基于AHM-FCE的農(nóng)村住宅節(jié)能改造綜合效益評價研究

摘要：農(nóng)村住宅節(jié)能改造是我國節(jié)能工作的重點內(nèi)容，其中，綜合效益評價逐漸成為改造過程中的重要環(huán)節(jié)。從技術(shù)效益、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益4個方面建立農(nóng)村住宅節(jié)能改造綜合效益評價指標體系，運用屬性層次模型（AHM）確定指標權(quán)重，構(gòu)建農(nóng)村住宅節(jié)能改造效益的模糊綜合評價（FCE）模型，以河北省石家莊市某農(nóng)村住宅節(jié)能改造項目為例進行實證分析，驗證模型的科學(xué)性和有效性，為建筑節(jié)能改造后綜合效益評價提供參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村住宅節(jié)能改造；效益評價；屬性層次模型（AHM）；模糊綜合評價法（FCE）

0引言

建設(shè)資源節(jié)約型社會是促進社會可持續(xù)發(fā)展的重大舉措，節(jié)約能源是資源節(jié)約型社會的關(guān)鍵組成部分，而建筑行業(yè)是節(jié)能潛力最大的用能領(lǐng)域，因此應(yīng)將其作為節(jié)能工作的重中之重。2023年《中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告》顯示：2021年我國農(nóng)村住宅建筑面積226億m2，約占全國建筑總面積的33.30%；同年，我國建筑運行的能源消耗量為11.10億tce，占全國能源消耗總量的21%，其中農(nóng)村住宅建筑能源消耗占全國建筑能源消耗總量的20.90%[1]。近年來，我國積極推進建筑節(jié)能發(fā)展，雖然建筑總體能耗持續(xù)下降，但由于農(nóng)村住宅建筑以自建自住為主，數(shù)量眾多且分布分散，缺乏集中供暖和專業(yè)節(jié)能設(shè)計，農(nóng)村住宅在冬季采暖方面能耗巨大，能源嚴重浪費。因此，農(nóng)村住宅節(jié)能改造成為我國節(jié)能減排工作中的一項重要研究內(nèi)容。

既有建筑節(jié)能改造綜合效益評價問題一直都是備受關(guān)注的主題，領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)專家和學(xué)者已經(jīng)對其展開了大量研究。劉玉明等[2]采用全生命周期成本理論建立了既有建筑節(jié)能改造的經(jīng)濟效益分析框架；李強年等[3]應(yīng)用系統(tǒng)動力學(xué)模型，通過仿真模擬針對某公共建筑節(jié)能改造綜合效益開展了實證研究；李玲燕等[4]從成本、技術(shù)、經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益5個維度，運用屬性層次模型構(gòu)建了老舊小區(qū)綠色改造綜合效益的可拓評價模型；魏曉東[5]以圍護結(jié)構(gòu)為切入點，對既有居住建筑節(jié)能改造的效益進行了綜合評價；許健等[6]從技術(shù)效益、經(jīng)濟效益和社會效益三個方面，對既有居住建筑節(jié)能改造進行了灰色綜合評價；王志偉等[7]運用物元可拓法的評價模型，結(jié)合實際案例綜合評價了既有居住建筑的節(jié)能改造效益。然而，現(xiàn)有的研究成果也存在明顯不足，一是缺乏對農(nóng)村住宅節(jié)能改造綜合效益評價的研究；二是大多數(shù)研究僅針對既有建筑節(jié)能改造的技術(shù)、經(jīng)濟效益進行評價，缺乏對環(huán)境和社會效益的評價。

基于此，本研究采用屬性層次模型（AHM）及模糊綜合評價法（FCE），從技術(shù)效益、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益4個方面對農(nóng)村住宅節(jié)能改造綜合效益進行評價，并結(jié)合實際案例驗證該方法的科學(xué)性和有效性，為建筑節(jié)能改造后評價提供參考。本研究有助于提升我國農(nóng)村住宅節(jié)能改造管理水平，以確保節(jié)能改造工程質(zhì)量，促進我國建筑節(jié)能工作的順利推進，從而加快資源節(jié)約型社會的建設(shè)。

