基于AHP-FUZZY法的既有建筑綠色改造潛力評價

劉文宇，趙心月

(1.長春工程學(xué)院 管理學(xué)院，吉林 長春 130103;2.水利部海委漳衛(wèi)南運(yùn)河德州河務(wù)局，山東 德州 253043)

1 引言

我國目前正處于由高速發(fā)展轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵時刻，建筑業(yè)的發(fā)展增速開始逐漸放緩，城鎮(zhèn)化建設(shè)也逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤靶陆ńㄖ焙汀凹扔薪ㄖ辈⒅氐哪Ｊ?。在此背景下，過往對老舊建筑大拆大建的建造方式和縫縫補(bǔ)補(bǔ)的改造方式已經(jīng)不適合這個時代的發(fā)展[1]，為了保障建筑業(yè)的健康發(fā)展，國家出臺了一系列的政策，2021年10月份，國務(wù)院頒布了《關(guān)于推動城鄉(xiāng)建設(shè)綠色發(fā)展的意見》[2]。截至2020年12月份，全國的綠色建筑面積只有59.84億m2，與670億m2的建筑面積相比不足10%，而且絕大多數(shù)的綠色建筑都是新建的，而大量既有建筑亟待綠色改造來適應(yīng)時代的發(fā)展。但我國目前缺少改造前評價，無法為業(yè)主或者投資者提供標(biāo)準(zhǔn)，這也導(dǎo)致我國既有建筑綠色改造市場低迷，現(xiàn)有的許多房屋都存在著能否改造的問題。

對于既有建筑綠色改造潛力評價方面的研究，我國學(xué)者大致經(jīng)歷了2個階段：前期主要集中于對既有建筑節(jié)能技術(shù)潛力的研究，后期主要對既有建筑綠色改造潛力評價進(jìn)行綜合研究。費(fèi)良旭等[3]通過對海南地區(qū)既有居住建筑節(jié)能現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，利用建筑能耗軟件DeST-h進(jìn)行能耗計(jì)算，對既有建筑進(jìn)行診斷分析，得出降低外窗的綜合遮陽節(jié)能潛力最大，郭洪旭等[4]采用情景分析法，通過設(shè)定不同情景分析預(yù)測廣東省未來的碳排放量，從而明確未來節(jié)能減排的重點(diǎn)，得出樓宇自動化、熱泵、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和節(jié)能燈具等是最有節(jié)能潛力的技術(shù)，王艷麗[5]首先對既有建筑現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)地梳理，對綠色改造范圍進(jìn)行界定，總結(jié)了我國的綠色改造相關(guān)政策、標(biāo)準(zhǔn)。然后根據(jù)寒冷地區(qū)的建筑物特性，選取7個方面的指標(biāo)，分析其改造潛力，構(gòu)建綠色改造潛力評價體系。吳祺航[6]分析得出我國金融機(jī)構(gòu)對既有建筑綠色改造項(xiàng)目支持力度不夠，提出要引入綠色金融推動綠色改造市場的發(fā)展，然后根據(jù)我國2019年的綠色建筑新評價標(biāo)準(zhǔn)，確定綠色改造潛力評價指標(biāo)體系，利用灰色系統(tǒng)評價法進(jìn)行評價體系的構(gòu)建，并提出相應(yīng)的適宜性改造技術(shù)，為金融機(jī)構(gòu)提供科學(xué)決策。

本文以既有建筑的綠色改造潛力為對象，以目前我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)者采用的指標(biāo)為基礎(chǔ)，采用AHP—FUZZY法對其進(jìn)行了驗(yàn)證。

