基于云模型耦合AHP的裝配式建筑全生命周期綠色度評(píng)價(jià)*

李輝山 趙瑞瑞

(蘭州理工大學(xué)，甘肅 蘭州 730050)

0 引言

2022年年底，中國建筑節(jié)能協(xié)會(huì)能耗與碳排放數(shù)據(jù)專業(yè)委員會(huì)發(fā)布的《2022年中國建筑能耗研究報(bào)告》顯示，2020年，全國建筑全過程能耗和碳排放總量分別為22.7億tce(標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)量當(dāng)量)和50.8億tCO2，分別占全國能源消費(fèi)總量的45.5%和50.9%。建筑行業(yè)應(yīng)大力推行節(jié)能和低碳建筑，促進(jìn)雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)?！堆b配式建筑綜合效益分析方法研究》中的測(cè)算結(jié)果顯示，裝配式建筑在整個(gè)生命周期內(nèi)可減少碳排放，其中建造階段減少碳排放645.66t，使用階段減少碳排放2415.9t。裝配式建筑改變了傳統(tǒng)建造方式，符合綠色發(fā)展理念，實(shí)現(xiàn)了建筑產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)勢(shì)，已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。

裝配式建筑雖然具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但其較傳統(tǒng)建造方式的應(yīng)用和推廣范圍較窄，發(fā)展呈區(qū)域性特點(diǎn)。為促進(jìn)裝配式建造方式的改革、創(chuàng)新和發(fā)展，進(jìn)一步加快我國建筑行業(yè)低碳、綠色發(fā)展，本研究構(gòu)建了裝配式建筑全生命周期綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立了綠色度評(píng)價(jià)模型。

1 文獻(xiàn)綜述

1.1 裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)研究

魏明海[1]、楊蘇[2]等基于全生命周期理論，構(gòu)建了以“四節(jié)一環(huán)保”、文脈、技術(shù)、室內(nèi)及室外環(huán)境、施工文明程度、運(yùn)營(yíng)管理、評(píng)價(jià)管理和使用壽命為準(zhǔn)則層的裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；朱百峰[3]和許兆豐[4]建立了四維度的裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，前者基于機(jī)制運(yùn)行度、經(jīng)濟(jì)綠色度、效益協(xié)調(diào)度和環(huán)境平衡度構(gòu)建，后者基于資源節(jié)約與利用、環(huán)境保護(hù)、舒適度、管理機(jī)制構(gòu)建。

1.2 裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)模型相關(guān)研究

2018年，曹志成等[5]采用CRITIC和TOPSIS法構(gòu)建裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)模型，結(jié)果表明該模型具有合理性，且主要適用于新舊裝配式建筑綠色度對(duì)比研究；2020年，王乾坤等[6]采用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)云物元模型評(píng)價(jià)裝配式建筑施工綠色度，結(jié)果表明裝配式建筑綠色度等級(jí)為二級(jí)，且云物元理論引入評(píng)價(jià)過程使得評(píng)價(jià)結(jié)果更具客觀性；2022年，曹敏等[7]為評(píng)價(jià)裝配式建筑綠色度，建立了組合賦權(quán)-屬性識(shí)別的綜合評(píng)價(jià)模型，結(jié)果表明該模型就裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)具良好的適用性。

綜上，目前國內(nèi)裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)相關(guān)研究較為豐富，評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)建考慮了主客觀環(huán)境、經(jīng)濟(jì)及人文等因素，評(píng)價(jià)方法及模型多元化，但存在裝配式建筑全生命周期綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)選取不全面、對(duì)指標(biāo)維度權(quán)重的設(shè)置不合理的情況。因此，本文在已有研究的基礎(chǔ)上，采用云模型(Cloud Model，CM)耦合層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)構(gòu)建裝配式建筑全生命周期綠色度評(píng)價(jià)模型，為裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)提供一種新的評(píng)價(jià)模型，并為其發(fā)展和推廣提供參考依據(jù)。

2 裝配式建筑全生命周期綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建筑

通過文獻(xiàn)閱讀法梳理裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用線上邀請(qǐng)專家訪談的方式構(gòu)建裝配式建筑全生命周期綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見表1。

表1 裝配式建筑全生命周期綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3 基于云模型耦合AHP的裝配式建筑全生命周期綠色度評(píng)價(jià)

