常瑞璠 王 旭 曲泳頤

(1.東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040； 2.大連理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，遼寧 大連 116024)

1 概述

隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展和城市城鎮(zhèn)化的快速推進，越來越多的企業(yè)以污染環(huán)境為代價換取經(jīng)濟的高速發(fā)展，建筑行業(yè)出現(xiàn)了低能效，高能耗，高污染，高排放等弊端。為滿足我國可持續(xù)發(fā)展的迫切需要，響應(yīng)十九大提出的生態(tài)文明體制改革政策，全面推廣綠色建筑成為當(dāng)前建筑業(yè)發(fā)展的重要任務(wù)之一?？梢?，建筑業(yè)的改革以及行業(yè)市場的轉(zhuǎn)型與綠色施工理念有著密切的關(guān)系，為了保證綠色施工有效的實施，必須要建立一套評價體系，為建筑業(yè)提供一個科學(xué)合理的評價工具。

現(xiàn)階段，國內(nèi)外研究學(xué)者已經(jīng)重視起了綠色建筑評價體系，并且建立了多種評價體系，BREEAM是英國的綠色建筑認(rèn)證體系，LEED為美國的綠色建筑認(rèn)證體系，而BlueAngel是德國以及北歐國家的綠色建筑認(rèn)證體系等，但由于基本國情不同，其他國家與我國的法律政策，建筑管理方式，施工方式和機具設(shè)備有一定的差別，直接套用他國的方案無法直接準(zhǔn)確地對我國的綠色施工管理做出評判。

此前對于綠色建筑施工評價的研究主要從某些特定的視角出發(fā)，張嬌[1]基于層次分析法對船舶綠色建筑設(shè)計方案進行評價；李宏軍等[2]針對綠色建筑的室內(nèi)外環(huán)境以及用戶體驗等方面進行評估，包含了主觀和客觀評價因素；王欣怡等[3]從建筑的采光，耗能，通風(fēng)，噪聲四個角度著手，提出了基于gbXML的綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)；劉偉[4]立足于綠色施工的市場環(huán)境、生態(tài)價值、經(jīng)濟效益及社會環(huán)境四個層面，以SEM為依托，建立綠色建筑發(fā)展結(jié)構(gòu)模型，分析綠色建筑的驅(qū)動機理并提出相應(yīng)對策?？梢钥闯鰜?，現(xiàn)今的研究大多從綠色建筑的實際使用，經(jīng)濟效益，設(shè)計方案等方面建立指標(biāo)，缺少有關(guān)與綠色施工密切相關(guān)的質(zhì)量，安全，用地，用材等基本建設(shè)目標(biāo)的考慮?，F(xiàn)如今，已經(jīng)有多種綠色施工評價模型，其中包含了灰色模糊評價法、熵權(quán)法、模糊綜合評價法以及層次分析法等[1]。但不同研究方法的使用在評價結(jié)果上會存在一定的差異,層次分析法在指標(biāo)過多時，數(shù)據(jù)統(tǒng)計量大，權(quán)重難以確定；面對一些模糊性的評價對象時可以采用模糊綜合評價法，但如果指標(biāo)集過大時，就會出現(xiàn)一種超模糊現(xiàn)象；如果想要得出簡單明確的結(jié)論，則可以利用聚類分析法，但如果樣本數(shù)量超過限制時，就會很難獲取到結(jié)論?；谝陨涎芯?，本文主要利用主成分分析法，因子分析法和模糊綜合評價法等，在保證評價結(jié)果的準(zhǔn)確性、全面性與客觀性的基礎(chǔ)上進行綠色施工管理評估，并通過對工程實例的分析得出可行性建議。

2 主成分分析法

主成分分析法，采用線性變化以及降維思維，對變量進行簡化，使其成為數(shù)量較少的綜合變量。其中，通過主成分分析處理得到的綜合性指標(biāo)即為主成分，這些綜合指標(biāo)能保留原有指標(biāo)的大部分信息，且互不相關(guān)，數(shù)量較少，能夠有效避免重復(fù)信息的干擾[5，6]，使之達成最優(yōu)化的目的。主成分分析法主要步驟[7]如下：

步驟1：數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。采集原始數(shù)據(jù)集，對于m個待評價的指標(biāo)變量，每個指標(biāo)都有n個評價結(jié)果，即樣本數(shù)據(jù))，進行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

(1)

