绿色建筑设计方案评价

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摘要： 面对世界范围的能源危机和环境危机，国内外都在大力发展绿色建筑。文章以绿色建筑设计方案的决策问题为切入点，首先构建了一套绿色建筑方案综合评价指标体系，从建筑全寿命周期费用角度来选择经济效益、环境效益和社会效益最优的方案。然后将灰色关联投影决策法引入绿色建筑设计方案综合评价，并采用离差最大化确定评价指标权重，克服主观因素的影响，使得绿色建筑设计方案的优选更加客观，从而提高了准确性。

Abstract： In the face of the worldwide energy crisis and environmental crisis， both at home and abroad take efforts to develop green buildings. Paper takes the decision problem of green building design as the entry point， first， builds a set of comprehensive evaluation index system of green building plan， from the building life-cycle cost perspective to choose economic， environmental and social benefits of the best plan， then， introduces comprehensive assessment of green building design decision gray relation projection method. The use of deviation maximizing evaluation index weight is determined to overcome the influence of subjective factors， the preferred green building design more objective， thus improving the accuracy.

关键词： 绿色建筑；评价指标；灰色关联；综合评价

Key words： green building；evaluation index；gray correlation；comprehensive evaluation

中图分类号：TU201.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）11-0123-03

0 引言

建筑设计方案的优选是建设项目前期决策的关键，因为建筑设计方案直接了决定施工阶段的资源投入量。通常建筑设计方案的费用不到项目成本的5%，但它决定了70%以上项目成本的使用。

1 绿色建筑的设计

1.1 绿色建筑的概念 绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑[1]。

1.2 绿色建筑设计方案的特点 在传统建筑设计确保建筑的安全、舒适、便利、经济等因素的条件下，绿色建筑设计还需要将节约资源、保护环境的概念引入到建筑设计的各个环节。在设计时必须考虑当地生态、地理、人文环境等特性，收集与其有关的资料，把建筑与周围环境紧密联系起来，最大限度的利用自然资源，减少污染，降低建筑全寿命周期费用和保护环境。因此引入节约资源、保护环境的概念要求绿色建筑设计方案的选取采用新的评价方法。

绿色建筑设计方案评价涉及到技术、经济、社会、环境等不同方面的多个指标，各指标之间存在联系，但这种联系并不明确，可以说这是一种灰色关系。

2 绿色建筑设计方案评价模型

2.1 评价指标体系 按照绿色建筑全寿命周期理论和综合评价理论[2]，建立绿色建筑设计方案的综合评价指标体系如表1所示。

2.2 指标评分 选取第二级评价指标作为对绿色建筑设计方案综合评价的基本指标。要获得第二级评价指标的得分，只有通过对第三级评价指标综合评价得到。对每个第三级评价指标确立评价标准，并针对每个指标专门进行评分。需要设计各方人员进行讨论，对指标进行具体量化，制定统一的评价标准[3]。以采暖空调系统耗能的定量评价为例，如表2所示。

对第三级评级指标的权重确定采用比较评分法，最重要的指标权重值是10，其它指标评分以此为参照，按5～10分制的标度进行评分。这个过程中，项目决策者可以根据设计功能的要求对指标权重进行调节[4]。如表3所示。

三级评价指标权重系数由单个指标权重值除以权重值总和得出。然后算出指标得分，相加得到二级评价指标得分，用于方案评价阶段。例如节能与能源利用指标得分的计算如表4所示。

2.3 方案评价 设P为n个绿色建筑设计方案的集合，Pn={P1，P2，…，Pn }；E为n个评价指标集合，E={E1，E2，…，Em）；其中，N={1，2，…，n}，M={1，2，…，m），i∈N，j∈M。设yij为方案P对评价指标Ei的属性值，则矩阵：

Y=y■ … y■┆ ┆y■ … y■ （1）

表示方案集Pi对评价指标集Ej的决策矩阵。

由于各评价指标没有统一的评价标准，所以先对原始数据按照公式[5]：r■=■ （2）

进行标准化处理。则对矩阵Y标准化处理后的矩阵为：R=r■ … r■… … …r■ … r■ （3）

采用离差最大化法确定评价指标权重：若所有规划方案Pi在评价因子Ej下的属性值差异越小，则说明该属性值对评价对象与排序所起的作用越小；反之，如果评价因子Ej能使所有评价对象的属性值有较大差异，则说明其对评价对象与排序将起到重要作用，因此，从对评价对象进行排序的角度考虑，评价对象属性值差值越大则其相应的权重值就越大[6]。

设评价因子Ej的权重为ω=ω■，ω■，…，ω■，ω■≥0，j∈M，规划方案Pi与其他规划方案关于评价因子Ej之间的离差用D■（ω）表示，总离差用D■（ω）表示，则可定义：