1評價指標體系的建立

1.1評價指標體系的建立原則

為了對農(nóng)村住宅節(jié)能改造綜合效益進行科學(xué)客觀的評價，提高評價結(jié)果的可信度和有效性，本研究遵循以下原則建立評價指標體系：

（1）科學(xué)性與全面性原則。評價指標體系的建立應(yīng)基于科學(xué)研究和數(shù)據(jù)分析，確保評價指標具備準確性和可靠度，并且能綜合考量技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境、社會等方面的效益，確保評價結(jié)果具有綜合性和完整性。

（2）層次性與系統(tǒng)性原則。評價指標體系應(yīng)具備層次結(jié)構(gòu)，從宏觀到微觀、從整體到細節(jié)，將各個評價指標劃分為不同的層次，并確保各個指標之間相互關(guān)聯(lián)、相互影響，形成一個完整的評價體系。

（3）可行性原則。評價指標應(yīng)確保具有可操作性，能夠在實際實施中易于量化，并且能夠提供實際可行的改進方案和措施，以便節(jié)能改造項目能夠根據(jù)評價結(jié)果進行改進和調(diào)整。

（4）差異性原則[8]。評價指標體系應(yīng)考慮不同地區(qū)、建筑類型和居民需求的差異，以確保評價指標具備針對性和適用性。

1.2評價指標體系的建立

通過對既有建筑節(jié)能改造相關(guān)文獻的研究與分析，根據(jù)農(nóng)村住宅節(jié)能改造產(chǎn)生的效益，從技術(shù)效益、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益4個方面，參考農(nóng)村住宅節(jié)能改造技術(shù)標準及內(nèi)容，并遵循評價指標體系的建立原則，構(gòu)建農(nóng)村住宅節(jié)能改造綜合效益評價指標體系，見表1。

2指標權(quán)重的確定

本研究采用屬性層次模型（AHM），其是由北京大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院程乾生教授于1997年提出的一種決策方法[9]。相較于傳統(tǒng)的層次分析法（AHP），AHM方法具有一定的易操作性，既不需要計算特征向量，也不需要進行一致性檢驗，運算量較小，科學(xué)性較強，是一種簡便、高效的決策方法。

2.1構(gòu)造屬性判斷矩陣并計算相對屬性權(quán)

本評價指標體系的指標層有22個元素（x1，x2，…，x22）。對于子準則層，比較兩個不同元素xi和xj（i≠j），xi和xj對子準則層的相對重要度分別記為xij和xji。兩者應(yīng)滿足：xij≥0，xji≥0，xij+xji=1。

由相對屬性xij構(gòu)成n階屬性判斷矩陣（xij）n×n（1≤i，j≤n）。相對屬性xij可由層次分析法中的相對比例標度bij確定，公式如下

xij=KK+1，bij=K

1K+1，bij=1K

若xij＞xji，則稱xi比xj相對重要，即xi＞xj。

對于子準則層，稱wy=（wy（1），wy（2），…，wy（n））T為x1，x2，…，xn的相對屬性權(quán)，其中

wy（i）=2n（n-1）∑nj=1xij

以子準則層指標y1的屬性判斷矩陣及相對屬性權(quán)為例，則y1-xi屬性判斷矩陣及相對屬性權(quán)見表2。

同理可得目標層和準則層下指標的屬性判斷矩陣和相對屬性權(quán)。

根據(jù)以上所述，通過查閱文獻資料和行業(yè)專家調(diào)查，確定各元素的相對重要度，得出本評價指標體系中各級指標的屬性判斷矩陣和相對屬性權(quán)，具體如下：

