基于SD 模型的綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性研究

邢必果，張建新，陳 月

（東北財(cái)經(jīng)大學(xué) 投資工程管理學(xué)院，遼寧 大連116025，E-mail：Bingoxing1106@163.com）

進(jìn)入21 世紀(jì)，脆弱性理論得到了長(zhǎng)足發(fā)展。Downing T.E 等[1]首次提出“脆弱性科學(xué)”理論，并且界定了脆弱性科學(xué)的基本內(nèi)容和研究方向。Eybpoosh 等[2]根據(jù)166 個(gè)土耳其承包商的國(guó)際項(xiàng)目數(shù)據(jù)，建立了36 條相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)路徑，且評(píng)估了各種脆弱性因素和風(fēng)險(xiǎn)路徑對(duì)綠色建筑項(xiàng)目成本超支的影響。秦旋等[3]發(fā)現(xiàn)脆弱性在對(duì)工程項(xiàng)目的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生影響的同時(shí)，也影響著系統(tǒng)本身對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的防范能力和項(xiàng)目管理人員對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的控制能力。楊飛等[4]認(rèn)為未來(lái)脆弱性研究的重點(diǎn)在于：概念與理論框架的不斷完善，作用過(guò)程、作用機(jī)理及驅(qū)動(dòng)因素的深入探討，動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)和時(shí)空分析等方面。然而，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者在對(duì)綠色建筑項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)分析中，大多忽視了對(duì)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素的針對(duì)性研究，該方面的研究幾乎處于空白狀態(tài)。

本文針對(duì)綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性，應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法[5]，建立因果反饋模型和存量流量模型，對(duì)影響系統(tǒng)脆弱性的相關(guān)驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行仿真分析，得到對(duì)其脆弱性影響顯著的3 個(gè)驅(qū)動(dòng)因素。這對(duì)工程實(shí)踐中控制綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性指數(shù)，以及推動(dòng)綠色建筑的蓬勃發(fā)展具重要的實(shí)踐意義。

1 綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)識(shí)別

1.1 文獻(xiàn)分析法識(shí)別驅(qū)動(dòng)因素

Timmerman 等[6]認(rèn)為脆弱性是指系統(tǒng)或其組成部分因暴露于危險(xiǎn)、不良干擾、壓力或壓力源可能遭受到的損害，著重強(qiáng)調(diào)的是協(xié)同面對(duì)不利擾動(dòng)的能力。劉燕華[7]認(rèn)為脆弱性是一個(gè)包含暴露性、敏感性、適應(yīng)性以及恢復(fù)力等概念的集合，強(qiáng)調(diào)脆弱性的表征。田亞平等[8]通過(guò)文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，盡管學(xué)者們對(duì)脆弱性的描述有不同之處，但實(shí)際上都離不開(kāi)敏感性、適應(yīng)性、暴露性這3 個(gè)要素。本文運(yùn)用文獻(xiàn)分析法對(duì)驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行分析，鑒于篇幅所限列出驅(qū)動(dòng)因素識(shí)別的文獻(xiàn)分析簡(jiǎn)表，如表1 所示。

表1 驅(qū)動(dòng)因素識(shí)別的文獻(xiàn)分析簡(jiǎn)表

綜合對(duì)脆弱性的研究成果，本文從敏感性、適應(yīng)性和暴露性3 個(gè)子系統(tǒng)對(duì)綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行分析。以對(duì)綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性產(chǎn)生實(shí)際影響為識(shí)別原則，在對(duì)各位學(xué)者提出的綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素的基礎(chǔ)上，刪除系統(tǒng)邊界以外的驅(qū)動(dòng)因素，將同一涵義的驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行整合，采用專(zhuān)家訪談法進(jìn)一步明確各驅(qū)動(dòng)因素選擇的合理性，最終形成了15 個(gè)驅(qū)動(dòng)因素（二級(jí)指標(biāo)），歸類(lèi)合并為六類(lèi)一級(jí)指標(biāo)，最終確定了綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素，如表2 所示。

表2 綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素

1.2 建立因果反饋模型

本文運(yùn)用Vensim 軟件，建立綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素因果反饋模型?？紤]表2 中3 個(gè)子系統(tǒng)，本文以項(xiàng)目經(jīng)理近20 年參與綠色建筑項(xiàng)目比例和施工企業(yè)近20 年負(fù)責(zé)綠色建筑項(xiàng)目的比例來(lái)衡量項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)；以項(xiàng)目全部參與方開(kāi)會(huì)次數(shù)比例衡量人員溝通效率；通過(guò)施工資質(zhì)等級(jí)衡量施工技術(shù)、施工人員安全意識(shí)和施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境保護(hù)程度來(lái)衡量建造質(zhì)量。據(jù)此梳理各驅(qū)動(dòng)因素相互之間的反饋關(guān)系，并進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)語(yǔ)言編譯，建立一個(gè)完整的綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素因果反饋模型，如圖1 所示。

