王立　云凌　徐重岐

(1.蘭州交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院　蘭州 730070；　2.蘭州交通大學(xué)后勤集團(tuán)　蘭州 730070；

3.蘭州交大工程咨詢(xún)有限責(zé)任公司　蘭州 730070)

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節(jié)能減排

多層次灰色關(guān)聯(lián)分析在綠色建筑設(shè)計(jì)方案優(yōu)選中的應(yīng)用*

王立1云凌2徐重岐3

(1.蘭州交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院蘭州 730070；2.蘭州交通大學(xué)后勤集團(tuán)蘭州 730070；

3.蘭州交大工程咨詢(xún)有限責(zé)任公司蘭州 730070)

摘要在新修訂的《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50378—2014)的基礎(chǔ)上，綜合考慮了與綠色建筑設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)相關(guān)的內(nèi)容，構(gòu)建出綠色建筑設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。在專(zhuān)家打分的基礎(chǔ)上，通過(guò)層次分析法(AHP法)給各評(píng)價(jià)指標(biāo)賦予了權(quán)重，運(yùn)用多層次灰色關(guān)聯(lián)分析模型分層次計(jì)算出各評(píng)價(jià)方案與理想方案的最終關(guān)聯(lián)度并排序，進(jìn)而確定最優(yōu)方案，并通過(guò)引入實(shí)例驗(yàn)證了該評(píng)價(jià)方法的科學(xué)性和實(shí)用性。

關(guān)鍵詞綠色建筑灰色關(guān)聯(lián)分析層次分析法評(píng)價(jià)指標(biāo)體系方案優(yōu)選

0引言

當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中面臨的環(huán)境問(wèn)題日益突出，引發(fā)環(huán)境問(wèn)題的因素固然很多，但長(zhǎng)期以來(lái)過(guò)于看重經(jīng)濟(jì)發(fā)展而忽視生態(tài)建設(shè)，缺乏長(zhǎng)遠(yuǎn)、可持續(xù)發(fā)展的眼光等無(wú)疑是其重要原因。徹底改變高能耗、高污染的傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)方式，謀求發(fā)展方式的轉(zhuǎn)型升級(jí)是解決當(dāng)前環(huán)境問(wèn)題的有效途徑。建筑業(yè)作為資源消耗最多的產(chǎn)業(yè)之一，大力發(fā)展綠色建筑是當(dāng)前我國(guó)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然選擇[1]。提升建筑材料的利用效率，大力提倡在建筑行業(yè)中開(kāi)展節(jié)能減排行動(dòng)——推行和發(fā)展綠色建筑，切實(shí)轉(zhuǎn)變建筑業(yè)的發(fā)展方式[2]。新版的《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50378—2014)于2015年1月1日起開(kāi)始在全國(guó)范圍正式實(shí)施，發(fā)展綠色建筑上升為國(guó)家戰(zhàn)略，綠色建筑在我國(guó)開(kāi)始邁入了發(fā)展的快車(chē)道。

綠色建筑作為一種可持續(xù)的生態(tài)建筑形式，當(dāng)前正愈來(lái)愈受到全社會(huì)的廣泛關(guān)注和提倡。近幾年有關(guān)綠色建筑的相關(guān)研究也逐漸成為熱點(diǎn)，但通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)研究都是側(cè)重于對(duì)已有建筑開(kāi)展事后綠色評(píng)價(jià)和認(rèn)證方面，這對(duì)主動(dòng)降低建筑耗能和改善生態(tài)環(huán)境方面效果相對(duì)有限。為有效降低建筑能耗，提高建筑的生態(tài)效益，不妨考慮在勘察設(shè)計(jì)階段依照一定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案進(jìn)行“綠色性”評(píng)價(jià)，優(yōu)選出“綠色性”更好的方案來(lái)，這樣做一方面可以大大提高綠色建筑項(xiàng)目的整體的生態(tài)效益，同時(shí)還可以主動(dòng)引導(dǎo)建造師和投資者更加關(guān)注綠色建筑，保護(hù)生態(tài)環(huán)境[3]。

