綠色建筑智能化技術評價方法研究

郝 存

上海浦公節能環?？萍加邢薰?/p>

全球環境的日益惡化、資源能源的逐漸短缺，如何可持續發展已經成為人們面臨的嚴峻問題。黨的“十八大”報告中將中國特色社會主義事業總體布局由經濟建設、政治建設、文化建設、社會建設“四位一體”拓展為包括生態文明建設的“五位一體”，提出的“推進綠色發展、循環發展、低碳發展”、“建設美麗中國”，順應了時代的要求。建筑在資源能源的消耗上占了人類總消耗中相當大的一部分，2013年發展改革委、住房城鄉建設部發布了《綠色建筑行動方案》國辦發[2013]1號，以綠色、循環、低碳理念指導城鄉建設。節能、高效、環保的綠色建筑是未來建筑發展的必然趨勢。

2020年為實現國內單位生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%的目標，綠色建筑因其具有節能、節地、節水、節材、環保的“四節一環保”特征，是最重要的節能減排應對措施，同時綠色建筑對改善居住舒適性、健康性和安全性具有現實意義。隨著人們對安全、高效、便捷、節能、環保、健康的建筑環境需求，越來越多的智能化技術運用到了建筑上。在開展綠色建筑行動中，用信息化推動綠色建筑發展，合理運用智能化為綠色建筑服務，促進建筑更節能、高效、環保，綠色建筑智能化應運而生。

1 概述

1.1 研究背景

建筑智能化技術是以建筑為基礎平臺，利用數據采集、控制及系統集成技術控制優化各種機電設備運行，利用計算機及網絡技術搭建信息交互平臺，實現辦公及信息自動化，集結構、系統、服務、管理及其相互之間的最優化組合，達到：①使住戶的工作和日常生活更加安全高效；②使建筑更加易于運營管理；③采用技術手段優化和保證設備運行，達到節能降耗的目的。

建筑中智能化技術的應用意義與綠色建筑實現意義有著很多共同點，因此在綠色建筑的整個生命周期，包括規劃、設計、施工、管理等環節，智能化技術發揮著越來越重要的作用：

（1）在建設階段，以建筑主體為主，多采用仿真技術，在此階段，設備配置及控制的節能策略將為運營期的節能奠定基礎；

（2）建筑設備的調試階段，采用建筑智能化技術進行調試及優化控制是關鍵；

（3）運營階段采用智能化技術提高科學管理水平，能大幅度地節省運營期的能耗費用；

（4）對具體項目的能耗計量、能耗診斷與評估、能耗監測等進行動態管理也需要智能化技術的支持；

（5）建筑智能化技術還可支撐可再生能源（太陽能熱水、采暖、太陽能發電、地源熱泵、沼氣等）、新技術（三聯供、蓄能系統等）的利用和有效管理。

對綠色建筑而言，是在建筑全壽命周期中實現高效率的利用資源（能源、土地、水資源、材料等）的建筑物，那么初投資最低的建筑并不是成本最低的建筑，對于綠色建筑由于采用了一些新技術、新設備，可能會增加一部分的初投資，但如果有智能化技術的運行來實現節約運行費用，則從全壽命周期來說，總成本反而是降低的，并取得良好的環境效果。而目前還尚未有綠色建筑中智能化系統的應用方法研究，不能為開發商、業主、咨詢單位等相關部門提供性價比最優化的系統選擇性。

1.2 國內外研究現狀

（1）美國LEED

美國綠色建筑協會USGBC（(U.S Green Building Council）于1994年頒發了綠色建筑分級評價體系“能源與環境指南”（Leadership in Energy Environment Design，簡稱LEED）。該評估體系設計簡潔，便于理解把握和實施評估，強調建筑整個生命周期的可持續性，包括設計、施工、調試、運營、拆除等過程，需要開發商、建筑師、結構工程師、機電工程師、燈光設計師、園林設計師、施工單位、監理單位等的全面參與和配合，并已成為世界各國建立綠色建筑以及可持續性評估標準及評價體系的范本，其采用的第三方認證機制增加了該體系的信譽度和權威性[1]。

（2）英國BREEAM

由于英國工業化造成了嚴重的環境問題，社會各界希望采用有效途徑改善環境而美化環境，1990年英國建筑研究中心BRE（Building Research Establishment）提出了“建筑環境評價方法”（BREEAM），成為世界上首個綠色建筑評價體系，也是世界上第一個實際應用于市場和政府管理之中的綠色建筑評價體系[2]。

