綠色建筑設計方案評價

劉重陽

摘要： 面對世界范圍的能源危機和環境危機，國內外都在大力發展綠色建筑。文章以綠色建筑設計方案的決策問題為切入點，首先構建了一套綠色建筑方案綜合評價指標體系，從建筑全壽命周期費用角度來選擇經濟效益、環境效益和社會效益最優的方案。然后將灰色關聯投影決策法引入綠色建筑設計方案綜合評價，并采用離差最大化確定評價指標權重，克服主觀因素的影響，使得綠色建筑設計方案的優選更加客觀，從而提高了準確性。

關鍵詞：綠色建筑；評價指標；灰色關聯；綜合評價

中圖分類號：TU2文獻標識碼： A

引言

建筑設計方案的優選是建設項目前期決策的關鍵，因為建筑設計方案直接了決定施工階段的資源投入量。通常建筑設計方案的費用不到項目成本的5%，但它決定了70%以上項目成本的使用。

1 綠色建筑的設計

1.1 綠色建筑的概念 綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內，最大限度地節約資源（節能、節地、節水、節材）、保護環境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。

1.2 綠色建筑設計方案的特點 在傳統建筑設計確保建筑的安全、舒適、便利、經濟等因素的條件下，綠色建筑設計還需要將節約資源、保護環境的概念引入到建筑設計的各個環節。在設計時必須考慮當地生態、地理、人文環境等特性，收集與其有關的資料，把建筑與周圍環境緊密聯系起來，最大限度的利用自然資源，減少污染，降低建筑全壽命周期費用和保護環境。因此引入節約資源、保護環境的概念要求綠色建筑設計方案的選取采用新的評價方法。

綠色建筑設計方案評價涉及到技術、經濟、社會、環境等不同方面的多個指標，各指標之間存在聯系，但這種聯系并不明確，可以說這是一種灰色關系。

2 綠色建筑設計方案評價模型

2.1 評價指標體系 按照綠色建筑全壽命周期理論和綜合評價理論，建立綠色建筑設計方案的綜合評價指標體系如表1所示。

2.2 指標評分 選取第二級評價指標作為對綠色建筑設計方案綜合評價的基本指標。要獲得第二級評價指標的得分，只有通過對第三級評價指標綜合評價得到。對每個第三級評價指標確立評價標準，并針對每個指標專門進行評分。需要設計各方人員進行討論，對指標進行具體量化，制定統一的評價標準。以采暖空調系統耗能的定量評價為例，如表2所示。

對第三級評級指標的權重確定采用比較評分法，最重要的指標權重值是10，其它指標評分以此為參照，按5～10分制的標度進行評分。這個過程中，項目決策者可以根據設計功能的要求對指標權重進行調節。如表3所示。

三級評價指標權重系數由單個指標權重值除以權重值總和得出。然后算出指標得分，相加得到二級評價指標得分，用于方案評價階段。例如節能與能源利用指標得分的計算如表4所示。

2.3 方案評價 設P為n個綠色建筑設計方案的集合，Pn={P1， P2，…， Pn}； E 為 n 個評價指標集合， E={E1， E2，…， Em)； 其中， N={1， 2， …， n}， M={1， 2， …， m)， i∈N， j∈M。設 yij為方案 P 對評價指標 Ei的屬性值， 則矩陣：

表示方案集Pi對評價指標集Ej的決策矩陣。

由于各評價指標沒有統一的評價標準，所以先對原始數據按照公式：

進行標準化處理。則對矩陣Y標準化處理后的矩陣為：

采用離差最大化法確定評價指標權重：若所有規劃方案Pi在評價因子Ej下的屬性值差異越小，則說明該屬性值對評價對象與排序所起的作用越??；反之，如果評價因子Ej能使所有評價對象的屬性值有較大差異，則說明其對評價對象與排序將起到重要作用，因此，從對評價對象進行排序的角度考慮，評價對象屬性值差值越大則其相應的權重值就越大。

設評價因子Ej的權重為ω= (ω1， ω2， …， ωm) ，ωj≥0，j∈M，規劃方案 Pi與其他規劃方案關于評價因子 Ej之間的離差用 Dij（ω ） 表示， 總離差用 Dj（ω ） 表示， 則可定義：

根據上述分析，評價因子權重ω的選擇應使所有屬性對所有方案的總離差最大，因此，構造如下最優化模型：

用拉格朗日最小乘法解此最優化模型得最優解為：

由于（5）式計算出的加權向量一般滿足于單位化約束條件而不滿足歸一化約束條件，因此計算出單位化權重向量ω*j之后，再對其進行歸一化處理，可以得到：

將理想方案Pj作為參考向量，方案Pi作為被參考向量，則第i個評價方案對第j種指標因子與第j個最佳指標因子的灰色關聯系數為：

式中：常數ρ為分辨系數，ρ∈[0，1]，通常取ρ=0.5。因此得到灰色關聯系數矩陣：

設 ωk（k=1， 2， …， m ） 為第 k 個指標的權重，,ω= (ω1， ω2， …， ωm)表示權重向量，則關聯度表示第 i 個評價對象與最優方案的關聯度。

記一組新的評價因子權值矢量，稱其為灰色關聯投影權值矢量，且滿足下式：

記決策方案 Pi在理想方案 P*上的投影為 Si， 則有：

3 實例驗證

根據上述評價指標體系，選取技術應用情況E11，節地與室外環境E21，節能與能源利用E22，節水與水資源利用E23，節材與材料資源利用E24，室內環境質量E25，全壽命周期費用E31，安全生產水平E41這8個指標對下面4個綠色建筑設計方案進行評價。根據上述指標評分方法，得到評價指標得分值，匯總列表5。

根據表5和公式（1）建立初始矩陣：

根據表5所給的數據，可知理想最優方案的因素指標為：P*=（9.1 8.2 8.3 7.2 7.2 8.3 7.4 8.1）

根據公式（2）（3）構建標準化矩陣：

用離差最大化確定指標權重，根據公式（4）計算得出各歸一化后的指標權重為：ω=（0.124 0.134 0.125 0.122 0.106 0.134 0.128 0.128）T

根據公式（5）（6）計算出灰關聯度，并構建灰色關聯系數矩陣：

根據公式（7）計算各決策方案

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

根據公式（8）計算各決策方案在理想最優方案上的灰色關聯投影值S，S=（0.225 0.261 0.207 0.212）

因此這4個方案灰色關聯投影值由大到小為：S2>S1>S4>S3。即說明方案2最接近理想最優方案，為最優方案。

驗證該模型時采用模糊綜合評判方法，結果同樣為P2>P1>P4>P3，即方案2為最佳決策方案，故本方法用于綠色建筑設計方案綜合評價是可行的。

4 結語

本文將全壽命周期理論及灰色關聯投影法應用到綠色建筑設計方案的綜合評價中，首先建立了綠色建筑設計方案的綜合評價評價指標體系，擴展了傳統建筑設計方案評價體系的維度，可實現對綠色建筑設計方案的全生命周期的總體評價。然后對最基礎的第三級評價指標進行評分和權重確定，這一步可以根據不用的決策要求進行指標權重的調節。最后使用灰色關聯分析投影法建立了綠色建筑設計方案選擇綜合評價模型，它能夠避免只將各個決策方案的單個因素指標值進行比較而引起的偏差，從而可以系統地分析各個指標相互間的內在聯系，反映了整個指標因素集的情況。通過模糊綜合評判法驗證，證明模型可行，可應用此項評價方法實現對具體綠色建筑工程項目設計方案的評價。

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