2 既有建筑綠色化改造發(fā)展現(xiàn)狀及問題

2.1 綠色建筑發(fā)展現(xiàn)狀

我國綠色建筑研究已有多年，自2006年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》(gb/t50378-2006)，綠色建筑有了正式的評價標(biāo)準(zhǔn)，也意味著我國的綠色建筑行業(yè)正式起步[7]。2008年，借鑒國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，啟動綠色建筑標(biāo)識工作，先后發(fā)布《綠色建筑評價標(biāo)識管理辦法》和《關(guān)于進(jìn)一步規(guī)范綠色建筑評價管理工作的通知》等文件，通過標(biāo)識管理，我國綠色建筑進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展，有效保證了綠色建筑的項(xiàng)目質(zhì)量[8]；其后，我國于2014年和2019年先后2次對2006年發(fā)布的《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行修訂和更新；在2019年3月份，我國住建部發(fā)布的新版《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》gb/t50378-2019，采用了全新的評價指標(biāo)，分別為：安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節(jié)約和環(huán)境宜居[9]。從指標(biāo)中可以看出，我國綠色建筑更加科學(xué)、更加堅(jiān)持以人為本的可持續(xù)發(fā)展觀念，并在此基礎(chǔ)上還發(fā)布了《綠色醫(yī)院評價標(biāo)準(zhǔn)》《綠色學(xué)校評價標(biāo)準(zhǔn)》等不同建筑類型的具體評價標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 我國綠色改造評價標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

我國綠色改造評價工作起步較晚，截至目前，我國只有一種《既有建筑綠色改造評價標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)分為設(shè)計(jì)評價和運(yùn)行評價，但不涉及對既有建筑改造的潛力評價，還尚無針對各個環(huán)節(jié)的配套標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)，相較于西方國家，綠色改造體系并不完善。因此，應(yīng)對既有建筑進(jìn)行潛力評價，分析其是否具備改造可行性，然后做出科學(xué)決策，有針對性地進(jìn)行改造[10]。

2.3 存在的問題

目前我國存在大量的既有建筑，但不是所有既有建筑都適合進(jìn)行綠色改造，有些建筑是快要達(dá)到使用年限，甚至屬于“危房”的，無論從經(jīng)濟(jì)還是社會角度考慮都沒有改造的意義；還有一些屬于古建筑，有特殊的文化價值，所有也不適合改造；還有一些近幾年達(dá)到節(jié)能建筑標(biāo)準(zhǔn)的或者最近進(jìn)行過改擴(kuò)建行為的建筑，雖然不是綠色建筑，但滿足我國現(xiàn)行的節(jié)能要求，也沒必要再去耗費(fèi)精力進(jìn)行綠色改造。另外，我國現(xiàn)行的《既有建筑綠色改造評價標(biāo)準(zhǔn)》屬于“改造后”評價，它屬于結(jié)果狀態(tài)評價，目前缺少對于既有建筑改造前的評價標(biāo)準(zhǔn)。

3 既有建筑綠色改造影響因素分析

《既有建筑綠色改造評價標(biāo)準(zhǔn) GB/T51141-2015》中這樣界定了建筑的“綠色改造”：對現(xiàn)有建筑進(jìn)行維護(hù)、更新和加固，以節(jié)約能源、改善人居環(huán)境和提高使用功能為目的[11]。這為發(fā)現(xiàn)既有建筑是否具有改善人居環(huán)境、延長建筑壽命、保證節(jié)能和環(huán)境保護(hù)等方面的潛在價值提供了評價基礎(chǔ)。因此，筆者通過調(diào)查走訪老舊小區(qū)的居民及老舊辦公樓的辦公人員，在參閱大量目前已改造成功的案例及參考《既有建筑綠色改造評價標(biāo)準(zhǔn) GB/T51141-2015》《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)GB/T0378-2019》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，并結(jié)合既有建筑綠色改造的特性去挖掘綠色改造潛力影響指標(biāo)。