圖1 綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素因果反饋模型圖

1.3 因果反饋模型分析

在Vensim 軟件中，通過(guò)對(duì)綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素因果反饋模型進(jìn)行分析，可得7 條包含脆弱性指數(shù)的負(fù)反饋回路，表明綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)的脆弱性可進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，且其調(diào)節(jié)能力與實(shí)踐保持一致：降低項(xiàng)目敏感強(qiáng)度、暴露強(qiáng)度可使系統(tǒng)脆弱性指數(shù)得到提高，增強(qiáng)項(xiàng)目適應(yīng)強(qiáng)度可使系統(tǒng)脆弱性指數(shù)得到降低。

2 綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素存量流量模型

2.1 繪制存量流量圖

通過(guò)對(duì)圖1 所體現(xiàn)的因果關(guān)系進(jìn)行分析，對(duì)敏感性、適應(yīng)性和暴露性3 個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行整合，最終建立完整的綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素存量流量模型，如圖2 所示。

圖2 綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素存量流量模型

2.2 確定系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程

2.2.1 G1 賦權(quán)法確定驅(qū)動(dòng)因素指標(biāo)權(quán)重

由于各驅(qū)動(dòng)因素對(duì)綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動(dòng)的能力，取決于該驅(qū)動(dòng)因素的大小和權(quán)重。本文對(duì)各驅(qū)動(dòng)因素的指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算時(shí)，采用的方法是郭亞軍[14]提出的G1 賦權(quán)法，該方法的特點(diǎn)在于無(wú)需進(jìn)行權(quán)重系數(shù)的一致性檢驗(yàn)[15]，計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)具體步驟如下[16]：

（1）確定序關(guān)系。對(duì)m 個(gè)指標(biāo)相對(duì)于某準(zhǔn)則層確定序關(guān)系X1≥X2≥…≥Xk-1≥Xk≥…≥Xm，其中Xk-1≥Xk表示Xk-1的重要性不小于Xk。

（2）判別Xk-1與Xk的重要程度。將專(zhuān)家對(duì)于Xk-1與Xk之間的重要性程度之比記為γk：

其中，ωk與ωk-1分別表示評(píng)價(jià)指標(biāo)Xk與Xk-1的權(quán)重系數(shù)；γk的大小參考郭亞軍設(shè)計(jì)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表，見(jiàn)表3。

（3）權(quán)重ωk的計(jì)算方法。根據(jù)專(zhuān)家給出的γk的賦值，計(jì)算排序后第m 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)：

表3 γk 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表

（4）不同專(zhuān)家確定的權(quán)重系數(shù)。在采用G1 法進(jìn)行主觀賦權(quán)時(shí)，由于專(zhuān)家們對(duì)問(wèn)題的見(jiàn)解各有所長(zhǎng)，故而會(huì)產(chǎn)生排序結(jié)果不一致的情況，處理方式如下：

設(shè)L 位專(zhuān)家可能有L1，L2，…，Ls，（1≤Ls≤L；S=1，2，…，h；=L），分別給出相同的序關(guān)系，并給出理性賦值用于評(píng)估其重要性，即：Ls位專(zhuān)家關(guān)于已經(jīng)列出的m 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)給出對(duì)應(yīng)序關(guān)系≥…≥（m=1，2，…，Ls；s=1，2，…，h），對(duì)應(yīng)第k 位專(zhuān)家給出第s 組的指標(biāo)和相對(duì)重要程度之比的理性賦值。先求得其算數(shù)平均數(shù)，再由上述計(jì)算權(quán)重公式得到Xnk的權(quán)重系數(shù)ωnk。則對(duì)每一個(gè)k（1≤k≤m）將Ls個(gè)ωnk的算數(shù)平均數(shù)作為綜合的計(jì)算結(jié)果，記為：

通過(guò)上述4 個(gè)步驟的計(jì)算，便可求得專(zhuān)家組對(duì)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系中各指標(biāo)所賦予的權(quán)重系數(shù)。

本文對(duì)5 位具有20 年以上綠色建筑項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的資深專(zhuān)家，進(jìn)行半結(jié)構(gòu)化深度訪談（其中有兩位專(zhuān)家從事綠色建筑項(xiàng)目施工管理工作，兩位專(zhuān)家從事綠色建筑設(shè)計(jì)工作，一位專(zhuān)家從事房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)綠色建筑項(xiàng)目）。各專(zhuān)家對(duì)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行排序，并對(duì)各權(quán)重指標(biāo)的重要程度γk評(píng)定，計(jì)算其指標(biāo)權(quán)重。由于篇幅限制，本文直接給出綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素權(quán)重，如表4 所示。

