裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件參數(shù)對(duì)碳排放量的影響

程小春 傅軍 徐金濤 陳俊宏

摘 要： 為減少建筑碳排放量，裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計(jì)需要通過分析參數(shù)變化對(duì)碳排放的影響來確定最優(yōu)方案。應(yīng)用正交設(shè)計(jì)法確定試驗(yàn)構(gòu)件數(shù)量，并通過BIM建模和工程量統(tǒng)計(jì)，分析預(yù)制率、混凝土強(qiáng)度、配筋率、梁板柱尺寸等對(duì)構(gòu)件碳排放量的影響；采用層次分析法（Analytic hierarchy process， AHP）方法確定了參數(shù)權(quán)重，并給出了工程設(shè)計(jì)優(yōu)化建議。結(jié)果表明：根據(jù)各設(shè)計(jì)參數(shù)的敏感性比較結(jié)果，參數(shù)影響性排序?yàn)榛炷翉?qiáng)度、板厚、柱高、預(yù)制率、配筋率、尺寸。該研究可為雙碳時(shí)代背景下裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供工程決策參考。

關(guān)鍵詞：碳排放；裝配式混凝土結(jié)構(gòu)；構(gòu)件設(shè)計(jì)；敏感性分析；層次分析法

中圖分類號(hào)：TU741；X322

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-3851 （2023） 05-0404-11

引文格式：程小春，傅軍，徐金濤，等. 裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件參數(shù)對(duì)碳排放量的影響［J］. 浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2023，49（3）：404-414.

Reference Format： CHENG? Xiaochun，? FU Jun，? XU jintao，et al. The influence of component parameters of prefabricated concrete frame structural elements on carbon emission［J］. Journal of Zhejiang Sci-Tech University，2023，49（3）：404-414.

The influence of component parameters of prefabricated concrete frame structural elements on carbon emission

CHENG Xiaochun¹， FU Jun²， XU Jintao²， CHEN Junhong²

（1. School of Construction Engineering， Zhejiang Guangsha Vocational and Technical University of Construction， Dongyang 322100， China; 2. School of Civil Engineering and Architecture， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：In order to reduce the carbon footprint of buildings， the optimal solution to the component design of prefabricated concrete frame structures needs to be determined by analyzing the effects of parameter variations. The orthogonal design method was applied to determine the number of test elements， and the influence of prefabrication rate， concrete strength， reinforcement rate and beam-slab-column dimensions on the carbon emissions of the elements was analyzed through BIM modelling and volume statistics; the analytic hierarchy process （AHP） was used to determine the parameter weights and give suggestions for engineering design optimization. The results show that， based on the results of the sensitivity comparison of various design parameters， the parameters are ranked in order of influence as concrete strength， slab thickness， column height， prefabrication rate， reinforcement rate and dimensions. The study can provide reference for engineering decisions on the design of assembled concrete frame structures in the context of the dual carbon era.

Key words： carbon emission; prefabricated concrete structure; component design; sensitivity analysis; AHP

0 引 言

裝配式建筑可實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化生產(chǎn)，減少現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)施工，已成為綠色建筑的典型代表之一。國務(wù)院于2021年印發(fā)了《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》^［1］，明確要推動(dòng)裝配式建筑發(fā)展和建筑低碳轉(zhuǎn)型，確保達(dá)成有效控制建筑碳排放、全面執(zhí)行綠色建筑的目標(biāo)。

