董彥辰，姜安民，鄒品增，倪 佳

(1.湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖南 湘潭 411100；2.中南林業(yè)科技大學(xué) 土木工程學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004；3.湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410082)

近些年，隨著國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入的加大，建筑活動(dòng)愈加頻繁。在建筑施工過程中，除了使自然資源大量消耗外，還會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生諸多不利影響。如：土壤污染、空氣污染、水污染等問題都亟待解決，這些問題直接影響到了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展?；诃h(huán)境保護(hù)的理念及國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的主導(dǎo)思想，“綠色施工”的理念被提出，并逐漸開始對(duì)其重視，國(guó)家相關(guān)部門先后發(fā)文、并頒布了多部相關(guān)規(guī)范。如：《綠色施工導(dǎo)則》建質(zhì)[2007]223號(hào)、《建筑工程綠色施工評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50640—2010)、《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50378—2014)、《建筑工程綠色施工規(guī)范》(GB/T50905—2014)等。綠色施工是一個(gè)要求很高的系統(tǒng)工程[1]，在整個(gè)施工過程中需要讓各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)一體化、信息化，對(duì)施工過程中采用的技術(shù)及組織管理的水平都有很高要求。在組織綠色施工的過程中，除了有相關(guān)規(guī)范的指導(dǎo)，還應(yīng)該建立完善的綠色施工評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，科學(xué)的選取評(píng)價(jià)方法，這樣才能更好的了解擬建、在建或已完工程的“綠色度”。

目前，我國(guó)針對(duì)綠色施工的研究中以理論研究為主。如：張晶波等[2]通過建立模糊綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)某省圖書館進(jìn)行綠色施工評(píng)價(jià)。閆志剛等[3]建立綠色綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用突變級(jí)數(shù)法對(duì)綠色施工進(jìn)行研究。何亞伯等[4]基于復(fù)合物元與信息熵建立綠色施工評(píng)標(biāo)模型。鮑學(xué)英等[5]采用灰色聚類法對(duì)鐵路綠色施工等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)研究等。

本文從施工方案比選的角度進(jìn)行分析研究，這樣有助于選出“綠色度”相對(duì)較高的施工方案，可以在前期對(duì)綠色施工的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行把控。通過建立完善的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建三標(biāo)度AHP-TOPSIS評(píng)判模型，對(duì)所有施工方案進(jìn)行排序，進(jìn)而選出最優(yōu)，即“綠色度”最高的施工方案?，F(xiàn)行綠色施工評(píng)價(jià)規(guī)范主要是進(jìn)行事后評(píng)價(jià)，暫無針對(duì)施工方案“綠色度”評(píng)價(jià)的具體方法，本研究填補(bǔ)了該空白，為綠色施工的后續(xù)研究提供了借鑒。

1 施工方案“綠色度”評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

綠色施工是由傳統(tǒng)的施工模式發(fā)展而來，因此，綠色施工與傳統(tǒng)施工有著共同的目標(biāo)，即“質(zhì)量目標(biāo)、進(jìn)度目標(biāo)、成本目標(biāo)”。在傳統(tǒng)的施工過程中，更重視三大目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)資源消耗、環(huán)境的影響等方面未做過高要求。基于可持續(xù)發(fā)展的理念，需在實(shí)現(xiàn)三大目標(biāo)的基礎(chǔ)上充分考慮節(jié)能減排、施工管理水平的高低、對(duì)環(huán)境污染情況等方面。因此，在施工方案“綠色度”比選的過程中需充分考慮上述因素。

建立科學(xué)、完善、客觀、可操作性強(qiáng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是進(jìn)行施工方案“綠色度”比選的基本保障，綜合上述分析，參考《綠色施工導(dǎo)則》建質(zhì)[2007]223號(hào)、《建筑工程綠色施工評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50640—2010)等相關(guān)規(guī)范，及文獻(xiàn)[1-3，5]，建立施工方案“綠色度”綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，其中包括4個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)、13個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，具體見下表1。

表1 施工方案“綠色度”綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 施工方案“綠色度”評(píng)價(jià)模型

2.1 三標(biāo)度AHP

在確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的過程中AHP應(yīng)用較為廣泛，傳統(tǒng)的AHP為九標(biāo)度，在應(yīng)用的過程中如果出現(xiàn)較為嚴(yán)重的不一致現(xiàn)象則需要重新建立判斷矩陣，此過程較為繁瑣，需要反復(fù)迭代，直到通過一致性檢驗(yàn)[6]。三標(biāo)度AHP省略了一致性檢驗(yàn)的步驟，在評(píng)價(jià)指標(biāo)重要性比較的過程中較為容易做出判斷，該方法簡(jiǎn)便快捷，且精確度可以滿足計(jì)算要求[7-9]。具體操作如下：

(1) 建立初始判斷矩陣K，計(jì)算重要性排序指數(shù)ri

(1)

式中：kij為i因素與j因素的重要程度比較值，其量化規(guī)則見表2。

表2 三標(biāo)度AHP量化規(guī)則

(2)