3.1 云模型

李德毅于1995年提出云模型，隨后云模型的發(fā)展經(jīng)歷了理論形成、完善和應(yīng)用三個(gè)階段。云模型是基于隨機(jī)數(shù)學(xué)和模糊數(shù)學(xué)理論可以實(shí)現(xiàn)定性和定量相互轉(zhuǎn)換的模型，它是用自然語言值表示的某個(gè)定性概念與其定量表示之間的不確定性轉(zhuǎn)換模型[8]。云模型常通過期望(Ex)、熵(En)和超熵(He)等數(shù)字特征來描述其在概念上的整體性。

3.2 層次分析法(AHP)

20世紀(jì)70年代末，T.L.Satty首次提出的層次分析法是一種適用于對(duì)多層次目標(biāo)決策的、定性定量相結(jié)合的分析方法[8]。

3.3 基于云模型耦合AHP的裝配式建筑全生命周期綠色度評(píng)價(jià)模型

3.3.1 確定綠色度評(píng)價(jià)等級(jí)

借鑒住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布的《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50378—2019)中的等級(jí)劃分，確定本文裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)為5個(gè)等級(jí)，分別是不合格、基本級(jí)、一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)。采用改進(jìn)黃金分割法[9]計(jì)算綠色度評(píng)價(jià)(權(quán)重)標(biāo)尺云數(shù)字特征，見表2。

3.3.2 確定各指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)云參數(shù)

各指標(biāo)分級(jí)歸屬范圍見表3，其標(biāo)準(zhǔn)云參數(shù)參見表2。

3.3.3 基于云模型改進(jìn)AHP確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重云參數(shù)

(1)綠色度評(píng)價(jià)云模型判斷矩陣構(gòu)造。在主體為層次分析法的基礎(chǔ)上，引入云模型標(biāo)度(表4)。通過專家訪談的方式構(gòu)造裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)云模型判斷矩陣。由于篇幅原因，以設(shè)計(jì)階段為例，見表5～表8。

表5 P-A云模型判斷矩陣

(續(xù))

表6 A1-B云模型判斷矩陣

表7 B1-C、B2-C 云模型判斷矩陣

表8 B3-C云模型判斷矩陣

對(duì)所得云模型判斷矩陣P-A、A1-B、B1-C、B2-C、B3-C歸一化處理后，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。一致性檢驗(yàn)指標(biāo)為CC，見式(1)；隨機(jī)一致性檢驗(yàn)指標(biāo)為RC，見式(2)。若CC/RC<0.1，則一致性檢驗(yàn)通過。

(1)

式中，λmax為判斷矩陣最大特征值；n為判斷矩陣的階數(shù)。

(2)

本文結(jié)合式(1)和式(2)檢驗(yàn)CC與RC的比值，其值小于0.1，滿足一致性要求。

(3)

(4)

(5)

經(jīng)過歸一化處理后，得到各指標(biāo)對(duì)應(yīng)的云模型權(quán)重w，見表9。

(3)綠色度評(píng)價(jià)實(shí)測(cè)云參數(shù)確定。通過浮動(dòng)云法[10]計(jì)算裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)測(cè)云參數(shù)，浮動(dòng)云計(jì)算公式見式(6)和式(7)，此處He取0.01。

Ex=w1Ex1+w2Ex2+…+wnExn

(6)

(7)

式中，w1，w2，…，wn為m(m≥2)名專家分別對(duì)n(n≤5)朵基云的支持率，且w1+w2+…+wn=1(n≤5)。

(4)綠色度綜合評(píng)價(jià)云確定。采用加權(quán)平均法[10]確定裝配式建筑綠色度綜合評(píng)價(jià)云WC，公式如下

(8)

式中，wi為評(píng)價(jià)指標(biāo)i的權(quán)重云參數(shù)；Ci為評(píng)價(jià)指標(biāo)i的實(shí)測(cè)云參數(shù)。

其中，Ex和En按照云模型乘法和加法規(guī)則計(jì)算。設(shè)權(quán)重云為Ca，實(shí)測(cè)云為Cb，見式(9)和式(10)，He取0.01。在此基礎(chǔ)上，確定評(píng)價(jià)等級(jí)。公式如下

