模糊綜合評(píng)價(jià)的裝配式建筑綜合效益評(píng)價(jià)★

茹秋瑾，蘆 琴，馮建棟，徐志彪，李曉琳,2

(1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌 712100； 2.西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院，陜西 西安 710048)

我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，能源節(jié)約及環(huán)境保護(hù)已成為評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)。2020年生態(tài)環(huán)境部提出“提升生態(tài)文明，建設(shè)美麗中國”的理念。然而傳統(tǒng)建筑的建設(shè)效率低下，資源浪費(fèi)且污染環(huán)境，已經(jīng)嚴(yán)重影響了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[1]。據(jù)資料顯示，全國范圍內(nèi)用于建設(shè)的各種資源消耗約占社會(huì)總能耗的1/3[2]，在建設(shè)的過程中，產(chǎn)生的建筑垃圾約占社會(huì)垃圾的35%左右[3]。近年來建筑工業(yè)化水平不斷提高，裝配式建筑發(fā)展迅速，特別是在公共建筑方面。已有研究顯示：這種新型的建筑形式節(jié)能性好，可以減少建筑垃圾。裝配式建筑是指由工廠生產(chǎn)的部品部件等，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場并經(jīng)過一系列的機(jī)械組裝和連接而成的建筑[4]。其通過現(xiàn)代化的制造、運(yùn)輸、安裝和科學(xué)管理的生產(chǎn)方式，建設(shè)周期短，可以替代傳統(tǒng)建筑業(yè)中分散的、低水平的、低效率的生產(chǎn)方式[5]。裝配式建筑的主要標(biāo)志是建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)配件生產(chǎn)工廠化、施工機(jī)械化和組織管理科學(xué)化、節(jié)約建筑材料且環(huán)境污染小[6]。因此，從實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的健康發(fā)展和緩解傳統(tǒng)建筑的高能耗及低資源回收來看，如何有效的降低傳統(tǒng)建筑的資源消耗以及環(huán)境污染，是我國未來建筑行業(yè)要面對(duì)的重要問題。

1 裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀分析

1.1 國外裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀

裝配式建筑最早起源于歐洲，尤其是在第二次世界大戰(zhàn)之后，歐洲各國工業(yè)化進(jìn)程加快，對(duì)建筑的需求量迅速增加，裝配式建筑應(yīng)運(yùn)而生，由于其有諸多優(yōu)點(diǎn)，在建筑行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。在裝配式建筑發(fā)展過程中，德國在建筑構(gòu)件的安裝方面技術(shù)比較領(lǐng)先[7]，法國的裝配式建筑則常采用鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件[8]，瑞典則大力發(fā)展裝配式預(yù)制構(gòu)件體系[9]。目前來看，歐洲的裝配式技術(shù)處于世界前列，裝配效率高，目前已經(jīng)形成了完整的裝配式建筑及其配件生產(chǎn)體系，有一套標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)及建造流程。20世紀(jì)60年代，裝配式建筑開始在歐美、日本等國快速發(fā)展。裝配式建筑在美國的發(fā)展速度快，不但行業(yè)市場體系完整，而且構(gòu)件生產(chǎn)、施工等標(biāo)準(zhǔn)化程度比較高；日本的建筑工業(yè)化程度比較高，而且注重生產(chǎn)和科研的結(jié)合。Tam.C.M等人于2005年分析了裝配式建筑的建筑垃圾產(chǎn)生情況，研究結(jié)果顯示裝配式建筑比傳統(tǒng)建筑節(jié)約模板80%左右，節(jié)約混凝土60%左右[10]。Weiss M等人于2013年基于建筑零能耗的發(fā)展思路，結(jié)合現(xiàn)有的建筑外墻，得到了裝配式建筑的最低的溫室氣體排放量和能源消耗[11]。Tumminia Giovanni等人于2018年 利用全生命周期及建筑模擬相結(jié)合的方法，對(duì)裝配式建筑的能耗及環(huán)境影響進(jìn)行了分析，結(jié)果表明裝配式建筑在構(gòu)件生產(chǎn)階段產(chǎn)生的環(huán)境影響相對(duì)較大，但在使用及拆除階段產(chǎn)生的影響較小[12]。國外裝配式建筑的快速發(fā)展，對(duì)其在我國的推廣有積極作用。