D■（ω）=■r■ω■-r■ω■ （i∈N，j∈M）

D■（ω）=■D■（ω）=■■r■-r■ω■ （j∈M）

根据上述分析，评价因子权重ω的选择应使所有属性对所有方案的总离差最大，因此，构造如下最优化模型：

max D（ω）=■■■r■-r■ω■s.t.ω■？叟0，j∈M，■ω■■=1

用拉格朗日最小乘法解此最优化模型得最优解为：

ω■■=■ （j∈M）

由于（5）式计算出的加权向量一般满足于单位化约束条件而不满足归一化约束条件，因此计算出单位化权重向量ω■■之后，再对其进行归一化处理，可以得到：

ω■=■ （j∈M） （4）

将理想方案Pj作为参考向量，方案Pi作为被参考向量，则第i个评价方案对第j种指标因子与第j个最佳指标因子的灰色关联系数为：

λ■■=■ （5）

式中：常数ρ为分辨系数，ρ∈[0，1]，通常取ρ=0.5。因此得到灰色关联系数矩阵：

λ■=λ■■=λ■ … λ■… … …λ■ … λ■ （6）

设ω■（k=1，2，…，m）为第k个指标的权重，■ω■=1，ω=ω■，ω■，…，ω■表示权重向量，则关联度r0i=■ω■λ■表示第i个评价对象与最优方案的关联度。

记一组新的评价因子权值矢量，称其为灰色关联投影权值矢量，且满足下式：μ■=■ （7）

记决策方案Pi在理想方案P*上的投影为Si，则有：

S■=■λ■μ■=■λ■■ （8）

3 实例验证

根据上述评价指标体系，选取技术应用情况E11，节地与室外环境E21，节能与能源利用E22，节水与水资源利用E23，节材与材料资源利用E24，室内环境质量E25，全寿命周期费用E31，安全生产水平E41这8个指标对下面4个绿色建筑设计方案进行评价。根据上述指标评分方法，得到评价指标得分值，汇总列表5。

根据表5和公式（1）建立初始矩阵：

Y=8.2 8.0 8.3 7.2 7.1 8.2 7.4 6.98.7 8.2 8.2 7.1 6.9 8.3 7.3 7.59.1 8.1 7.5 6.6 7.2 8.1 6.8 8.18.9 8.2 7.8 6.8 6.8 8.2 7.1 7.9

根据表5所给的数据，可知理想最优方案的因素指标为：P*=（9.1 8.2 8.3 7.2 7.2 8.3 7.4 8.1）

根据公式（2）（3）构建标准化矩阵：

R=0 0 1 1 0.75 0.50 1 00.56 1 0.87 0.83 0.25 1 0.83 0.501 0.50 0 0 1 0 0 10.78 1 0.37 0.33 0 0.50 0.50 0.83

用离差最大化确定指标权重，根据公式（4）计算得出各归一化后的指标权重为：ω=（0.124 0.134 0.125 0.122 0.106 0.134 0.128 0.128）T

根据公式（5）（6）计算出灰关联度，并构建灰色关联系数矩阵：λ=0.33 0.33 1 1 0.67 0.50 1 0.330.53 1 0.80 0.75 0.40 1 0.75 0.501 0.50 0.33 0.33 1 0.33 0.33 10.69 1 0.44 0.43 0.33 0.50 0.50 0.75

根据公式（7）计算各决策方案

μ=（0.043 0.051 0.044 0.042 0.031 0.051 0.046 0.046）T

根据公式（8）计算各决策方案在理想最优方案上的灰色关联投影值S，S=（0.225 0.261 0.207 0.212）

因此这4个方案灰色关联投影值由大到小为：S2>S1>S4>S3。即说明方案2最接近理想最优方案，为最优方案。

验证该模型时采用模糊综合评判方法，结果同样为P2>P1>P4>P3，即方案2为最佳决策方案，故本方法用于绿色建筑设计方案综合评价是可行的。

4 结语

本文将全寿命周期理论及灰色关联投影法应用到绿色建筑设计方案的综合评价中，首先建立了绿色建筑设计方案的综合评价评价指标体系，扩展了传统建筑设计方案评价体系的维度，可实现对绿色建筑设计方案的全生命周期的总体评价。然后对最基础的第三级评价指标进行评分和权重确定，这一步可以根据不用的决策要求进行指标权重的调节。最后使用灰色关联分析投影法建立了绿色建筑设计方案选择综合评价模型，它能够避免只将各个决策方案的单个因素指标值进行比较而引起的偏差，从而可以系统地分析各个指标相互间的内在联系，反映了整个指标因素集的情况。通过模糊综合评判法验证，证明模型可行，可应用此项评价方法实现对具体绿色建筑工程项目设计方案的评价。

参考文献：

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[2]石华旺，安俊华，孟辉彬等.绿色建筑评价指标体系与评价方法研究[J].山西建筑，2007，33（22）：49-50.

[3]杨波，李慧民，胡长明等.建筑工程投资决策模型研究[J].西安科技大学学报，2006，26（4）：485-489.

[4]朱宏伟.建筑设计方案评价选优的多目标决策系统研究[D].青岛理工大学，2012.

[5]吕锋，崔晓辉.多目标决策灰色关联投影法及其应用[J].系统工程理论与实践，2002，22（1）：103-107.

[6]肖新平，李福琴，涂金忠等.基于离差最大化的灰色关联分析法在公路网综合评价中的应用[J].公路，2006（8）：122-126.