基于Delphi-TM的建筑設(shè)計參數(shù)評價體系指標(biāo)篩選及構(gòu)建＊

付瑤 王梓通 張?zhí)旌?Fu Yao Wang Zitong Zhang Tianheng

建筑設(shè)計參數(shù)是指建筑設(shè)計過程中的相關(guān)變量，是可以輸入的物理或功能特征的量化數(shù)值，分為設(shè)計理論層面、建筑環(huán)境層面和建筑性能層面。隨著綠色建筑和建筑數(shù)字化的發(fā)展，建筑設(shè)計開始強(qiáng)調(diào)多專業(yè)的設(shè)計協(xié)同，但隨之而來的大量設(shè)計參數(shù)讓設(shè)計師們難以準(zhǔn)確地進(jìn)行決策。同時，不同的設(shè)計目標(biāo)導(dǎo)向，也導(dǎo)致建筑師的設(shè)計決策方向及對設(shè)計參數(shù)的偏重存在不同。因此，如何篩選特定目標(biāo)導(dǎo)向的主要設(shè)計參數(shù)，構(gòu)建并優(yōu)化設(shè)計評價指標(biāo)，是助力建筑師提高決策效率的有效方法。

1 設(shè)計參數(shù)研究現(xiàn)狀

目前對設(shè)計參數(shù)的研究多集中在設(shè)計通則、設(shè)計規(guī)范及設(shè)計原理等方面，具體內(nèi)容包括各專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的參數(shù)確定、影響因素分析及參數(shù)優(yōu)化等內(nèi)容。如樊新穎分析了熱工設(shè)計參數(shù)的確定方法及參考依據(jù)；余曉平探討了室內(nèi)空氣設(shè)計參數(shù)取值對空調(diào)能耗的影響；朱新榮探討了建筑風(fēng)環(huán)境設(shè)計參數(shù)對室內(nèi)環(huán)境的影響；Seon-Yeong Jeong預(yù)測并評估了建筑主要設(shè)計參數(shù)對室外熱環(huán)境的影響并進(jìn)行了優(yōu)化。參數(shù)的選取除了主觀經(jīng)驗(yàn)的篩選之外，還采用了統(tǒng)計調(diào)查、敏感性分析等方法。如李沁對145棟公共建筑進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用統(tǒng)計學(xué)相關(guān)性方法分析了影響建筑能耗的功能參數(shù)；張海濱等通過調(diào)研89棟住宅，對影響住宅節(jié)能效果的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了分析統(tǒng)計；楊柳等采用EnergyPlus模擬對影響建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)及年總能耗的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析；Per Heiselberg等采用OAT方法對設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了篩選，并提出一種運(yùn)用概率密度的敏感性分析方法。這些研究均是對特定單一目標(biāo)或結(jié)果提出的，而且相對集中在建筑環(huán)境，以及建筑能耗、節(jié)能等方面。目前國內(nèi)外鮮有對建筑設(shè)計參數(shù)整體篩選的研究，其優(yōu)化評價指標(biāo)仍需綜合考慮。因此，本文基于信息的文本挖掘技術(shù)方法，以現(xiàn)行規(guī)范文本及科學(xué)知識文獻(xiàn)為依托，探索多目標(biāo)導(dǎo)向的設(shè)計參數(shù)指標(biāo)篩選方法。

2 建筑設(shè)計參數(shù)評價體系指標(biāo)的篩選及構(gòu)建

2.1 指標(biāo)篩選的原理及方法

2.1.1 篩選原理

研究采用德爾菲-文本挖掘耦合技術(shù)對設(shè)計參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行篩選，該技術(shù)源于德爾菲法及文本挖掘技術(shù)。德爾菲法是一種綜合性的咨詢方法，核心是通過匿名的方式，經(jīng)有效組織的多輪咨詢，使專家意見趨于一致，得到比較統(tǒng)一且可靠的結(jié)果；文本挖掘技術(shù)是數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域的重要技術(shù)之一，從文本數(shù)據(jù)中提取有用的信息，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)文本知識。該技術(shù)目前在建筑科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在基于語義分析或網(wǎng)絡(luò)用戶輿情的建筑評價、基于文本聚類的趨勢探討、基于情感分析及網(wǎng)絡(luò)可視化的空間格局分析等。