4 構(gòu)造綠色改造潛力評價體系

4.1 構(gòu)造潛力評價體系的原則

對既有建筑進(jìn)行綠色化改造是一項(xiàng)龐大且復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，因此在構(gòu)造評價體系時應(yīng)該遵循以下原則：①差異性原則：將綠色改造和新建建筑、節(jié)能改造等工程進(jìn)行區(qū)分；②綜合性原則：不能單獨(dú)從改造的某一階段或既有建筑的某一方面評價，要全面、綜合地對整個改造進(jìn)行評價；③科學(xué)性原則：在進(jìn)行評價時要在科學(xué)理論的指導(dǎo)下，堅(jiān)持定性和定量結(jié)合的方法，運(yùn)用科學(xué)的思維方法進(jìn)行評價。

4.2 構(gòu)建潛力評價體系的步驟

基于AHP和Delphi相結(jié)合的模糊綜合評價方法構(gòu)建潛力評價模型并對指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行確定，其具體實(shí)現(xiàn)方法為：構(gòu)造層次模型，構(gòu)造比較矩陣，計(jì)算權(quán)向量，并進(jìn)行一致性驗(yàn)證。

4.2.1 構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型

通過分析國內(nèi)外既有建筑綠色改造相關(guān)案例，閱讀相關(guān)參考文獻(xiàn)[12～16]結(jié)合我國現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)造三層評價模型，在該結(jié)構(gòu)中，最高層為目標(biāo)層，中間層為準(zhǔn)則層，起到承上啟下并對下層有支配作用，第三層為指標(biāo)層，是待評價指標(biāo)的所有集合，3個層級構(gòu)成了明確的層級結(jié)構(gòu)模式，運(yùn)用 AHP方法對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行專家評價，最終得出各指標(biāo)間的對應(yīng)權(quán)重[17]。

4.2.2 構(gòu)造成對比矩陣

將指標(biāo)層的評價指標(biāo)基于準(zhǔn)則層進(jìn)行兩兩比較評價并標(biāo)注出優(yōu)劣程度，并用數(shù)量化的相對權(quán)重aij進(jìn)行表示，其中aij是ai對aj的相對重要程度，通過建立矩陣A來對該指標(biāo)體系中兩個指標(biāo)的相對重要程度進(jìn)行判斷。

(1)

利用和積方法求解判定矩陣，得到被比較指標(biāo)在上層指數(shù)下的相對權(quán)重(表1)[18]。

表1 1-9比例標(biāo)度法

4.2.3 一致性檢驗(yàn)

對判斷矩陣A進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：首先計(jì)算一致性指標(biāo)CI，其公式為：

(2)

式(2)中，n為矩陣的階數(shù)，λmax 是判斷矩陣的最大特征根。

一致性比率CR值由所得到的CI值決定，而CR值可以用來驗(yàn)證判定矩陣的一致性是否合格。

(3)

式(3)中，CI為一致性指標(biāo)值，CR為一致性比率，RI是固定值，當(dāng)矩陣階數(shù)不同時，該值不同，具體如表2所示。

表2 1-9階矩陣RI對應(yīng)值

利用CR的值可以確定判斷矩陣是否符合一致性指標(biāo)，判斷依據(jù)為當(dāng)CR≤ 0.1 時，表明該矩陣符合一致性，結(jié)果是合理可接受的，而當(dāng)CR> 0.1時，表示該矩陣不符合一致性，此時必須對指標(biāo)進(jìn)行重新評分，并按照之前的步驟建立一個新的判斷矩陣，然后進(jìn)行一致性檢查，直至檢驗(yàn)合格。

通過以上的計(jì)算，得出了各個層次中各個指標(biāo)與高層目標(biāo)之間關(guān)系的相對重要性權(quán)重和排序。表3為具體的結(jié)果。

表3 模型評價指標(biāo)權(quán)重及排序

4.2.4 確定評價集

首先，以既有建筑的綠色改造潛力作為一級評價目標(biāo)，并將其定義為U={U1、U2、U3、…、Un}，其中包括相應(yīng)的單個因子子集，將其表示為U1={U11、U12、U13}、U2={U21、U22、U23}、U3={U31、U32、U33}…，然后，確定一組評論值V={V1、V2、V3、Vn}，以表明不同的改造潛能。

