基于組合賦權
--云模型的綠色建筑微觀風險評價研究

洪文霞，鹿 乘，趙德鳳，李蓓蓓

(青島理工大學 管理工程學院，山東 青島266520)

綠色建筑又稱生態(tài)建筑、生態(tài)化建筑、可持續(xù)建筑,是指在建筑的全壽命周期內(nèi),最大限度地節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材)、保護環(huán)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]。隨著2017年在北京成功舉辦第十三屆綠色建筑與建筑節(jié)能大會，2019年3月發(fā)布《建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，綠色建筑越來越成為當下投資的熱點，中石油大廈、中海油大廈、中關村展示中心、海林大樓、中國節(jié)能綠色建筑科技館(杭州)和杭州低碳科技館等都是典型的綠色建筑代表。

但是在綠色建筑投資過程中，各方面的風險成為限制開發(fā)商選擇綠色建筑的主要原因。目前國內(nèi)綠色建筑的研究大多停留在激勵政策、增量成本、綠色技術、綠色運營等方面，鮮有關于綠色建筑風險的研究，現(xiàn)有的風險研究側重于風險的發(fā)生概率和風險危害方面的研究，研究內(nèi)容比較局限。關于綠色建筑項目微觀層級風險研究更是少之又少，而綠色建筑項目風險管理問題是成功實現(xiàn)綠色建筑項目的關鍵點。王景慧等[2]基于承包商視角，根據(jù)系統(tǒng)動力學理論建立了綠色建筑項目風險識別反饋模型圖，分析了項目目標風險與各風險因素之間的相互關系以及風險來源；秦旋等[3]對專家發(fā)放調查問卷，對我國綠色建筑風險的重要性和分擔偏好作出了調查，探討了25項重點風險的分擔與管理建議；萬欣等[4]建立綠色建筑目標體系的理論模型，歸納了綠色建筑風險因素并將綠色建筑風險分為微觀、中觀和宏觀三個風險層級，分析了風險因素如何影響綠色建筑目標的實現(xiàn)；萬欣等[5]識別出與我國綠色建筑項目相關的62項風險因素，采用問卷調查和統(tǒng)計分析的方法對我國綠色建筑項目風險的發(fā)生概率、危害程度和重要性進行了評估；秦旋等[6]基于全壽命周期內(nèi)的56項風險因素對專家發(fā)放風險發(fā)生概率和風險危害程度的問卷，對調查問卷數(shù)據(jù)使用spss軟件進行描述性統(tǒng)計分析和推論性統(tǒng)計分析；馬曉國等[7]建立了灰色線性規(guī)劃模型對綠色建筑項目融資風險分擔機制進行研究；秦旋等[8]將綠色建筑項目的全壽命周期劃分為決策階段、設計階段、施工階段、試運行階段和運營維護階段5個階段，基于經(jīng)濟、環(huán)境和社會三個角度作為綠色建筑項目評價體系建立了我國綠色建筑項目的風險測度與評價假設模型。蔡久順等[9]基于模糊多層次灰色法對綠色建筑設計風險方面進行了研究；王娟等[10]提出了投資風險決策以及評估指標權重的決策確定方法，為開發(fā)商開發(fā)綠色節(jié)能建筑提供了一種可以指標量化、科學合理的風險投資決策理論模型方法；秦旋等[11]識別出綠色建筑全壽命周期的風險因素，采用社會網(wǎng)絡分析法辨識風險因素間的相互關系；黃定軒[12]建立了綠色建筑需求側演化博弈模型，分析表明綠色建筑收益和風險對開發(fā)商和業(yè)主的博弈產(chǎn)生影響，進而影響綠色建筑的演化結局；王淋等[13]基于綠色建筑項目參與方的視角, 采用網(wǎng)絡分析技術研究綠色建筑項目的風險關聯(lián)關系；陶雨等[14]采用AHP-熵權法對各指標進行組合賦權，從多角度對綠色建筑全壽命周期風險進行評價并提出風險應對的方法策略。

