茹秋瑾，蘆 琴，馮建棟，徐志彪，李曉琳,2

(1.楊凌職業(yè)技術學院，陜西 楊凌 712100； 2.西安理工大學水利水電學院，陜西 西安 710048)

我國的經濟發(fā)展已經進入轉型的關鍵時期，能源節(jié)約及環(huán)境保護已成為評價的關鍵指標。2020年生態(tài)環(huán)境部提出“提升生態(tài)文明，建設美麗中國”的理念。然而傳統(tǒng)建筑的建設效率低下，資源浪費且污染環(huán)境，已經嚴重影響了經濟的發(fā)展[1]。據資料顯示，全國范圍內用于建設的各種資源消耗約占社會總能耗的1/3[2]，在建設的過程中，產生的建筑垃圾約占社會垃圾的35%左右[3]。近年來建筑工業(yè)化水平不斷提高，裝配式建筑發(fā)展迅速，特別是在公共建筑方面。已有研究顯示：這種新型的建筑形式節(jié)能性好，可以減少建筑垃圾。裝配式建筑是指由工廠生產的部品部件等，運輸到施工現(xiàn)場并經過一系列的機械組裝和連接而成的建筑[4]。其通過現(xiàn)代化的制造、運輸、安裝和科學管理的生產方式，建設周期短，可以替代傳統(tǒng)建筑業(yè)中分散的、低水平的、低效率的生產方式[5]。裝配式建筑的主要標志是建筑設計標準化、構配件生產工廠化、施工機械化和組織管理科學化、節(jié)約建筑材料且環(huán)境污染小[6]。因此，從實現(xiàn)建筑行業(yè)的健康發(fā)展和緩解傳統(tǒng)建筑的高能耗及低資源回收來看，如何有效的降低傳統(tǒng)建筑的資源消耗以及環(huán)境污染，是我國未來建筑行業(yè)要面對的重要問題。

1 裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀分析

1.1 國外裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀

裝配式建筑最早起源于歐洲，尤其是在第二次世界大戰(zhàn)之后，歐洲各國工業(yè)化進程加快，對建筑的需求量迅速增加，裝配式建筑應運而生，由于其有諸多優(yōu)點，在建筑行業(yè)得到了廣泛應用。在裝配式建筑發(fā)展過程中，德國在建筑構件的安裝方面技術比較領先[7]，法國的裝配式建筑則常采用鋼結構預制構件[8]，瑞典則大力發(fā)展裝配式預制構件體系[9]。目前來看，歐洲的裝配式技術處于世界前列，裝配效率高，目前已經形成了完整的裝配式建筑及其配件生產體系，有一套標準化的生產及建造流程。20世紀60年代，裝配式建筑開始在歐美、日本等國快速發(fā)展。裝配式建筑在美國的發(fā)展速度快，不但行業(yè)市場體系完整，而且構件生產、施工等標準化程度比較高；日本的建筑工業(yè)化程度比較高，而且注重生產和科研的結合。Tam.C.M等人于2005年分析了裝配式建筑的建筑垃圾產生情況，研究結果顯示裝配式建筑比傳統(tǒng)建筑節(jié)約模板80%左右，節(jié)約混凝土60%左右[10]。Weiss M等人于2013年基于建筑零能耗的發(fā)展思路，結合現(xiàn)有的建筑外墻，得到了裝配式建筑的最低的溫室氣體排放量和能源消耗[11]。Tumminia Giovanni等人于2018年 利用全生命周期及建筑模擬相結合的方法，對裝配式建筑的能耗及環(huán)境影響進行了分析，結果表明裝配式建筑在構件生產階段產生的環(huán)境影響相對較大，但在使用及拆除階段產生的影響較小[12]。國外裝配式建筑的快速發(fā)展，對其在我國的推廣有積極作用。

