基于組合賦權(quán)和灰色關(guān)聯(lián)分析的綠色建筑設(shè)計方案優(yōu)選

(重慶交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院 重慶 400074)

一、前言

中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨著環(huán)境污染、資源枯竭等一系列問題，推行可持續(xù)發(fā)展理念，發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)已成為時代的迫切需要。近年來，隨著新型城鎮(zhèn)化的建設(shè)，建筑產(chǎn)業(yè)步入發(fā)展新階段，然而其存在高投入、高污染和低效率等特征[1]，為可持續(xù)發(fā)展帶來巨大阻力。提高新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的質(zhì)量，改變傳統(tǒng)建筑產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)方式，發(fā)展綠色建筑是必然選擇，其發(fā)展趨勢必將勢不可擋。

目前，國際上發(fā)展較成熟的綠色建筑評價體系，代表性的有美國的能源與環(huán)境設(shè)計先導(dǎo)LEED[2]、英國的環(huán)境評價法BREEAM[3]、日本的建筑物綜合環(huán)境性能評價體系CASBEE[4]等。我國于2006年發(fā)布第一版《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50378-2006)，隨后進(jìn)行了修訂，于2015年1月1日起正式實(shí)施新版《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50378-2014)。這些評價體系大多是對已有建筑開展事后綠色建筑的評價和認(rèn)證工作，對事前主動減少資源消耗和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的效果并不明顯。如果在設(shè)計階段對建筑方案進(jìn)行綠色性評估，則可以引導(dǎo)設(shè)計者和投資者主動設(shè)計和采用綠色性更好的方案[5]。因此本文對設(shè)計階段的綠色建筑項目開展方案評價，做到事前有效控制優(yōu)選出最優(yōu)綠色建筑方案。對于綠色建筑方案評價決策的方法，鮑學(xué)英等[5]構(gòu)建了綠色建筑設(shè)計方案評價指標(biāo)體系，通過專家賦權(quán)法確定各指標(biāo)的權(quán)重，運(yùn)用灰色聚類法評價某綠色建筑設(shè)計方案的綠色效果。王立等[6]、許磊[7]通過層次分析法賦予指標(biāo)權(quán)重，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析對綠色建筑設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)選評價。何小雨[8]等運(yùn)用層次分析法和證據(jù)推理法對某綠色住宅建筑進(jìn)行評價。梳理文獻(xiàn)可以看出，對于綠色建筑方案的評價優(yōu)選，已有研究大多是通過層次分析法來對評價指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，該方法雖然具有一定實(shí)用性，但是完全依靠專家個人經(jīng)驗和知識來確定指標(biāo)權(quán)重，存在較大的主觀隨意性，此評價方法仍有待改進(jìn)。

本文在《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50378-2014)和已有研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)建綠色建筑設(shè)計方案評價指標(biāo)體系，將熵權(quán)法引入綠色建筑設(shè)計方案評價模型，用于確定各評價指標(biāo)的客觀權(quán)重，結(jié)合層次分析法對指標(biāo)進(jìn)行組合賦權(quán)，從而實(shí)現(xiàn)專家主觀經(jīng)驗與客觀數(shù)理的有機(jī)結(jié)合，使得確定的權(quán)重更加合理。通過灰色關(guān)聯(lián)分析法計算各備選方案相對于理想方案的灰色關(guān)聯(lián)度，根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度的大小對各方案進(jìn)行優(yōu)劣排序。最后通過一個算例驗證了該評價方法的有效性和實(shí)用性，可為決策者提供參考。

二、綠色建筑設(shè)計方案評價

(一)評價指標(biāo)體系構(gòu)建

本文在參考《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50378-2014)和借鑒文獻(xiàn)[6]研究的基礎(chǔ)上，將綠色建筑設(shè)計方案評價指標(biāo)體系分為節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地、室內(nèi)環(huán)境和施工與運(yùn)營管理六項一級指標(biāo)和14項二級指標(biāo)，具體參看文獻(xiàn)[6]，筆者在此不再贅述。

(二)評價模型構(gòu)建

1.熵權(quán)AHP組合賦權(quán)評價模型

層次分析法(AHP)是一種較為常用的綜合評價方法，能夠充分考慮專家的經(jīng)驗和知識，但是帶有較大的主觀隨意性。熵權(quán)法能夠充分利用原始數(shù)據(jù)的信息進(jìn)行客觀賦權(quán)，但是無法反映一些主觀意見，可能會造成偏差。組合賦權(quán)法能夠綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)主觀與客觀的有機(jī)結(jié)合，是一種較為理想的權(quán)重確定方法。層次分析法主觀賦權(quán)步驟為：①建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型；②構(gòu)造判斷矩陣；③層次單排序及一致性檢驗；④層次總排序及一致性檢驗。熵權(quán)法客觀賦權(quán)基本步驟為：①構(gòu)造初始數(shù)據(jù)矩陣；②初始數(shù)據(jù)矩陣標(biāo)準(zhǔn)化；③計算第j項指標(biāo)的信息熵；④計算第j項指標(biāo)的差異系數(shù)dj；⑤計算第j項指標(biāo)的權(quán)重。具體計算方法筆者在此不再贅述。組合賦權(quán)的公式如下：

