王艷艷，任宏，王洪波

(1.山東建筑大學(xué)管理工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101;2.重慶大學(xué)建設(shè)管理與房地產(chǎn)學(xué)院，重慶 400030;3.山東魯王建工有限責(zé)任公司，山東 淄博 255300)

0 引言

由于能源消耗增加，預(yù)計(jì)到2030年建筑物全球的CO2排放量將達(dá)到每年14億t。到2030年建筑物的份額將達(dá)到占世界CO2排放量的三分之一。到2020年，全國(guó)城市生活人口將達(dá)到56%以上，我國(guó)每年城鎮(zhèn)竣工建筑面積的總量將持續(xù)保持在10億m2左右，預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)將新增約110億m2以上需要采暖的民用建筑。我國(guó)建筑節(jié)能形勢(shì)緊迫且潛力巨大，節(jié)能設(shè)計(jì)方案影響著實(shí)際的節(jié)能效果和因采用節(jié)能技術(shù)、材料等產(chǎn)生的增量成本，所以在設(shè)計(jì)階段選擇可靠、易行的方法進(jìn)行節(jié)能方案的評(píng)價(jià)尤為必要。

對(duì)于建筑設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)方法，目前有較多較廣泛的研究，如溫貽輝等建立了模糊層次綜合優(yōu)選模型進(jìn)行方案評(píng)價(jià)[1]，陳安明等考慮了決策者的方案偏好，建立了兩層次多屬性群決策模型[2]，楊開(kāi)云等應(yīng)用熵權(quán)確定指標(biāo)權(quán)重，建立了方案比選的模糊評(píng)價(jià)模型[3]。另外還有學(xué)者采用層次分析法[4]、vague相似度量理論方法[5]、灰色關(guān)聯(lián)分析等方[6]法進(jìn)行方案評(píng)價(jià)。這些方法在指標(biāo)權(quán)重的確定和評(píng)價(jià)方法的選擇上進(jìn)行了積極的探索和應(yīng)用，一定程度上解決了指標(biāo)的量化問(wèn)題和評(píng)價(jià)的合理度，但對(duì)于針對(duì)“節(jié)能建筑”特點(diǎn)的方案評(píng)價(jià)指標(biāo)選取和評(píng)價(jià)方法選擇缺乏深入的研究，對(duì)于定性指標(biāo)的合理性描述還需進(jìn)一步探討。

“節(jié)能建筑”指標(biāo)的選擇，除經(jīng)濟(jì)因素外，更多考慮的是對(duì)不可再生能源的消耗及對(duì)環(huán)境的影響，而且這些指標(biāo)在評(píng)價(jià)時(shí)往往不好量化，各個(gè)指標(biāo)權(quán)重的確定需要采用更加客觀的賦值方法，理想解法即 TOPSIS(Technique fororderpreference by similarity to ideal solution)法作為一種有效的多指標(biāo)決策方法，近年來(lái)已被用于經(jīng)濟(jì)、建筑領(lǐng)域的諸多研究，這種方法原理簡(jiǎn)單，能同時(shí)進(jìn)行多個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)，應(yīng)用TOPSIS法計(jì)算時(shí)會(huì)涉及到評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算，為了盡量減少人為因素的影響，這里采用熵權(quán)法依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的差異度來(lái)確定指標(biāo)的權(quán)重，二者的結(jié)合避免了傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法中權(quán)重客觀性差、評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確度低等的弊端，形成了客觀、科學(xué)的節(jié)能建筑的方案評(píng)價(jià)方法。另外在評(píng)價(jià)指標(biāo)中考慮了環(huán)境效用的影響并從全生命周期的角度考慮建筑物的成本，評(píng)價(jià)內(nèi)容更加客觀和全面，為決策者進(jìn)行方案優(yōu)選提供了量化的參考。

