文/ 王凱，蘇杭，鄭銘芥

◆有著悠久歷史的馬拉松運(yùn)動在現(xiàn)代社會中依然受到人們的青睞，“碳達(dá)峰，碳中和”的時代背景對馬拉松賽事提出了更加綠色低碳的要求。本文首先運(yùn)用文獻(xiàn)綜述、邏輯分析與對比的研究方法，發(fā)現(xiàn)馬拉松賽事在硬件裝備換新、清潔能源使用、賽段管理及賽前預(yù)防與賽后碳中和等方面的低碳化研究已相對深入，但對于賽程中賽場碳的時空分布研究較少，這極大的限制了賽程中原位碳中和的精準(zhǔn)實(shí)施。由此提出通過智能計(jì)算模型獲得碳排放時空分布特征的碳管理框架設(shè)想，進(jìn)一步闡述了該框架的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，希望能為綠色馬拉松的賽事舉辦、賽場安排及體育賽事精準(zhǔn)化碳管理的研究提供啟示。

◆ 馬拉松“碳中和”管理；二氧化碳時空分布；智能化“碳中和”管理模型框架

從1992年簽署的《聯(lián)合國氣候變化公約框架公約》到2021年該公約的第26次締約國大會(COP26)召開，碳管理和碳中和已經(jīng)成為全球各國關(guān)注的熱點(diǎn)。所謂的碳中和是指采用某些手段將一個區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)生活等所產(chǎn)生的二氧化碳全部轉(zhuǎn)化掉，實(shí)現(xiàn)碳的零凈值增長?！半p碳”戰(zhàn)略的提出彰顯了我國對應(yīng)對全球氣候變化的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，對國內(nèi)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化、生活等產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

體育賽事作為人們生活的重要組成部分之一，其舉辦前、舉辦中及舉辦后的碳排放管理在碳中和的時代背景下得到了各級政府和組委會的關(guān)注。2020年3月4日，國際奧委會執(zhí)委會通過決議，確保后續(xù)舉辦的奧運(yùn)會都必須是碳中和的，并承諾顯著降低碳消耗和排放[1]任慧濤,易劍東.大型體育賽事碳中和管理：國際奧委會的倡議[J].北京體育大學(xué)學(xué)報,2022,45(02):25-38.。相應(yīng)的2020年東京奧運(yùn)會進(jìn)行了較大規(guī)模減少碳排放的工作，在借用了210多家企業(yè)提供的排放配額后，基本上達(dá)到碳中和[2]新浪新聞.為了減少28噸碳排放，東京奧運(yùn)會做了哪些嘗試？[EB/OL].(2021-08-06).https://finance.sina.com.cn/jjxw/2021-08-06/doc-ikqciyzk9923636.shtml；2022年北京冬奧會通過采用清潔無污染的氫能源來維持賽場的運(yùn)行、交通出行及京津冀地區(qū)固碳工程進(jìn)行碳補(bǔ)償?shù)扰e措，保證了“碳中和”承諾的兌現(xiàn)[3]北京冬奧組委.北京2022年冬奧會和冬殘奧會遺產(chǎn)報告(2020) [EB/OL].(2021-06-23)[2022-04-30].https://www.beijing2022.cn/wog.htm?cmsid=EYS2021062300362800。從碳中和的角度看，2030年后所有的賽事活動都要是對碳中和有益的，這就意味著各級政府和組委會將減少或者補(bǔ)償賽事產(chǎn)生的碳排放，并且在賽事審批的環(huán)節(jié)中加入零碳增長的要求。

馬拉松作為體育賽事的重要組成部分，近年來賽事舉辦場次達(dá)到每年上千場以上，其碳排放的管理不容忽視。馬拉松運(yùn)動最早可以追溯到公元前490年紀(jì)念希臘人馬拉松戰(zhàn)役的勝利，在1986年舉辦的奧林匹克運(yùn)動會上，設(shè)立了馬拉松這個運(yùn)動項(xiàng)目，并將42.195km設(shè)定為賽程距離。隨著時代的發(fā)展，馬拉松運(yùn)動開始出現(xiàn)半程馬拉松、越野跑、迷你跑、垂直馬拉松等形式，直到今天，馬拉松運(yùn)動依然深受人們的喜愛，自2018年以來，每年舉辦的賽事超過1500場，認(rèn)證的賽事超過300場，并穩(wěn)健增長[4]王凱,楊婕,宋金莊,等.體育賽事"碳中和"發(fā)展及啟示[J].新體育,2022(11):8-10.。在碳中和的時代背景下，各級組委會倡導(dǎo)參賽者綠色出行，使用綠色清潔能源來維持賽事運(yùn)行和交通出行，并設(shè)定了部分碳排放補(bǔ)償措施[5]劉超,陳林祥.碳中和愿景下我國大型體育賽事綠色發(fā)展現(xiàn)實(shí)困境與未來進(jìn)路[J].體育文化導(dǎo)刊,2022(11):28-34.，這對綠色馬拉松的發(fā)展是有益的，它們關(guān)注了賽事中總碳排放量和總碳的抵消量，確保了凈碳量為零。但這些補(bǔ)償措施在精準(zhǔn)化原位進(jìn)行碳中和、保障賽事舉辦與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相協(xié)同面前似乎有些困難，一種具有時空選擇性的碳中和方法迫待提出?；诖?，本文首先回顧總結(jié)了近年來馬拉松賽事碳管理及碳中和的相關(guān)措施，探討原位碳中和的必要性，進(jìn)一步為區(qū)域化時空選擇性的碳中和提出了一些思路和建議，最后就該思路的機(jī)遇與挑戰(zhàn)進(jìn)行了討論，希望該方法能一定程度上為馬拉松的綠色發(fā)展添磚加瓦。