裝配式建筑碳足跡分布和碳排放相關(guān)問題已成為學(xué)界研究熱點(diǎn)。趙愈等^［2］從影響因素的重要程度和各因素之間的關(guān)系出發(fā)，采用DEMATEL-ISM方法分析了23個(gè)裝配式建筑碳排放影響因素的重要程度和各因素的相互關(guān)系；李萌萌等^［3］針對(duì)裝配式建筑物化階段的碳排放，利用碳排放系數(shù)法對(duì)結(jié)構(gòu)方程與裝配式建筑項(xiàng)目概況、建材消耗、運(yùn)輸與倉儲(chǔ)等6個(gè)方面的關(guān)系進(jìn)行了研究，得到了各因素對(duì)物化階段碳排放的影響關(guān)系；李靜等^［4］針對(duì)裝配率變化對(duì)碳足跡的影響問題，建立了建筑物化碳足跡量化評(píng)價(jià)模型，分析了不同預(yù)制率對(duì)碳足跡的影響；張俊強(qiáng)^［5］從數(shù)學(xué)建模的視角出發(fā)，采用DEA（Data envelopment analysis）算法模擬了建筑物化階段的CO₂減排量；高鑫等^［6］利用排放系數(shù)法計(jì)算裝配式建筑各個(gè)階段的碳足跡值，并提出了減排措施；孫少楠等^［7］研究了寒冷地區(qū)被動(dòng)式構(gòu)造敏感因子對(duì)建筑能耗的影響，并采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法得到了節(jié)能最優(yōu)水平組合；Bonamente等^［8］根據(jù)意大利裝配式建筑部門的碳排放和能源足跡數(shù)據(jù)，對(duì)建筑生命周期不同階段的溫室氣體排放和能源消耗進(jìn)行了參數(shù)估計(jì)，并提出了減少建筑行業(yè)碳排放的措施。Fortuna等^［9］、Li等^［10］從施工工藝的角度出發(fā)，對(duì)傳統(tǒng)施工工藝和裝配式施工工藝進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)裝配式產(chǎn)生的碳排放較低。Atmaca^［11］、Cabeza等^［12］從全生命周期的視角出發(fā)，對(duì)集裝箱和裝配式房屋進(jìn)行碳排放量對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)全周期的裝配式房屋碳排放量較小。相關(guān)研究大多集中在裝配式建筑全生命周期中各物化階段相關(guān)碳排放影響因素的分析，而有關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件參數(shù)對(duì)碳排放的影響研究較少。

本文基于結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)的參數(shù)敏感性分析，對(duì)裝配式混凝土框架物化階段的材料消耗量的碳排放進(jìn)行比較分析，研究預(yù)制率、混凝土強(qiáng)度、配筋率、梁板柱尺寸等對(duì)構(gòu)件碳排放量的影響；采用層次分析法（Analytic hierarchy process， AHP）方法確定了參數(shù)權(quán)重，進(jìn)而明確各影響參數(shù)的極差情況和影響程度，據(jù)此給出工程設(shè)計(jì)優(yōu)化策略。本文可為工程設(shè)計(jì)中參數(shù)的多因素分析提供定量分析方法，從而在方案階段確定合理的建筑材料降碳措施，為雙碳時(shí)代背景下裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供工程決策參考。

1 技術(shù)路線及模型構(gòu)建

本文從工程設(shè)計(jì)的視角出發(fā)，分析裝配式框架物化階段材料消耗量的碳足跡，統(tǒng)計(jì)主要構(gòu)件設(shè)計(jì)參數(shù)變化導(dǎo)致的材料消耗量和碳排放量，進(jìn)而對(duì)影響參數(shù)的敏感性進(jìn)行分析和排序。

1.1 技術(shù)路線

本文采用的技術(shù)路線如圖1所示。首先采用正交設(shè)計(jì)法，設(shè)計(jì)一個(gè)關(guān)于材料強(qiáng)度、幾何尺寸、預(yù)制率等參數(shù)的框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件簡單模型，建立合理的梁板柱構(gòu)件（上部結(jié)構(gòu)）BIM模型；然后統(tǒng)計(jì)相應(yīng)的工程量，根據(jù)碳排放因子得出碳排放量，觀察構(gòu)件設(shè)計(jì)參數(shù)的變化趨勢(shì)并確定敏感性；最后采用層次分析法確定各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)影響權(quán)重。

1.2 裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件參數(shù)正交設(shè)計(jì)