綜上，關于綠色建筑風險的研究大多是投資決策階段和全壽命周期的研究，缺乏對綠色建筑微觀層級方面的研究。在此基礎上，本文主要根據(jù)Li B等[15]的風險層級歸納方法和文獻閱讀法從綠色建筑微觀風險層面建立綠色建筑微觀風險指標體系，基于Rough-set理論，在層次分析法(AHP)權重和熵權法權重間尋找平衡，確定評價指標的組合權重?？紤]到評價過程的隨機性、模糊性和定性定量轉換的科學性，運用云模型對綠色建筑微觀風險進行綜合評價，通過計算風險的云數(shù)字特征確定項目微觀風險等級，將建立的模型應用到鄭州“雙零樓”項目當中，驗證模型的可行性。

一、建立綠色建筑微觀風險指標體系

與傳統(tǒng)建筑相比，綠色建筑對生態(tài)環(huán)境、建造技術、系統(tǒng)集成等要求更加嚴格，不僅要求綠色建筑項目的參與方具有綠色經(jīng)驗，還需要各參與方之間更多的合作，強調建筑物全生命周期內(nèi)的性能，因此綠色建筑比傳統(tǒng)建筑面臨更大的挑戰(zhàn)和風險。在此背景下，本文結合大量國內(nèi)外綠色建筑研究文獻，將重復的指標和當下無意義的指標合并或者刪除，基于微觀風險角度，確定了6個一級指標和21個二級指標(表1)。

表1 綠色建筑風險指標體系

二、建立組合賦權-云模型評價模型

1.層次分析法(AHP)確定主觀權重

運用層次分析法(AHP)分析指標間的重要程度，具體步驟如下：1)邀請相關專家對各層級指標進行兩兩比較，確定判斷矩陣。2)計算判斷矩陣的特征向量，進行層次單排序。計算CR，當CR≤0.1判斷矩陣通過一致性檢驗，否則需調整判斷矩陣。層次總排序，得到權重。

(1)構造判斷矩陣。對于n個元素，根據(jù)Saaty標度法兩兩比較得到判斷矩陣：

(1)

(2)計算權重。設B矩陣特征向量：C=[C1C2C3,…,Cn]，以及其最大特征根為λmax。統(tǒng)計判斷矩陣后，進行一致性檢驗。一致性指標：

(2)

一級指標數(shù)量為6個，輸入六階矩陣。將CI與RI值代入一致性指標計算公式：

(3)

若CR≤0.1，則說明該矩陣滿足要求，B矩陣的特征向量即為各個指標權重Wi。

2.熵值法確定客觀權重

信息論中，熵值表示系統(tǒng)內(nèi)在的紊亂程度，熵值代表某一指標的變異不確定程度。某項指標數(shù)值相差越大，則其信息熵越小，參數(shù)不確定性越小，那么該指標蘊含的信息量就越大，因此該參數(shù)權重也越大[18]。

(1)對指標進行標準化處理。

(4)

(2)計算各指標比重。由于指標的標準化處理會出現(xiàn)0值，為了消除0的影響，所以公式進行非負平移0.1，得到以下公式：

(5)

(3)計算第j項指標熵值和差異性系數(shù)。

(6)

(4)確定第j項指標熵權。

(7)

3.Rough-set理論組合賦權

根據(jù)Rough-set理論對綠色建筑微觀風險指標進行組合賦權,由層次分析法得到的主觀權重Wi,根據(jù)熵值法確定的客觀權重Wj,則兩種方法計算得到的復合權重距離函數(shù)：

(8)

根據(jù)下述公式求解相應的組合權重系數(shù)W,即:W=αWi+βWj，α、β分別為權重分配系數(shù),且d(Wi,Wj)2=(α-β)2和α+β=1 ，即：

(9)

4.云模型基本原理

(1)云模型定義。云模型可以實現(xiàn)定量數(shù)據(jù)和定性語言之間的相互轉換，使得定量數(shù)據(jù)通過定性的語言表達，定性概念也可以轉化為定量數(shù)據(jù)，可有效應用于風險評價中的模糊性和不確定性問題。