（3）中國《綠色建筑評價標準》

《綠色建筑評價標準》（見表1）GB/T50378-2014共分7類指標和1個加分項，分為設計階段和運行階段，主要技術內容是：節地與室外環境、節能與能源利用、節水與水資源利用、節材與材料資源利用、室內環境質量、施工管理、運營管理、提高與創新。有關智能化技術的內容見表2.3[3]。

表1 中國《綠色建筑評價標準》GB/T50378-2014關于智能化技術評價內容

目前，國際上雖然已有多種綠色建筑評價標準方法研究，如美國LEED綠色建筑評價方法研究、英國BREEAM綠色建筑評價方法研究、加拿大GBTool綠色建筑評價方法研究、日本CASBEE綠色建筑評價方法研究和我國綠色建筑評價標準[4]，各國綠建評價方法研究均對能耗、空調系統、照明系統、室內溫濕度等提出了監控方面的要求和相應的技術策略，但這些綠建評價方法研究中尚無相關章節和方法研究對智能化技術進行評價。

2 綠色建筑中智能化技術評價方法理論及原則

2.1 綠色建筑智能化技術評價方法理論

綠色建筑智能化技術評價方法理論需要多個學科、不同領域的理論知識作支撐指導，如：建筑學、環境學、生態學、能源經濟學、社會學、心理學、材料與設備等，綠色建筑智能化技術評價指標體系應遵循以下理論依據：①可持續發展理論；②全生命周期評價理論；③系統工程理論；④層次分析評價理論。

2.2 綠色建筑智能化技術評價方法原則

綠色建筑智能化技術評價是一個綜合分析生態環境與建筑設備建造及其相互作用的過程，在對其進行評價時應遵循評價總則和一般性原則。

（1）評價總則

1）根據國家可持續發展戰略，為綠色建筑智能化設計和運行管理以及節能改造提供依據，規范和引導建筑智能化系統向綠色軌道發展，制定本評價體系；

2）本體系中的綠色建筑智能化技術，其規劃設計、施工安裝、驗收與運行管理直至報廢的宗旨是：節約資源與能源，減少對環境的污染，保護生態，創造健康舒適的室內環境；

3）本體系適用于指導和評價智能化技術在全壽命周期內，包括設計、驗收與運營管理兩個階段，也適合于相關系統的節能改造；

4）本體系所涉及的評價指標，應全面真實地反映建筑生態環境和系統能耗特征，并符合國家現行的行業規范、標準要求。

（2）一般性原則

科學性原則；技術合理性原則；動態性原則；開放性原則；地域性原則；協調性原則；完整性原則；易操作性原則；客觀性原則；獨立性原則。

3 綠色建筑中智能化技術評價指標體系及評價方法

綠色建筑智能化技術的設計應滿足國家和地方現行的法規和標準，積極貫徹可持續發展的理念和技術策略，采用當代網絡技術、通訊技術、電子技術、計算機技術、自動控制技術、人工智能技術等一系列技術條件，來滿足人們辦公生活中所需要的安全舒適便捷需求的智能化大廈[5]。

本文提出的評價方面的設計要求，包括6大系統31個子項，詳見表2。

表2 綠色建筑智能化技術評價指標體系

4 綠色建筑中智能化技術評價指標權重體系

4.1 層次分析法

評價指標的權重體系雖然是一種主觀性的過程，但其在評價體系中的作用是非常重要的。對于一個給定的評價體系，當其評價指標已經確定，必然會存在一個最佳的權重體系，因為只有最佳的權重體系才能客觀地反映各評價指標之間的相對重要程度。

智能化技術系統評價和綠色建筑評價類似，由于其評價指標不是一成不變的，因而在選擇評價指標時，應該盡可能地把所有的影響因素都考慮進來，而不同的評價指標所對應的重要性是不同的，所以需要引入權重體系的概念來衡量每個評價指標的重要程度，這樣有利于電氣工程師及管理人員在各種影響因素中抓住主要矛盾、進行合理的評價，從而解決問題。