在工程實(shí)踐中，影響建筑碳排放的設(shè)計(jì)參數(shù)很多。通過工程實(shí)踐和咨詢行業(yè)工程師總結(jié)發(fā)現(xiàn)，預(yù)制率、混凝土強(qiáng)度、配筋率、梁板柱尺寸、板厚都是影響碳排放的重要參數(shù)，因此本文選用上述6個(gè)參數(shù)作為變化參數(shù)，各設(shè)計(jì)參數(shù)的取值選擇實(shí)際工程中運(yùn)用較多的數(shù)值。

采用正交設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)了4因子3水平、2因子5水平共25組試件L₂₅（3⁴×5²）的混合正交表，其中：尺寸（L×B）分別為3.6 m×6.0 m、5.1 m×5.1 m、6.6 m×6.6 m三檔；柱高H分別為3.0、4.2、5.1 m三檔；板厚h分別為80、100、120、150、180 mm五檔；配筋分別為0.3%、1.2%、2.5%三檔；強(qiáng)度等級(jí)分別為C20、C30、C40三檔。考慮三種四檔裝配式施工方案：方案一采取全預(yù)制裝配式的施工分案，預(yù)制率為100%；方案二采取傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工方案，預(yù)制率為0；方案三采取部分現(xiàn)場(chǎng)澆筑部分預(yù)制裝配式的施工方案，預(yù)制率分別為25%和75%。由此共得到25組模型，構(gòu)件混合正交見表1。

1.3 BIM模型構(gòu)建

采用BIM建立簡單的混凝土模型，如圖2所示。裝配式混凝土框架由板、梁、柱構(gòu)成，其中：L為模型板長，B為模型板寬，H為模型柱高，h為模型板厚。

2 碳排放量計(jì)算與結(jié)果分析

本文根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)材料碳足跡因子，確定碳排放量計(jì)算模型，采用PKPM-BIM軟件建模統(tǒng)計(jì)各個(gè)模型的工程量和相應(yīng)的碳排放量。

2.1 碳足跡分類表

各類材料的碳足跡數(shù)據(jù)庫是碳排放計(jì)算的前提條件。本文根據(jù)IPCC碳足跡數(shù)據(jù)庫、LCA軟件Ecoinvent v2.0內(nèi)置的材料碳足跡因子數(shù)據(jù)庫^［3］以及GB/T 51366—2019《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)數(shù)據(jù)，得到各材料的碳足跡因子，如表2所示。

2.2 碳排放量計(jì)算模型

裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)相應(yīng)碳排放量統(tǒng)計(jì)C_M計(jì)算公式為：

其中：M_i為第i種材料的用量，CE_i代表第i（i=1， …， n）種材料的碳足跡因子，n表示材料總數(shù)。

2.3 工程量統(tǒng)計(jì)及碳排放量計(jì)算

采用PKPM-BIM軟件建模，統(tǒng)計(jì)各個(gè)模型的工程量和相應(yīng)的碳排放量，結(jié)果見表3。

3 設(shè)計(jì)參數(shù)敏感性分析

設(shè)計(jì)參數(shù)敏感性分析是研究裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)各構(gòu)件對(duì)其整體碳排放量影響的重要組成部分，探究各構(gòu)件設(shè)計(jì)參數(shù)變化對(duì)碳排放量的影響情況。本文對(duì)構(gòu)件的預(yù)制率、混凝土強(qiáng)度、柱高、配筋率、板厚、構(gòu)件尺寸等對(duì)裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)碳排放量的影響逐一進(jìn)行分析。

