嚴(yán)斌 袁輝

(揚州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚州 225127)

0 引言

相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2018年，我國建筑運行階段能耗占建筑總能耗的21.7%，碳排放占全國能源碳排放的21.9%[1]?？梢姡苿咏ㄖI(yè)綠色發(fā)展是實現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的有效途徑之一。與大拆大建相比，既有建筑節(jié)能改造產(chǎn)生的碳排放更少[2]?！笆濉逼陂g，隨著節(jié)能建筑改造的推行，我國在節(jié)能建筑方面取得了顯著成效，共計完成新建節(jié)能建筑面積超238億m2，完成包括既有公共和居住建筑在內(nèi)的節(jié)能改造近7億m2[3]。然而，既有建筑節(jié)能改造仍有較大空間，揭示既有建筑節(jié)能改造風(fēng)險因素影響機制對于實現(xiàn)既有建筑節(jié)能改造可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

建筑節(jié)能是促進低碳經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一，很多學(xué)者對此進行了研究。國內(nèi)最早的建筑節(jié)能研究主要集中于新建建筑的設(shè)計階段。隨著既有建筑節(jié)能改造的推行和相關(guān)政策的出臺，研究重點傾向于既有建筑節(jié)能改造，但多集中在最早推行既有建筑節(jié)能改造的居住建筑。隨著研究的不斷深入，有關(guān)夏熱冬冷等地區(qū)和公共建筑的研究逐漸增多。

復(fù)雜多變的外部因素相互影響，共同作用于改造項目，使得建筑節(jié)能改造的可持續(xù)發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)。吳思材等[4]利用SEM方法，從收益分配角度出發(fā)，定量分析了改造項目收益分配影響因素的相互作用關(guān)系，能夠有效促進項目收益合理分配；李柏桐等[5]從ESCO視角研究節(jié)能改造發(fā)展動力，明確了節(jié)能改造項目影響因素的內(nèi)在作用機理，為促進ESCO和節(jié)能改造市場的發(fā)展提供了決策參考；喬婉貞等[6]從既有建筑節(jié)能改造三方主體(地方政府、業(yè)主、ESCO)視角，基于ANP和Fuzzy構(gòu)建了三方主體的合作有效性評價體系；Economidou等[7]從政策選擇的角度出發(fā)，以塞浦路斯建筑存量現(xiàn)狀和現(xiàn)有的能效政策為基礎(chǔ)，建立Invert/EE-Lab模型，探討了不同政策對建筑未來能源需求的影響。

國內(nèi)外學(xué)者在既有建筑節(jié)能改造項目風(fēng)險管理方面都進行了深入研究。Streimikiene等[8]以多層公寓建筑節(jié)能改造項目為研究對象，對104個用戶進行了調(diào)查。結(jié)果表明，政府的財政支持和集體決策是節(jié)能改造實施的關(guān)鍵影響因素。陳立文等[9]以既有公共建筑為研究對象，實現(xiàn)了改造項目風(fēng)險因素結(jié)構(gòu)層次可視化，并將風(fēng)險因素劃分為驅(qū)動型和依賴型兩大類，有助于政府和決策者實施科學(xué)有效的風(fēng)險管理。華志超[10]基于ESCO視角，采用F-ANP方法對改造項目風(fēng)險進行評估，利用項目案例論證了評價模型的適用性，進一步豐富了改造項目的風(fēng)險評價體系。也有部分學(xué)者對改造項目風(fēng)險分擔(dān)進行了研究。杜學(xué)美等[11]以城市更新項目為研究對象，基于合作博弈理論構(gòu)建政府、ESCO和投資公司三方參與的風(fēng)險分擔(dān)決策模型，并計算出參與主體的風(fēng)險分擔(dān)最優(yōu)比例，實現(xiàn)了合同外項目風(fēng)險的有效分擔(dān)。

綜上所述，針對風(fēng)險評價、風(fēng)險因素作用機理和風(fēng)險分擔(dān)的研究成果較為豐富，但對改造項目風(fēng)險因素作用關(guān)系及層次分析的研究在一定程度上存在較大的主觀因素影響?；诖耍疚囊隑P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，降低問卷數(shù)據(jù)訓(xùn)練與預(yù)測結(jié)果的主觀性，基于BP-WINGS-ISM方法從宏觀環(huán)境風(fēng)險角度出發(fā)，揭示既有建筑節(jié)能改造風(fēng)險因素影響機制，進一步豐富既有建筑節(jié)能改造風(fēng)險管理理論體系。

1 既有建筑節(jié)能改造風(fēng)險因素識別

既有建筑節(jié)能改造項目涉及前期準(zhǔn)備、實施、運維等多個階段，參與主體較多，所面臨的外界環(huán)境風(fēng)險因素復(fù)雜多變。通過整理既有建筑節(jié)能改造風(fēng)險相關(guān)文獻[12-15]，采用PEST宏觀環(huán)境分析模型，將政策與法規(guī)、經(jīng)濟環(huán)境、社會環(huán)境、技術(shù)環(huán)境4個維度作為既有建筑節(jié)能改造風(fēng)險因素一級指標(biāo)。

