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)會能耗與碳排放數(shù)據(jù)專業(yè)委員會發(fā)布的《2022年中國建筑能耗研究報告》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)實現(xiàn)。《裝配式建筑綜合效益分析方法研究》中的測算結(jié)果顯示，裝配式建筑在整個生命周期內(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，實現(xiàn)了建筑產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)勢，已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。

裝配式建筑雖然具有諸多優(yōu)點，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。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價指標(biāo)體系，建立了綠色度評價模型。

1 文獻(xiàn)綜述

1.1 裝配式建筑綠色度評價指標(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)?！薄⑽拿}、技術(shù)、室內(nèi)及室外環(huán)境、施工文明程度、運(yùn)營管理、評價管理和使用壽命為準(zhǔn)則層的裝配式建筑綠色度評價指標(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價指標(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價模型相關(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價模型，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)云物元模型評價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為二級，且云物元理論引入評價過程使得評價結(jié)果更具客觀性；2022年，曹敏等[7]為評價裝配式建筑綠色度，建立了組合賦權(quán)-屬性識別的綜合評價模型，結(jié)果表明該模型就裝配式建筑綠色度評價具良好的適用性。

綜上，目前國內(nèi)裝配式建筑綠色度評價相關(guān)研究較為豐富，評價指標(biāo)的構(gòu)建考慮了主客觀環(huán)境、經(jīng)濟(jì)及人文等因素，評價方法及模型多元化，但存在裝配式建筑全生命周期綠色度評價指標(biāo)選取不全面、對指標(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價模型，為裝配式建筑綠色度評價提供一種新的評價模型，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價指標(biāo)體系建筑

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

表1 裝配式建筑全生命周期綠色度評價指標(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價

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價模型

3.3.1 確定綠色度評價等級

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

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

各指標(biāo)分級歸屬范圍見表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確定評價指標(biāo)權(quán)重云參數(shù)

(1)綠色度評價云模型判斷矩陣構(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價云模型判斷矩陣。由于篇幅原因，以設(shè)計階段為例，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。一致性檢驗指標(biāo)為CC，見式(1)；隨機(jī)一致性檢驗指標(biāo)為RC，見式(2)。若CC/RC<0.1，則一致性檢驗通過。

(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)對應(yīng)的云模型權(quán)重w，見表9。

(3)綠色度評價實測云參數(shù)確定。通過浮動云法[10]計算裝配式建筑綠色度評價指標(biāo)實測云參數(shù)，浮動云計算公式見式(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n(n≤5)朵基云的支持率，且w1+w2+…+wn=1(n≤5)。

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

(8)

式中，wi為評價指標(biāo)i的權(quán)重云參數(shù)；Ci為評價指標(biāo)i的實測云參數(shù)。

其中，Ex和En按照云模型乘法和加法規(guī)則計算。設(shè)權(quán)重云為Ca，實測云為Cb，見式(9)和式(10)，He取0.01。在此基礎(chǔ)上，確定評價等級。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 實證分析

(1)裝配式建筑綠色度評價指標(biāo)實測云參數(shù)。實證以甘肅省裝配式建筑整體情況為目標(biāo)進(jìn)行綠色度評價。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)合實地調(diào)研，確定裝配式建筑綠色度評價各指標(biāo)實測值，并結(jié)合表2、表3、式(6)和式(7)確定實測云參數(shù)，見表10。其中，調(diào)查問卷采用郵件形式，共邀請相關(guān)領(lǐng)域的10名專家參與，其中高級職稱6人，中級職稱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價指標(biāo)實測云參數(shù)

(2)裝配式建筑綠色度綜合評價云。通過式(8)，結(jié)合式(9)和式(10)計算甘肅省裝配式建筑綠色度綜合評價云參數(shù)，為(44.859，14.178，0.010)。基于Matlab 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價等級。由圖1初步確定甘肅省裝配式建筑綠色度評價等級為基本級和一級之間。通過計算基本級、一級和待評價對象對應(yīng)Ex之間距離(d左和d右)，判斷待評價對象評價等級，計算得到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價等級為一級標(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價等級為一級，處于中等水平，與甘肅省現(xiàn)實情況一致。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價的主導(dǎo)階段?？山⒀b配式建筑生產(chǎn)鏈綠色度監(jiān)測部門，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價模型，依托甘肅省裝配式建筑進(jìn)行實證研究，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價模型，其評價結(jié)果合理且貼合實際，為裝配式建筑綠色度評價提供了一種新的評價模型，客觀、準(zhǔn)確地實現(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價等級為一級，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)測部門、申請稅收優(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)的實現(xiàn)。