步驟2：求解相關(guān)系數(shù)矩陣。設(shè)原始變量指標(biāo)xi與xj的相關(guān)系數(shù)為rij(i，j=1,2,…,p),由相關(guān)系數(shù)rij構(gòu)成的矩陣R稱為相關(guān)系數(shù)矩陣，則有：

(2)

變量xi與xj(i,j=1,2,…，m)，有rij=rji,形成了相關(guān)系數(shù)矩陣R。此外，也可以使用標(biāo)準(zhǔn)化的矩陣Z對相關(guān)系數(shù)矩陣R進行求解：

(3)

步驟4:對累計貢獻率進行計算，第i個主成分Fi的貢獻率可以使用αi來表示，具體計算公式為：

(4)

由于第i個主成分Fi的貢獻率αi隨著特征值λi的變化而同向變化，特征值λi的值隨著i的增大而遞減，因此有α1≥α2≥…≥αm≥0。對于前k個主成分的貢獻值累加后可得出累計貢獻值：

(5)

步驟5:計算主成分載荷。i個主成分Fi(i=1,2,…,k)與j個原變量Xj(j=1,2,…，m),主成分和原變量之間的相關(guān)程度被稱為主成分載荷，即原始指標(biāo)變量Xj在多個主成分Fi上的荷載lij(i=1,2,…,k;j=1,2,…,m)，荷載lij與特征向量e之間具有如下關(guān)系：

(6)

步驟6:主成分因子分析。根據(jù)所選定的主成分分析其主成分載荷值，選取主要控制因子作為模糊綜合評價的評價因子。根據(jù)特征值λ的大小選取前k個主成分F1,F2，…,Fk,對比各變量在Fi上的因子荷載li1，li2，…,lim,一般情況下，去頂?shù)趇個主成分中|lij|較大的變量作為影響主成分Fi的主要因素。

步驟7:確定權(quán)重針對上文求得的主要指標(biāo)確定其權(quán)重值ω，并通過對主成分荷載lij與貢獻率αi進行分析，計算出關(guān)鍵變量的權(quán)重ω：

(7)

其中，r為選取關(guān)鍵指標(biāo)數(shù);ωj為第j個關(guān)鍵指標(biāo)的權(quán)重值。

3 模糊綜合評價法

模糊數(shù)學(xué)還有另一種叫法，其也被叫做Fuzzy數(shù)學(xué)，能夠?qū)δ：袁F(xiàn)象做出處理和研究。此外，以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)所建立的模糊綜合評價法，能夠?qū)δ：允聞?wù)進行有效的綜合性評價，面對復(fù)雜性問題時其擁有非常的使用價值。模糊綜合評價模型的詳細計算步驟為以下：

步驟1:建立因素集與評語集。根據(jù)主成分分析所確定的r個主要指標(biāo)建立評價對象的因素論域U={u1,u2,…,ur}；評價者對于評價對象的所有評價結(jié)果的集合構(gòu)成了評語集V={v1,v2,…,vp}；若P=5，則評語集為：V={不合格，合格，中等，良好，優(yōu)秀}。

步驟2：確定指標(biāo)的隸屬向量。針對評價體系中的指標(biāo)，發(fā)放問卷進行打分，第i個指標(biāo)在各個等級的評價人數(shù)與總?cè)藬?shù)之比即為此指標(biāo)的隸屬度，對第i個指標(biāo)的隸屬向量進行確定，則為(ai1,ai2,ai3,ai4,ai5)。

步驟3：構(gòu)建模糊關(guān)系矩陣。將r個主要指標(biāo)放入到五個等級當(dāng)中，通過隸屬向量構(gòu)建出模糊關(guān)系矩陣A。

(8)

步驟4:確定指標(biāo)的權(quán)向量。根據(jù)主成分載荷lij與方差貢獻率αi計算出的權(quán)重ω即為指標(biāo)的權(quán)重值，所有主要因素的權(quán)重向量W=(ω1,ω2，…,ωr)。

步驟5：綜合評價。選用合適的模糊算子將權(quán)重向量W與模糊關(guān)系矩陣A合成運算，得到項目綠色施工管理的模糊綜合評價結(jié)果B：

(9)

對評價結(jié)果單值化處理，評價對象的最終得分B*為：

(10)

4 工程實例

東北地區(qū)某高校公寓樓建設(shè)項目，總用地面積7 744.1 m2，總建筑面積26 246 m2，其中地上建筑面積22 450 m2，地下建筑面積3 796 m2，容積率2.90，建筑密度20%，綠地率37%，建筑限高54 m，工程計劃開工日期為2020年7月20日，完工日期為2022年4月6日，工期共計625 d。