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP）是由美國匹茲堡大學教授T.L.Saaaty在20世紀70年代中期提出的。它是將復雜問題分解為多個組成因素，并將這些因素按支配關系進一步分解，按目標層、準則層、指標層排列起來，形成一個多目標、多層次的模型，和有序的遞階層次結構。通過兩兩比較的方式確定層次中諸因素的相對重要性，然后綜合評估主體的判斷，以便確定諸因素相對重要性的總順序。層次分析法的基本思想就是將組成復雜問題的多個元素權重的整體判斷轉變為對這些元素進行“兩兩比較”，然后再轉為對這些元素的整體權重進行排序判斷，最后確立各元素的權重。具體流程如圖1。

圖1 層次分析法實施流程

4.2 層次分析法在綠色建筑智能化技術評價中的應用

（1）建立遞階層次結構

對問題所涉及的因素進行分類，構造一個各因素之間相互聯結的遞階層次結構。處于最上面的層次一般是問題的預定目標，通常只有一個元素，中間層的元素一般是準則層和子準則層，最低層一般是方案層。綠色建筑智能化技術評估體系分3層，第一層為綠色建筑中智能化技術這一總目標A，第二層包含信息化應用系統B1、智能化集成系統B2、信息設施系統B3、建筑設備管理系統B4、公共安全系統B5、機房工程B6共6項指標，每個指標下面又包含若干子指標項，即第三層次共有31個子項（見表2）。

（2）構造兩兩比較矩陣

對每一層次各因素的相對重要性用數值形式給出判斷，并寫成矩陣形式：矩陣Bij表示相對于Ak而言，Bi和Bj的相對重要性。通常取1，2，…，9及它們的倒數作為標度，其標度含義見表3。

當CI=0時，判斷矩陣具有完全一致性。λmax-n愈大，CI就愈大，那么判斷矩陣的一致性就差。為了檢驗判斷矩陣是否具有滿意的一致性，需要將CI與平均隨機一致性指標RI進行比較。RI的取值見表5所示。

表5 RI的取值表

表3 矩陣形式

任何判斷矩陣都應滿足bij=1，bij=1/bji（i，j=1，2，∧，n），判斷矩陣中的指標值可以根據調研數據、統計資料以及專家意見綜合權衡后得出，如表4所示。

如果判斷矩陣CR=CI/RI＜0.10時，則此判斷矩陣具有滿意的一致性，否則就需要對判斷矩陣進行調整。

在這里，具體指標之間的兩兩比較，一般可以通過調查訪問法、專家咨詢法進行。根據各指標的重要性構造判斷矩陣進行計算，所得結果如下：

1）判斷矩陣A-B（相對于總目標而言，各準則之間相對重要性的比較），如表6所示。

表4 標度及含義

（3）層次單排序和一致性檢驗

層次單排序是根據判斷矩陣計算對于上一層某因素而言，本層次與之有聯系的因素的重要性次序的權值，它可以歸結為計算判斷矩陣的特征和特征向量問題，即對判斷矩陣B，計算滿足BW=λmaxW的特征根和特征向量， 并將特征向量正規化，將正規化后所得到的特征向量W=[w1，w2， ∧，wn]作為本層次元素b1，b2， ∧，bn對于其隸屬元素Ak的排序權值。

由于受諸種主客觀因素的影響，判斷矩陣很難出現嚴格一致性的情況。因此，在得到λmax后，還需要對判斷矩陣的一致性進行檢驗。

為了檢驗判斷矩陣的一致性，需要計算它的一致性指標CI，定義如式（1）：

表6 判斷矩陣A-B

一致性檢驗：λmax=6.623 7；CI=0.012 3 ；RI=1.24；CR=0.09 ＜ 0.10。

2）判斷矩陣B1-P（相對于信息化應用系統而言，各指標之間的相對重要性比較），如表7所示。

表7 判斷矩陣B1-P

一 致 性 檢 驗： λmax=6.2461；CI=0.04922；RI=1.24；CR=0.039＜ 0.10。

判斷矩陣B2-P（相對于智能化集成系統而言，各指標之間的相對重要性比較），如表8所示。一致性檢驗：λmax=2；CI=0；RI=0；CR=0＜0.10。判斷矩陣B3-P（相對于信息設施系統而言，各指標之間的相對重要性比較），如表9所示。

表8 判斷矩陣B2-P

表9 判斷矩陣B3-P

一致性檢驗：λmax=9.921 2；CI=0.115 2 ；RI=1.45；CR=0.074 8 ＜ 0.10。

判斷矩陣B4-P（相對于建筑設備管理系統而言，各指標之間的相對重要性比較），如表10所示。一致性檢驗：λmax=2；CI=0；RI=0；CR=0＜0.10。判斷矩陣B5-P（相對于公共安全系統而言，各指標之間的相對重要性比較），如表11所示。

