基于組合賦權和灰色關聯分析的綠色建筑設計方案優選

(重慶交通大學經濟與管理學院 重慶 400074)

一、前言

中國經濟發展面臨著環境污染、資源枯竭等一系列問題，推行可持續發展理念，發展綠色經濟已成為時代的迫切需要。近年來，隨著新型城鎮化的建設，建筑產業步入發展新階段，然而其存在高投入、高污染和低效率等特征[1]，為可持續發展帶來巨大阻力。提高新型城鎮化建設的質量，改變傳統建筑產業的生產方式，發展綠色建筑是必然選擇，其發展趨勢必將勢不可擋。

目前，國際上發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境設計先導LEED[2]、英國的環境評價法BREEAM[3]、日本的建筑物綜合環境性能評價體系CASBEE[4]等。我國于2006年發布第一版《綠色建筑評價標準》(GB/T50378-2006)，隨后進行了修訂，于2015年1月1日起正式實施新版《綠色建筑評價標準》(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證工作，對事前主動減少資源消耗和保護生態環境的效果并不明顯。如果在設計階段對建筑方案進行綠色性評估，則可以引導設計者和投資者主動設計和采用綠色性更好的方案[5]。因此本文對設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選出最優綠色建筑方案。對于綠色建筑方案評價決策的方法，鮑學英等[5]構建了綠色建筑設計方案評價指標體系，通過專家賦權法確定各指標的權重，運用灰色聚類法評價某綠色建筑設計方案的綠色效果。王立等[6]、許磊[7]通過層次分析法賦予指標權重，運用灰色關聯分析對綠色建筑設計方案進行優選評價。何小雨[8]等運用層次分析法和證據推理法對某綠色住宅建筑進行評價。梳理文獻可以看出，對于綠色建筑方案的評價優選，已有研究大多是通過層次分析法來對評價指標進行賦權，該方法雖然具有一定實用性，但是完全依靠專家個人經驗和知識來確定指標權重，存在較大的主觀隨意性，此評價方法仍有待改進。

本文在《綠色建筑評價標準》(GB/T50378-2014)和已有研究的基礎上，構建綠色建筑設計方案評價指標體系，將熵權法引入綠色建筑設計方案評價模型，用于確定各評價指標的客觀權重，結合層次分析法對指標進行組合賦權，從而實現專家主觀經驗與客觀數理的有機結合，使得確定的權重更加合理。通過灰色關聯分析法計算各備選方案相對于理想方案的灰色關聯度，根據灰色關聯度的大小對各方案進行優劣排序。最后通過一個算例驗證了該評價方法的有效性和實用性，可為決策者提供參考。

二、綠色建筑設計方案評價

(一)評價指標體系構建

本文在參考《綠色建筑評價標準》(GB/T50378-2014)和借鑒文獻[6]研究的基礎上，將綠色建筑設計方案評價指標體系分為節能、節水、節材、節地、室內環境和施工與運營管理六項一級指標和14項二級指標，具體參看文獻[6]，筆者在此不再贅述。

(二)評價模型構建

1.熵權AHP組合賦權評價模型

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驗和知識，但是帶有較大的主觀隨意性。熵權法能夠充分利用原始數據的信息進行客觀賦權，但是無法反映一些主觀意見，可能會造成偏差。組合賦權法能夠綜合兩者的優點，實現主觀與客觀的有機結合，是一種較為理想的權重確定方法。層次分析法主觀賦權步驟為：①建立遞階層次結構模型；②構造判斷矩陣；③層次單排序及一致性檢驗；④層次總排序及一致性檢驗。熵權法客觀賦權基本步驟為：①構造初始數據矩陣；②初始數據矩陣標準化；③計算第j項指標的信息熵；④計算第j項指標的差異系數dj；⑤計算第j項指標的權重。具體計算方法筆者在此不再贅述。組合賦權的公式如下：

(1)

式中，Wj、wj分別為利用AHP法和熵權法得到的第j項指標權重值，λj為第j項指標的組合權重值。

2.灰色關聯分析

灰色關聯分析是利用各影響因素的指標數值和權重，計算出各方案與理想方案的關聯度，從而對各方案優劣進行排序的方法。綠色建筑設計方案決策的評價模型按以下步驟進行：

①確定理想方案，建立特征值矩陣

(2)

②對特征值矩陣進行規范化處理

為便于進行指標間的比較，采用下式對指標作規范化處理：

(3)

規范化參考數列為：X0=(x01,x02,…,x0n)

(4)

(5)

③計算灰色關聯系數

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

通過下式計算各評價方案的關聯系數ξij：

(6)

(7)

④計算灰色關聯度

關聯度越大說明參考數列與比較數列越接近，該方案越接近理想方案；關聯度越小，說明參考數列與比較數列越疏遠，因此可根據灰色關聯度大小來對評價方案優劣進行排序。R=(ri)1×m=(r1,r2,…,rm)=WET

(8)

三、算例分析

本文以文獻[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)組合賦權確定指標權重

運用AHP法計算層次總排序權重向量為：

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)

運用熵權法計算指標客觀權重向量為：

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)灰色關聯分析

根據2.2.2節的計算步驟確定指標值和參考數列值的絕對差值中Δmax=1,Δmin=0，選擇灰色關聯分辨系數ρ=0.5，根據公式(13)計算關聯系數ξij最終計算方案關聯度。

根據公式(15)計算各備選方案的灰色關聯度如下：

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

(三)方案優選排序

根據灰色關聯度的大小有：r5>r1>r4>r3>r2，所以五個備選方案的優劣次序為方案5為最優方案，方案1、方案4、方案3次之，方案2最劣。

四、結論

本文將綠色建筑設計方案評價指標體系分為節能、節水、節材、節地、室內環境和施工與運營管理六項一級指標和14項二級指標，并運用熵權法和層次分析法對指標進行組合賦權，使得確定的權重更加合理，最后通過灰色關聯分析法計算各備選方案相對于理想方案的灰色關聯度，根據灰色關聯度的大小對各方案進行優劣排序。通過一個實際算例，得出備選方案中方案5為最優方案，驗證了該評價方法的有效性和實用性，可為決策者提供參考。