1.2 國內(nèi)裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀

我國裝配式建筑的起步相對(duì)較晚，至20世紀(jì)50年代以來，才借鑒蘇聯(lián)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，提出裝配式建筑的發(fā)展思路，20世紀(jì)60年代～20世紀(jì)80年代基本處于停滯期，90年代現(xiàn)澆混凝土建筑發(fā)展迅速，直到21世紀(jì)初期，國家提出全面建成小康社會(huì)后，人們才逐漸關(guān)注建筑的質(zhì)量和功能[13]。近年來，我國建筑行業(yè)不斷吸收國外發(fā)展的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合我國的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展理念，并出臺(tái)了相關(guān)法規(guī)及措施。為更好的對(duì)我國傳統(tǒng)建筑的更新?lián)Q代提供理論基礎(chǔ)，國內(nèi)許多學(xué)者也對(duì)裝配式建筑的應(yīng)用進(jìn)行了諸多研究。清華大學(xué)張智慧等人于2010年利用LCA和可持續(xù)發(fā)展理論，對(duì)各類建筑的碳排放量進(jìn)行了分析，確定了裝配式建筑屬于低碳排放建筑[14-15]。重慶大學(xué)的丁孜鄭等人于2014年對(duì)裝配式建筑進(jìn)行了全生命周期的分析，尤其是對(duì)裝配式建筑在經(jīng)濟(jì)、環(huán)保及社會(huì)效益等方面進(jìn)行了量化分析[16]。2017年，青島理工大學(xué)李源芳采用AFD模型，對(duì)裝配式建筑在環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及安全等方面進(jìn)行了分析，并構(gòu)建了綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。雖然近年來我國在裝配式建筑方面發(fā)展較快，但目前裝配式建筑的研究主要集中在構(gòu)件預(yù)制及工廠化生產(chǎn)、成本控制等方面，對(duì)于其綜合效益評(píng)價(jià)還處于初級(jí)階段，加之我國地區(qū)環(huán)境差別較大，缺乏統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)?；诖?，本文選取陜西關(guān)中農(nóng)村地區(qū)的某裝配式建筑項(xiàng)目，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)其進(jìn)行綜合效益分析。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

經(jīng)過近20年的發(fā)展和研究，裝配式建筑的技術(shù)也已逐漸成熟，國家也多次強(qiáng)調(diào)表示支持，并出臺(tái)相關(guān)法律法規(guī)。但裝配式建筑的普及率并不高，主要是因?yàn)槠渚C合效益尚不明確，導(dǎo)致許多單位不敢嘗試，尤其是農(nóng)村地區(qū)的私人建筑，因此有必要對(duì)裝配式建筑的綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，本文擬從成本、環(huán)保、社會(huì)效益等三個(gè)方面選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)裝配式建筑的綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取

2.1.1 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)評(píng)價(jià)

經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是裝配式建筑綜合效益評(píng)價(jià)最重要的組成部分，本文擬結(jié)合全生命周期評(píng)價(jià)中的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分類，分別選擇前期費(fèi)、生產(chǎn)費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)、安裝費(fèi)、裝修費(fèi)、管理費(fèi)及回收費(fèi)等7個(gè)指標(biāo)作為經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.1.2 環(huán)保效益指標(biāo)評(píng)價(jià)

環(huán)保效益是建筑綜合效益評(píng)價(jià)的又一重要指標(biāo)，本文根據(jù)裝配式建筑在應(yīng)用過程中的實(shí)際，分別選取資源節(jié)約量、能源節(jié)約量、固廢排放量、大氣污染物排放量及噪聲污染等5個(gè)指標(biāo)作為環(huán)保效益評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.1.3 社會(huì)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)

一個(gè)行業(yè)的革新和發(fā)展，必然會(huì)帶來諸多社會(huì)效益，裝配式建筑作為一種新的建筑技術(shù)，必然會(huì)對(duì)行業(yè)的上下游及相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來影響。在對(duì)裝配式建筑的各方面進(jìn)行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，選取勞動(dòng)生產(chǎn)率、建筑施工安全水平、建筑質(zhì)量水平、建筑性能等四個(gè)指標(biāo)作為社會(huì)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.2 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)以上確定的三種評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立的裝配式建筑綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見表1。