2.1.2 篩選方法及流程

指標(biāo)篩選依據(jù)專家征詢的意見對決策或評價的特定問題進(jìn)行預(yù)測和分析。首先，采用文本挖掘的術(shù)語提取技術(shù)，對建筑類文本數(shù)據(jù)進(jìn)行術(shù)語提取，構(gòu)建語料庫，并對術(shù)語進(jìn)行甄別，得到設(shè)計參數(shù)術(shù)語語料庫。其次，針對該語料庫，分別運(yùn)用德爾菲專家評價法和文本挖掘技術(shù)中的計算特征權(quán)值法，依據(jù)指定目標(biāo)或結(jié)果導(dǎo)向?qū)υO(shè)計參數(shù)的重要性進(jìn)行判別。最后，將兩種評價方法的結(jié)果進(jìn)行耦合，得到設(shè)計參數(shù)指標(biāo)綜合重要性權(quán)值，后續(xù)對各參數(shù)按照權(quán)值進(jìn)行篩選（圖1）。

1 篩選流程

2.2 設(shè)計參數(shù)評價體系構(gòu)建

對于不同設(shè)計研究目標(biāo)，通過梳理、查閱相關(guān)文獻(xiàn)及資料，可初步構(gòu)建設(shè)計參數(shù)的評價體系框架。將評價結(jié)構(gòu)模型劃分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層、指標(biāo)內(nèi)容。目標(biāo)層一般以主要的設(shè)計性能為根本指導(dǎo)方針；準(zhǔn)則層參照已出臺的相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及國際上認(rèn)可的評價體系，從目標(biāo)的多個方面進(jìn)行評價；指標(biāo)層是指影響設(shè)計參數(shù)的多種評價要素；指標(biāo)內(nèi)容則對應(yīng)建筑設(shè)計過程中明確涉及的各項(xiàng)具體內(nèi)容。根據(jù)評價體系框架而構(gòu)建的設(shè)計參數(shù)評價體系模型，采用綜合評價方法來確定設(shè)計參數(shù)評價體系的權(quán)重系數(shù)，一般情況可用層次分析法（AHP）、模糊綜合評價、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BP）等評價方法。

3 “綠色、健康”導(dǎo)向的設(shè)計參數(shù)評價體系應(yīng)用

在對北京2022冬奧會延慶賽區(qū)雪上項(xiàng)目非競賽場館及其附屬設(shè)施的設(shè)計方法研究中，以“綠色、健康”為目標(biāo)導(dǎo)向提出同時滿足“山地條件”和“四季運(yùn)營”的多目標(biāo)設(shè)計參數(shù)指標(biāo)體系，并建立“設(shè)計參數(shù)—驗(yàn)證評估”的反饋機(jī)制。采用德爾菲-文本挖掘的方法對設(shè)計參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行篩選，采用層次分析法構(gòu)建設(shè)計參數(shù)的指標(biāo)評價體系，以驗(yàn)證并評估山地條件下奧運(yùn)村及其附屬設(shè)施在規(guī)劃布局、建筑體量空間、建筑環(huán)境、景觀體系等方面的要求。針對方案構(gòu)建設(shè)計參數(shù)體系，并對其效果進(jìn)行反饋。

3.1 基本數(shù)據(jù)采集

為構(gòu)建準(zhǔn)確的篩選評價，基本數(shù)據(jù)采集以國家現(xiàn)行出版的建筑類圖書、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的術(shù)語及科技知識文獻(xiàn)為主，并采用jieba算法對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分詞并標(biāo)記詞性。同時，統(tǒng)計并整理規(guī)范中的建筑術(shù)語作為基礎(chǔ)提取術(shù)語，得到專業(yè)術(shù)語語料庫共7 032詞。由于設(shè)計參數(shù)類術(shù)語的專業(yè)性需人工甄別，保留定量類術(shù)語或涉及數(shù)量、度量、等級等參數(shù)特征的術(shù)語，最終得到設(shè)計參數(shù)語料庫共1 168詞。