設一定量論域為U，x∈U。定量論域U與之對應的定性概念C都存在一個有穩(wěn)定傾向的隨機數(shù)與x對應，意義是x對C所表達的定性語言的隸屬度為A且在論域上的分布稱為云，每一個x稱為一個云滴，此數(shù)學表達：

A：U→[0,1];x∈U;x→A(x)

(10)

從定性到定量的映射過程是云的數(shù)字特征產(chǎn)生云滴，經(jīng)過數(shù)量累積匯聚為云，主要通過期望Ex、熵En和超熵He來表示，記為P=G(Ex,En,He)。其中，期望Ex表示對定性概念的基本確定性度量，是最具代表性的定性表達；熵En權衡定性語言不確定性程度，反映云滴中可被期望概念接受的確定度大小和云滴的離散程度；超熵He是En的不確定性度量，取決于熵的不確定性和模糊性，體現(xiàn)概念被接受的概率有多大[19]。

(2)云模型算法。主要采用的是逆向云發(fā)生器算法進行計算，公式如下：

(11)

(12)

(13)

(14)

根據(jù)二級指標云數(shù)字特征和組合權重，進行加權計算得到一級指標云數(shù)字特征，計算公式如下：

(15)

根據(jù)二級指標云數(shù)字特征和組合權重加權運算得到綠色建筑微觀風險綜合評價云數(shù)字特征，計算公式如下：

(16)

5.項目安全風險評價具體流程

基于組合賦權-云模型的綠色建筑微觀風險評價具體流程如圖1所示。

圖1 綠色建筑微觀風險評價流程

三、算例分析

1.工程概況

位于鄭州經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的“雙零樓”是國內(nèi)第一座可再生能源技術與建筑完美結合的示范工程[22]，建筑面積6 100 平方米，為河南省第一座綠色環(huán)保建筑，同時也是國家住建部綠色建筑示范工程。該項目采用了外墻保溫技術、沼氣利用技術、太陽能熱水和光伏技術、熱壓通風技術、雨污水回收系統(tǒng)等，可實現(xiàn)“能源零消耗、污水零排放”，其建筑成本高出周圍樓房價格1倍。

2.評價過程

邀請10名綠色建筑專家對該項目在[0-10]區(qū)間內(nèi)對各風險進行打分，并取整數(shù)均值，從而得到指標判斷矩陣B，如式(17)，進而根據(jù)式(2)、式(3)確定主觀權重(CR=0.019 4<0.1，通過一致性檢驗)；由10名綠色建筑專家對該項目各微觀風險發(fā)生概率、危害程度及其他危險影響因素進行[0-10]區(qū)間標度賦值并取均值，根據(jù)式(4)對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理(表3)，并根據(jù)式(6)計算指標熵值和差異性系數(shù)，根據(jù)式(7)計算指標客觀權重。聯(lián)立式(9)可解得α=0.458，β=0.542，根據(jù)上述算法算出組合權重(表2)。

表2 二級指標組合權重

(17)

3.生成風險等級評價云圖

參考文獻[23]將風險等級分成五個級別，采用黃金分割率的方法對綠色建筑微觀風險評語集進行分區(qū)，相鄰評語等級的云模型參數(shù)之間的倍數(shù)為0.618，以區(qū)間[0,1]的中心點0.5為中間評語等級(三級為中風險)，其云模型數(shù)字特征為(0.500, 0.039, 0.005)，其他評語級的云模型參數(shù)如表3所示。

表3 評語云數(shù)字特征值

通過Matlab得到標準評語云云圖(圖2)。

圖2 評語云云圖

4.計算二級指標云數(shù)字特征

根據(jù)表1中已確定的綠色建筑風險指標體系，以函件的方式向高等院校、設計單位、建設單位、監(jiān)理單位、施工企業(yè)和咨詢公司共計6位對綠色建筑領域有豐富經(jīng)驗和對“雙零樓”項目有過研究的專家進行征詢，通過對問卷進行回收整理，在[0,1]區(qū)間內(nèi)對該項目的綠色建筑微觀風險進行雙邊約束打分，即進行最大值和最小值打分，通過對問卷進行回收整理，根據(jù)式(11)～(14)得到二級指標云數(shù)字特征，打分情況和云數(shù)字特征值如表4所示。