1 馬拉松賽事中的碳中和現(xiàn)狀和管理辦法

碳中和的概念提出后，以馬拉松為代表的體育賽事在實(shí)現(xiàn)低碳綠色舉辦的方面主要有兩個思路，第一是通過硬件提升、綠色清潔能源使用及賽段管理來減少二氧化碳的排放；第二個是通過對周邊區(qū)域進(jìn)行植樹造林、借用周圍企業(yè)等的碳排放指標(biāo)等來對已經(jīng)排放的二氧化碳進(jìn)行“中和”，兩者符合管理學(xué)原理下的投入產(chǎn)出核算和按生命周期核算的基本方法。

1.1 硬件裝備方面

自2020年以來，國內(nèi)外馬拉松賽事在減少碳排放方面很大的改變就是裝備的更新?lián)Q代。以青島為代表的很多一線城市的組織方逐漸將賽中使用化石燃料的引導(dǎo)車、計(jì)時車更換為新能源車，小車型的替換比例顯著增加。同時，將賽期和賽后運(yùn)輸參賽人員和技術(shù)官員的擺渡車也更換為新能源的大巴車，并且采用循環(huán)發(fā)車的模式減少了賽場中人力和物力的投入。再如杭州馬拉松，將起終點(diǎn)的宣傳和告示內(nèi)容采用LED大屏幕投放的形式，減少了近2/3的塑料廣告牌數(shù)量，同時，物資的配備也更加環(huán)保，如減少了一次性水杯和毛巾的使用。

1.2 清潔能源方面

政府和賽事組織方大力推行使用氫能源和綠電來為賽事提供能源支持，極大比例的取代了化石能源和液化天然氣等高二氧化碳排放的能源，這是碳中和概念提出后，體育賽事能源結(jié)構(gòu)的重要轉(zhuǎn)變。具體到實(shí)施措施上，主要有兩點(diǎn)：第一，劃定專門的太陽能、風(fēng)能電網(wǎng)為賽事供電，維持賽場的保障；第二，賽事用車盡可能使用新能源汽車或者氫能源汽車[5]。

1.3 賽段管理方面

馬拉松比賽起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置主要可以劃分為起終點(diǎn)合一和點(diǎn)對點(diǎn)兩種類型，不管是哪種類型，在賽程中都需要封閉不少的道路作為比賽區(qū)域，多數(shù)的馬拉松賽事是持續(xù)幾個小時的封閉道路，這不僅會影響該區(qū)域的社會公眾使用情況，還會造成賽事資源的浪費(fèi)，帶來額外的碳排放。上海馬拉松提出一種區(qū)域化封閉的策略，對已經(jīng)完成賽事的路段實(shí)現(xiàn)盡快正常化，節(jié)約了人力和物力資源，降低了賽段的維持成本，這樣提高了資源的有效利用率，減少了不必要的碳排放，同時保障了居民的正常出行，是賽事精細(xì)化管理的一種典范，值得其他地區(qū)馬拉松賽事學(xué)習(xí)。

1.4 賽前預(yù)防與賽后中和方面

以馬拉松為代表的很多大型賽事除了在賽前規(guī)劃和賽中管理減少不必要的碳排放外，依然存在著維持賽事所必須的碳排放，因此，在舉辦前和舉辦后都會采用一定的方法來消耗或者補(bǔ)償這部分排放。主要有兩個方法：第一是生物固碳，即在賽前多植樹造林，提前獲得碳排放額度；第二是動員企業(yè)等為賽事捐贈部分碳排放指標(biāo)，以此達(dá)到碳中和。有些馬拉松賽事選擇在山清水秀的地區(qū)舉辦，既提供了優(yōu)美的環(huán)境，又有利于產(chǎn)生的碳能夠及時被綠色植物吸收掉。