1 節(jié)能建筑方案評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

圖1 節(jié)能建筑設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)分解

節(jié)能建筑與普通建筑在設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇上不完全相同，它需要在評(píng)價(jià)指標(biāo)選取時(shí)考慮節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用及效果，在節(jié)能建筑材料的選取上考慮材料的環(huán)保、節(jié)能保溫性能等內(nèi)容，更加注重對(duì)環(huán)境的影響，并需要從全生命周期的角度綜合考慮方案的優(yōu)劣，因使用了新的保溫節(jié)能材料、技術(shù)會(huì)使得節(jié)能建筑在建設(shè)期產(chǎn)生增量成本，需要通過(guò)后期運(yùn)營(yíng)階段費(fèi)用的節(jié)約進(jìn)行回收。節(jié)能建筑更主要考察的是其可持續(xù)發(fā)展的可能性[7－8]，指標(biāo)的選取可考慮經(jīng)濟(jì)性能、使用性能、環(huán)境性能等三個(gè)方面。具體分解見(jiàn)圖1所示。此指標(biāo)體系主要參考GB/T 50362—2005《住宅性能評(píng)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定[9]，此標(biāo)準(zhǔn)將住宅性能劃分成適用性能、環(huán)境性能、經(jīng)濟(jì)性能、安全性能和耐久性能等五個(gè)方面，對(duì)于公共建筑同樣應(yīng)考慮這些方面。從經(jīng)濟(jì)性能角度除了建造成本是主要影響因素外，還需要考慮運(yùn)營(yíng)階段的費(fèi)用，并根據(jù)節(jié)能建筑的特點(diǎn)另選取節(jié)能材料及節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用率、新材料新技術(shù)應(yīng)用的可靠性兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，從使用性能角度選取功能合理性、舒適性、安全性、可維護(hù)性等四個(gè)指標(biāo)，從環(huán)境性能角度除主要選取環(huán)境保護(hù)指標(biāo)外，還應(yīng)考慮建筑物和自然環(huán)境的相互融合，選取人文景觀、建筑物的可持續(xù)性、建筑物對(duì)使用人健康影響等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 基于熵權(quán)與TOPSIS法的建筑評(píng)價(jià)方法

2.1 熵權(quán)與TOPSIS基本原理

熵最早是由德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯在熱力學(xué)中引入。像溫度、體積一樣，熵是物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的一個(gè)函數(shù)，玻爾茲曼和普朗克.吉布斯的研究認(rèn)為:“在由大量粒子構(gòu)成的系統(tǒng)中，熵表示粒子之間無(wú)規(guī)則的排列程度”;維納認(rèn)為:“一個(gè)系統(tǒng)的熵就是它無(wú)組織程度的度量”[10]。熵是對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)不確定性的一種度量，熵權(quán)法的基本思想是依據(jù)指標(biāo)變異性的大小來(lái)確定客觀權(quán)重。

選取n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)和m個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象，建立多對(duì)象關(guān)于多指標(biāo)的評(píng)價(jià)矩陣Y'=(y'ij)m×n，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到 Y=(yij)m×n[11]。yij為第 i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象在指標(biāo) j上的評(píng)價(jià)值，又 yij∈[0，1]，且

第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵Hi為

并假定當(dāng)yij=0，時(shí)，yijlnyij=0，第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)ωi為

TOPSIS是逼近理想解的排序方法的英文縮寫(xiě)。它借助多屬性問(wèn)題的理想解和負(fù)理想解給方案集X中各方案進(jìn)行排序的一種方法。其中心思想為:設(shè)想一個(gè)理想方案和一個(gè)負(fù)理想方案，然后分別計(jì)算各方案與理想方案、負(fù)理想方案之間的歐式距離。與理想方案最近且與負(fù)理想方案距離最遠(yuǎn)的方案即為最優(yōu)方案，并可以據(jù)此排定方案集X中各備選方案的優(yōu)劣順序[12]。

2.2 評(píng)價(jià)過(guò)程

有 m 個(gè)備選方案，設(shè)為 X={x1，x2，…，xm}，衡量方案優(yōu)劣的n個(gè)指標(biāo)，指標(biāo)向量為Y={Y1，Y2，…，Yn};這時(shí)方案集X中的每個(gè)方案xi(i=1，2，…，m)的 n個(gè)屬性值構(gòu)成的向量 Yi={yi1，yi2，…，yin}[13－15]。

(1)構(gòu)造規(guī)范化決策矩陣:

由標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣Y=(yij)m×n和熵權(quán)法確定的指標(biāo)權(quán)重向量 ω = [ω1，ω2，…，ωn]，構(gòu)造加權(quán)的規(guī)范化決策矩陣Z。

(2)確定理想解x+和負(fù)理想解x－。

(4)計(jì)算各方案與理想解的相對(duì)貼近度Ci:

