陳 磊，王立成

(大連理工大學(xué)海岸和近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧大連116024)

0 前 言

綠色建筑工程由理念到實(shí)踐，在發(fā)達(dá)國(guó)家逐步完善，形成了較為成熟的設(shè)計(jì)評(píng)估方法[1]。多個(gè)綠色評(píng)價(jià)工具已經(jīng)在實(shí)踐中得到應(yīng)用。例如，出現(xiàn)最早的英國(guó)建筑研究院環(huán)境評(píng)估方法(BREEAM)，目前應(yīng)用最廣泛的美國(guó)能源及環(huán)境設(shè)計(jì)先導(dǎo)計(jì)劃(LEED)，以及多國(guó)參與制定的綠色建筑挑戰(zhàn)(GBC)，雖然這些方法有一定的局限性[2-5]，但總體來(lái)說(shuō)，這些評(píng)估體系的制定和推廣對(duì)各國(guó)在工程建設(shè)中倡導(dǎo)“綠色”概念，引導(dǎo)建造者注重綠色和可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

國(guó)內(nèi)相關(guān)研究起步較晚，但是發(fā)展很快，目前對(duì)于綠色指標(biāo)評(píng)價(jià)體系的理論分析以及模型建立開展的研究較多[6-8]，實(shí)際應(yīng)用也有了部分成果。建設(shè)部于2001年組織編寫了《中國(guó)生態(tài)住宅技術(shù)評(píng)估手冊(cè)》，2006年頒布了《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，同時(shí)一些地區(qū)如北京、上海等分別制定了各自的綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)。然而這些標(biāo)準(zhǔn)更多的是給出定性的評(píng)價(jià)而缺乏將定性指標(biāo)定量化方法的研究，評(píng)價(jià)過(guò)程缺乏客觀約束而容易受人為因素影響[9]，而且缺乏技術(shù)措施間的權(quán)重，因此缺乏一定的科學(xué)性和合理性[10]。

為了實(shí)現(xiàn)將北京2008年奧運(yùn)會(huì)辦成“綠色奧運(yùn)”的承諾，“綠色奧運(yùn)建筑評(píng)估體系研究”課題于2002年10月立項(xiàng)，歷時(shí)14個(gè)月。該課題力圖通過(guò)建立嚴(yán)格的、可操作的建設(shè)全過(guò)程監(jiān)督管理機(jī)制，落實(shí)到招標(biāo)、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試及運(yùn)行管理的每個(gè)環(huán)節(jié)，來(lái)實(shí)現(xiàn)奧運(yùn)建筑的綠色化[11]。該項(xiàng)研究成為國(guó)內(nèi)綠色指標(biāo)評(píng)價(jià)體系從理論走向?qū)嶋H工程應(yīng)用的標(biāo)志。

港口工程作為一項(xiàng)大規(guī)?；A(chǔ)工程，其建設(shè)會(huì)對(duì)原有生態(tài)造成重要影響，在港口運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的廢物也會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生很大破壞，環(huán)境問(wèn)題已成為制約港口健康可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。然而到目前為止，我國(guó)港口的綠色化還未引起社會(huì)各界的重視，理論研究較少，存在問(wèn)題較多，如港口的生態(tài)破壞嚴(yán)重，綠色評(píng)價(jià)體系不完善等[12]。因此，對(duì)港口從建設(shè)、維護(hù)運(yùn)營(yíng)全過(guò)程進(jìn)行綠色化顯得尤為重要。為了滿足這一需求，本文將綠色指標(biāo)評(píng)價(jià)體系引入港口工程，建立適用于港口工程全壽命周期的綠色指標(biāo)評(píng)價(jià)體系。分析過(guò)程采用模糊層次分析法(FAHP)，并對(duì)方法進(jìn)行如下改進(jìn):①用三標(biāo)度法取代九標(biāo)度法；②用梯形模糊數(shù)來(lái)表示模糊數(shù)值；③將定量指標(biāo)利用效益型指標(biāo)、成本型指標(biāo)和適中型指標(biāo)三種模型進(jìn)行轉(zhuǎn)化。最后通過(guò)實(shí)例進(jìn)行模擬評(píng)價(jià)來(lái)驗(yàn)證方法的可行性。

1 港口工程綠色指標(biāo)評(píng)價(jià)體系

1.1 建立指標(biāo)體系

應(yīng)用層次分析法解決實(shí)際問(wèn)題，首先需明確要分析和決策的問(wèn)題，并將其條理化、層次化，從而建立遞階層次結(jié)構(gòu)，由于綠色指標(biāo)涉及因素眾多，不同因素間關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，因此制定綠色指標(biāo)體系要遵循以下原則[13]:①系統(tǒng)性原則；②科學(xué)性原則；③全面性原則；④定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)相結(jié)合的原則；⑤客觀性原則；⑥適用性原則。