3.1 預(yù)制率對(duì)裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)碳排放量的影響

統(tǒng)計(jì)不同構(gòu)件相同混凝土預(yù)制率的各個(gè)碳排放量極差可以了解不同預(yù)制率下構(gòu)件整體碳排放量的穩(wěn)定情況，結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出：當(dāng)預(yù)制率為0%時(shí)，改變其構(gòu)件的長寬尺寸、柱高、配筋率、板厚、混凝土強(qiáng)度，碳排放量極差為7281.32 kgCO_2e。當(dāng)預(yù)制率為25%時(shí)，改變其構(gòu)件的長寬尺寸、柱高、配筋率、板厚、混凝土強(qiáng)度，碳排放量極差為4537.54 kgCO_2e。當(dāng)預(yù)制率為50%時(shí)，改變其構(gòu)件的長寬尺寸、柱高、配筋率、板厚、混凝土強(qiáng)度，碳排放量極差為6168.48 kgCO_2e。當(dāng)預(yù)制率為75%時(shí)，改變其構(gòu)件的長寬尺寸、柱高、配筋率、板厚、混凝土強(qiáng)度，碳排放量極差為3192.77 kgCO_2e。當(dāng)預(yù)制率為100%時(shí)，改變其構(gòu)件的長寬尺寸、柱高、配筋率、板厚、混凝土強(qiáng)度，碳排放量極差為2157.26 kgCO_2e。當(dāng)混凝土框架結(jié)構(gòu)預(yù)制率達(dá)到100%時(shí)，其碳排放量極差最小，能更好地控制整體碳排放量；當(dāng)混凝土框架結(jié)構(gòu)預(yù)制率為0%時(shí)，其碳排放量極差最大，整體碳排放量較不穩(wěn)定。

3.2 混凝土強(qiáng)度對(duì)裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)碳排放量的影響

統(tǒng)計(jì)不同構(gòu)件相同混凝土強(qiáng)度下的各個(gè)碳排放量的極差，結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出：當(dāng)構(gòu)件使用C20強(qiáng)度混凝土?xí)r，改變其構(gòu)件的長寬尺寸、柱高、配筋率、板厚、預(yù)制率，碳排放量極差為5885.82 kgCO_2e。當(dāng)構(gòu)件使用C30強(qiáng)度混凝土?xí)r，改變其構(gòu)件的長寬尺寸、柱高、配筋率、板厚、預(yù)制率，碳排放量極差為6881.07 kgCO_2e。當(dāng)構(gòu)件使用C40強(qiáng)度混凝土?xí)r，改變其構(gòu)件的長寬尺寸、柱高、配筋率、板厚、預(yù)制率，碳排放量極差為5168.86 kgCO_2e。由此可以看出，采用C40強(qiáng)度等級(jí)混凝土的構(gòu)件，其碳排放量極差最小，碳排放量較為平穩(wěn)。

3.3 柱高對(duì)裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)碳排放量的影響

統(tǒng)計(jì)不同構(gòu)件相同柱高下各個(gè)碳排放量極差，結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出：當(dāng)構(gòu)件柱高為3.0 m時(shí)，改變其構(gòu)件的長寬尺寸、混凝土強(qiáng)度、配筋率、板厚、預(yù)制率，碳排放量極差為5370.47 kgCO_2e。當(dāng)構(gòu)件柱高為4.2 m時(shí)，改變其構(gòu)件的長寬尺寸、混凝土強(qiáng)度、配筋率、板厚、預(yù)制率，碳排放量極差為3458.39 kgCO_2e。當(dāng)構(gòu)件柱高為5.1 m時(shí)，改變其構(gòu)件的長寬尺寸、混凝土強(qiáng)度、配筋率、板厚、預(yù)制率，碳排放量極差為5933.04 kgCO_2e。由此可以明顯看出：當(dāng)柱高為4.2 m時(shí)，其碳排放量極差最小，碳排放量較為穩(wěn)定；當(dāng)柱高為5.1 m時(shí)，其碳排放量極差最大，碳排放量較不穩(wěn)定。