顯然，若 xi=x+，則 Ci=1;若 xi=x－，則 Ci越接近1，方案xi越接近x+。

(5)排列方案的優(yōu)先順序:按照Ci由大到小排列，前面的優(yōu)于后面的。

3 算例分析

在具體方案評(píng)價(jià)時(shí)，若把所有指標(biāo)都分配一定的權(quán)重，會(huì)造成指標(biāo)評(píng)價(jià)體系過(guò)于龐大，指標(biāo)的量化也會(huì)帶來(lái)更大的不確定性，而在評(píng)價(jià)時(shí)只選取關(guān)鍵因素(權(quán)重值大的因素)進(jìn)行評(píng)價(jià)也會(huì)得到較為滿意的結(jié)果。綜合考慮節(jié)能建筑的特點(diǎn)和國(guó)家相關(guān)強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)的要求，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)中選擇全生命周期成本(等于建造成本與運(yùn)營(yíng)成本之和，建造成本低的方案運(yùn)營(yíng)成本可能較高，從全生命周期的角度考慮二者結(jié)果更加合理)、新材料新技術(shù)的可靠性(采用其成熟度表示，成熟度選用新材料新技術(shù)在整個(gè)行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用率)、節(jié)能技術(shù)節(jié)能材料的應(yīng)用(采用應(yīng)用率表示，應(yīng)用率 =節(jié)能材料或技術(shù)在整個(gè)建筑物中所使用全部材料或技術(shù)的比重)等三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行量化。使用性能評(píng)價(jià)選用功能合理性、舒適性、安全性、可維護(hù)性等四個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。在環(huán)境性能中其他三個(gè)指標(biāo)不好量化，專家打分時(shí)受主觀判斷影響較大，所以這里選取的關(guān)鍵性指標(biāo)僅為環(huán)境保護(hù)指標(biāo)，用環(huán)境正效應(yīng)來(lái)表示。

某新建住宅小區(qū)有4個(gè)設(shè)計(jì)方案?jìng)溥xA、B、C、D，設(shè)為 X={x1，x2，x3，x4}，對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇，在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)中選擇全生命周期成本，四個(gè)方案的初始建設(shè)成本分別為3000、2500、2800和4500元 /m2，考慮50年的運(yùn)營(yíng)期，每年折現(xiàn)后的運(yùn)營(yíng)成本為280、330、300和240元 /m2，全生命周期成本指標(biāo)為17000、19000、17800和16500元 /m2，功能合理性、舒適性、安全性、可維護(hù)性及環(huán)境正效應(yīng)等五個(gè)定性的指標(biāo)采用10分制的專家打分進(jìn)行量化，打分的具體比較對(duì)象為未完全按照節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)建造的普通建筑，具體內(nèi)容如表1所示。

表1 備選方案專家打分表

指標(biāo)向量為 Y'={Y1，Y2，…，Y8}，決策矩陣如下

根據(jù)公式(1)對(duì)矩陣Y'進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得

應(yīng)用熵權(quán)法公式(2)、(3)確定的指標(biāo)權(quán)重ωj為

應(yīng)用公式(4)構(gòu)造加權(quán)的規(guī)范化決策矩陣Z為

確定理想解 X+和負(fù)理想解 X－，Y1、Y2、Y5為成本型指標(biāo)，Y3、Y4、Y6、Y7、Y8為效益型指標(biāo)，在成本型指標(biāo)中理想解選擇越小越好，在效益型指標(biāo)中理想解選擇越大越好。

應(yīng)用公式(6)，計(jì)算各方案與理想解的相對(duì)貼近度Ci為

按照Ci由大到小排列，方案最優(yōu)的是D方案，后面依次是B、A、C方案。

4 結(jié)語(yǔ)

TOPSIS法用理想方案求解多屬性決策問(wèn)題，相對(duì)于傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法具有簡(jiǎn)便直觀，容易理解，科學(xué)合理等的特點(diǎn)。結(jié)合熵權(quán)法確定指標(biāo)的權(quán)重，降低了主觀因素的影響，對(duì)于節(jié)能住宅與普通住宅的方案對(duì)比，能突出節(jié)能技術(shù)節(jié)能材料的比重，使決策過(guò)程更加規(guī)范科學(xué)，使評(píng)價(jià)結(jié)果客觀、準(zhǔn)確，真實(shí)反映出評(píng)價(jià)項(xiàng)目的優(yōu)先程度，為節(jié)能住宅在設(shè)計(jì)階段的方案評(píng)價(jià)和優(yōu)選提供了一種新的途徑。

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