表4 綠色建筑風險評價

根據(jù)式(15)計算一級指標云數(shù)字特征值(表5)。通過正向云發(fā)生器算法，使用Matlab生成6個一級指標云圖(圖3)，綠色建筑微觀風險中的施工風險(A2)的期望值最大，表明該風險的風險程度最高，監(jiān)理風險(A4)風險的熵值和超熵最大，表明風險不確定性最大，并且風險最不穩(wěn)定，應該對施工風險和監(jiān)理風險保持持續(xù)關注。

表5 一級指標云特征值

圖3 一級指標云圖

5.計算項目微觀風險評價等級

根據(jù)式(16)得項目微觀風險綜合指標評價云數(shù)字特征為(0.248 5、0.114 7、0.040 0),通過正向云發(fā)生器，使用Matlab生成云圖(圖4)。結果表明，該項目的微觀風險等級處于低風險和較低風險之間，更接近較低風險，通過綜合云看出，缺少有綠色施工經(jīng)驗的施工人員(A22)、缺乏有綠色施工經(jīng)驗的管理人員(A32)和缺少有綠色監(jiān)理經(jīng)驗的監(jiān)理人員(A41)位于較低風險和中風險之間，需要重點關注。

圖4 微觀風險綜合評價云圖

四、結論與建議

1.結論

研究從綠色建筑微觀層級風險研究入手，識別出影響我國綠色建筑項目成功的21項微觀層級風險因素。采用AHP確定各指標主觀權重，熵權法確定客觀權重，再進行組合賦權，以云理論為基礎，構建綠色建筑微觀風險云評價模型，通過案例分析得出項目微觀風險等級及風險較大因素，驗證了綠色建筑微觀風險評價模型的科學性和適用性。結論如下。

(1)我國綠色建筑項目微觀層級中發(fā)生概率大的風險可歸納為缺少綠色建筑經(jīng)驗造成的風險。危害程度嚴重的風險主要是缺少有綠色施工經(jīng)驗的施工人員、缺乏有綠色施工經(jīng)驗的管理人員和缺少有綠色監(jiān)理經(jīng)驗的監(jiān)理人員。

(2)綜合考慮二級風險指標風險程度和不確定性，得出一級風險指標的風險程度和不確定性程度。其中風險程度最高的是施工風險，風險不確定性最高的是監(jiān)理風險，表明識別出的綠色建筑微觀風險具有代表性，值得深入探討和研究。

2.建議

目前“雙零樓”項目建設成本較高，風險較其他綠色建筑項目更為突出。研究表明，“雙零樓”項目主要是缺乏有綠色建筑經(jīng)驗的施工人員、管理人員和監(jiān)理人員，項目開展過程可能會在施工、組織管理和監(jiān)管等環(huán)節(jié)出現(xiàn)因經(jīng)驗不足引起的一系列問題。三點建議如下。

(1)增加有綠色施工經(jīng)驗的施工人員數(shù)量。綠色施工技術的應用是保證綠色建筑項目順利建造的重要基礎，而有綠色施工經(jīng)驗的施工人員可以采用有效的廣告和培訓方法來加強其他施工人員的綠色技能和節(jié)能環(huán)保意識，指導其他施工人員應用節(jié)能技術綠色施工，并提高施工質量。

(2)增加有綠色施工經(jīng)驗的管理人員數(shù)量。為確保綠色建筑達到設計綠色標準，有綠色施工經(jīng)驗的管理人員需要結合工程特點對工程綠色施工管理進行詳細策劃，并建立綠色施工管理體系和有效的節(jié)能管理機制，對管理人員進行詳細的任務分工，并制定各項新技術的實施進度計劃。

(3)增加有綠色監(jiān)理經(jīng)驗的監(jiān)理人員數(shù)量。保證綠色建筑質量達到綠色設計要求，積極推動綠色施工，并探索建立針對各參與主體的綠色建筑施工質量管理激勵機制，提高施工各方對綠色建筑施工質量管理的積極性。