該工程地處高校校園，周圍存在大量建筑物與構(gòu)筑物，且周圍人口密集，干擾因素較多，施工環(huán)境較為復(fù)雜，因而對環(huán)境有較高要求。為響應(yīng)國家對環(huán)境保護的號召，該工程為高質(zhì)量和綠色施工為首要要求，在滿足施工管理基本要求的基礎(chǔ)上力求全面實現(xiàn)節(jié)材、節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地與環(huán)保的重要目標(biāo)。安全綠色施工的管理難度較大，因此，根據(jù)該教學(xué)樓建設(shè)項目的具體施工情況和施工要求，構(gòu)建出綠色施工管理評價指標(biāo)體系，并對具體評估結(jié)果進行總結(jié)分析，確定施工過程的改善方向是十分必要的。

4.1 影響因素分析

在建筑施工周期當(dāng)中，綠色施工是極其重要的一部分，通過合理的管理方式可以達到綠色施工的目的。施工啟動階段應(yīng)針對整體施工要求和周圍環(huán)境制定一份切實可行的綠色施工管理體系，并制定相應(yīng)的管理制度和管理目標(biāo)，包括在規(guī)定期限內(nèi)對現(xiàn)場施工人員進行綠色施工培訓(xùn)，增強員工的綠色施工意識。施工方可參考相關(guān)的評價指標(biāo)，結(jié)合工程施工具體情況，對現(xiàn)有的綠色施工的效果進行自評，并委派專家對施工過程中采用的環(huán)保技術(shù)，環(huán)保設(shè)備和新材料等進行綜合評估，以便施工方對存在的問題和不完善的技術(shù)措施進行及時地修正，為下階段綠色施工的順利開展提供經(jīng)驗和教訓(xùn)。

環(huán)境保護是實現(xiàn)綠色施工的首要措施，施工過程中可能出現(xiàn)的環(huán)境污染包括現(xiàn)場揚塵，地下水污染，噪聲污染等多個方面?；谠摴こ淌┕龅氐奶厥庑?，該項目施工過程中對現(xiàn)場及周圍的環(huán)境保護尤為重要。工業(yè)污水如果未經(jīng)處理就擅自排放，會污染校園生活用水，增加地下水負(fù)荷。揚塵現(xiàn)象如果沒有及時處理會污染校園環(huán)境，危害師生和施工人員的生命健康。噪聲污染主要來自于不合理的施工進度安排以及大量的施工設(shè)備，長期的噪聲干擾會影響睡眠質(zhì)量，損害聽力?？梢?，保護環(huán)境是實現(xiàn)綠色施工的一項重要內(nèi)容。

節(jié)材與材料資源利用。節(jié)材與材料資源利用要求健全機械保養(yǎng)，建筑垃圾再生利用等制度，選取綠色環(huán)保的施工材料，優(yōu)化建筑材料運輸流程，優(yōu)化鋼筋連接辦法，合理安排施工順序，從全施工過程的角度建立健全材料選用情況。

節(jié)水與水資源利用。節(jié)水可以從提高水資源利用效率入手，包括優(yōu)化施工現(xiàn)場供水網(wǎng)管設(shè)計，配置節(jié)水器具，采用節(jié)水施工工藝等。也可以合理利用水資源，包括對雨水進行收集利用，設(shè)立循環(huán)用水裝置，采用污水凈化處理及再利用裝置等方法，高效合理利用水資源，達到節(jié)水的效果。

節(jié)能與能源利用。在建筑的全壽命周期內(nèi)都伴隨著能源的耗用，節(jié)能和提高能源利用率是實現(xiàn)綠色施工的因素。節(jié)能主要包括降低電能消耗和提高能源利用率。如合理配備臨時用電設(shè)施，施工機具資源共享，合理利用自然采光、通風(fēng)，縮短建筑材料運輸距離等。

節(jié)地與土地資源利用。在該方面，施工中主要存在的問題是不合理的現(xiàn)場土地規(guī)劃。施工方應(yīng)按照審批用地范圍布置施工用地，根據(jù)現(xiàn)場條件，合理設(shè)計場內(nèi)交通道路。不合理的設(shè)備放置和道路規(guī)劃會造成施工現(xiàn)場安排雜亂，不利于現(xiàn)場動態(tài)管理模式的實施。