為更好地識別改造項目風(fēng)險因素，引入霍爾三維結(jié)構(gòu)模型，將既有建筑節(jié)能改造風(fēng)險系統(tǒng)分為時間維(X軸)、風(fēng)險類別維(Y軸)和參與方維(Z軸)[15]。將立項階段、改造階段等作為時間維，將政策與法規(guī)、經(jīng)濟等作為風(fēng)險類別維，將業(yè)主、政府等作為參與方維，以此構(gòu)建既有建筑節(jié)能改造風(fēng)險因素三維結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。

圖1 既有建筑節(jié)能改造風(fēng)險因素三維結(jié)構(gòu)模型

在模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，從X軸(時間維)的某點出發(fā)，依次找到Y(jié)軸(風(fēng)險類別維)和Z軸(參與方維)中與該點的交點，并確定唯一的三軸交點，將該交點作為初步篩選指標(biāo)。結(jié)合相關(guān)文獻分析，確定既有建筑節(jié)能改造風(fēng)險因素指標(biāo)，見表1。

表1 既有建筑節(jié)能改造風(fēng)險因素指標(biāo)

2 BP-WINGS模型構(gòu)建

2.1 非線性加權(quán)影響測度體系計算步驟

(1)確定研究指標(biāo)，量化各指標(biāo)間的相互作用程度，得到直接影響矩陣，即

(1)

式中，影響aij為第i個影響因素對第j個影響因素的影響程度。

(2)對直接影響矩陣進行歸一化處理，得到規(guī)范影響矩陣，即

(2)

(3)利用規(guī)范影響矩陣，計算得到綜合影響矩陣T，即

T=X(I-X)-1

(3)

式中，I為單位矩陣；(1-X)-1為(1-X)的逆矩陣。

(4)根據(jù)綜合影響矩陣T計算各類參數(shù)指標(biāo)。定義Ci為影響矩陣T的第i行的和，Di為影響矩陣T的第i列的和。公式如下

Tij=(tij)n×n

(4)

式中，Ci為總影響度，即因素xi對其他因素的影響程度，該值越大，說明該因素的影響度越大；Di為總接受度，即因素xi被其他因素影響的程度，該值越大，說明該因素的被影響度越大；Mi=Ci+Di為總參與度，即中心度，該值越大，說明該因素的重要性越大；Ri=Ci-Di為該因素在系統(tǒng)中的類別，若Ri>0，則該因素為原因型因素，若Ri<0，則該因素為結(jié)果型因素。

2.2 BP-WINGS模型計算流程

(1)收集數(shù)據(jù)?；?5個既有建筑節(jié)能改造風(fēng)險因素，設(shè)計李克特5級量表問卷。其中，5分表示強影響、4分表示較強影響、3分表示中等影響、2分表示較弱影響、1分表示基本無影響。本次調(diào)查對象包括研究人員、專業(yè)人員等，采取線上、線下兩種調(diào)查方式，共回收問卷124份，剔除無效問卷28份，共回收有效問卷96份。

(2)導(dǎo)入數(shù)據(jù)。以影響因素矩陣x=(xij)m×n為輸入數(shù)據(jù)，以被影響矩陣y=(yij)m×t為輸出數(shù)據(jù)，以各因素自身強度的平均值矩陣a為預(yù)測數(shù)據(jù)，將初始數(shù)據(jù)整理后作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層、輸出層數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)。

(3)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與訓(xùn)練。借助Matlab軟件構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進行數(shù)據(jù)訓(xùn)練與預(yù)測，采用梯度下降法(Scaled Conjugate Gradient，SCG)計算得到輸出結(jié)果，即直接影響矩陣。

(4)通過式(3)計算得到綜合影響矩陣T。

(5)通過式(5)和式(6)計算得到各影響因素的中心度和原因度，見表2。

表2 各影響因素的中心度和原因度

(6)繪制中心度-原因度分布圖，如圖2所示。

圖2 中心度-原因度分布圖

3 ISM模型構(gòu)建與結(jié)果分析

3.1 ISM模型構(gòu)建

(1)計算整體影響矩陣。將綜合影響矩陣與同維度單位矩陣相加，得到整體影響矩陣，即

B(bij)n×n=T(tij)n×n+E(dij)n×n

(7)