1.2 國內裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀

我國裝配式建筑的起步相對較晚，至20世紀50年代以來，才借鑒蘇聯(lián)的發(fā)展經驗，提出裝配式建筑的發(fā)展思路，20世紀60年代～20世紀80年代基本處于停滯期，90年代現(xiàn)澆混凝土建筑發(fā)展迅速，直到21世紀初期，國家提出全面建成小康社會后，人們才逐漸關注建筑的質量和功能[13]。近年來，我國建筑行業(yè)不斷吸收國外發(fā)展的先進經驗并結合我國的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了建筑產業(yè)化的發(fā)展理念，并出臺了相關法規(guī)及措施。為更好的對我國傳統(tǒng)建筑的更新?lián)Q代提供理論基礎，國內許多學者也對裝配式建筑的應用進行了諸多研究。清華大學張智慧等人于2010年利用LCA和可持續(xù)發(fā)展理論，對各類建筑的碳排放量進行了分析，確定了裝配式建筑屬于低碳排放建筑[14-15]。重慶大學的丁孜鄭等人于2014年對裝配式建筑進行了全生命周期的分析，尤其是對裝配式建筑在經濟、環(huán)保及社會效益等方面進行了量化分析[16]。2017年，青島理工大學李源芳采用AFD模型，對裝配式建筑在環(huán)保、經濟、社會及安全等方面進行了分析，并構建了綜合評價指標體系。雖然近年來我國在裝配式建筑方面發(fā)展較快，但目前裝配式建筑的研究主要集中在構件預制及工廠化生產、成本控制等方面，對于其綜合效益評價還處于初級階段，加之我國地區(qū)環(huán)境差別較大，缺乏統(tǒng)一的評價標準。基于此，本文選取陜西關中農村地區(qū)的某裝配式建筑項目，建立評價指標體系，對其進行綜合效益分析。

2 評價指標體系的建立

經過近20年的發(fā)展和研究，裝配式建筑的技術也已逐漸成熟，國家也多次強調表示支持，并出臺相關法律法規(guī)。但裝配式建筑的普及率并不高，主要是因為其綜合效益尚不明確，導致許多單位不敢嘗試，尤其是農村地區(qū)的私人建筑，因此有必要對裝配式建筑的綜合效益進行評價，本文擬從成本、環(huán)保、社會效益等三個方面選取評價指標，建立綜合效益評價指標體系，對裝配式建筑的綜合效益進行評價。

2.1 評價指標的選取

2.1.1 經濟指標評價

經濟指標是裝配式建筑綜合效益評價最重要的組成部分，本文擬結合全生命周期評價中的經濟指標分類，分別選擇前期費、生產費、運輸費、安裝費、裝修費、管理費及回收費等7個指標作為經濟評價指標。

2.1.2 環(huán)保效益指標評價

環(huán)保效益是建筑綜合效益評價的又一重要指標，本文根據裝配式建筑在應用過程中的實際，分別選取資源節(jié)約量、能源節(jié)約量、固廢排放量、大氣污染物排放量及噪聲污染等5個指標作為環(huán)保效益評價指標。

2.1.3 社會效益評價指標

一個行業(yè)的革新和發(fā)展，必然會帶來諸多社會效益，裝配式建筑作為一種新的建筑技術，必然會對行業(yè)的上下游及相關產業(yè)帶來影響。在對裝配式建筑的各方面進行充分調研的基礎上，選取勞動生產率、建筑施工安全水平、建筑質量水平、建筑性能等四個指標作為社會效益評價指標。

2.2 綜合評價指標體系

根據以上確定的三種評價指標，建立的裝配式建筑綜合效益評價指標體系見表1。

表1 裝配式建筑綜合效益評價指標體系

3 指標權重及綜合評判模型的確定

3.1 指標權重的計算方法

指標權重確定的方法有德爾菲法、層次分析法、主成分分析法以及熵值法等。本文中指標權重的確定采用層次分析法，主要有四個步驟，即確定層次結構模型、建立判別矩陣、計算各指標權重值、對判別矩陣的一致性進行檢驗。

1)確定模型結構。

根據第二部分確定的評價指標建立三級模型結構，目標層(裝配式建筑綜合效益)，準則層(經濟效益、環(huán)保效益和社會效益)，指標層即各三級指標共16個指標。判別矩陣采用1～9級標度法確定。

2)建立判別矩陣。

判別矩陣的建立就是針對準則層和目標層中各種因素進行兩兩比較，判別哪個因素相對更重要，并根據其相對重要程度采用9度法進行賦值。建立判別矩陣如下：

R=(aij)n×n

(1)

判別矩陣是一個可逆矩陣，如果因素i相對于j的重要性為aij，那么因素j相對于i的重要性就是1/aij，如果因素i和j的重要程度一樣，那么aij=aji=1。

3)指標權重的計算。

指標權重的計算采用德爾菲法，調查的對象分別為建筑施工企業(yè)專家、高校教師、建筑管理單位、政府部門的專家等，共發(fā)出調查郵件150份，收回郵件96份，對收回郵件進行整理、篩選分析，共有有效郵件42份。利用層次分析法中的特征向量法進行數據處理，具體步驟如下：

(2)

(3)

其中，CR為一致性比率，RI為隨機性指標，隨機性指標的確定依據矩陣的階數，見表2。如果CR≤0.1，則認為一致性可以接受，如果CR>0.1，則認為一致性不可接受，需要重新調整權重賦值。