3.4 配筋率對(duì)裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)碳排放量的影響

統(tǒng)計(jì)不同構(gòu)件相同配筋率下各個(gè)碳排放量的極差，結(jié)果如圖6所示。從圖6可以看出：當(dāng)構(gòu)件配筋率為0.3%時(shí)，改變其構(gòu)件的長寬尺寸、混凝土強(qiáng)度、柱高、板厚、預(yù)制率，其碳排放量極差為4130.56 kgCO_2e。當(dāng)構(gòu)件配筋率為1.2%時(shí)，改變其構(gòu)件的長寬尺寸、混凝土強(qiáng)度、柱高、板厚、預(yù)制率，碳排放量極差為3192.77 kgCO_2e。當(dāng)構(gòu)件配筋率為2.5%時(shí)，改變其構(gòu)件的長寬尺寸、混凝土強(qiáng)度、柱高、板厚、預(yù)制率，碳排放量極差為5916.13 kgCO_2e。由此可以看出：當(dāng)構(gòu)件配筋率為1.2%時(shí)，其碳排放量極差最小，碳排放量較為穩(wěn)定；當(dāng)構(gòu)件配筋率為2.5%時(shí)，其碳排放量極差最大，碳排放量較不穩(wěn)定。

3.5 板厚對(duì)裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)碳排放量的影響

統(tǒng)計(jì)不同構(gòu)件相同板厚下各個(gè)碳排放量的極差，結(jié)果如圖7所示。從圖7可以看出：當(dāng)構(gòu)件板厚為80 mm時(shí)，改變其構(gòu)件的長寬尺寸、混凝土強(qiáng)度、柱高、配筋率、預(yù)制率，碳排放量極差為6568.73 kgCO_2e。當(dāng)構(gòu)件板厚為100 mm時(shí)，改變其構(gòu)件的長寬尺寸、混凝土強(qiáng)度、柱高、配筋率、預(yù)制率，碳排放量極差為5485.57 kgCO_2e。當(dāng)構(gòu)件板厚為120 mm時(shí)，改變其構(gòu)件的長寬尺寸、混凝土強(qiáng)度、柱高、配筋率、預(yù)制率，碳排放量極差為4596.00 kgCO_2e。當(dāng)構(gòu)件板厚為150 mm時(shí)，改變其構(gòu)件的長寬尺寸、混凝土強(qiáng)度、柱高、配筋率、預(yù)制率，碳排放量極差為3179.46 kgCO_2e。當(dāng)構(gòu)件板厚為180 mm時(shí)，改變其構(gòu)件的長寬尺寸、混凝土強(qiáng)度、柱高、配筋率、預(yù)制率，碳排放量極差為5916.24 kgCO_2e。由此可以看出，當(dāng)構(gòu)件板厚為150 mm時(shí)，其碳排放量極差最小，碳排放量較為穩(wěn)定；當(dāng)構(gòu)件板厚為80 mm時(shí)，其碳排放量極差最大，碳排放量較不穩(wěn)定。

3.6 構(gòu)件尺寸對(duì)裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)碳排放量的影響

統(tǒng)計(jì)不同構(gòu)件相同尺寸下的各個(gè)碳排放量的極差，結(jié)果如圖8所示。從圖8可以看出：當(dāng)構(gòu)件長寬尺寸（L×B）為3.6 m×6.0 m時(shí)，改變其構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度、柱高、配筋率、板厚、預(yù)制率，碳排放量極差為3435.11 kgCO_2e。當(dāng)構(gòu)件長寬尺寸（L×B）為5.1 m×5.1 m時(shí)，改變其構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度、柱高、配筋率、板厚、預(yù)制率，碳排放量極差為2631.07 kgCO_2e。當(dāng)構(gòu)件長寬尺寸（L×B）為6.6 m×6.6 m時(shí)，改變其構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度、柱高、配筋率、板厚、預(yù)制率，碳排放量極差為3724.19 kgCO_2e。由此可以看出：當(dāng)構(gòu)件長寬尺寸（L×B）為5.1 m×5.1 m時(shí)，其碳排放量極差最小，碳排放量較為穩(wěn)定；當(dāng)構(gòu)件長寬尺寸（L×B）為6.6 m×6.6 m時(shí)，其碳排放量極差最大，碳排放量較不穩(wěn)定。