根據(jù)以上原則，本文建立港口工程綠色指標(biāo)體系如表1所示。

1.2 確定權(quán)重

為了表示兩事物間的相對(duì)重要性，層次分析法采用標(biāo)度來(lái)量化判斷語(yǔ)言，目前廣泛應(yīng)用的是九標(biāo)度法。在使用九標(biāo)度法過(guò)程中，由于專家和決策者很難掌握標(biāo)度的標(biāo)準(zhǔn)，因此做出的判斷矩陣往往不滿足一致性，此時(shí)要對(duì)不滿足一致性要求的矩陣重新確定或?qū)ε袛嗑仃囘M(jìn)行修正，使分析過(guò)程變的繁瑣[14]。

文獻(xiàn)[15]提出三標(biāo)度法來(lái)克服這一弱點(diǎn):假設(shè)指標(biāo)體系中某層次第k個(gè)因素Ak與下一層次中B1，B2，B3，…Bn因素有聯(lián)系，采用如下準(zhǔn)則兩兩比較B1，B2，B3，…，Bn元素間相對(duì)重要關(guān)系 :

對(duì)所有因素兩兩比較即得到比較矩陣，文獻(xiàn)[15]提出采用極差法或極比法將比較矩陣轉(zhuǎn)化為判斷矩陣，此方法保證判斷矩陣自然滿足一致性，避免使用九標(biāo)度法建立判斷矩陣產(chǎn)生的不一致性造成的繁瑣計(jì)算。由于層次分析法主要通過(guò)對(duì)同一層元素進(jìn)行排序來(lái)確定權(quán)重，在運(yùn)用三標(biāo)度法時(shí)需要預(yù)先給出最高排序相對(duì)最低排序之間的差距程度(ck)，在實(shí)際應(yīng)用中為了突出差距可將 ck值取大一些，為了縮小差距可將ck值取小一些。為應(yīng)用上的方便，ck值一般通過(guò)專家或決策者直接賦予。而ck值源于人的主觀判斷，是一個(gè)模糊的概念，因此采用模糊數(shù)表示更加科學(xué)合理，文獻(xiàn)[16]推薦ck的梯形模糊數(shù)如表2所示。通過(guò)三標(biāo)度法可得到Ak的模糊判斷矩陣表示如下:

表1 港口工程綠色指標(biāo)體系

表2 ck的梯形模糊數(shù)

第三步:將～b′進(jìn)行歸一化處理后，得到各指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重用表示，則=(li，mi，ni，si)。其中

從而確定模糊權(quán)重向量 ～W如下:

1.3 評(píng)價(jià)單因素指標(biāo)

1.3.1 定性指標(biāo)

由于影響港口工程結(jié)構(gòu)綠色指標(biāo)評(píng)價(jià)的因素是多方面的，既有技術(shù)方面的內(nèi)容，又存在人們主觀方面的要求，從而造成指標(biāo)體系中的各項(xiàng)指標(biāo)既有定性指標(biāo)又有定量指標(biāo)。

對(duì)于定性指標(biāo)需建立評(píng)語(yǔ)集，不論評(píng)價(jià)指標(biāo)有多少級(jí)，評(píng)語(yǔ)集只有1個(gè)。根據(jù)港口工程綠色評(píng)價(jià)的特點(diǎn)建立評(píng)語(yǔ)集為{差，較差，一般，較好，好}，用梯形模糊數(shù)表示如表3所示。

表3 評(píng)語(yǔ)集的梯形模糊數(shù)[16]

表1建立港口綠色指標(biāo)體系中定性指標(biāo)包括:可再生能源的利用；自然采光條件的利用；雨水、海水的收集利用等。

1.3.2 定量指標(biāo)

文獻(xiàn)[17]將定量指標(biāo)分為效益型指標(biāo)(又稱越大越好型)、成本型指標(biāo)(又稱越小越好型)以及適中型指標(biāo)三種，為方便定量指標(biāo)評(píng)價(jià)將指標(biāo)采用下列公式規(guī)范化:

式中:ri表示設(shè)計(jì)方案定量指標(biāo)，r′i表示規(guī)范化后的定量指標(biāo)，n為方案?jìng)€(gè)數(shù)，ra表示適中型的最優(yōu)指標(biāo)。

表1建立的設(shè)計(jì)指標(biāo)體系中定量指標(biāo)包含成本型指標(biāo):設(shè)計(jì)成本；建設(shè)成本；維護(hù)成本。效益型指標(biāo):綠化率；消防設(shè)施投入資金；除消防以外其它安全措施投入資金；環(huán)保材料的花費(fèi)；環(huán)保設(shè)備的投入。

綠化率作為對(duì)于環(huán)境的有益因素，綠化率越大，環(huán)境對(duì)工程污染的恢復(fù)性越強(qiáng)，參考相關(guān)文獻(xiàn)得到數(shù)據(jù):住宅小區(qū)綠化率一般控制在30%～60%，城市總體綠化率一般在5%～60%[18]?？紤]港口工程的實(shí)際情況，并征詢專家意見(jiàn)，針對(duì)港口工程綠化率制定以下標(biāo)準(zhǔn):綠化率在10%以下對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)為差；在10%～20%為較差；在20%～35%為一般；在35%～50%為較好；50%以上為非常好。