(1)

式中，Wj、wj分別為利用AHP法和熵權(quán)法得到的第j項指標(biāo)權(quán)重值，λj為第j項指標(biāo)的組合權(quán)重值。

2.灰色關(guān)聯(lián)分析

灰色關(guān)聯(lián)分析是利用各影響因素的指標(biāo)數(shù)值和權(quán)重，計算出各方案與理想方案的關(guān)聯(lián)度，從而對各方案優(yōu)劣進(jìn)行排序的方法。綠色建筑設(shè)計方案決策的評價模型按以下步驟進(jìn)行：

①確定理想方案，建立特征值矩陣

(2)

②對特征值矩陣進(jìn)行規(guī)范化處理

為便于進(jìn)行指標(biāo)間的比較，采用下式對指標(biāo)作規(guī)范化處理：

(3)

規(guī)范化參考數(shù)列為：X0=(x01,x02,…,x0n)

(4)

(5)

③計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

首先計算出各比較數(shù)列與參考數(shù)列的絕對差值Δxij=xij-x0j，找出其中的最大值Δmax和最小值Δmin；然后選擇灰色關(guān)聯(lián)分辨系數(shù)ρ值，其作用是減弱最大絕對差值過大而造成的失真現(xiàn)象，提高關(guān)聯(lián)系數(shù)之間的差異顯著性[9]。

通過下式計算各評價方案的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξij：

(6)

(7)

④計算灰色關(guān)聯(lián)度

關(guān)聯(lián)度越大說明參考數(shù)列與比較數(shù)列越接近，該方案越接近理想方案；關(guān)聯(lián)度越小，說明參考數(shù)列與比較數(shù)列越疏遠(yuǎn)，因此可根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度大小來對評價方案優(yōu)劣進(jìn)行排序。R=(ri)1×m=(r1,r2,…,rm)=WET

(8)

三、算例分析

本文以文獻(xiàn)[6]中的案例為例，主要驗證本文建立的評價模型的有效性。

(一)組合賦權(quán)確定指標(biāo)權(quán)重

運(yùn)用AHP法計算層次總排序權(quán)重向量為：

W=(0.0410,0.0205,0.1940,0.0647,0.0138,0.0317,0.0601,0.0368,0.0123,0.1585,0.1585,0.01141,0.0439,0.0502)

運(yùn)用熵權(quán)法計算指標(biāo)客觀權(quán)重向量為：

w=(0.0356,0.0705,0.2047,0.0356,0.1238,0.0293,0.1191,0.0428,0.0356,0.1238,0.0705,0.0367,0.0367,0.0353)

組合權(quán)重向量為：

λ=(0.0153,0.0152,0.4176,0.0242,0.0180,0.0098,0.0753,0.0165,0.0046,0.2062,0.1175,0.0441,0.0170,0.0186)

(二)灰色關(guān)聯(lián)分析

根據(jù)2.2.2節(jié)的計算步驟確定指標(biāo)值和參考數(shù)列值的絕對差值中Δmax=1,Δmin=0，選擇灰色關(guān)聯(lián)分辨系數(shù)ρ=0.5，根據(jù)公式(13)計算關(guān)聯(lián)系數(shù)ξij最終計算方案關(guān)聯(lián)度。

根據(jù)公式(15)計算各備選方案的灰色關(guān)聯(lián)度如下：

R=(r1,r2,r3,r4,r5)=WET=(0.524，0.419，0.455，0.501，0.717)

(三)方案優(yōu)選排序

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度的大小有：r5>r1>r4>r3>r2，所以五個備選方案的優(yōu)劣次序為方案5為最優(yōu)方案，方案1、方案4、方案3次之，方案2最劣。

四、結(jié)論

本文將綠色建筑設(shè)計方案評價指標(biāo)體系分為節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地、室內(nèi)環(huán)境和施工與運(yùn)營管理六項一級指標(biāo)和14項二級指標(biāo)，并運(yùn)用熵權(quán)法和層次分析法對指標(biāo)進(jìn)行組合賦權(quán)，使得確定的權(quán)重更加合理，最后通過灰色關(guān)聯(lián)分析法計算各備選方案相對于理想方案的灰色關(guān)聯(lián)度，根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度的大小對各方案進(jìn)行優(yōu)劣排序。通過一個實(shí)際算例，得出備選方案中方案5為最優(yōu)方案，驗證了該評價方法的有效性和實(shí)用性，可為決策者提供參考。