表4 綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素權(quán)重匯總表

2.2.2 構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程

依據(jù)上文建立的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)因果反饋模型、存量流量模型，以及表4 中給出的綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素具體數(shù)值，采用DYNAMO 語(yǔ)言建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，其中共涉及6 個(gè)狀態(tài)變量、6個(gè)速率變量、18 個(gè)輔助變量和7 個(gè)常量。常量包括施工資質(zhì)等級(jí)、投資總額（項(xiàng)目規(guī)模）、項(xiàng)目全部參與方開(kāi)會(huì)次數(shù)比例、設(shè)計(jì)積極程度、項(xiàng)目經(jīng)理近20 年參與綠色建筑項(xiàng)目比例、施工企業(yè)近20 年負(fù)責(zé)綠色建筑項(xiàng)目比例、經(jīng)濟(jì)目標(biāo)達(dá)成度。輔助方程（Auxiliary Models）的參數(shù)是由上述5 位資深專(zhuān)家，對(duì)所描述的驅(qū)動(dòng)因素評(píng)分得出。相關(guān)評(píng)分結(jié)果如表5~表7 所示，模型中各變量類(lèi)別、名稱(chēng)及函數(shù)關(guān)系見(jiàn)如8 所示。

表5 施工企業(yè)資質(zhì)等級(jí)有關(guān)評(píng)分結(jié)果表

表6 項(xiàng)目規(guī)模有關(guān)評(píng)分結(jié)果表

表7 設(shè)施損耗程度評(píng)分結(jié)果表

表8 模型中各變量類(lèi)別、名稱(chēng)及函數(shù)關(guān)系表

根據(jù)綠色建筑項(xiàng)目實(shí)際情況，將項(xiàng)目數(shù)據(jù)代入系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中進(jìn)行模擬，可以估算出綠色建筑的脆弱性指數(shù)。通過(guò)控制變量法，調(diào)整模型中部分驅(qū)動(dòng)因素，可分析不同方案的脆弱性指數(shù)變化情況。

2.3 模型檢驗(yàn)

2.3.1 系統(tǒng)邊界檢驗(yàn)

通過(guò)觀察模型中剔除或增加變量后是否仍能形成閉合回路來(lái)驗(yàn)證該變量是否對(duì)所研究的問(wèn)題產(chǎn)生影響。如剔除“教育培訓(xùn)力度”變量，則模型中的“脆弱性指數(shù)→（+）脆弱性控制壓力→（+）教育培訓(xùn)力度→（+）設(shè)計(jì)能力→（+）社會(huì)目標(biāo)達(dá)成度→（+）項(xiàng)目目標(biāo)→（-）敏感強(qiáng)度→（+）脆弱性指數(shù)”就無(wú)法形成閉合的回路，因此“教育培訓(xùn)力度”屬于影響脆弱性指數(shù)的內(nèi)生變量，不可剔除。同理，在對(duì)模型中的其他變量進(jìn)行檢驗(yàn)后得出結(jié)論：模型的系統(tǒng)邊界是合理的。

2.3.2 運(yùn)行檢驗(yàn)

運(yùn)用Vensim 軟件中的“Check Model”功能對(duì)模型中所有變量進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明：該模型中變量均已賦值，量綱一致，且各變量之間均已建立了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程。

2.3.3 心智模型檢驗(yàn)

心智模型檢驗(yàn)的目的是檢測(cè)模型是否與實(shí)際情況吻合，本文采用發(fā)展趨勢(shì)對(duì)比的驗(yàn)證方法對(duì)本模型進(jìn)行檢驗(yàn)?！笆┕べY質(zhì)等級(jí)”與綠色建筑項(xiàng)目的“建造質(zhì)量”有關(guān)，施工資質(zhì)等級(jí)越高，建造質(zhì)量也越高。通過(guò)對(duì)模型中“施工資質(zhì)等級(jí)”這一變量的調(diào)整，觀察“建造質(zhì)量”的變化，可以看出，施工企業(yè)的建造質(zhì)量隨施工企業(yè)資質(zhì)等級(jí)的提高，與客觀規(guī)律相吻合。得到施工資質(zhì)等級(jí)影響下建造質(zhì)量變化趨勢(shì)，證明了模型有效且符合實(shí)際情況，如圖3 所示。