基于以上分析，選取包括進度、成本、質(zhì)量、技術(shù)、安全、衛(wèi)生、信息、環(huán)保、節(jié)材、節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地等目標(biāo)的47個指標(biāo)進行評價。

4.2 工程綠色施工管理評價

1)使用SPSS軟件對指標(biāo)的主成分以及因子做出分析，評估出綠色施工指標(biāo)。由于各個樣本的變量得分采用5分制，所以無需進行變量的標(biāo)準(zhǔn)化處理，直接進行結(jié)構(gòu)效度分析。為判斷因子分析法對本評分?jǐn)?shù)據(jù)的可用性，在案例分析前需通過KMO和巴特利特檢驗對設(shè)定的47個管理指標(biāo)進行相關(guān)性檢驗，以此來判斷該組數(shù)據(jù)是否可使用因子分析法進行分析。KMO和巴特利特檢驗情況如表1所示。

表1 KMO和巴特利特檢驗

利用SPSS軟件進行計算，最終顯示KMO值為0.788，大于臨界值0.5，Sig.=0，小于顯著性水平值0.05，測算結(jié)果表明該組數(shù)據(jù)適用于因子分析且相關(guān)矩陣為顯著相關(guān)的正向矩陣，如此一來，在擁有較高的變量相關(guān)性后，采用因子分析法對數(shù)據(jù)進行研究分析。

2)利用SPSS 17.0軟件對主成分進行研究分析，計算出相應(yīng)的累計方差貢獻率以及特征值，如表2所示。

表2 總方差解釋

選擇出特征值大于1，還要保證累計貢獻率約達到85%的公因子，將其作為主成分，根據(jù)表2中特征值與累積方差貢獻率選取前3個成分作為綠色施工管理評價的主成分，對各個指標(biāo)變量進行計算，選擇出前3個主成分，確認(rèn)各載荷值。

3)對3個主成分進行旋轉(zhuǎn)，得出成分得分系數(shù)矩陣，如表3所示。

表3 成分得分系數(shù)矩陣

從表3可以看出，可以通過成分得分系數(shù)矩陣對不同因素影響下3個因子的差異化得分，然后采用回歸分析計算出各項主成分的具體得分，具體表達式為以下：

F1=-0.054x1+0.231x2-0.282x3+0.201x4-0.166x5+0.014x6-0.093x7-0.232x8+0.094x9-0.070x10-0.250x11+0.300x12-0.079x13。

F2=0.218x1-0.082x2+0.151x3-0.064x4-0.015x5+0.194x6+0.307x7-0.002x8-0.265x9+0.171x10+0.078x11+0.014x12+0.330x13。

F3=0.013x1+0.005x2+0.013 1x3+0.023x4+0.021x5-0.554x6-0.130x7+0.614x8+0.003x9+0.113x10+0.036x11-0.349x12-0.174x13。

其中，(F1,F2,F3)為主成分，將其方差貢獻率在總方差貢獻率當(dāng)中的比例實現(xiàn)加權(quán)平均，得出綜合指標(biāo)得分公式：

F=(0.65F1+0.12F2+0.08F3)/0.85。

計算各個指標(biāo)變量在所選取的3個指標(biāo)上的載荷值，可得出綠色施工管理指標(biāo)體系與指標(biāo)權(quán)重。通過對各主成分回歸分析處理，計算綜合指標(biāo)得分，計算模糊隸屬向量，可得評價結(jié)果等級為良好。

5 結(jié)語

使用主成分分析法既能在保留原始信息的同時消除指標(biāo)間的相關(guān)影響，對降維處理后的指標(biāo)體系進行模糊綜合評價也能有效避免指標(biāo)過多產(chǎn)生的超模糊現(xiàn)象，對評價向量進行回歸分析并對主成分進行加權(quán)計算，進一步消除誤差。此方法充分發(fā)揮主成分分析與模糊綜合評價的優(yōu)點，保證了評價的科學(xué)有效，具有創(chuàng)新價值。

東北地區(qū)某高校公寓樓項目的綜合評價結(jié)果等級良好，對其進行結(jié)果分析，此工程在綠色施工專項方案的編制、施工過程中動態(tài)管理、施工總平面圖布置的合理性與質(zhì)量檢查制度的管理等方面評分較高，在噪聲控制、材料選擇、信息化施工與綠色施工創(chuàng)新性技術(shù)的使用情況等方面評分較低，這也是本項目的改進方向。