（1）G-zi屬性判斷矩陣及相對屬性權(quán)（i=1，2，3，4），見表3。

（2）z1-yi屬性判斷矩陣及相對屬性權(quán)（i=1，2），見表4。

（3）y1-xi屬性判斷矩陣及相對屬性權(quán)（i=1，2，3），見表5。

繼續(xù)構(gòu)建其余3個準則層及7個子準則層下轄各指標屬性判斷矩陣及相對屬性權(quán)，鑒于篇幅有限，計算過程在此不再贅述。

2.2計算合成權(quán)重

（1）計算子準則層各指標對于準則層的合成權(quán)重值，分別為：（wz（1）wy1T，wz（2）wy2T），（wz（3）wy3T，wz（4）wy4T），（wz（5）wy5T），（wz（6）wy6T，wz（7）wy7T，wz（8）wy8T）。

（2）計算指標層各指標對于子準則層的合成權(quán)重值，分別為：wg（1）wz（1）wy1T，wg（1）wz（2）wy2T，wg（2）wz（3）wy3T，wg（2）wz（4）wy4T，wg（3）wz（5）wy5T，wg（4）wz（6）wy6T，wg（4）wz（7）wy7T，wg（4）wz（8）wy8T。

根據(jù)以上計算，得出農(nóng)村住宅節(jié)能改造綜合效益評價指標權(quán)重，見表6。

3模糊綜合評價模型的實現(xiàn)

模糊綜合評價法（FCE）是一種基于模糊數(shù)學(xué)理論的評價方法，在多層次、多指標的評價體系中展現(xiàn)出良好的評價效果。結(jié)合屬性層次模型（AHM）來確定權(quán)重，整個計算過程相對簡單，甚至只需利用EXCEL進行計算。這種方法能夠解決農(nóng)村住宅節(jié)能改造綜合效益評價中難以量化的問題，并且滿足易操作的要求。

3.1建立綜合評價的因素集

根據(jù)上文建立的評價指標體系，農(nóng)村住宅節(jié)能改造綜合效益評價因素集分為準則層因素集、子準則層因素集和指標層因素集。準則層因素集G={z1，z2，z3，z4}；子準則層因素集為z1={y1，y2}，z2={y3，y4}，z3={y5}，z4={y6，y7，y8}；指標層因素集為y1={x1，x2，x3}，y2={x4，x5，x6，x7，x8}，y3={x9，x10，x11}，y4={x12，x13，x14}，y5={x15，x16，x17}，y6={x18，x19，x20}，y7={x21}，y8={x22}。

3.2建立綜合評價的評語集

設(shè)農(nóng)村住宅節(jié)能改造綜合效益的評價評語集為V={V1，V2，V3}={優(yōu)，良，差}。

3.3進行單因素模糊評價，獲得評判矩陣

設(shè)因素xi對評語集中的元素vj的隸屬度為rij，則因素xi對評語集V的隸屬度可用模糊集合R表示，公式如下

Ri=ri1Vi1+ri2Vi2+…+rinVin

Ri稱為單因素評判集，是評語集V上的一個模糊子集，各個單因素評判集組合在一起，構(gòu)成單因素評判矩陣R，即

R=R1

R2

Rn=r11r12…r1n

r21r22…r2n

rm1rm2…rmn

3.4建立綜合評價模型，進行模糊綜合評判

設(shè)評語集V上的模糊子集綜合評判公式如下

B=AOR

式中，A為評價指標權(quán)重集，B為模糊綜合評價集，“O”為模糊合成算子。算子有多種形式[10]，由于農(nóng)村住宅節(jié)能改造綜合效益的諸多因素對權(quán)重都有一定的貢獻，因此采用M（●，）“加權(quán)平均型”較為合適。