3.2 設(shè)計參數(shù)指標(biāo)篩選

3.2.1 文本挖掘指標(biāo)篩選

由于奧運(yùn)村及附屬設(shè)施的非競賽場館屬性，在指標(biāo)篩選的過程中暫不考慮體育建筑領(lǐng)域的指標(biāo)，而以奧運(yùn)村指南為主。因此，文本挖掘的基礎(chǔ)以“綠色、健康”為目標(biāo)導(dǎo)向，在Python中采用jieba算法載入建筑類專業(yè)術(shù)語語料庫，運(yùn)用改進(jìn)的TF-IDF算法對數(shù)據(jù)文本進(jìn)行特征權(quán)值計算，得到各文本中設(shè)計參數(shù)的TF-IDF特征值。對“綠色、健康”目標(biāo)的文本數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計參數(shù)評判計算，得到“綠色”目標(biāo)導(dǎo)向的設(shè)計參數(shù)258項(xiàng)，“健康”目標(biāo)導(dǎo)向的設(shè)計參數(shù)174項(xiàng)。對“綠色、健康”雙目標(biāo)設(shè)計參數(shù)的文本數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合計算，最終得到各個文本判別權(quán)重共340項(xiàng)（圖2）。

2 設(shè)計參數(shù)的文本判別權(quán)重（Top30,n=340）

3.2.2 德爾菲指標(biāo)篩選

針對冬奧場館設(shè)計，需要強(qiáng)調(diào)運(yùn)動員村的特殊地理位置，以及運(yùn)維奧運(yùn)賽事相關(guān)事宜的條件。指標(biāo)篩選根據(jù)特殊條件進(jìn)行了德爾菲主觀評價，以“綠色、健康”為目標(biāo)，將設(shè)計參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行總結(jié)分類，共得到9類二級指標(biāo)、36類三級指標(biāo)。同時，研究小組向從事大型體育建筑及相關(guān)設(shè)計領(lǐng)域、雪上運(yùn)動及運(yùn)動醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、環(huán)境衛(wèi)生及環(huán)境心理學(xué)領(lǐng)域的22人專家組發(fā)放問卷，進(jìn)行三輪咨詢，采用SPSS進(jìn)行統(tǒng)計分析，由此可知專家評價意見咨詢結(jié)果顯著可信；專家評價意見的總體協(xié)調(diào)程度較一致（Kendall's W=0.452）；專家的權(quán)威程度、熟悉程度較好（權(quán)威系數(shù)Cr=0.70，熟悉系數(shù)Cs=0.71），總體咨詢結(jié)果可靠（總體判斷系數(shù)Ca=0.85）。指標(biāo)集中意見的程度較高，沒有較大意見分歧（變異系數(shù)均<0.25）。對專家結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計計算，得到德爾菲主觀評價判別權(quán)重（圖3）。可以看出，專家一致認(rèn)為室內(nèi)空氣環(huán)境、安全措施、室內(nèi)通風(fēng)、視覺舒適、熱舒適等設(shè)計參數(shù)的重要性較高。

3 德爾菲主觀評價設(shè)計參數(shù)類別排序

表2 健康目標(biāo)層評價體系框架

3.2.3 設(shè)計參數(shù)指標(biāo)篩選

項(xiàng)目最終的設(shè)計參數(shù)將得到的文本挖掘客觀評價判別權(quán)重，結(jié)合德爾菲指標(biāo)進(jìn)行耦合計算，得到設(shè)計參數(shù)的耦合評價權(quán)重共340項(xiàng)。按照篩選界值=|均數(shù)-標(biāo)準(zhǔn)差|，權(quán)重高于界值的則入選，低于界值的則剔除的原則進(jìn)行篩選。同時刪除一些產(chǎn)生歧義或具有多種限定詞的設(shè)計參數(shù)，如比例、日照、節(jié)點(diǎn)等。篩選后，得到“綠色、健康”目標(biāo)導(dǎo)向下的設(shè)計參數(shù)指標(biāo)共105項(xiàng)（圖4）。

4 綠色健康設(shè)計參數(shù)指標(biāo)篩選結(jié)果

3.3 設(shè)計參數(shù)評價體系構(gòu)建

3.3.1 評價體系框架

根據(jù)冬奧會非競賽場館設(shè)計的“綠色、健康”目標(biāo)導(dǎo)向，綜合所征求的有關(guān)單位和專家研討評議結(jié)果，并參照現(xiàn)行的國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析整理，初步確立了參數(shù)評價體系框架。通過設(shè)計參數(shù)指標(biāo)篩選，對得到的105項(xiàng)定量指標(biāo)進(jìn)行總結(jié)分類，結(jié)合相關(guān)奧運(yùn)村建設(shè)條件、現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等補(bǔ)充定性類設(shè)計參數(shù)，確定了指標(biāo)評價體系中關(guān)鍵的指標(biāo)內(nèi)容180項(xiàng)（表1,2）。