4.2.5 建立模糊矩陣

通過對各因素集中的各因子進(jìn)行具體指標(biāo)因素的模糊評判，確定各指標(biāo)因素與被評估目標(biāo)之間的模糊程度，從而得到模糊評判矩陣：

(4)

4.2.6 模糊綜合合成模型

將各個層次指標(biāo)的權(quán)重矢量定義為Wi，將模糊評判矩陣定義為Ri，用Fuzzy綜合方法求出最終的潛力程度大小，用Bi=Wi×Ri(i=1、2、…、n)進(jìn)行計(jì)算。

5 實(shí)證分析

選取北京首創(chuàng)家園某辦公樓進(jìn)行具體分析，該建筑原先是北京醫(yī)用射線機(jī)廠辦公用房，總建筑面積2500 m2，原結(jié)構(gòu)類型為框架混凝土結(jié)構(gòu)，其在改造前存在建筑體型大，運(yùn)行能耗高，場地綠化率低，人車混流，停車不便等問題，周圍居民及國家對其改造意愿較高。該項(xiàng)目在改造過程中利用大量綠色技術(shù)，增加綠化面積、增強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱功能，采用新風(fēng)熱回收等節(jié)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能65%以上，將原有舊建筑改造為高檔辦公樓，使老舊建筑物得到了再利用，達(dá)到了當(dāng)前綠色建筑節(jié)能、綠色、舒適的目標(biāo)。

5.1 構(gòu)建具體層次結(jié)構(gòu)模型

筆者通過總結(jié)歸納相關(guān)學(xué)者的研究、參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定人為指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)、政策指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)、成本效益5種一級指標(biāo)，相應(yīng)二級指標(biāo)共15種，具體層次及內(nèi)容見圖1。

圖1 既有建筑綠色改造潛力評價指標(biāo)體系

5.2 具體指標(biāo)內(nèi)容

(1)人為指標(biāo)：我國目前的主要矛盾是人民日益增長的美好需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾，這對建筑業(yè)的發(fā)展提出了新的要求。無論是新建建筑還是既有建筑綠色改造都應(yīng)該堅(jiān)持“以人為本”的原則，人民的改造意愿、改造需求以及對現(xiàn)建筑物的滿意度是重要影響指標(biāo)。

(2)技術(shù)指標(biāo)：既有建筑當(dāng)前的技術(shù)指標(biāo)直接影響到改造過程中的成本及難易程度。安全耐久性是衡量一個建筑物結(jié)構(gòu)可靠性的重要指標(biāo)，如果該既有建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)失去安全耐久性，就沒必要再去進(jìn)行改造升級了；外圍欄結(jié)構(gòu)是影響建筑能耗的重要指標(biāo)，并且有實(shí)例發(fā)現(xiàn)，對外圍欄進(jìn)行改造不僅可以顯著提升節(jié)能效率，而且造價較少；采暖及通風(fēng)主要有冷熱源、換熱系統(tǒng)，每年在采暖及通風(fēng)上耗費(fèi)的能源占建筑的30%～50%，所以該指標(biāo)有較大的改造潛力；給排水技術(shù)直接影響到建筑物的節(jié)水性能，影響到水資源的利用，對給排水系統(tǒng)進(jìn)行改造可以有效促進(jìn)節(jié)水性能；其他節(jié)能技術(shù)如照明系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)等，都會對建筑物的節(jié)能率產(chǎn)生影響，所以屬于綠色改造的重要指標(biāo)之一。

(3)政策指標(biāo)：無論是國家推行的相關(guān)政策還是當(dāng)?shù)鼐G色改造政策及補(bǔ)貼都會直接影響業(yè)主的投資意愿以及改造過程中的困難程度。