1構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

開(kāi)展綜合評(píng)價(jià)的首要環(huán)節(jié)是要合理選取一系列適合的評(píng)價(jià)指標(biāo)，這也是對(duì)評(píng)價(jià)方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并優(yōu)選的基礎(chǔ)，指標(biāo)選取的適宜與否對(duì)綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果影響很大。新版《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》在舊版的基礎(chǔ)上做了一定的調(diào)整，在指標(biāo)的選取上更加全面和精細(xì)。在構(gòu)建綠色建筑設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，以新版評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，同時(shí)重點(diǎn)考慮與綠色建筑設(shè)計(jì)方案有關(guān)的評(píng)價(jià)內(nèi)容，擬從6大方面著手構(gòu)建指標(biāo)體系，具體遴選出14個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，如圖1所示。

圖1　綠色建筑設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

考慮到綠色建筑設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系涉及因素較多，具體涉及6項(xiàng)大指標(biāo)、14項(xiàng)小指標(biāo)，選取層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重。

2.1層次分析法

AHP方法的適用性很強(qiáng)，其特點(diǎn)是很好實(shí)現(xiàn)了定性、定量分析的有機(jī)結(jié)合。作為一種決策工具，經(jīng)常被用于解決一些較為復(fù)雜的多準(zhǔn)則決策問(wèn)題。具體數(shù)學(xué)模型如下：①構(gòu)建判斷矩陣。A表示目標(biāo)集，ai、aj均為評(píng)價(jià)因素(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)，現(xiàn)對(duì)該矩陣中同一層次的任意兩指標(biāo)進(jìn)行相對(duì)重要性比較，用aij表示aj相對(duì)于ai的重要性系數(shù)，即可得到兩因素間相對(duì)權(quán)重的比值ωi/ωj，根據(jù)各評(píng)價(jià)因素的重要程度進(jìn)行排序，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)的判斷矩陣A，如下式：

2.2指標(biāo)權(quán)重的確定

通過(guò)一致性檢驗(yàn)后，即可確定出綠色建筑設(shè)計(jì)方案各層次指標(biāo)權(quán)重值如下：

WAB=(0.070,0.255,0.107,0.048,0.319,0.201)；

WB1C=(0.650，0.350)；WB2C=(0.750，0.250)；WB3C=(0.100，0.305，0.595)；WB4C=(0.750，0.250)；WB5C=(0.500，0.500)；WB6C=(0.325，0.325，0.3580)。

3多層次灰色關(guān)聯(lián)分析法的基本模型

綠色建筑設(shè)計(jì)系統(tǒng)是一個(gè)信息不完備的灰色系統(tǒng)，這里采用多層次灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)其開(kāi)展評(píng)價(jià)研究，具體而言即運(yùn)用該方法對(duì)系統(tǒng)中兩因素間的相互關(guān)聯(lián)程度進(jìn)行定量分析?；舅悸窞椋阂栽u(píng)價(jià)方案的最優(yōu)指標(biāo)值作為參考數(shù)列X0的各實(shí)體x0k，以被評(píng)價(jià)方案的各具體指標(biāo)值作為比較數(shù)列Xi的各實(shí)體xik，根據(jù)參考數(shù)列與比較數(shù)列各實(shí)體的值，計(jì)算兩者的灰色關(guān)聯(lián)度ri[5]。ri值越大，則表示評(píng)價(jià)方案與理想方案越貼近。

3.1構(gòu)建參考數(shù)列

指標(biāo)的評(píng)價(jià)值用vik來(lái)表示(i=1,2,…,m；k=1,2,…,n),V0表示參考數(shù)列，它一般是由m個(gè)評(píng)價(jià)方案中的最優(yōu)值v0k組合而成的，即v0k=Optimum(vik)，則有V0=(v01,v02,…,v0k)。