(9)

(10)

式中，Exa、Ena為權(quán)重云Ca的期望和熵；Exb、Enb為權(quán)重云Cb的期望和熵。

4 實(shí)證分析

(1)裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)測(cè)云參數(shù)。實(shí)證以甘肅省裝配式建筑整體情況為目標(biāo)進(jìn)行綠色度評(píng)價(jià)。目前，甘肅省已建成裝配式建筑95萬m2，本文選取甘肅省典型的裝配式建筑，采用調(diào)查問卷結(jié)合實(shí)地調(diào)研，確定裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)各指標(biāo)實(shí)測(cè)值，并結(jié)合表2、表3、式(6)和式(7)確定實(shí)測(cè)云參數(shù)，見表10。其中，調(diào)查問卷采用郵件形式，共邀請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域的10名專家參與，其中高級(jí)職稱6人，中級(jí)職稱4人，具有博士學(xué)位的5人，其余5人均具有碩士學(xué)位。

表10 裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)測(cè)云參數(shù)

(2)裝配式建筑綠色度綜合評(píng)價(jià)云。通過式(8)，結(jié)合式(9)和式(10)計(jì)算甘肅省裝配式建筑綠色度綜合評(píng)價(jià)云參數(shù)，為(44.859，14.178，0.010)?；贛atlab R2017b軟件，采用正向發(fā)生器算法確定其綜合云圖，如圖1所示。

圖1 裝配式建筑綠色度綜合云圖

(3)裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)等級(jí)。由圖1初步確定甘肅省裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)等級(jí)為基本級(jí)和一級(jí)之間。通過計(jì)算基本級(jí)、一級(jí)和待評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)應(yīng)Ex之間距離(d左和d右)，判斷待評(píng)價(jià)對(duì)象評(píng)價(jià)等級(jí)，計(jì)算得到d左=13.959，d左=5.141，故根據(jù)就近原則，確定甘肅省裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)等級(jí)為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

(4)結(jié)果與討論。甘肅省裝配式建筑全生命周期綠色度評(píng)價(jià)等級(jí)為一級(jí)，處于中等水平，與甘肅省現(xiàn)實(shí)情況一致。就目前國家政策要求而言，為促進(jìn)我國雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，甘肅省還應(yīng)大力發(fā)展裝配式建筑，并提高其在全生命周期內(nèi)綠色度的等級(jí)水平。

基于上述分析，提出以下建議：

1)從全生命周期角度來看，生產(chǎn)運(yùn)輸、施工、使用與維護(hù)階段是裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)的主導(dǎo)階段?？山⒀b配式建筑生產(chǎn)鏈綠色度監(jiān)測(cè)部門，政府部門制定裝配式建筑綠色達(dá)標(biāo)政策，企業(yè)可申請(qǐng)稅收優(yōu)惠及減免。

2)影響裝配式建筑綠色度的主要指標(biāo)集中在施工階段的建造垃圾排放C18。應(yīng)回收裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)建造垃圾并進(jìn)行循環(huán)再利用。各大高?？陕?lián)合增設(shè)建造垃圾再利用研究課題，促進(jìn)裝配式建筑生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)語

本文構(gòu)建了裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)模型，依托甘肅省裝配式建筑進(jìn)行實(shí)證研究，得出以下結(jié)論：

(1)通過耦合云模型和AHP構(gòu)建了裝配式建筑全生命周期綠色度評(píng)價(jià)模型，其評(píng)價(jià)結(jié)果合理且貼合實(shí)際，為裝配式建筑綠色度評(píng)價(jià)提供了一種新的評(píng)價(jià)模型，客觀、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了定性指標(biāo)的量化和定量指標(biāo)的衡量。

(2)甘肅省裝配式建筑全生命周期綠色度評(píng)價(jià)等級(jí)為一級(jí)，處于中等水平。為提高甘肅省裝配式建筑綠色度水平，提出建立生產(chǎn)鏈綠色度監(jiān)測(cè)部門、申請(qǐng)稅收優(yōu)惠及注重施工階段建筑垃圾排放等措施。

(3)未來研究可繼續(xù)優(yōu)化裝配式建筑全生命周期綠色度指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑綠色度區(qū)域化研究，促進(jìn)雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。