基于模糊多層次灰色法的綠色建筑設(shè)計風(fēng)險評價研究

蔡久順， 張執(zhí)國， 師 鵬， 何 泉

（1.空軍工程大學(xué) 裝備管理與安全工程學(xué)院，陜西 西安 710051；2.西安建筑科技大學(xué) 建筑學(xué)院，陜西 西安 710055）

在“節(jié)能減排”的背景下，綠色建筑成為我國建筑業(yè)轉(zhuǎn)型的必然趨勢。綠色建筑的設(shè)計是綠色建筑的靈魂，直接決定了綠色建筑的性能。蘊含在綠色建筑設(shè)計階段中的風(fēng)險如果不能較好地識別和防范，將會擴散到后期的施工和運營階段，造成極大的損失。綠色建筑的設(shè)計風(fēng)險已經(jīng)成為影響綠色建筑發(fā)展的關(guān)鍵制約因素之一。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對綠色建筑的風(fēng)險有一定的研究。文獻［1］通過問卷調(diào)查，確定了我國綠色建筑全壽命周期中56項風(fēng)險因素的發(fā)生概率和危害程度；文獻［2］從承包商的視角，運用系統(tǒng)動力學(xué)手段建立了綠色建筑風(fēng)險識別反饋模型圖；文獻［3］通過調(diào)查問卷和專家訪談辨識了綠色建筑的關(guān)鍵風(fēng)險因素，給出了風(fēng)險應(yīng)對措施；文獻［4］通過問卷調(diào)查得到影響我國綠色建筑項目成功的36項風(fēng)險因素。梳理文獻可知，現(xiàn)有研究主要針對綠色建筑全壽命周期內(nèi)的整體風(fēng)險，而較少涉及對全壽命周期風(fēng)險有重要影響的設(shè)計階段。

常見的風(fēng)險評價方法有：層次分析法、模糊綜合評價法、灰色理論評價法、統(tǒng)計概率法、蒙特卡羅法等。綠色建筑設(shè)計評價缺少必要的歷史數(shù)據(jù)，“少信息、貧信息”；同時，設(shè)計風(fēng)險本身具有模糊性和不確定性，人的認識又具有局限性；這些都說明了綠色建筑設(shè)計風(fēng)險評價的“灰性”。模糊德爾菲層次分析法是一種綜合了傳統(tǒng)層次分析法、模糊評價方法和德爾菲法的群體模糊決策方法［5］，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于評價、決策等領(lǐng)域［6－7］。相對于傳統(tǒng)層次分析法，它考慮了評價過程中的模糊性，集結(jié)了群體內(nèi)所有專家的判斷信息形成群體決策，克服了單人評價誤差較大的缺陷。因此，本文把模糊德爾菲層次分析法和灰色理論結(jié)合起來，提出了一種模糊多層次灰色評價方法，以期能夠提高綠色建筑設(shè)計風(fēng)險評價的準確度。

1 綠色建筑設(shè)計風(fēng)險分析

1.1 綠色建筑的設(shè)計目標

相比于普通建筑的設(shè)計目標，綠色建筑增加了全壽命周期內(nèi)節(jié)能、環(huán)保、舒適等要求［8］。

（1）功能目標。綠色建筑的設(shè)計首先要滿足建筑物的基本使用功能，并努力為使用者提供一個舒適的環(huán)境。

（2）經(jīng)濟目標。從經(jīng)濟角度來看，綠色建筑本身是一個商品，經(jīng)濟效益的好壞成為制約其發(fā)展的決定性因素之一［9］。因此，綠色建筑的設(shè)計要盡量使綠色建筑的成本支出小、運營收益大。

（3）環(huán)境目標。綠色建筑的設(shè)計要從中國國情出發(fā)，以低耗為核心［10］，體現(xiàn)建筑、人和環(huán)境之間的和諧。

（4）社會目標。綠色建筑的設(shè)計要體現(xiàn)當?shù)氐奈幕从硶r代精神。同時，作為一種新事物，設(shè)計出來的綠色建筑還需要提高人們的環(huán)保意識，為建筑業(yè)的節(jié)能、減排作出示范。