根據(jù)最大隸屬度原則，在得到模糊綜合評價集B后，B中的最大隸屬度所對應(yīng)的效益等級即為綜合評價的結(jié)果。

4案例分析

4.1實例概況

本研究以河北省石家莊市某農(nóng)村住宅節(jié)能改造項目為例。該住宅坐北朝南，總建筑面積為108m2，建筑高度為3.6m，建筑體型系數(shù)0.667。空調(diào)房間有主臥室2個和次臥室2個，空調(diào)面積為64m2；外墻面積為115.83m2，內(nèi)墻面積為127.62m2，北墻窗墻比為0.2，南墻窗墻比為0.6，窗戶面積為25.92m2，屋頂面積為108m2。主要對該住宅進行如下節(jié)能改造：外墻和屋面改造通過粘貼40mm的聚苯乙烯泡沫板進行外墻外保溫；外窗玻璃由單層6mm的普通玻璃改造為中空玻璃6+9+6（中空9mm），并進一步加強氣密性。

4.2模糊綜合評價過程

邀請5名專家對每個評價指標按照其節(jié)能改造效果進行評分，評分范圍為0～10分，保留小數(shù)點后1位。通過計算5名專家的評分平均值，得到每個指標的評分值。根據(jù)評分值，確定每個評價指標相對于“優(yōu)”“良”及“差”三個評價等級的隸屬度后，進一步計算評價向量并確定評價等級。具體評價過程如下：

（1）確定評價因素集，G={z1，z2，z3，z4}。其中，z1={y1，y2}，z2={y3，y4}，…，z4={y6，y7，y8}，又有y1={x1，x2，x3}，y2={x4，x5，x6，x7，x8}，…，y8={x22}。

（2）確定評價指標權(quán)重集。由上文的AHM方法得到的指標權(quán)重，構(gòu)成節(jié)能改造綜合效益評價的權(quán)重集。其中，AG={0.208，0.375，0.117，0.300}，Az1={0.026，0.182}，…，Az4={0.171，0.038，0.092}，Ay1={0.009，0.003，0.014}，…，Ay8={0.092}。

（3）建立評價指標評語集。V={優(yōu)，良，差}，并進行專家評價，獲得各指標的評價結(jié)果。

（4）進行一級模糊綜合評價并建立單因素模糊評判矩陣Ry1，Ry2，…，Ry8，運用模型M（●，）進行計算，公式如下

By1=Ay1×Ry1

=（0.009，0.003，0.014）×

0.5270.0620.110

0.0000.7790.493

0.8530.0090.069

=（0.006，0.009，0.008）

同理可得，By2=（0.045，0.084，0.085），By3=（0.002，0.117，0.075），By4=（0.000，0.097，0.107），By5=（0.000，0.098，0.035），By6=（0.000，0.133，0.051），By7=（0.000，0.029，0.010），By8=（0.000，0.046，0.020）。

（5）由過程（4）得出二級指標評價因素集對應(yīng)的評判矩陣：Rz1=（By1，By2）T，Rz2=（By3，By4）T，Rz3=（By5），Rz4=（By6，By7，By8）T。

同理可得二級指標的評判集合：Bz1=（0.009，0.015，0.016），Bz2=（0.000，0.040，0.034），Bz3=（0.000，0.011，0.004），Bz4=（0.000，0.028，0.011）。

（6）由過程（5）得出三級指標評價因素對應(yīng)的評判矩陣：RG=（Bz1，Bz2，Bz3，Bz4）T，通過計算得到該住宅節(jié)能改造的總評價向量公式如下