式中：ri為矩陣K中第i行元素之和。

(2) 建立判斷矩陣A

(3)

(4)

(3) 權(quán)重計(jì)算

(5)

(6)

進(jìn)而，得到主觀權(quán)重向量：

w=(w1，w2，w3，……，wn)

(7)

2.2 三標(biāo)度AHP-TOPSIS評(píng)判模型

TOPSIS法，即逼近理想解排序法。對(duì)研究對(duì)象的優(yōu)劣進(jìn)行比較、排序，其基本思想是通過研究對(duì)象到正理想解與負(fù)理想解的距離來進(jìn)行評(píng)判[10]。各指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的即為正理想解，這個(gè)最優(yōu)解可以認(rèn)為是個(gè)虛擬解，負(fù)理想解與其恰好相反。TOPSIS法根據(jù)評(píng)判對(duì)象與理想化目標(biāo)的接近程度進(jìn)行排序，對(duì)現(xiàn)有對(duì)象做出優(yōu)劣的相對(duì)評(píng)價(jià)[11]，與正理想解最為接近的評(píng)判對(duì)象，則為最優(yōu)值，最差值即為與正理想解最遠(yuǎn)的評(píng)判對(duì)象。在多目標(biāo)決策分析中TOPSIS 法應(yīng)用較為廣泛，基于三標(biāo)度AHP構(gòu)建TOPSIS評(píng)判模型，具體操作見圖1。

圖1三標(biāo)度AHP-TOPSIS評(píng)判模型操作流程

(1) 建立初始判斷矩陣?；谘芯啃枰?，并結(jié)合工程實(shí)際情況，建立施工方案集P={P1，P2，……，Pm}，各個(gè)施工方案評(píng)判指標(biāo)集r={r1，r2，r3，……，rn}，根據(jù)評(píng)判指標(biāo)集，建立初始判斷矩陣如下：

(8)

式中：rij代表第i個(gè)施工方案的第j個(gè)評(píng)判指標(biāo)初始判斷值，i∈[1,m]，j∈[1,n]。

(2) 決策矩陣標(biāo)準(zhǔn)化。收益性與消耗性是評(píng)判指標(biāo)的一種劃分，對(duì)于收益性指標(biāo)，其數(shù)值越大越好，對(duì)于消耗性指標(biāo)，則為越小越好。通常各評(píng)判指標(biāo)量綱和量綱單位差別較大，不具備可比度，為了解決這種現(xiàn)象，需采用歸一化方法處理原始數(shù)據(jù)，得到標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣，具體如下：

(9)

(10)

(11)

(3) 加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣。矩陣B的列向量與三標(biāo)度AHP所求各指標(biāo)層次總排序權(quán)重W相乘，得到加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣F如下：

(12)

(4) 分析貼近度。對(duì)于收益性指標(biāo)集J1取各方案中該指標(biāo)的最大值，即為正理想解；各指標(biāo)的最小值即為負(fù)理想解，消耗性指標(biāo)集J2的取值與之相反，具體如下：

(13)

(14)

式中：F+表示為正理想解，F(xiàn)-表示為負(fù)理想解。各評(píng)價(jià)方案與理想解的距離用下式表示：

(15)

(16)

貼近度分析見下式：

(17)

3 工程實(shí)例

(1) 工程概況。A市大型客運(yùn)中心(西區(qū))大型基坑工程位于東朝陽路以南、西側(cè)為房山路、東臨工業(yè)路、南面靠江，是目前第四代客運(yùn)中心，采用筏板基礎(chǔ)+樁基的基礎(chǔ)形式。本工程設(shè)計(jì)為地下三層，平面為250 m×120 m的矩形，開挖深度為13.0 m～13.5 m。施工場(chǎng)地淺部地下水為潛水型，主要由地表的江水及大氣降水補(bǔ)給。對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行勘探，由上到下分別為雜填土、粉質(zhì)黏土、黏土、中砂、泥巖。

(2) 建立初始判斷矩陣。大型基坑工程施工風(fēng)險(xiǎn)較高[13-14]，在保證基坑施工安全的前提下，基于綠色施工理念，結(jié)合工程實(shí)際情況，綜合考慮土方開挖及支護(hù)方式，擬定了四個(gè)基坑施工方案，P={P1，P2，P3，P4}，每個(gè)方案評(píng)判指標(biāo)集r={r1，r2，r3，……，r13}(見表1)。通過專家對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，建立初始判斷矩陣，在本研究中采用9分制，具體評(píng)分細(xì)則，見表3[2-3，15-17]。由于本評(píng)價(jià)為事前評(píng)價(jià)，因此很多指標(biāo)無法獲得實(shí)測(cè)值，需根據(jù)施工方案的具體內(nèi)容及保證措施，充分論證其可實(shí)現(xiàn)性后給出分值。