圖3 施工資質(zhì)等級(jí)影響下建造質(zhì)量變化趨勢(shì)圖

3 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析

3.1 綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素模擬分析

本文選取“某市三甲醫(yī)院綜合樓項(xiàng)目”為實(shí)證案例，該項(xiàng)目于2016 年開(kāi)始動(dòng)工，竣工時(shí)間為2018年，總建筑面積為71291.77 m2，投資總額約為8000萬(wàn)元，綠色建筑等級(jí)為二星級(jí)，符合綠色建筑“四節(jié)一環(huán)?！敝笜?biāo)體系、室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)體系、施工管理體系和運(yùn)營(yíng)管理體系的要求，總體保證項(xiàng)全部及格，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足本研究要求。本文對(duì)該項(xiàng)目脆弱性驅(qū)動(dòng)因素影響路徑進(jìn)行模擬，并對(duì)其評(píng)估結(jié)果進(jìn)行分析，具體參數(shù)如表9 所示。

表9 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)存量流量模型參數(shù)估算表

利用Vensim 軟件將表9 中的數(shù)據(jù)代入系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)存量流量模型進(jìn)行模擬，得到綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性指數(shù)變化曲線，如圖4 所示。

圖4 綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性指數(shù)變化曲線圖

由圖4 看出，綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)的脆弱性指數(shù)隨時(shí)間變化逐漸降低，其原因是：本文所建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中包含脆弱性指數(shù)的所有反饋回路皆為負(fù)反饋回路，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)自身調(diào)節(jié)來(lái)降低脆弱性指數(shù)，與前文的存量流量模型分析結(jié)果保持一致。

3.2 綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素調(diào)節(jié)分析

在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)存量流量圖中，根據(jù)控制變量原則，以文中案例項(xiàng)目數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)改變模型中各常量的具體數(shù)值，分析各因素對(duì)綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性的驅(qū)動(dòng)作用。

本文選取的6 個(gè)常量分別為：施工企業(yè)資質(zhì)等級(jí)、人員溝通效率、項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)積極程度、項(xiàng)目規(guī)模和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)達(dá)成度。施工企業(yè)資質(zhì)等級(jí)分別為：特級(jí)、一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)；項(xiàng)目規(guī)模分別為：微、小、中和大；其他常量均以其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為依據(jù)，分別將其數(shù)值提高與降低10%和30%，同時(shí)保持其他數(shù)據(jù)不變，僅調(diào)整被研究常量數(shù)值，模擬各驅(qū)動(dòng)因素對(duì)綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性的影響，得到各驅(qū)動(dòng)因素影響的脆弱性指數(shù)變化趨勢(shì)，如圖5 所示。

圖5 各驅(qū)動(dòng)因素影響下脆弱性指數(shù)變化趨勢(shì)圖

通過(guò)上述模擬成果，可得以下研究結(jié)論：

（1）各驅(qū)動(dòng)性因素對(duì)綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性均有不同程度的影響，但要實(shí)現(xiàn)對(duì)脆弱性指數(shù)更為有力的控制，需要多種驅(qū)動(dòng)因素的組合運(yùn)用。

（2）施工企業(yè)資質(zhì)等級(jí)和設(shè)計(jì)積極程度越高，或者項(xiàng)目規(guī)模越小，其對(duì)綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性指數(shù)降低的效果越明顯。

（3）人員溝通效率、項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)達(dá)成度對(duì)綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性指數(shù)的影響是有局限性的。此3 種常量的改變，雖不會(huì)大幅度地影響綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性指數(shù)，但是會(huì)產(chǎn)生一定程度的正相關(guān)變化。

（4）為降低綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性指數(shù)，建議選擇資質(zhì)等級(jí)較高的施工企業(yè)，提高設(shè)計(jì)人員積極程度，并且合理把控項(xiàng)目規(guī)模。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性為研究對(duì)象，應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，在敏感性子系統(tǒng)、適應(yīng)性子系統(tǒng)和暴露性子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建立了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。通過(guò)對(duì)其中的6 個(gè)常量型驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行仿真分析，得到了3 個(gè)對(duì)綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)脆弱性指數(shù)有較為明顯影響的驅(qū)動(dòng)因素：施工企業(yè)資質(zhì)等級(jí)、設(shè)計(jì)積極程度和項(xiàng)目規(guī)模。故而，綠色建筑項(xiàng)目的相關(guān)管理方，可通過(guò)對(duì)上述3 個(gè)驅(qū)動(dòng)因素的調(diào)整，從而控制綠色建筑項(xiàng)目系統(tǒng)的脆弱性指數(shù)，進(jìn)而推動(dòng)綠色建筑在國(guó)內(nèi)的蓬勃發(fā)展。