樓宇自控系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)研究

張 斌

(1.上海交通大學(xué), 上海 201100;2.華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司, 上海 200002)

0 引 言

智能建筑是建筑學(xué)與信息技術(shù)結(jié)合體,是信息化社會(huì)在建筑領(lǐng)域的發(fā)展結(jié)果。而樓宇自控系統(tǒng)(BAS)是智能建筑的基本,通過(guò)對(duì)建筑(群)的各種設(shè)備實(shí)施綜合自動(dòng)化監(jiān)控與管理,為業(yè)主和用戶提供安全、舒適、便捷、高效的工作與生活環(huán)境,并使整個(gè)系統(tǒng)和其中各種設(shè)備處在最佳工作狀態(tài),從而保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和管理的現(xiàn)代化、信息化和智能化[1]。因此,一套科學(xué)、系統(tǒng)、完善的BAS評(píng)價(jià)體系對(duì)整個(gè)項(xiàng)目具有指導(dǎo)意義,將有助系統(tǒng)方案優(yōu)化,加強(qiáng)管理決策水平,改善后期運(yùn)行使用效果。

BAS本身就是一個(gè)由多個(gè)有機(jī)聯(lián)系、相互依存的要素所組成的大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng),不能僅從單一指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)對(duì)BAS整體水平優(yōu)劣的評(píng)價(jià),需要將影響系統(tǒng)的多個(gè)要素分析處理,做出綜合評(píng)價(jià)。本文結(jié)合BAS特點(diǎn),運(yùn)用綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)學(xué)方法,建立一套全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,然后利用層次分析和模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論,把定性評(píng)語(yǔ)轉(zhuǎn)化為定量計(jì)算,最后得出綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

1 BAS評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

BAS設(shè)計(jì)原則和實(shí)施目標(biāo)可概括為:投資合理,經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益高;系統(tǒng)設(shè)備安全可靠,便于管理維護(hù);高效節(jié)能,提供舒適環(huán)境[2]。以此作為評(píng)價(jià)體系導(dǎo)向原則,選取經(jīng)濟(jì)性、安全性、有效性作為BAS評(píng)價(jià)體系中目標(biāo)層的3個(gè)一級(jí)指標(biāo)。

在此基礎(chǔ)上,本文將影響B(tài)AS的因素層次化、分解化。相關(guān)文獻(xiàn)[3]及專家經(jīng)驗(yàn),將經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步拆分為成本和收益,并分別細(xì)化為投入成本、運(yùn)營(yíng)成本、人員成本以及節(jié)約能源、環(huán)保、品質(zhì)提升的顯性收益和隱性收益。同理,安全性細(xì)化為BAS系統(tǒng)可靠性、設(shè)備故障時(shí)間及使用壽命,而B(niǎo)AS有效性體現(xiàn)為監(jiān)測(cè)、控制和實(shí)施效果即舒適度反饋,其中控制主要體現(xiàn)為控制的幅度、精度及相應(yīng)速度,監(jiān)測(cè)對(duì)象常規(guī)包括電力、設(shè)備和能耗,BAS實(shí)施效果包括空調(diào)、照明及其他設(shè)備的舒適程度。

基于層次分析思想,建立BAS評(píng)價(jià)體系,共包括3個(gè)一級(jí)目的指標(biāo)、6個(gè)二級(jí)分類指標(biāo)和18個(gè)三級(jí)具體因素指標(biāo)。樓宇自控系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)如表1所示。

表1 樓宇自控系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)

2 BAS評(píng)價(jià)方法和權(quán)重

BAS構(gòu)成和功能較為復(fù)雜,各系統(tǒng)聯(lián)系密切,單個(gè)系統(tǒng)指標(biāo)的優(yōu)劣對(duì)其他系統(tǒng)指標(biāo)及最終實(shí)施效果可能均有影響,屬于多目標(biāo)多準(zhǔn)則系統(tǒng)[4]。同時(shí)系統(tǒng)各指標(biāo)界限不明,難以歸類,且對(duì)最終評(píng)價(jià)結(jié)果影響也難以量化(無(wú)法明確),具有模糊性的特點(diǎn)。

針對(duì)BAS評(píng)價(jià)體系的上述特點(diǎn),本文采用層次分析法(AHP)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要度權(quán)值,同時(shí)采用模糊綜合評(píng)價(jià)法,通過(guò)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度原則,將專家的定性評(píng)語(yǔ)無(wú)量綱化作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)值,并建立模糊矩陣,最后通過(guò)兩者合成得到評(píng)價(jià)結(jié)果[5]。

(1) 因素集和評(píng)價(jià)集。根據(jù)已建立的BAS評(píng)價(jià)體系,可得各級(jí)指標(biāo)因素集,本案例中U={A,B,C},B={B1,B2,B3},C1={C11,C12,C13},其余類同。將對(duì)BAS評(píng)價(jià)由好到壞的集合定義為評(píng)語(yǔ)集,用集合V={V1,V2,…,Vm}表示,在建筑機(jī)電系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)的調(diào)查中一般設(shè)置評(píng)語(yǔ)等級(jí)為4～7個(gè)。本文選取m=4,即BAS評(píng)價(jià)集表示為V={V1,V2,V3,V4}={優(yōu),良,中,差},對(duì)應(yīng)無(wú)量綱數(shù)值范圍為0.75～1,0.50～0.75,0.25～0.50,0～0.25。

(2) 權(quán)重。采用AHP確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重,通過(guò)下層指標(biāo)對(duì)于上層重要性的兩兩之間作比較,構(gòu)成一個(gè)比較矩陣,比較結(jié)果aij(i=1,2,…,n)用1～9標(biāo)度對(duì)結(jié)果賦值,數(shù)值大小反映i元素與j元素相比的重要程度,反比較時(shí)取倒數(shù)。利用方根法將所得的判斷矩陣歸一處理,有:

由此得到特征向量W=(W1,W2,…,Wn)T,再對(duì)矩陣進(jìn)行一致程度的校驗(yàn),以避免兩兩比較過(guò)程中產(chǎn)生邏輯錯(cuò)誤。對(duì)于多層次評(píng)價(jià)體系,需逐層計(jì)算權(quán)重結(jié)果,并逐層校驗(yàn)一致性。

(3) 模糊評(píng)價(jià)矩陣。采用專家調(diào)查方式,對(duì)各指標(biāo)使用模糊評(píng)語(yǔ)集合進(jìn)行評(píng)價(jià),將各指標(biāo)的各評(píng)語(yǔ)次數(shù)占總數(shù)的比例作為模糊矩陣R的各元素?cái)?shù)值rij,從底層開(kāi)始依次評(píng)價(jià)體系中權(quán)重向量相乘并加權(quán)求和,得出最上層結(jié)果U。最后將U與模糊評(píng)語(yǔ)集取值范圍比較,確定其隸屬哪個(gè)評(píng)語(yǔ)。

3 BAS評(píng)價(jià)應(yīng)用

通過(guò)向10名專家發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷對(duì)某項(xiàng)目進(jìn)行BAS評(píng)價(jià)。某位專家權(quán)重調(diào)查結(jié)果如表2～表10所示。

利用MATLAB編程計(jì)算,可得某專家重要性權(quán)重向量A1=(0.183 0,0.075 2,0.741 8),最大特征值γA1max=3.044 1,一致性指標(biāo)CIA1=0.022,一致性比例CR1=0.038(<0.1)。同樣可得A2=(0.637 0,0.104 7,0.258 3),B1=(0.581 6,0.309 0,0.109 5),C1=(0.098 9,0.536 8,0.364 3),C2=(0.166 6,0.093 8,0.739 6),C3=(0.319 6,0.558 4,0.122 0),A=(0.333 3,0.666 7),C=(0.4,0.4,0.2),U=(0.376 7,0.362 2,0.261 2)。經(jīng)校驗(yàn)CR均小于0.1,一致性可以接受。

表2 某專家A1權(quán)重調(diào)查結(jié)果

表3 某專家A2權(quán)重調(diào)查結(jié)果

表4 某專家B1權(quán)重調(diào)查結(jié)果

表5 某專家C1權(quán)重調(diào)查結(jié)果

表6 某專家C2權(quán)重調(diào)查結(jié)果

表7 某專家C3權(quán)重調(diào)查結(jié)果

表8 某專家A權(quán)重調(diào)查結(jié)果

表9 某專家C權(quán)重調(diào)查結(jié)果

表10 某專家U權(quán)重調(diào)查結(jié)果

將10位專家各權(quán)重向量分別計(jì)算后取算術(shù)平均數(shù)。10位專家權(quán)重結(jié)果均值如表11所示。

表11 10位專家權(quán)重結(jié)果均值

通過(guò)向?qū)＜?～專家10發(fā)放調(diào)查表方式對(duì)該項(xiàng)目BAS三級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià),采用定義的模糊評(píng)語(yǔ)集,即V={V1,V2,V3,V4}={優(yōu),良,中,差},將得到的評(píng)語(yǔ)次數(shù)除以專家總?cè)藬?shù),模糊矩陣R的各元素?cái)?shù)值rij結(jié)果如表12所示。

表12 模糊矩陣R的各元素?cái)?shù)值rij結(jié)果

對(duì)評(píng)語(yǔ)賦值(0.95,0.65,0.35,0.05),可得專家對(duì)三級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)期望值為A11=0.2×0.35+0.8×0.05=0.11,依次可計(jì)算得18項(xiàng)數(shù)值依次為rij=(0.110,0.260,0.230,0.590,0.680,0.830,0.800,0.770,0.680,0.590,0.680,0.680,0.890,0.920,0.920,0.770,0.830,0.800)。

將各級(jí)權(quán)重依次分別與模糊矩陣中對(duì)應(yīng)數(shù)值相乘并求和,各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)值結(jié)果如表13所示。

該項(xiàng)目BAS評(píng)價(jià)結(jié)果為U=0.667,綜合評(píng)語(yǔ)為良。綜合其他各級(jí)指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn),一級(jí)指標(biāo)A=0.499,綜合評(píng)語(yǔ)為中,而B(niǎo)、C指標(biāo)均為優(yōu),可認(rèn)為該項(xiàng)目BAS經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)一般,但其他兩項(xiàng)指標(biāo)均較好。進(jìn)一步分析二級(jí)指標(biāo),可初步判斷造成該項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性一般,項(xiàng)目總評(píng)未達(dá)優(yōu)秀的主要原因是A1成本指標(biāo)數(shù)值過(guò)低,即項(xiàng)目BAS各項(xiàng)成本過(guò)高,故應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化控制成本,以使項(xiàng)目BAS綜合總評(píng)價(jià)提升。

表13 各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)值結(jié)果

4 結(jié) 語(yǔ)

本文建立了一套BAS綜合評(píng)價(jià)體系,并利用模糊數(shù)學(xué)理論和MATLAB編程方法,對(duì)實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)證研究,在評(píng)價(jià)結(jié)果基礎(chǔ)上分析原因并嘗試給出優(yōu)化策略。在建筑電氣設(shè)計(jì)尤其智能化設(shè)計(jì)過(guò)程中,還存在不少類似難以量化評(píng)價(jià)優(yōu)劣的系統(tǒng),也可采用本文方法對(duì)其進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià),以提高決策水平和后期運(yùn)維效果。