表1 裝配式建筑綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3 指標(biāo)權(quán)重及綜合評(píng)判模型的確定

3.1 指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算方法

指標(biāo)權(quán)重確定的方法有德爾菲法、層次分析法、主成分分析法以及熵值法等。本文中指標(biāo)權(quán)重的確定采用層次分析法，主要有四個(gè)步驟，即確定層次結(jié)構(gòu)模型、建立判別矩陣、計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重值、對(duì)判別矩陣的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)。

1)確定模型結(jié)構(gòu)。

根據(jù)第二部分確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)建立三級(jí)模型結(jié)構(gòu)，目標(biāo)層(裝配式建筑綜合效益)，準(zhǔn)則層(經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會(huì)效益)，指標(biāo)層即各三級(jí)指標(biāo)共16個(gè)指標(biāo)。判別矩陣采用1～9級(jí)標(biāo)度法確定。

2)建立判別矩陣。

判別矩陣的建立就是針對(duì)準(zhǔn)則層和目標(biāo)層中各種因素進(jìn)行兩兩比較，判別哪個(gè)因素相對(duì)更重要，并根據(jù)其相對(duì)重要程度采用9度法進(jìn)行賦值。建立判別矩陣如下：

R=(aij)n×n

(1)

判別矩陣是一個(gè)可逆矩陣，如果因素i相對(duì)于j的重要性為aij，那么因素j相對(duì)于i的重要性就是1/aij，如果因素i和j的重要程度一樣，那么aij=aji=1。

3)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算。

指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算采用德爾菲法，調(diào)查的對(duì)象分別為建筑施工企業(yè)專家、高校教師、建筑管理單位、政府部門的專家等，共發(fā)出調(diào)查郵件150份，收回郵件96份，對(duì)收回郵件進(jìn)行整理、篩選分析，共有有效郵件42份。利用層次分析法中的特征向量法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具體步驟如下：

(2)

(3)

其中，CR為一致性比率，RI為隨機(jī)性指標(biāo)，隨機(jī)性指標(biāo)的確定依據(jù)矩陣的階數(shù)，見表2。如果CR≤0.1，則認(rèn)為一致性可以接受，如果CR>0.1，則認(rèn)為一致性不可接受，需要重新調(diào)整權(quán)重賦值。

表2 隨機(jī)性指標(biāo)指數(shù)

根據(jù)以上計(jì)算，可以確定出裝配式建筑的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

4)綜合權(quán)重的確定。

如果假設(shè)二級(jí)指標(biāo)相對(duì)一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重的特征向量為V，三級(jí)指標(biāo)相對(duì)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重為W，那么三級(jí)指標(biāo)相對(duì)一級(jí)指標(biāo)的綜合權(quán)重就是U=V×W。

3.2 綜合評(píng)價(jià)模型的確定

1)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則集的確定。

本文中評(píng)價(jià)模型選擇模糊綜合評(píng)價(jià)，其首先需要建立評(píng)價(jià)準(zhǔn)則集。我們將綜合效益劃分為5個(gè)等級(jí)，即[優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格]。如果說綜合效益為1的話，分別對(duì)5個(gè)等次進(jìn)行賦值：優(yōu)秀[0.8～1]，良好[0.6～0.8]，中等[0.4～0.6]，及格[0.2～0.4]，不及格[0～0.2]。

2)隸屬度的確定。

隸屬度就是指各種評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于準(zhǔn)則集的從屬程度，如果用第n個(gè)指標(biāo)做隸屬于準(zhǔn)則集的隸屬度，就可能得到隸屬向量Ri=(ri1,ri2,…,rij),那么如果對(duì)所有的指標(biāo)做隸屬于準(zhǔn)則集的隸屬向量，便可以得到裝配式建筑綜合效益指標(biāo)體系的隸屬度矩陣Rn×n，n=16。

3)模糊綜合評(píng)價(jià)模型的建立。

結(jié)合綜合評(píng)價(jià)和模糊集的相關(guān)研究理論和已知的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則集、隸屬度等，可以得到一個(gè)模糊綜合評(píng)價(jià)的模型，設(shè)模糊綜合評(píng)價(jià)的模型為S，則S=UT×R，根據(jù)計(jì)算可得到S為一個(gè)n列向量，表示裝配式建筑中各種影響因素相對(duì)于綜合權(quán)重的隸屬程度，在S中，最大的值表示綜合效益隸屬于準(zhǔn)則集中的相應(yīng)級(jí)別，因此它所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)也就是整個(gè)裝配式建筑綜合效益的最終評(píng)價(jià)結(jié)果，S向量中其他值表示綜合效益隸屬于其他評(píng)價(jià)等級(jí)的可能。