(4)環(huán)境指標(biāo)：居住環(huán)境的顯著提升是綠色建筑與節(jié)能建筑的主要區(qū)別之一，因此無論是場地綠化還是室內(nèi)環(huán)境都是可以通過改造來滿足當(dāng)前國家標(biāo)準(zhǔn)和人們的健康需求，配套設(shè)施的完善度也直接關(guān)系到綠色建筑的評級，因此該指標(biāo)對于綠色改造有重要影響。

(5)成本效益：成本效益直接關(guān)系到政府和業(yè)主對建筑物的改造判斷和改造意愿，政府部門希望通過改造節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境，響應(yīng)國家政策，而業(yè)主單位則希望通過改造，降低運(yùn)營成本，以最小成本取得最大效益，因此該指標(biāo)對改造潛力也有較大影響[19]。

5.3 AHP法的應(yīng)用

向既有建筑綠色改造相關(guān)領(lǐng)域的項(xiàng)目專家、高校教師、研究生等人員發(fā)放調(diào)查問卷，讓他們對列出的各指標(biāo)采用1～9比例標(biāo)度法進(jìn)行重要程度打分12，然后根據(jù) AHP 法確定各個層次指標(biāo)的權(quán)重如下：

W=(0.1762，0.5318，0.0628,0.0429,0.1833)；

W1=(0.0951,0.0523,0.0288)；

W2=(0.258,0.0395,0.0567,0.1321,0.0455)；

W3=(0.0157,0.0471)；

W4=(0.0072,0.0114，0.0273)；

W5=(0.1222,0.0611)，具體結(jié)果見表3。

5.4 模糊綜合法的應(yīng)用

根據(jù)查閱相關(guān)文獻(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)確定常用潛力評語集合為V={V1，V2，V3，V4}={ 改造潛力大， 改造潛力一般， 改造潛力較小，無改造潛力 }，風(fēng) 險(xiǎn) 等 級 范 圍 分 別 是V1∈[80,100]，V2∈[60,80]，V3∈[50,60]，V4∈[0,50]。分別對應(yīng)GB/T50378-2019綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)中的三星級、二星級、一星級標(biāo)準(zhǔn)[20]。

根據(jù)調(diào)查問卷數(shù)據(jù)建立模糊綜合評價矩陣，具體如下：

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

根據(jù)模糊評價法的公式可得：B=W×R=(0.473，0.295,0.173,0.060)，具體結(jié)果見表4。

表4 權(quán)重計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表4的計(jì)算結(jié)果，在該建筑的綠色改造潛力評價中，可以清晰地得出處于“改造潛力大”的隸屬度為0.473，處于“改造潛力一般”的隸屬度為0.295，處于“改造潛力較小”的隸屬度為0.173，處于“無改造潛力”的隸屬度為0.060，根據(jù)最大隸屬度的原則，最終評定該建筑的改造潛力為大。最終，項(xiàng)目獲得三星級綠色建筑標(biāo)識，符合計(jì)算結(jié)論。

6 結(jié)語

針對當(dāng)前我國既有建筑綠色改造評價體系不夠完善的情況進(jìn)行潛力評價研究，利用AHP法確定潛力評價的權(quán)重，并用模糊綜合評價及最大隸屬度原則對其進(jìn)行分析，在潛力評價中做到定性與定量相結(jié)合，體現(xiàn)評價的科學(xué)性，最后用實(shí)例驗(yàn)證該潛力評價模型的可行性，但本文權(quán)重的確定及隸屬度的權(quán)重均通過對相關(guān)專家調(diào)查問卷得出，存在樣板數(shù)據(jù)量較小且主觀性太強(qiáng)的不足，因此，需要進(jìn)一步結(jié)合國內(nèi)外專家的相關(guān)方法及最新研究結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充，以期為我國的既有建筑綠色改造評價體系領(lǐng)域提供相應(yīng)參考。