對(duì)一具體的灰色系統(tǒng)(設(shè)該系統(tǒng)有評(píng)價(jià)對(duì)象m個(gè)，評(píng)價(jià)指標(biāo)n個(gè))而言，有下列矩陣存在：

則有V0=(V01，V02，…，V0n)，即可構(gòu)造出參考數(shù)列V0。

3.2對(duì)指標(biāo)值作規(guī)范化處理

為便于各評(píng)價(jià)指標(biāo)間進(jìn)行比較，按式(1)對(duì)指標(biāo)值作規(guī)范化處理：

(1)

規(guī)范化處理后有：

(2)

3.3計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)

數(shù)列Xi=(Xi1，Xi2，…，Xin)，(i=1,2,…,m)為比較數(shù)列，數(shù)列X0=(X01，X02，…，X0n)為參考數(shù)列，通過(guò)式(3)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)ζik。

(3)

式中，ρ為分辨系數(shù)，取ρ=0.5，可得關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣：

(4)

3.4計(jì)算單層關(guān)聯(lián)度

R=(ri)1×m=(r1,r2,…,rm)=WET

(5)

3.5最終關(guān)聯(lián)度的計(jì)算

對(duì)于一個(gè)共有L層的多層次系統(tǒng)，可通過(guò)以下過(guò)程計(jì)算其最終灰色關(guān)聯(lián)度：①對(duì)第k層指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)進(jìn)行合成計(jì)算，得到系統(tǒng)第(k-1)層的各指標(biāo)關(guān)聯(lián)度；②以第(k-1)層關(guān)聯(lián)度為基礎(chǔ)，繼續(xù)計(jì)算第(k-2)層的各指標(biāo)關(guān)聯(lián)度；③依此類(lèi)推，最終求出系統(tǒng)最高層指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度，即該多層次系統(tǒng)的最終關(guān)聯(lián)度[6]。按照系統(tǒng)最終關(guān)聯(lián)度ri(i=1,2,…,m)的大小進(jìn)行排序，即可確定各方案的優(yōu)劣次序，從而達(dá)到方案優(yōu)選的目的。

4算例

某綠色建筑項(xiàng)目正處于勘察設(shè)計(jì)階段，要求設(shè)計(jì)單位參照《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50378—2014)完成方案的設(shè)計(jì)，最終備選設(shè)計(jì)方案有5個(gè)，邀請(qǐng)熟悉該領(lǐng)域的專(zhuān)家5人對(duì)備選方案進(jìn)行優(yōu)選。

首先構(gòu)建圖1所示的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。其中，第一層為目標(biāo)層：綠色建筑設(shè)計(jì)方案(A)；第二層為準(zhǔn)則層，共6層，包括節(jié)能(B1)、節(jié)水(B2)、節(jié)材(B3)、節(jié)地(B4)、室內(nèi)環(huán)境(B5)以及施工與運(yùn)營(yíng)管理(B6)；第三層包括14個(gè)指標(biāo)：節(jié)約能源(C1)、開(kāi)發(fā)利用新能源(C2)、節(jié)水能力(C3)、開(kāi)發(fā)利用非傳統(tǒng)水源(C4)、節(jié)約材料(C5)、材料的安全性(C6)、材料的循環(huán)利用(C7)、有效利用土地(C8)、對(duì)周?chē)h(huán)境的影響(C9)、空氣質(zhì)量(C10)、聲光熱環(huán)境(C11)、施工管理(C12)、垃圾處理(C13)、設(shè)備智能化(C14)。

4.1計(jì)算單層關(guān)聯(lián)度

根據(jù)《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》以及與設(shè)計(jì)方案相關(guān)的評(píng)價(jià)內(nèi)容，由專(zhuān)家打分，見(jiàn)表1。