通過上述的總結(jié)，我們可以看出，通過使用新能源、更新裝備和優(yōu)化賽中管理的方法對于低碳減排是非常有效的，這實(shí)際上從源頭減少了碳排放，降低了后面中和的難度；對于所必須產(chǎn)生的二氧化碳，采用生物固碳和借用排放指標(biāo)的方法，一定程度上前確實(shí)實(shí)現(xiàn)了凈碳增長為零的目標(biāo)，但也存在著排放與補(bǔ)償區(qū)域化不協(xié)調(diào)、賽事與工業(yè)生產(chǎn)相競爭碳排放指標(biāo)的問題。倘若能夠?qū)崿F(xiàn)原位的碳中和，將賽事園區(qū)植被布置與碳中和目標(biāo)相耦合，就可以極大提高碳中和的時空效率，保證在哪里產(chǎn)生就在哪里消耗，同時，也不再需要與企業(yè)競爭碳排放指標(biāo)。

要想實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，首先需要構(gòu)建賽事區(qū)域的二氧化碳分布的空間模型，進(jìn)一步輔助以先進(jìn)的檢測手段，實(shí)現(xiàn)二氧化碳空間分布的實(shí)時計(jì)算，以便于賽程中對碳排放精準(zhǔn)管理，避免部分區(qū)域部分時間排放嚴(yán)重過量。同時，利用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法，在賽事申報的時候完成碳排放的預(yù)測，獲得二氧化碳分布情況，有針對性地在排放區(qū)域高的地方提前采取措施，如植樹造林、放置補(bǔ)集裝置等。

2 智能檢測賦能精準(zhǔn)碳管理，助力原位中和

以馬拉松為代表的體育賽事碳中和管理首先要堅(jiān)持政策導(dǎo)向、完善管理制度、強(qiáng)化管理意識[4]，其次需要切實(shí)可行的方法來真正達(dá)到減少碳排放和原位碳中和，真正做到少量產(chǎn)生，精準(zhǔn)中和。要想實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，開發(fā)智能碳管理的框架、實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理勢在必行。

針對減少排放的環(huán)節(jié)，除了使用新能源、引進(jìn)新裝備外，該框架可以指導(dǎo)現(xiàn)有資源的有效利用，實(shí)現(xiàn)快速調(diào)取，最優(yōu)化布置；針對已產(chǎn)生碳的中和環(huán)節(jié)，通過該框架可以有效的獲得碳排放的時空分布，助力原位中和，同時，該框架還可以用于預(yù)測賽事的碳排放及分布情況，將賽場綠化和碳中和目標(biāo)有效結(jié)合起來。如圖1所示，該框架設(shè)想主要有二氧化碳快速監(jiān)測模塊、智能二氧化碳分布預(yù)測模型及二氧化碳管理決策模型三部分組成。

圖1 碳排放智能預(yù)測與管理框架設(shè)想

2.1 二氧化碳智能預(yù)測模型構(gòu)建設(shè)想

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，通過計(jì)算流體力學(xué)來獲得物質(zhì)時空分布演化規(guī)律的研究方法廣泛在種植園區(qū)[6]Yue Zhang,Daisuke Yasutake,Kota Hidaka,er al.CFD analysis for evaluating and optimizing spatial distribution of CO2 concentration in a strawberry greenhouse under different CO2 enrichment methods[J],Computers and Electronics in Agriculture,2022(179):105811-105817.、旅游景點(diǎn)[7]郭健,鄭秋平,張春庭.敦煌莫高窟微環(huán)境控制系統(tǒng)的CFD仿真及設(shè)計(jì)[J].儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量,2015(04):27-30.及城市環(huán)境[8]T.van Hooff,B.Blocken,CFD evaluation of natural ventilation of indoor environments by the concentration decay method: CO2 gas dispersion from a semi-enclosed stadium[J],Building and Environment,2013(61):1-17.等場景中應(yīng)用。所謂的計(jì)算流體力學(xué)(CFD)就是通過計(jì)算機(jī)數(shù)字化空間建模的方法，求解物質(zhì)和能量在擴(kuò)散傳遞過程中的轉(zhuǎn)化情況，最終將求解結(jié)果以云圖的形式可視化的展示出來。要想完成建模，首先需要區(qū)域的空間數(shù)據(jù)來劃定結(jié)構(gòu)范圍，進(jìn)一步選定運(yùn)算方法，最后利用已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來擬合參數(shù)，使得模型具有準(zhǔn)確的運(yùn)算功能?；谙扔械难芯窟M(jìn)展，構(gòu)建馬拉松賽場的碳分布模型是可行的，但需要相對足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來支撐參數(shù)的擬合。模型參數(shù)空間的大小由計(jì)算維度所決定，通常計(jì)算的區(qū)域越大，外界影響因素越多，參數(shù)的量就越大，所需要的計(jì)算開銷也就越大。由于以馬拉松為代表的體育賽事的賽場面積相對較大，故計(jì)算維度會很大，模型的計(jì)算速度會較慢，估計(jì)要在小時級，這對于實(shí)時優(yōu)化和決策是很不利的。