式中，E為n階單位矩陣。

(2)計算鄰接矩陣F=(kij)n×n。引入閾值λ，通常λ由專家根據(jù)經(jīng)驗多次取值確定。本文結(jié)合各風(fēng)險因素的中心度和原因度，分別取λ為0.19、0.20、0.21和0.22，得到不同閾值下既有建筑節(jié)能改造風(fēng)險因素節(jié)點度衰減散點圖，如圖3所示。當(dāng)λ=0.20時，節(jié)點度排序與中心度排序更為接近[16]。因此，本文取λ=0.20，經(jīng)式(8)計算得到鄰接矩陣。通過布爾矩陣運算得到可達(dá)矩陣P=(qij)n×n。公式如下

圖3 建筑節(jié)能改造風(fēng)險因素節(jié)點度衰減散點圖

式中，i，j=1，2，…，n。

(3)層級結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建。在可達(dá)矩陣P中，第i行上值為1對應(yīng)的所有因素組成的因素xi的可達(dá)集為S(xi)={xikij=1}；第i列上值為1對應(yīng)的所有因素組成的因素xi的先行集為Q(xi)={xikij=1}。若滿足S(xi)∩Q(xi)=S(xi)，即可達(dá)集中的因素xi能在先行集中找到對應(yīng)相同的因素，則該因素為頂層級的因素。將可達(dá)矩陣中的頂層級因素刪除，在其余的集合中重復(fù)以上步驟，直至所有因素都被劃分至對應(yīng)的層級。

(4)繪制解釋結(jié)構(gòu)模型圖。根據(jù)各因素間的可達(dá)和先行關(guān)系，得到既有建筑節(jié)能改造風(fēng)險因素解釋結(jié)構(gòu)模型，如圖4所示。

3.2 結(jié)果分析

3.2.1 中心度與原因度分析

激勵政策變化、監(jiān)管機制不完善、成本效益低、業(yè)主改造意愿低、參與方之間信息不對稱、改造效果不達(dá)標(biāo)6個因素具有較高的中心度，說明這些因素在既有建筑節(jié)能改造風(fēng)險中具有主導(dǎo)作用，在風(fēng)險管控中應(yīng)重點關(guān)注；法律法規(guī)不完善、激勵政策變化、監(jiān)管機制不完善等9個因素為原因型因素；前期投入費用高、成本效益低、業(yè)主改造意愿低等6個因素為結(jié)果型因素。原因型因素對改造項目同時具有直接和間接的影響，能夠?qū)扔薪ㄖ?jié)能改造項目產(chǎn)生直接作用，且能夠通過對其他風(fēng)險因素的影響間接作用于項目改造風(fēng)險。

3.2.2 ISM結(jié)果分析

從圖4可以看出，15個風(fēng)險因素被劃分為5個層級，將5個層級進一步劃分為三個結(jié)構(gòu)層次，即表層因素、中層因素和深層因素。表層因素是既有建筑節(jié)能改造的最直接風(fēng)險因素，包括融資成本的不確定性、融資渠道單一、節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新成本高等7個風(fēng)險因素；中層因素為過渡因素，包括前期投入費用高、成本效益低、業(yè)主改造意愿低等5個影響因素，這些因素受深層因素影響的同時作用于表層因素；最底層為深層因素，由政策法規(guī)相關(guān)風(fēng)險因素構(gòu)成，是既有建筑節(jié)能改造項目的最關(guān)鍵風(fēng)險因素。

4 結(jié)語

本文在識別節(jié)能改造項目風(fēng)險因素的基礎(chǔ)上，基于ISM對風(fēng)險因素進行層次結(jié)構(gòu)劃分。針對各層級風(fēng)險因素，提出以下建議：

(1)優(yōu)化市場要素配置。優(yōu)化市場要素配置是實現(xiàn)既有建筑節(jié)能改造市場可持續(xù)健康發(fā)展的有效途徑之一。通過完善上下游企業(yè)間信息共享機制，降低信息獲取成本。同時，利用信息共享平臺促進企業(yè)間的技術(shù)交流與融合，降低企業(yè)融資成本，拓寬融資渠道，完善企業(yè)融資的法律保障體系。

(2)引導(dǎo)既有建筑節(jié)能改造市場自主創(chuàng)新。引導(dǎo)高校、研究院等科研機構(gòu)與企業(yè)合作，同時在財政上支持企業(yè)與科研機構(gòu)合作創(chuàng)新，共同培養(yǎng)專業(yè)型、創(chuàng)新型人才。制定激勵政策，對創(chuàng)新企業(yè)給予適當(dāng)?shù)难a貼，降低節(jié)能設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新成本，帶動企業(yè)提升自主節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新能力。

(3)引導(dǎo)公眾共同參與。通過線上媒體和線下宣傳引導(dǎo)公眾參與監(jiān)督改造項目，增強公眾對既有建筑節(jié)能改造的認(rèn)同感，促進改造項目規(guī)范進行。同時，提高公眾節(jié)能意識，提高業(yè)主改造意愿，促進既有建筑節(jié)能改造健康可持續(xù)發(fā)展。