1.2 綠色建筑設(shè)計風(fēng)險的分類

風(fēng)險是指在特定的客觀情況下、在特定時期內(nèi)，某一事件的預(yù)期結(jié)果與實際結(jié)果之間變動程度的概率分布［11］。這種變動既可能是好的也可能是壞的，所以風(fēng)險既可以是機會，又可以是威脅。本文關(guān)注的是綠色建筑設(shè)計過程中的風(fēng)險因素對設(shè)計目標的不利影響，因此，把風(fēng)險視作威脅。綠色建筑設(shè)計風(fēng)險可以定義為：在綠色建筑的設(shè)計目標下，由于發(fā)生某些不利事件而使綠色建筑設(shè)計目標無法實現(xiàn)的可能性。

根據(jù)文獻［12］，綠色建筑評價的指標體系由節(jié)地與室外環(huán)境、節(jié)能與能源利用、節(jié)水與水資源利用、節(jié)材與材料資源利用、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、運營管理6類指標組成。因此，從以上6個方面對綠色建筑設(shè)計風(fēng)險進行分類，結(jié)果如圖1所示。

圖1 各類風(fēng)險對設(shè)計目標的影響

1.3 綠色建筑設(shè)計風(fēng)險評價指標體系

參照文獻［12］，分析蘊含在設(shè)計過程中的風(fēng)險因素，并把這些風(fēng)險因素進行歸納總結(jié)，從而構(gòu)建出評價的指標體系，如圖2所示。

圖2 綠色建筑設(shè)計風(fēng)險評價指標體系

2 綠色建筑設(shè)計風(fēng)險評價

運用模糊多層次灰色評價法對綠色建筑設(shè)計進行風(fēng)險評價時，首先需要確定指標之間的權(quán)重，收集專家的判斷信息，構(gòu)建評價的樣本矩陣；其次，定義不同評價灰類的白化權(quán)函數(shù)，計算每個指標屬于不同灰類的評價權(quán)向量，構(gòu)成評價權(quán)矩陣；最后進行綜合評價。評價流程如圖3所示。

圖3 模糊多層次灰色評價法的流程圖

2.1 運用模糊德爾菲層次分析法確定權(quán)重

U表示目標層綠色建筑設(shè)計風(fēng)險，Ui表示準則層第i（i＝1，2，3，4，5，6）個風(fēng)險類別，Uij表示方案層第i個風(fēng)險類別下第j（j＝1，2，3，4）個風(fēng)險因素。

假設(shè)共有n位專家，m個評價指標，第k（k＝1，2，…，n）位專家在某一準則下對其下屬2個因素i和j之間的相對重要程度判斷為Bijk，則第k位專家的兩兩比較判斷矩陣為B（k）＝B（ijk）。用三角模糊數(shù)Bij來表示n位專家構(gòu)成的群體模糊判斷矩陣，即

其中，Geomean為幾何平均。

對于任意的指標i（i＝1，2，…，m），計算權(quán)向量ri，即

模糊權(quán)重向量為：

設(shè)ωi＝），采用幾何平均法對ωi進行處理得到權(quán)重Wi為［13］：

則有權(quán)重矩陣為：

（5）式和（6）式中?、⊕分別為三角模糊數(shù)的乘法和加法運算。假設(shè)有2個三角模糊數(shù)a＝［a1，a2，a3］和b＝［b1，b2，b3］，則有：

2.2 構(gòu)建評價樣本矩陣

采用問卷的形式，組織n位專家對方案層指標進行打分。根據(jù)風(fēng)險的大小程度將指標劃分為低風(fēng)險、較低風(fēng)險、中等風(fēng)險、較高風(fēng)險、高風(fēng)險5個等級，對應(yīng)分數(shù)為1、2、3、4、5分。第k位專家對指標Uij的打分為dijk，那么可以得出評價樣本矩陣D為：

2.3 確定評價灰類

采用5個評價灰類，灰類序號為e，e＝1，2，3，4，5分別代表低風(fēng)險、較低風(fēng)險、中等風(fēng)險、較高風(fēng)險、高風(fēng)險，白化權(quán)函數(shù)fe（dijk）定義如下：

