、途径与效率，其研究需要从对象、
内容、范围和方法等方面进行拓展，为城市的可持续
发展提供依据。从城市建筑代谢研究方法方面来看，
今后应该着重从以下几个方面的研究：
⑴目前城市建筑代谢研究的一个主要难点在于
其边界的确定，从建材原材料的开采、加工一直到最
终的拆卸处置等，原材料生产商、建材生产供应商、
建筑施工公司、各种设备公司等已经众多专家和建筑
施工者的组成了一个庞大的树形系统。因此需要一种
以需求为中心的跨边界的代谢方法来研究建筑代谢，
根据研究需求来考虑建筑代谢系统的边界，从城市界
364 生 态 科 学 Ecological Science 30 卷

万方数据
内和跨界来研究建筑的代谢足迹。其中跨界方面综合
过程分析和投入产出分析的特点，仅考虑出入系统边
界的主要代谢流，不必考虑代谢流源头的详细代谢过
程，从而可以大大减少数据收集和分析的难度，并且
也不会减低整个系统代谢分析的准确性，是未来城市
建筑代谢研究方法的重要发展方向。
⑵城市建筑代谢着重研究物质能量等物质性代
谢流方面，对于非物质性的代谢流研究较少，相对应
的研究方法也很少。城市建筑代谢中的非物质流的研
究可以参考城市人居环境代谢中非物质流研究主要
内容，着重从货币流和信息流两方面进行研究[55]。
货币流方面研究深层次上仍为建筑生命周期过程中
的经济活动与物质消耗之间的关系，所以方法上面可
以结合投入产出等经济学分析方法来研究建筑各部
门的货币流及其部门相互依存关系；信息流方面主要
指建筑生命周期过程中各种信息交流和信息控制等，
这也需要相应信息学研究方法的介入。
⑶建筑代谢的研究对象不拘于城市的现代建筑，
未来也会向乡村的乡土建筑发展。乡土建筑相对于城
市现代建筑，建筑材料和技艺的不同使得其往往具有
强烈的地域性、较好的生态性以及一定的局限性等，
因此现有的城市代谢方法在研究乡土建筑时要做较
大的改变。针对不同地区的乡土建筑，代谢方法的改
进首先要考虑到当地气候特点，气候特点是影响当地
乡土建筑物质和能量消耗的主要原因，其次还要认识
到由于地域和民族风俗等方面产生的建筑意识和形
态方面的差异，最后是由于技术原因导致的乡土建筑
的缺陷，如隔热性较差等。
⑷无论是发达国家还是发展中国家，可持续建筑
对于其可持续发展都是非常重要的。可持续建筑的核
心思想为建筑物在其全生命周期内对环境负面影响
最小，经济和社会效益最佳。现存的代谢研究方法多
注重于建筑的物质量的研究，缺乏对经济和社会价值
方面的认识，因此研究可持续建筑的代谢方法要不仅
从物质量更要从价值量方面考虑，加大经济和社会方
面研究方法的介入，对整个建筑的可持续性得出全面
认识和评价。
⑸在我国，改革开放以来，城市化迅速发展。据
统计，在过去的 1978 至 2008 年改革开放的 30 年当
中，城镇人口从 1978年的 1.73 亿人迅速增加到 2008
年的 5.94 亿人，年均增速达到了 4.4%；城市化水平
由 17.92%提高到 44.99%，年平均增长 0.93个百分点
[64]。伴随着城市化的快速发展，每年建筑建设量大
幅增长，其中以框架结构和砖混结构为主，并且随着
时代的进步，框架结构所占比例逐渐增大[65]。然而，
尽管建筑业发展迅速，但建筑质量较差，平均寿命仅
30 年，年产数以亿计垃圾，占城市垃圾总量的
30%~40%
[66]。同时，国内绿色建筑和可持续建筑发
展迟缓，缺乏相应完善的评估指导体系。因此，综合
国内建筑发展现状，国内学者应着重从建筑质量和绿
色建筑角度来研究我国的建筑代谢，以物质流代谢分
析为基础，综合火用值分析、能值分析的特点，从建
筑生命周期角度构建更为完整、通用和动态的建筑系
统代谢分析体系。
城市建筑是城市环境的主要载体，其健康有序的
发展对于城市有着至关重要的作用。城市建筑代谢正
是通过对建筑大规模物质能量的代谢研究来分析建
筑与城市系统之间的内在机理和影响关系，随着城市
建筑代谢研究的发展成熟，其势必会成为建筑与城市
协调发展的指导工具，从而能够真正应用于城市可持
续发展的研究中。
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万方数据
城市建筑代谢研究方法及其展望
作者： 崔胜辉， 张雅京， 周健， 林剑艺， 刘勇， CUI Sheng-Hui， ZHANG Ya-jing， ZHOU Jian， LIN Jian-
Yi， LIU Yong
作者单位： 崔胜辉,林剑艺,刘勇,CUI Sheng-Hui,LIN Jian-Yi,LIU Yong(中国科学院城市环境与健康重点实验室,厦门市
城市代谢重点实验室,中国科学院城市环境研究所,福建,厦门,361021)， 张雅京,周健,ZHANG Ya-jing,ZHOU
Jian(中国科学院城市环境与健康重点实验室,厦门市城市代谢重点实验室,中国科学院城市环境研究所,福建
,厦门,361021;中国科学院研究生院,北京,100049)
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGICAL SCIENCE
年，卷(期)： 2011,30(3)

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