表10 判斷矩陣B4-P

表11 判斷矩陣B5-P

一致性檢驗：λmax=4.03；CI=0.01；RI=0.90；CR=0.01＜ 0.10。

判斷矩陣B6-P（相對于機房工程而言，各指標之間的相對重要性比較），如表12所示。

表12 判斷矩陣B6-P

一 致 性 檢 驗： λmax=8.165 6；CI=0.236；RI=1.41；CR=017 ＜ 0.1。

以上各判斷矩陣均通過一致性檢驗。

（4）層次總排序和一致性檢驗

利用同一層次中所有層次單排序的結果，就可以計算針對上一層次而言本層次所有因素重要性的權值。層次總排序需要從上到下逐層進行。如果總指標A隸屬的n個指標B1，B2，∧，Bn對A的排序數值向量為 WA→ Bi（a1，a2，∧，an），Bik對指標Bi的層次單排序數值為向量WBi→Bk（bi1，bi2，∧，bik），此時Bik對A的數值向量為Bik。分別將一級指標Bi相對于總指標A的權重向量WA→Bi和二級指標Bik指標相對于其隸屬指標A的權重向量代入上述公式，可計算出層次總排序，即二級指標Bik相對于總指標A的權重向量，合評估指標權重即為所求。層次總排序情況如表13所示。

一致性指標為：CR=∑ni=1aiCIi/∑ni=1aiRIi=（0.0373×0.04922+0.0541×0+0.1471×0.1152+ 0.2117×0+0.4741×0.01+0.0757×0.236）÷（0.0373×1.24+ 0.0541×0+ 0.1471×1.45+ 0.2117×0+0.4741×0.90+0.0757×1.41）=0.0521＜0.10。

其中，CIi為Bik對Bi單排序的一致性指標，RIi為相應的平均隨機一致性指標?？偱判虻慕Y果具有滿意的一致性。

得出權重后，就可為指標進一步的量化和實施開展提供了條件，初定總分100分，根據權重可算出不同綠色建筑項目的智能化技術的應用情況，同時，可按照50分（一星級），60分（二星級），80分（三星級）進行評級。

表13 層次總排序情況表

5 結論

隨著科學技術的不斷發展，建筑智能化在智能的基礎上，要與可持續發展理念緊密結合。利用建筑智能化技術實現建筑節能和環保的目標勢在必行。將智能化技術應用到綠色建筑中，取得了良好的效果，實現了建筑的現代化建設，延續了綠色生態的理念，將可持續發展戰略和生態社會戰略貫徹到底，既有利于綠色建筑行業的發展，也為信息技術的發展提供了發展契機，達到雙贏的效果。智能化技術在綠色建筑中的應用，保證了建筑的全壽命周期，達到了節約能源、保護環境、無毒無害的目的，可將智能化技術發揮極致。

通過對國內外綠色建筑智能化技術應用及評價現狀的調研，發現國內外目前已有的綠色建筑評價方法中均沒有專門章節和專門方法研究對智能化技術進行評價。同時，在綠色建筑的規劃設計、施工、運營管理的各個階段，將智能化系統的實施和應用納入其中，是實現建筑綠色目標的重要保證。為了對綠色建筑中智能化技術的應用進行評價，依據可持續發展理論、全生命周期評價理論、系統工程理論、層次分析評價理論以及評價總則和一般性原則確定了一種綠色建筑智能化技術評價方法。該方法共包括6大系統31個子項，采用層次分析法確定了各項的權重，根據權重可算出不同綠色建筑項目的智能化技術的應用評價情況。通過對綠色建筑試點項目的評價分析，確定該評價系統具有一定的參考價值。

[1] 王瑋. 美國綠色建筑LEED評估體系簡介. 質量與認證， 2013(9):48-50

[2] 徐子蘋，劉少瑜. 英國建筑研究所環境評估法BREEAM引介. 新建筑， 2002(1):55-58

[3] 中華人民共和國住房城鄉建設部. GB/T50378-2014.綠色建筑評價標準.2014

[4] 盤點世界知名綠色建筑認證體系.住房和城鄉建設部科技與產業化發展中心.2017.06

[5] 朱杰莉. 建筑智能化技術國內外發展現狀及趨勢.科學時代，2014(20)