表2 隨機性指標指數

根據以上計算，可以確定出裝配式建筑的綜合評價指標的權重。

4)綜合權重的確定。

如果假設二級指標相對一級指標的權重的特征向量為V，三級指標相對二級指標的權重為W，那么三級指標相對一級指標的綜合權重就是U=V×W。

3.2 綜合評價模型的確定

1)評價準則集的確定。

本文中評價模型選擇模糊綜合評價，其首先需要建立評價準則集。我們將綜合效益劃分為5個等級，即[優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格]。如果說綜合效益為1的話，分別對5個等次進行賦值：優(yōu)秀[0.8～1]，良好[0.6～0.8]，中等[0.4～0.6]，及格[0.2～0.4]，不及格[0～0.2]。

2)隸屬度的確定。

隸屬度就是指各種評價指標相對于準則集的從屬程度，如果用第n個指標做隸屬于準則集的隸屬度，就可能得到隸屬向量Ri=(ri1,ri2,…,rij),那么如果對所有的指標做隸屬于準則集的隸屬向量，便可以得到裝配式建筑綜合效益指標體系的隸屬度矩陣Rn×n，n=16。

3)模糊綜合評價模型的建立。

結合綜合評價和模糊集的相關研究理論和已知的評價準則集、隸屬度等，可以得到一個模糊綜合評價的模型，設模糊綜合評價的模型為S，則S=UT×R，根據計算可得到S為一個n列向量，表示裝配式建筑中各種影響因素相對于綜合權重的隸屬程度，在S中，最大的值表示綜合效益隸屬于準則集中的相應級別，因此它所對應的標準也就是整個裝配式建筑綜合效益的最終評價結果，S向量中其他值表示綜合效益隸屬于其他評價等級的可能。

4 實例分析

陜西關中地區(qū)某縣新農村住宅項目，該項目總共占24 200 m2，采用裝配式混凝土結構建設，共44戶，每戶建筑面積180 m2，設置一個小院約100 m2，總建筑面積約7 920 m2。附屬建設項目包括道路硬化、自來水、排水管道安裝等，項目建設工期3個月。

4.1 評價指標體系及權重確定

評價指標采用2.2中確定的評價指標體系，共3個二級指標，16個三級指標。根據德爾菲法對指標權重打分，采用層次分析法中的特征向量進行數據處理，確定的各指標權重見表3。

表3 裝配式建筑綜合效益評價指標權重

4.2 指標一致性檢驗

1)二級指標一致性檢驗。

最大特征值計算：根據λmax的計算公式可以得到λmax=3.076，根據式(2)和式(3)，可以計算出CR=0.066<0.1，因此可以判斷二級指標的一致性可接受，因此其權重向量也是可以接受的。

2)三級指標的一致性檢驗。

相對于二級指標(經濟效益)的一致性檢驗，根據以上的方法，同理可以計算出：

λmax經濟=7.514，CR經濟=0.064 9<0.1，λmax資源=5.398，CR資源=0.089<0.1，λmax社會=4.246，CR社會=0.09<0.1。

說明各三級指標相對二級指標的一致性也是可以接受的。

3)綜合權重的計算。

根據綜合權重的計算公式，可得：

經計算：U=(0.266，0.124，0.044，0.117，0.056，0.036，0.023，0.081，0.064，0.019，0.036，0.029，0.038，0.029，0.020，0.018)T。

4)模糊綜合評價。

為確定該裝配式建筑項目的綜合效益，在項目實施前，通過調研確定16種三級指標對評價準則集中五個等次的隸屬程度，從而得到隸屬度矩陣R如上。根據S=UT×R可以得出S=(0.184 4，0.303 8，0.165 8，0.135 3，0.142 6)，用矩陣S和評價準則集進行比較，可以看出數值中只有第二個0.303 8最大，因此可以判斷出該項目的綜合效益屬于第二級別良好。

5 結論

1)本文根據裝配式建筑的特點，依據《工業(yè)化建筑評價標準》，分別從經濟效益、節(jié)能及環(huán)保、社會效益等三個方面選取16個評價標準，建立裝配式建筑綜合效益的三級評價體系。采用德爾菲法進行指標調查，結合層次分析法中的特征向量法計算指標權重，建立可以量化的裝配式建筑評價體系。2)建立模糊綜合評價模型，該模型可以將指標定量化。結合實際工程案例，對各級指標進行一致性檢驗，指標均滿足一致性檢驗，說明了該模型的合理性和科學性。根據計算結果，該項目的綜合評價結果為良好，說明了裝配式建筑作為一種新興建筑，在農村地區(qū)具有良好的推廣價值。