基于深度學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型有著計(jì)算速度快(單組運(yùn)算時間在1s內(nèi))、無需過程機(jī)理的優(yōu)勢，但需要海量的數(shù)據(jù)來訓(xùn)練參數(shù)，考慮通過計(jì)算流體力學(xué)構(gòu)建的機(jī)理模型來導(dǎo)出海量的數(shù)據(jù)用于訓(xùn)練數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)機(jī)理數(shù)據(jù)的融合，使得最終的模型兼?zhèn)錂C(jī)理模型的計(jì)算精度與數(shù)據(jù)模型的計(jì)算速度，能夠滿足快速優(yōu)化的需求。通過分布在賽場各區(qū)域內(nèi)的二氧化碳監(jiān)測系統(tǒng)不斷獲取的數(shù)據(jù)，模型能夠計(jì)算出賽場區(qū)域的二氧化碳時空分布結(jié)果，以此指導(dǎo)賽事的碳管理策略。

2.2 智能決策系統(tǒng)構(gòu)建設(shè)想

智能決策系統(tǒng)集成智能預(yù)測模型的結(jié)果、最優(yōu)化布局方法，應(yīng)能夠滿足快速調(diào)度賽事保障、賽前原位碳中和的位點(diǎn)設(shè)計(jì)及賽事賽場碳中和指標(biāo)的評估需求。通過這種物聯(lián)網(wǎng)工程的設(shè)計(jì)，使得賽事主辦方僅需要一臺電腦和一些賽前布置的二氧化碳采樣位點(diǎn)就能夠準(zhǔn)確的了解賽程中的碳排放情況，及時進(jìn)行管理和調(diào)度保障，提高技術(shù)設(shè)備利用率的同時減少不必要的碳排放。同時，通過提前的模型計(jì)算預(yù)測，能預(yù)先掌握二氧化碳排放較多的區(qū)域，在賽事開始之前就植樹造林或者放置碳捕集器，實(shí)現(xiàn)原位的碳中和。利用該模型還可以讓上級單位和公眾媒體監(jiān)督比賽的碳中和情況，切實(shí)做到凈碳為零的承諾。進(jìn)一步，模型還可以幫助篩選比賽場地等，有望為體育賽事精準(zhǔn)碳管理的構(gòu)想助力。

2.3 碳排放智能預(yù)測與管理框架的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

該碳排放管理框架的設(shè)想有著智能化監(jiān)管決策、賦能原位碳中和的機(jī)遇，但也存在著很多挑戰(zhàn)。第一是模型構(gòu)建過程，首先，模型需要多組的已知數(shù)據(jù)來擬合參數(shù)，而已知數(shù)據(jù)通常要包括風(fēng)速、風(fēng)向、碳排放情況等，目前該類型數(shù)據(jù)庫尚不健全，其次模型的參數(shù)量較大需要較多的計(jì)算單元進(jìn)行擬合以確保準(zhǔn)確性，這在實(shí)施起來需要花費(fèi)一定的人力和物力；第二，模型使用過程，可能存在著采樣數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確導(dǎo)致計(jì)算失誤產(chǎn)生錯誤決策等管理風(fēng)險，如何系統(tǒng)的應(yīng)對這些風(fēng)險還需要進(jìn)一步的思考。

3 結(jié)語

在“碳達(dá)峰，碳中和”和“體育強(qiáng)國”的時代背景下，舉辦綠色環(huán)保、節(jié)能低碳的體育賽事已經(jīng)成為潮流?？傮w來看，實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)有減少碳排放和賽后碳中和兩個關(guān)鍵點(diǎn)，本文在系統(tǒng)的總結(jié)已有的具體措施后，提出了原位碳中和的設(shè)想，并進(jìn)一步提出通過智能模型預(yù)測和決策的框架來輔助該設(shè)想的實(shí)現(xiàn)，最后討論整個框架的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，希望能為體育賽事的碳管理和新體育學(xué)科交叉提供一些思路，為偉大祖國的雙碳戰(zhàn)略添磚加瓦。