3.7 各種設(shè)計(jì)參數(shù)下極差變化幅度及趨勢(shì)分析

綜上得到各種參數(shù)極差變化幅度及趨勢(shì)，結(jié)果如圖9所示。由圖9可見，不同柱高影響下的極差最為穩(wěn)定且呈穩(wěn)步增長的趨勢(shì)，隨著柱高的不斷增加，其碳排放量極差先降低再增加，選擇合適的柱高能有效控制構(gòu)件的碳排放量；隨著混凝土預(yù)制率的不斷增加，其極差越來越低，預(yù)制混凝土可以有效減少碳排放量；隨著混凝土強(qiáng)度的不斷提高，其極差隨之降低，選擇適合的混凝土強(qiáng)度能有效控制整體構(gòu)件的碳排放量；隨著板厚的不斷增加，其極差呈下降又上升的趨勢(shì)，且當(dāng)板厚為150 mm時(shí)極差最?。浑S著配筋率的不斷增加，其極差呈下降又上升的趨勢(shì)，且當(dāng)配筋率為1.2%時(shí)極差最小，選擇合適的板厚和配筋率能有效控制整體構(gòu)件的碳排放量。根據(jù)各構(gòu)件設(shè)計(jì)參數(shù)在不同水平條件下的碳排放量和極差，由正交試驗(yàn)可知，各構(gòu)件參數(shù)的水平變動(dòng)對(duì)構(gòu)件碳排放量的影響主次順序?yàn)椋夯炷翉?qiáng)度、構(gòu)件板厚、柱高、預(yù)制率、配筋率、長寬尺寸。

4 構(gòu)件影響參數(shù)權(quán)重分析

本文采用層次分析法，將與權(quán)重排序有關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)分解成目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層等層次^［13］，得出影響參數(shù)對(duì)決策目標(biāo)的權(quán)重。

4.1 構(gòu)建層次

對(duì)于層次分析法的運(yùn)用，本文以碳排放各類設(shè)計(jì)參數(shù)組合為因素A，作為裝配式混凝土框架物化階段材料消耗量碳足跡目標(biāo)層，尺寸、柱高、預(yù)制率等影響參數(shù)B1～B6為準(zhǔn)則層，各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)下的不同檔次數(shù)C1～C22為方案層，構(gòu)建的裝配式混凝土框架物化階段的碳排放影響參數(shù)層次圖如圖10所示。

4.2 構(gòu)建判斷矩陣

對(duì)同層指標(biāo)的影響因素之間采用Saaty提出的1～9標(biāo)度法進(jìn)行重要性的兩兩比較^［14-15］，形成判斷矩陣，其中標(biāo)度法中量化值對(duì)應(yīng)的影響程度見表4。

基于上述正交試驗(yàn)得到的極差趨勢(shì)表明的參數(shù)對(duì)碳排放量影響的主次順序可知，混凝土強(qiáng)度對(duì)構(gòu)件碳排放量影響最大，其次分別是構(gòu)件的板厚、柱高、預(yù)制率、配筋率，影響最小的是構(gòu)件的長寬尺寸。從各參數(shù)的平均極差的數(shù)值大小來看，板厚的平均極差與混凝土強(qiáng)度的平均極差相比較大，板厚、柱高、預(yù)制率這3個(gè)參數(shù)的平均極差相對(duì)接近，配筋率和預(yù)制率兩參數(shù)之間的平均極差也比較接近，而構(gòu)件的長寬尺寸的平均極差比配筋率的平均極差要小很多。由此對(duì)目標(biāo)層的參數(shù)兩兩比較并打分，構(gòu)建目標(biāo)層判斷矩陣，結(jié)果如表5所示。