表3 指標(biāo)評(píng)分細(xì)則

本工程邀請(qǐng)10位技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面專家對(duì)各方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分，每個(gè)指標(biāo)最后的分值根據(jù)10位專家所打分?jǐn)?shù)加權(quán)平均、向上取整得出，具體評(píng)分結(jié)果(以方案P1為例)，見表4。

表4 評(píng)分結(jié)果(P1)

根據(jù)評(píng)分各方案評(píng)分結(jié)果，建立初始判斷矩陣如下：

R=(rij)m×n=

(3) 加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣

① 確定指標(biāo)權(quán)重。將X中的4個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)建立初始判斷矩陣K，見表5。

表5 一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于X的初始判斷矩陣

根據(jù)初始判斷矩陣結(jié)果，建立判斷矩陣A，并求得一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，見表6。

采用此方法，求得所有二級(jí)指標(biāo)權(quán)重，及層次總排序權(quán)重，見表7。

② 加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣。本研究直接采用分值代替指標(biāo)具體取值，因此可不進(jìn)行歸一化處理，則加權(quán)決策矩陣如下：

表6 一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于X的判斷矩陣及權(quán)重

表7 二級(jí)指標(biāo)權(quán)重及層次總排序權(quán)重

(4) 貼近度分析。根據(jù)上式得正理想解和負(fù)理想解如下：

F+=(1.25680.49040.42910.11270.05320.16480.29750.36451.05070.5103

2.05840.18830.3717)

F-=(0.78550.30650.30650.08050.02280.10300.21250.29160.75050.3645

1.28650.13450.2124)

計(jì)算各方案到正負(fù)理想解的距離及貼近度，具體見表8。

表8 各評(píng)價(jià)方案的貼近度

根據(jù)貼近度計(jì)算結(jié)果可以看出，四個(gè)施工方案的優(yōu)劣程度排序如下：

P1>P3>P4>P2

由此排序可知，施工方案P1的“綠色度”最高。

(5) 結(jié)果驗(yàn)證。為驗(yàn)證三標(biāo)度AHP-TOPSIS模型評(píng)判結(jié)果的可靠性，本文采用模糊綜合評(píng)判模型進(jìn)行驗(yàn)證[18-19]，評(píng)語集V={Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ

Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ}，Ⅰ—Ⅸ代表該指標(biāo)完成情況從優(yōu)到劣順序。各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重前面已求，根據(jù)前面專家打分情況建立隸屬度矩陣Z，進(jìn)行多級(jí)模糊綜合評(píng)判。具體如下(以方案P1為例)：

① 一級(jí)模糊綜合評(píng)判

E1=w1·z1=(0 0.0207 0.6134 0.1585 0.1866 0.0207 0 0 0)

E2=w2·z2=(0 0 0 0.1203 0.7940 0.0856 0 0 0)

E3=w3·z3=(0 0.4565 0.2082 0.0394 0.2663 0.0296 0 0 0)

E4=w4·z4=(0 0 0 0 0.9000 0.1000 0 0 0)

② 二級(jí)模糊綜合評(píng)判

E=W·Z=(0 0.2377 0.2871 0.0842 0.3522 0.0387 0 0 0)

③ 結(jié)果處理

將評(píng)語集Ⅰ—Ⅸ分別賦予9、8、7、6、5、4、3、2、1分，評(píng)判結(jié)果量值為：

m1=6.3323

通過量值結(jié)果可以看出，方案P1各指標(biāo)完成的綜合水平處于Ⅲ級(jí)～Ⅳ級(jí)之間。

采用同樣方法計(jì)算m2=4.8972、m3=6.3154、m4=4.9563，各量值大小關(guān)系為m1>m3>m4>m2。即四個(gè)方案的優(yōu)劣排序?yàn)镻1>P3>P4>P2，同樣可以得出施工方案P1“綠色度”最高的結(jié)論，與三標(biāo)度AHP-TOPSIS模型的評(píng)判結(jié)果相吻合。

4 結(jié) 語

為解決施工方案“綠色度”比選問題，基于三標(biāo)度AHP構(gòu)建TOPSIS評(píng)判模型。介紹三標(biāo)度AHP基本操作流程，闡明了該權(quán)重求解方法的優(yōu)勢(shì)。參考相關(guān)規(guī)范、文獻(xiàn)建立施工方案“綠色度”綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，基于三標(biāo)度AHP-TOPSIS評(píng)判模型對(duì)某大型基坑工程進(jìn)行實(shí)證研究，得出擬定的四個(gè)施工方案的優(yōu)劣排序?yàn)镻1>P3>P4>P2的結(jié)論，即P1為最優(yōu)施工方案，“綠色度”最高。為保證三標(biāo)度AHP-TOPSIS模型評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用模糊綜合評(píng)判法進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果與三標(biāo)度AHP-TOPSIS模型的評(píng)價(jià)結(jié)果相吻合。三標(biāo)度AHP-TOPSIS評(píng)判模型操作相對(duì)簡(jiǎn)單、評(píng)價(jià)結(jié)果可靠，能夠作為施工方案“綠色度”比選過程中的一種有效手段。