屬性識別模型在住宅室內空氣質量評價中的應用研究

胡起靖

(蘇州圖書館，江蘇 蘇州 215002)

隨著我國房地產行業的不斷發展，建筑和室內裝修材料產業發展迅猛。建筑材料與裝飾材料造成的室內環境污染卻日益嚴峻，我國新裝修住宅室內空氣質量現狀不容樂觀。為提高我國建筑室內裝飾裝修質量，提升建筑室內空氣質量，住房城鄉建設部于2018年9月發布《住宅建筑室內裝修污染控制技術標準》(JGJ/T 436-2018)，自2019年1月1日起實施。該標準將室內空氣質量通過分級控制的方式，分情況確定裝飾裝修工程的空氣質量要求，滿足不同定位的項目要求，以保障用戶對室內環境的健康需求。標準的發布實施彌補了我國現行室內空氣質量標準的不足，強化了對住宅裝修工程室內空氣質量的技術規范管理，為裝修住宅室內環境污染風險評估和控制提供了科學依據。

目前針對裝修住宅室內空氣質量綜合評價的方法主要為綜合指數法[1-2]。綜合指數法兼顧了污染物平均水平和最大水平，但是當污染物水平波動較大時不能正確評價室內空氣質量狀況[3]。評價依據多以GB/T18883-2002《室內空氣質量標準》、GB/T50325-2010《民用建筑工程室內環境污染控制規范》為評價標準。以上標準雖然明確了室內空氣污染物標準濃度限值，但未將住宅室內空氣質量劃分等級，不能反映用戶住宅健康需求和裝飾裝修工程不同定位要求。

屬性識別理論模型基于屬性集理論和屬性測度的概念，在屬性測度空間和有序分割類概念的基礎上，評價過程采用屬性識別準則和置信度準則，實現對評價對象屬性識別綜合評價模型的建立[4-5]。該模型能充分利用有序分割概念，更細微地將屬于同一級別的評價指標因子進行比較，從而能更好地對事物進行有效識別和比較分析[6]，相較于綜合指數法具有明顯優勢[7]，目前已在建筑工程[8]、企業績效評價[9]、水土保持[10]、教育研究[11]等領域的評價、分析、決策中得到了廣泛應用。

本研究以JGJ/T 436-2018《住宅建筑室內裝修污染控制技術標準》為評價標準，采用屬性識別模型，旨在為裝修住宅室內空氣質量尋求一個客觀合理，而且更加科學有效、功能優越的綜合評價和研究分析方法。

1 模型基本理論與計算方法

1.1 建立分類標準矩陣

設評價對象空間X有n個評價對象，每個評價對象有m個評價指標{I1,I2…Im}，每個評價指標有k個評價等級{C1,C2…Ck}，對于每個評價指標Ij有相應的評價等級分類標準{aj1,aj2…ajk}，則評價對象空間X的分類標準矩陣為：

C1LCk

式中ajk滿足aj1aj2…>ajk。

1.2 確定權重

采用超標倍數法，根據污染物的污染小權重則小和污染大權重則大的原則，來確定權重。計算公式為:

(1)

式中，cj—評價因子的監測值；sj—評價因子各濃度標準的數學平均值；Wj—評價因子的歸一化權重值。

1.3 確定樣本屬性測度

計算第i個評價對象第j個指標值xij屬于ct類(1≤t≤k)的屬性測度為uijt。設aj1

當xij≤aj1時，取uij1=1，uij2=…uijk=0

當xij≥ajk時，取uijk=1,uij1=…uijk-1=0

tl+1。

1.4 綜合屬性測度

由單指標屬性測度和指標權重可以得到綜合屬性測度uit:

(2)

式中，wij—第i個評價對象第j個評價指標的歸一化權重；1≤i≤n,1≤t≤k。

1.5 對象的識別與排序

采用置信度識別準則。設置信度λ(0.5≤λ≤1，一般取0.6～0.7)，用下式進行計算：

(3)

如果ti≥λ，則認為xi屬于ct級別。

按照評價準則進行評分，對評價對象進行比較分析，用下式進行計算：

(4)

式中，qxi—第i個評價對象的評價分數；ni=k+1-i，依次取k～1之間遞減的正整數。

2 模型應用

2.1 對裝修住宅不同季節室內空氣質量的評價

2.1.1 評價因子與標準

以中國測試技術研究院對成都市不同季節新裝修住宅室內污染物檢測結果為實例應用對象，該項目檢測了200戶不同裝修時間的商品住宅用戶，檢測因子為甲醛、苯、TVOC，取平均值反映不同季節與污染物濃度關系。數據如表1所示。