（1）第1類灰“低風(fēng)險”，e＝1，灰數(shù)?1∈［0，1，2］，即

（2）第2類灰“較低風(fēng)險”，e＝2，灰數(shù)?2∈［0，2，4］，即

（3）第3類灰“中等風(fēng)險”，e＝3，灰數(shù)?3∈［0，3，6］，即

（4）第4類灰“較高風(fēng)險”，e＝4，灰數(shù)?4∈［0，4，8］，即

（5）第5類灰“高風(fēng)險”，e＝5，灰數(shù)?5∈［0，5，10］，即

2.4 計算灰色評價系數(shù)

指標Uij屬于第e類評價灰類的評價灰數(shù)為：

評價灰類的總評價灰數(shù)為：

2.5 計算灰色評價權(quán)向量和權(quán)矩陣

所有專家就評價指標Uij主張屬于第e類的灰色評價權(quán)為：

指標Uij的灰色評價權(quán)向量rij＝（rij1，rij2，rij3，rij4，rij5），指標Ui灰色評價權(quán)矩陣為Ri，則有：

2.6 綜合評價

指標Uij相對于上一層指標Ui的權(quán)重為Wi，Ui的評價結(jié)果記為Bi，則有：

由Bi得到指標U的評價結(jié)果矩陣R為：

綜合評價結(jié)果為：

3 應(yīng)用舉例

某擬建綠色建筑為酒店綜合體，規(guī)劃總建筑面積約7 500m2，位于陜西省西安市，主要包括大禮堂、會議室、住宿客房和其他輔助設(shè)施等?，F(xiàn)邀請5位專家對其設(shè)計風(fēng)險進行評價。

3.1 計算過程

以指標U1為例，5位專家對U11、U12、U13進行相互比較，得到的兩兩判斷矩陣如下：

群體模糊判斷矩陣為：

則有向量

所以，求得：

同理，求出其他指標權(quán)重為：

專家采用9級評分法對層層指標進行打分，按照風(fēng)險越大分數(shù)越大的規(guī)律，打分依次為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0分，得到樣本矩陣如下：

以指標U11為例，求得灰色評價權(quán)向量r11＝（0.074，0.313，0.233，0.240，0.140），由最大隸屬度原理可知，此指標屬于“較低風(fēng)險”。依次求出其他指標的權(quán)向量rij（i＝1，2，3，…，6；j＝1，2，3，4），得到灰色評價權(quán)矩陣Ri（i＝1，2，3，…，6）。

以指標U1為例，求得評價結(jié)果為：

B1＝ （0.124，0.244，0.251，0.226，0.137），根據(jù)最大隸屬度原則可知，其屬于“中等風(fēng)險”。同理可以求出B2、B3、B4、B5、B6，得到U的評價結(jié)果矩陣R為：

最終評價結(jié)果為：

根據(jù)最大隸屬度可知，其屬于“中等風(fēng)險”。

3.2 評價結(jié)果分析

從灰色評價權(quán)矩陣R（i＝1，2，3，4，5，6）可以得到方案層17項風(fēng)險因素的評價結(jié)果，見表1所列。

表1 方案層風(fēng)險因素的評價結(jié)果

由評價結(jié)果矩陣可以得到，“節(jié)地與室外環(huán)境風(fēng)險”、“節(jié)能與能源利用風(fēng)險”、“節(jié)水與水資源利用風(fēng)險”、“節(jié)材與材料資源利用風(fēng)險”、“室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量風(fēng)險”和“運營管理風(fēng)險”都處于“中等風(fēng)險”范圍；從最終評價結(jié)果得到，該項目的整體設(shè)計風(fēng)險處于“中等風(fēng)險”范圍。

4 結(jié)束語

本文分析了綠色建筑的設(shè)計目標，參照文獻［12］，構(gòu)建了評價的指標體系，全面科學(xué)地反映了綠色建筑設(shè)計風(fēng)險的特點。針對傳統(tǒng)層次分析法的不足和綠色建筑設(shè)計風(fēng)險評價的“灰性”特點，將模糊德爾菲層次分析法和灰色理論結(jié)合起來，提出了一種模糊多層次灰色評價法，有效地解決了評價過程中的模糊性，克服了單人評價時易引起誤差的缺陷。實例分析表明，該方法適用于綠色建筑設(shè)計風(fēng)險評價，具有一定的實用價值。

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