4.3 各層要素權(quán)重計(jì)算

采用和積法對(duì)目標(biāo)層的判斷矩陣進(jìn)行處理，將每一列分別求和，再將每一列中的數(shù)值分別除以得到的和，可以得出一個(gè)按列歸一化的矩陣^［16-17］，再將該矩陣每一行的元素a_ij取平均值，得到每個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)的權(quán)重ω_i，即

由式（2）計(jì)算得到目標(biāo)層參數(shù)的權(quán)重，結(jié)果見表6。

4.4 一致性檢驗(yàn)

判斷矩陣作為計(jì)算排序權(quán)重向量的依據(jù)，其結(jié)果要通過一致性檢驗(yàn)。一次性檢驗(yàn)的計(jì)算公式為：

其中：CI指一次性指標(biāo)^［18］，RI為平均隨機(jī)一次性指標(biāo)^［15］，N指矩陣的階數(shù)^［18］，λ_max為最大特征值^［18］。

RI可以通過表7查到。一致性檢驗(yàn)應(yīng)當(dāng)從上至下逐層進(jìn)行。只有當(dāng)CR<0.1時(shí)，才認(rèn)為所對(duì)應(yīng)判斷矩陣的一致性可以接受，此時(shí)可判斷得到的權(quán)重是可靠的^［19］；若CR≥0.1，則可以認(rèn)為判斷矩陣產(chǎn)生了邏輯性錯(cuò)誤，需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行修正，直到符合一致性檢驗(yàn)要求。

通過式（3）—（6）求得目標(biāo)層的λ_max=6.401，CI=0.064<0.1，此時(shí)目標(biāo)層的一次性檢驗(yàn)通過。通過同樣的方法計(jì)算得到準(zhǔn)則層的權(quán)重，結(jié)果見表8；準(zhǔn)則層一次性檢驗(yàn)結(jié)果見表9。

5 結(jié)論及建議

本文提出了一種裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件參數(shù)對(duì)碳排放影響的比較分析方法。首先通過正交設(shè)計(jì)法確定試驗(yàn)構(gòu)件數(shù)量，并用BIM建立的模型以及碳排放因子得到碳排放量，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)的參數(shù)敏感性分析得到影響參數(shù)主次順序，最后采用層次分析法分析確定設(shè)計(jì)參數(shù)的權(quán)重排序。所得主要結(jié)論如下：

a）混凝土強(qiáng)度這個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)在整個(gè)構(gòu)件碳排放量所占的權(quán)重最大，使用強(qiáng)度合適的混凝土可以有效減少構(gòu)件碳排放量。

b）除預(yù)制率外，其他設(shè)計(jì)參數(shù)的碳排放量會(huì)隨著影響參數(shù)的檔次增加而增加，而預(yù)制率相反，預(yù)制率越高其碳排放量越??；

c）選擇合適的板厚、配筋率、混凝土強(qiáng)度可以在一定程度上減少構(gòu)件的碳排放量。

本文采用正交設(shè)計(jì)法和層次分析法兩者結(jié)合的思路來研究裝配式建筑物化階段構(gòu)件設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)碳排放量的影響，為方案階段確定合理的建筑材料降碳措施提供思路，從而推動(dòng)裝配式建筑的低碳化。本文提出如下工程實(shí)踐建議：

a）在根據(jù)安全、適用、經(jīng)濟(jì)等設(shè)計(jì)原則前提下，應(yīng)綜合考慮各類碳足跡因子影響參數(shù)的優(yōu)化分析。

b）基于生命周期全過程的碳排放的研究還有諸多參數(shù)影響著碳排放量，應(yīng)選取影響較大的參數(shù)結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行優(yōu)化。

c）進(jìn)一步可以采用數(shù)據(jù)采樣和蒙特卡洛模擬等方法得到足夠多的分析樣本，通過概率統(tǒng)計(jì)后確定參數(shù)的合理取值區(qū)間。

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（責(zé)任編輯：康 鋒）