B=AG×RG

=（wz1，wz2，wz3，wz4）×Bz1

Bz2

Bz3

Bz4

=（0.208，0.375，0.117，0.300）×

0.0090.0150.016

0.0000.0400.034

0.0000.0110.004

0.0000.0280.011

=（0.002，0.028，0.020）

4.3評價結(jié)果與分析

綜上所述，河北省石家莊市某農(nóng)村住宅節(jié)能改造綜合效益評價的結(jié)果為B=max（0.002，0.028，0.020）=0.028，評語集為V={優(yōu)，良，差}，因此，該住宅節(jié)能改造效益為良，說明改造工程目標基本實現(xiàn)，有效果且產(chǎn)生了效益，但仍存在一些問題，需要進一步進行改造以達到節(jié)能要求。例如，盡管改造后的農(nóng)宅氣密性有所改善，但與新建的節(jié)能建筑相比仍存在較高的換氣頻率，可以通過優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計，采用智能化的調(diào)節(jié)控制，實現(xiàn)精確的室內(nèi)空氣質(zhì)量控制，減少不必要的換氣次數(shù)；項目改造的費用較高，回收投資所需的時間較長，可以通過采用更經(jīng)濟實用的節(jié)能材料和技術(shù)，降低改造成本。此外，可以尋求政府或相關(guān)機構(gòu)的資金支持和補貼，減輕農(nóng)村住宅節(jié)能改造的負擔(dān)，縮短投資回收期。

5結(jié)語

本研究從技術(shù)效益、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益4個方面，在遵循科學(xué)性與全面性、層次性與系統(tǒng)性、可行性及差異性的原則下，建立了農(nóng)村住宅節(jié)能改造綜合效益評價指標體系，運用屬性層次模型確定了各指標權(quán)重，構(gòu)建了農(nóng)村住宅節(jié)能改造效益的模糊綜合評價模型，并以河北省石家莊市某農(nóng)村住宅節(jié)能改造項目為例，對改造產(chǎn)生的綜合效益進行了評價。實例分析表明，本研究所構(gòu)建的模型可以對農(nóng)村住宅節(jié)能改造的綜合效益做出科學(xué)有效的評價，為建筑節(jié)能改造后評價提供一定的參考。節(jié)能改造是一個涉及自然、社會等諸多復(fù)雜要素的綜合性問題，各區(qū)域、各工程特點均不同，本研究構(gòu)建的評價指標體系需根據(jù)不同項目的特點進行適當調(diào)整，才能做出更科學(xué)的評價。

參考文獻

[1]中國城市科學(xué)研究會.中國建筑節(jié)能年度發(fā)展報告2023[R].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2023.

[2]劉玉明，劉長濱.基于全壽命周期成本理論的既有建筑節(jié)能經(jīng)濟效益評價[J].建筑經(jīng)濟，2009（3）：58-61.

[3]李強年，譚燕，劉平.基于SD的既有公共建筑節(jié)能改造綜合效益研究[J].工程管理學(xué)報，2021，35（5）：7-12.

[4]李玲燕，顧昊.基于AHM-可拓評價模型的老舊小區(qū)綠色改造綜合效益評價研究[J].生態(tài)經(jīng)濟，2021，37（3）：95-100，160.

[5]魏曉東.基于AHM的既有居住建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能改造效益綜合評價研究[J].科技管理研究，2011，31（16）：73-75，78.

[6]許健，王志偉.基于灰色層次理論的既有居住建筑節(jié)能改造效益評價[J].內(nèi)蒙古財經(jīng)大學(xué)學(xué)報，2018，16（1）：93-97.

[7]王志偉，許健，郝爽.基于物元可拓模型的既有居住建筑節(jié)能改造效益評價研究[J].數(shù)學(xué)的實踐與認識，2020，50（3）：268-276.

[8]劉愛芳，張彩慶，段銣.建筑節(jié)能評價指標體系的構(gòu)建[J].電力需求側(cè)管理，2006（1）：39-42.

[9]程乾生.屬性層次模型AHM——一種新的無結(jié)構(gòu)決策方法[J].北京大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），1998（1）：12-16.

[10]李玉琳，高志剛，韓延玲.模糊綜合評價中權(quán)值確定和合成算子選擇[J].計算機工程與應(yīng)用，2006（23）：38-42，197.PMT

收稿日期：2023-09-27

作者簡介：

趙麗（1980—），女，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：工程項目管理。

鄭春蕾（通信作者）（2000—），女，研究方向：工程建造與管理。

李海波（1982—），男，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：工程項目管理。

閆麗（1998—），女，研究方向：工程建造與管理。

杜昕（1997—），女，研究方向：工程建造與管理。