4 實(shí)例分析

陜西關(guān)中地區(qū)某縣新農(nóng)村住宅項(xiàng)目，該項(xiàng)目總共占24 200 m2，采用裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建設(shè)，共44戶，每戶建筑面積180 m2，設(shè)置一個(gè)小院約100 m2，總建筑面積約7 920 m2。附屬建設(shè)項(xiàng)目包括道路硬化、自來水、排水管道安裝等，項(xiàng)目建設(shè)工期3個(gè)月。

4.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重確定

評(píng)價(jià)指標(biāo)采用2.2中確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，共3個(gè)二級(jí)指標(biāo)，16個(gè)三級(jí)指標(biāo)。根據(jù)德爾菲法對(duì)指標(biāo)權(quán)重打分，采用層次分析法中的特征向量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，確定的各指標(biāo)權(quán)重見表3。

表3 裝配式建筑綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

4.2 指標(biāo)一致性檢驗(yàn)

1)二級(jí)指標(biāo)一致性檢驗(yàn)。

最大特征值計(jì)算：根據(jù)λmax的計(jì)算公式可以得到λmax=3.076，根據(jù)式(2)和式(3)，可以計(jì)算出CR=0.066<0.1，因此可以判斷二級(jí)指標(biāo)的一致性可接受，因此其權(quán)重向量也是可以接受的。

2)三級(jí)指標(biāo)的一致性檢驗(yàn)。

相對(duì)于二級(jí)指標(biāo)(經(jīng)濟(jì)效益)的一致性檢驗(yàn)，根據(jù)以上的方法，同理可以計(jì)算出：

λmax經(jīng)濟(jì)=7.514，CR經(jīng)濟(jì)=0.064 9<0.1，λmax資源=5.398，CR資源=0.089<0.1，λmax社會(huì)=4.246，CR社會(huì)=0.09<0.1。

說明各三級(jí)指標(biāo)相對(duì)二級(jí)指標(biāo)的一致性也是可以接受的。

3)綜合權(quán)重的計(jì)算。

根據(jù)綜合權(quán)重的計(jì)算公式，可得：

經(jīng)計(jì)算：U=(0.266，0.124，0.044，0.117，0.056，0.036，0.023，0.081，0.064，0.019，0.036，0.029，0.038，0.029，0.020，0.018)T。

4)模糊綜合評(píng)價(jià)。

為確定該裝配式建筑項(xiàng)目的綜合效益，在項(xiàng)目實(shí)施前，通過調(diào)研確定16種三級(jí)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則集中五個(gè)等次的隸屬程度，從而得到隸屬度矩陣R如上。根據(jù)S=UT×R可以得出S=(0.184 4，0.303 8，0.165 8，0.135 3，0.142 6)，用矩陣S和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則集進(jìn)行比較，可以看出數(shù)值中只有第二個(gè)0.303 8最大，因此可以判斷出該項(xiàng)目的綜合效益屬于第二級(jí)別良好。

5 結(jié)論

1)本文根據(jù)裝配式建筑的特點(diǎn)，依據(jù)《工業(yè)化建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，分別從經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能及環(huán)保、社會(huì)效益等三個(gè)方面選取16個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立裝配式建筑綜合效益的三級(jí)評(píng)價(jià)體系。采用德爾菲法進(jìn)行指標(biāo)調(diào)查，結(jié)合層次分析法中的特征向量法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，建立可以量化的裝配式建筑評(píng)價(jià)體系。2)建立模糊綜合評(píng)價(jià)模型，該模型可以將指標(biāo)定量化。結(jié)合實(shí)際工程案例，對(duì)各級(jí)指標(biāo)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，指標(biāo)均滿足一致性檢驗(yàn)，說明了該模型的合理性和科學(xué)性。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，該項(xiàng)目的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為良好，說明了裝配式建筑作為一種新興建筑，在農(nóng)村地區(qū)具有良好的推廣價(jià)值。