綠化率計(jì)算公式[19]:

1.4 綜合評(píng)價(jià)

設(shè)第j個(gè)指標(biāo)為定量指標(biāo)，對(duì)其通過(guò)式(4)～式(6)轉(zhuǎn)化，再進(jìn)行模糊化得到模糊評(píng)語(yǔ)集{～fj}如下:

則Ak的模糊評(píng)價(jià)矩陣可表示為:

從指標(biāo)體系最底層開始，所有的模糊評(píng)價(jià)矩陣乘以相應(yīng)的權(quán)重向量，得到最終模糊評(píng)價(jià)結(jié)果，表示如下:

1.5 結(jié)果處理

將模糊評(píng)價(jià)結(jié)果去模糊化，為方便綠色度的評(píng)價(jià)，將評(píng)語(yǔ)集用參數(shù)表示如表4。

表4 參數(shù)化的評(píng)語(yǔ)集

結(jié)合文獻(xiàn)[20]對(duì)評(píng)語(yǔ)集與評(píng)價(jià)等級(jí)的研究，再綜合港口工程實(shí)際狀況，建立綠色評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表5所示。

表5 綠色評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)該評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)港口工程綠色評(píng)價(jià)。

2 案例分析

大連某海港陸域總面積約713 200 m2，水域面積約320 km2，規(guī)劃要求年通貨量不低于3 000萬(wàn)t，設(shè)計(jì)使用50 a。設(shè)計(jì)方案:碼頭采用重力式鋼筋混凝土大圓筒結(jié)構(gòu)，圍堰護(hù)岸采用斜坡式拋石結(jié)構(gòu)。引橋采用高樁梁板結(jié)構(gòu)，計(jì)劃建設(shè)總投資約14×108元，其中設(shè)計(jì)費(fèi)用約為3000×104元，建設(shè)費(fèi)用約為8×108元，后期維護(hù)成本約為每年50×104元。其他可供選擇方案略。

2.1 確定權(quán)重

邀請(qǐng)10位相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)設(shè)計(jì)指標(biāo)體系進(jìn)行權(quán)重打分，這里只給出一位專家對(duì)U11層因素的權(quán)重打分，如表6所示。

由專家確定 ck值為(5，6，7，8)。采用三標(biāo)度確定可再生資源的利用(U11)下一層各指標(biāo)的模糊權(quán)重如下:

表6 可再生資源的利用

2.2 評(píng)價(jià)單因素指標(biāo)

2.2.1 定性指標(biāo)

邀請(qǐng)與該項(xiàng)目有關(guān)的甲方代表、設(shè)計(jì)方代表、施工方代表等10位專家參與定性指標(biāo)評(píng)價(jià)。將結(jié)果用梯形模糊數(shù)(表3)轉(zhuǎn)化后求平均。U11各因素評(píng)價(jià)結(jié)果如表7所示。

表7 定性指標(biāo)評(píng)價(jià)

2.2.2 定量指標(biāo)

由設(shè)計(jì)方案及其它可供選擇方案提供的數(shù)據(jù)，用式(4)～式(6)轉(zhuǎn)化得到定量指標(biāo)評(píng)價(jià)如表8所示。

表8 定量指標(biāo)評(píng)價(jià)

2.3 評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)式(10)～式(13)求得港口工程的綜合模糊評(píng)評(píng)價(jià)，用式(2)去模糊化后得到評(píng)價(jià)結(jié)果如表9所示。

表9 評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)表5給出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為該港口工程的綠色評(píng)價(jià)為合格。

3 結(jié) 論

(1)本文總結(jié)了國(guó)內(nèi)外綠色評(píng)價(jià)工具的研究現(xiàn)狀，闡述了評(píng)價(jià)港口工程綠色度的重要性，根據(jù)港口工程全壽命周期設(shè)計(jì)的理論研究并結(jié)合港口工程實(shí)際狀況，建立了將可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)等環(huán)境指標(biāo)與用戶滿意程度相結(jié)合的港口工程全壽命周期綠色指標(biāo)評(píng)價(jià)體系。

(2)采用模糊層次分析法對(duì)建立的綠色指標(biāo)評(píng)價(jià)體系進(jìn)行了分析。在模糊層次法中，采用三標(biāo)度法確定同一層中不同指標(biāo)之間的權(quán)重，并將相對(duì)重要性系數(shù)ck以及單因素評(píng)價(jià)集采用梯形模糊數(shù)表示，解決了定性指標(biāo)定量化的問(wèn)題。算例分析表明，本文建立的港口工程綠色指標(biāo)評(píng)價(jià)體系及其模糊層次分析方法能夠用于港口工程綠色度的評(píng)價(jià)中。

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