表1　綠色建筑設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)值

由表1可得參考數(shù)列V0=(8,8,8,8,8,8,8,9,5,7,8,8,8,7)，同時(shí)求得關(guān)聯(lián)系數(shù)ζik如表2所示。

表2　關(guān)聯(lián)系數(shù)值

4.2多層次結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)度合成

B層各指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度可按式(5)計(jì)算獲得：

=(0.675,0.675,0.825,0.333,0.767)

同理，可求得最高層指標(biāo)A的關(guān)聯(lián)度：

RA=(r1,r2,r3,r4,r5)=WAB·[RB1，RB2，RB3，RB4，RB5，RB6]

=(0.621,0.497,0.568,0.503,0.650)

4.3方案優(yōu)選

根據(jù)RA的計(jì)算結(jié)果，可求得5個(gè)備選設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣次序?yàn)椋篤5>V1>V3>V4>V2。

5結(jié)語(yǔ)

以新修訂的《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50378—2014)為基礎(chǔ)，同時(shí)考慮了可能會(huì)對(duì)綠色建筑設(shè)計(jì)方案遴選產(chǎn)生影響的其他因素，構(gòu)建出綠色建筑設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；采用多層次灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)綠色建筑設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了灰色綜合評(píng)判，并結(jié)合實(shí)例確定出最優(yōu)綠色建筑設(shè)計(jì)方案，驗(yàn)證了灰色關(guān)聯(lián)分析方法的科學(xué)性及實(shí)用性。

通過(guò)以上分析，可得出如下結(jié)論。

(1)灰色系統(tǒng)是一種部分信息確知、部分信息未知的不確定性系統(tǒng)。綠色建筑設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)系統(tǒng)，因其涉及到的評(píng)價(jià)因素多且復(fù)雜，選取時(shí)存在困難，并且選取指標(biāo)的數(shù)據(jù)有的已知、有的無(wú)從獲知，具有典型的“灰色”特性。因此，比較適宜采用灰色系統(tǒng)理論進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

(2)運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法評(píng)價(jià)綠色建筑設(shè)計(jì)方案，很好地實(shí)現(xiàn)了定性判斷與定量分析的有機(jī)結(jié)合，提高了決策的科學(xué)性，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。但需要指出的是，運(yùn)用該方法僅僅是對(duì)各評(píng)價(jià)方案的優(yōu)劣程度進(jìn)行橫向比較，進(jìn)而優(yōu)選方案，但卻無(wú)法真實(shí)反映每個(gè)評(píng)價(jià)方案的絕對(duì)優(yōu)劣水平。

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Multi-Hierarchical Gray Correlation Analysis Applied in the Selection of Green Building Design Scheme

WANG Li1YUN Ling2XU Zhongqi3

(1.SchoolofTrafficandTransportation,LanzhouJiaotongUniversityLanzhou730070)

AbstractBased on the new version of“Green Building Evaluation Standard”, the assessment content related to green building design scheme is considered to build up the evaluation index system of green building design scheme. On the basis of expert scoring, the weight of each evaluation index is determined through the AHP method, the correlation degree between each evaluation scheme and ideal scheme is calculated and ordered by using multilevel gray relational analysis model and the optimal solution is determined. Finally the evaluation method is proved to be scientific and practical by introducing examples.

Key Wordsgreen buildinggray correlation analysisAHPevaluation index systemscheme optimization

(收稿日期：2015-03-13)

作者簡(jiǎn)介王立，男，1981年生，碩士，講師，主要研究方向?yàn)楣こ探?jīng)濟(jì)與項(xiàng)目管理、安全技術(shù)及工程。

*基金項(xiàng)目：國(guó)家社科基金青年項(xiàng)目(14CJY052)，教育部博士點(diǎn)(新教師)基金(20136204120007)，甘肅省建設(shè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(JK2013-21)，甘肅省自然科學(xué)基金(1308RJZA128)。