表1 綠色目標(biāo)層評價體系框架

3.3.2 指標(biāo)權(quán)重計算

項(xiàng)目研究通過AHP法構(gòu)建判斷矩陣，將不同層級指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，計算設(shè)計參數(shù)評價體系指標(biāo)權(quán)重。由于指標(biāo)內(nèi)容數(shù)量較多，因此結(jié)合實(shí)際目標(biāo)情況分解指標(biāo)層次，分別邀請8位專家對其進(jìn)行評價計算。運(yùn)用SPSSAU錄入和計算篩選后的重要性比較數(shù)據(jù)，得出評價指標(biāo)AHP權(quán)重計算結(jié)果。根據(jù)層次分析法結(jié)果的一致性檢驗(yàn)方法，檢驗(yàn)判斷矩陣，均有較好的一致性（CR<0.1），滿足一致性檢驗(yàn)的要求，最后得到“綠色、健康”目標(biāo)導(dǎo)向的冬奧會非競賽場館設(shè)計參數(shù)評價指標(biāo)體系。

通過對總體指標(biāo)選項(xiàng)進(jìn)行綜合計算排序分析（圖5），可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計參數(shù)指標(biāo)內(nèi)容綜合權(quán)重前10名主要集中在室內(nèi)空氣環(huán)境、室外安全措施、室內(nèi)材料選用、室內(nèi)安全措施、場地選址、總體規(guī)劃、室內(nèi)通風(fēng)、熱舒適、總體能源規(guī)劃9項(xiàng)指標(biāo)層中，其中室內(nèi)空氣環(huán)境的指標(biāo)數(shù)量最多。前50名的指標(biāo)內(nèi)容中，除節(jié)材與材料資源利用準(zhǔn)則層指標(biāo)，其他均有涉及，節(jié)地與規(guī)劃選址、健康室外環(huán)境兩項(xiàng)的準(zhǔn)則層指標(biāo)占比最多，其次為人體感知舒適指標(biāo)。

5 綠色健康設(shè)計參數(shù)指標(biāo)體系綜合權(quán)重排序（Top50,n=180）

4 結(jié)語

本研究對建筑領(lǐng)域的設(shè)計參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行了綜合整理和計算，為設(shè)計師提供了一種有效的建筑設(shè)計參數(shù)指標(biāo)篩選方法，即德爾菲-文本挖掘方法，并構(gòu)建了設(shè)計參數(shù)評價體系。通過文本挖掘技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了對復(fù)雜、龐大的建筑設(shè)計參數(shù)重要性的定量確定。同時，根據(jù)不同項(xiàng)目、不同建筑、不同設(shè)計目標(biāo)因素，運(yùn)用主觀的德爾菲評價體系，提供特殊問題條件下的設(shè)計參數(shù)篩選策略。

通過實(shí)例，對多目標(biāo)導(dǎo)向的建筑設(shè)計參數(shù)指標(biāo)篩選方法進(jìn)行了分析。在冬奧會非競賽場館設(shè)計涉及的340項(xiàng)設(shè)計參數(shù)中，以“綠色、健康”為目標(biāo)導(dǎo)向，針對山地條件下的項(xiàng)目設(shè)計特性，遴選出105項(xiàng)相關(guān)設(shè)計參數(shù)指標(biāo)，并綜合確定180項(xiàng)指標(biāo)內(nèi)容。通過AHP評價計算，得到冬奧會非競賽場館設(shè)計參數(shù)評價體系，對設(shè)計參數(shù)體系及效果進(jìn)行反饋分析，提供有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

本方法可以快速、準(zhǔn)確地反映建筑設(shè)計參數(shù)指標(biāo)在不同目標(biāo)下的重要性，有效避免設(shè)計師對設(shè)計參數(shù)重要程度判斷的主觀局限性。該方法打破一般認(rèn)識的經(jīng)驗(yàn)判斷和復(fù)雜的敏感性分析，通過定量與定性結(jié)合的方法對設(shè)計參數(shù)進(jìn)行篩選。其重要性評價，可以輔助設(shè)計師的決策參考，同時也為其他建筑評價指標(biāo)篩選提供了一種新的思路。

①Jieba 是自然語言處理技術(shù)系統(tǒng)中一種開源的分詞系統(tǒng)，具有較高的使用頻率和準(zhǔn)確率，同時還具有標(biāo)注詞性、TF-IDF 權(quán)重計算等附加功能。

1-5 作者自繪

1,2 作者自繪