表1 不同季節污染物檢測結果[12] 單位：mg/m3

以《住宅建筑室內裝修污染控制技術標準》(JGJ/T436-2018)為評價標準，以甲醛、苯、TVOC為評價指標，建立室內空氣質量評價分組標準，如表2所示。

表2 室內空氣質量分組評價標準 單位：mg/m3

2.1.2 評價單指標屬性測度

根據1.3，代入表1不同季節污染物檢測結果和表2室內空氣質量分組評價標準，可計算得到不同季節相關污染物單指標屬性測度，結果如表3所示。以春季苯污染物為例，其濃度值0.06介于二級標準值0.05和三級標準值0.09之間，隸屬于一級的屬性測度為0，隸屬于二級的屬性測度為：(0.09-0.06)/(0.09-0.05)=0.75，隸屬于三級的屬性測度為：(0.06-0.05)/(0.09-0.05)=0.25。

表3 相關污染物單指標屬性測度

2.1.3 權重值

根據式(1)，代入表數據，可計算得到各季節相關污染物標的單指標權重，結果如表4所示。以春季為例，其苯污染物的單指標權重計算為：(0.06÷0.063)/(0.08÷0.06+0.06÷0.063+1.55÷0.388)=0.152，相應地求得其他污染物單指標權重。

表4 污染物單指標權重

2.1.4 綜合屬性測度

根據各季節相關污染物標的單指標權重，結合式(2)，可計算得到各季節評價對象屬性測度，結果如表5所示。以春季為例，其一級屬性測度的計算為：0×0.212+0×0.152+0×0.636=0；二級屬性測度的計算為：0×0.212+0.75×0.152+0×0.636=0.114；三級屬性測度的計算為：1×0.212+0.25×0.152+0×0.636=0.250；不達標屬性測度的計算為：0×0.212+0×0.152+1×0.636=0.636。

表5 不同季節評價綜合屬性測度

設置信度λ=0.7，由(3)式判斷各季節裝修住宅室內空氣質量綜合評價級別。以春季為例：當t=4時，0+0.114+0.2+0.636>0.7。因此，判定春季的裝修住宅室內空氣質量為不達標。同理，求得其他年份環境空氣質量的評級。可知成都市裝修住宅室內空氣只有在冬季達到三級標準，在其他三個季節均為不達標。

按式(4)可計算得到不同季節的裝修住宅室內空氣質量得分，分數越大，說明空氣質量越好。以春季為例，得分計算為：4×0+3×0.114+2×0.25+1×0.636=1.478。同理，可求得其他季節裝修住宅室內空氣質量得分，結果如圖1所示。

由圖1可知，裝修住宅室內空氣質量具有明顯的季節性，裝修住宅室內空氣質量的變化趨勢與氣候氣溫成反向相關關系。不同季節室內空氣質量按優劣排序為：冬季>春季>秋季>夏季。冬季由于氣候氣溫較低，裝飾裝修材料中的污染物釋放較慢，室內空氣質量明顯要優于其他時期；夏季氣候氣溫最高，相應地裝修住宅室內空氣質量最差，但是和春季、秋季整體差異不是很大。這和裝修材料污染物釋放速度與溫度存在相關性有關[13]。

圖1 不同季節裝修住宅室內空氣質量變化趨勢

在文獻[12]的相關研究內容中，有關分析結果根據污染物超標現象，表明夏、秋季節的污染物超標率要明顯高于冬、春季節。與文獻[12]采用污染物超標率基礎數據分析的研究方法相比，本研究基于污染物檢測結果，采用的模型分析方法能夠以量化形式反映出不同季節室內空氣質量的優劣程度和先后排序，并且能結合時間要素，形成變化趨勢，反映出裝修住宅室內空氣質量變化和季節氣候要素之間存在的內在規律。本研究得出的研究成果可以作為文獻[12]相關研究內容的補充和延伸，同時為研究裝修住宅室內空氣質量變化的季節性提供一種新的研究分析方法。

2.2 對裝修住宅不同部位室內空氣質量的評價

以上海市一戶精裝修住宅室內污染物檢測的結果為實例應用對象。該住宅部位包括大廳、主臥和兩個次臥，檢測項目為甲醛、苯、TVOC，檢測數據具有一定代表性，檢測結果見表6。

表6 裝修住宅不同部位污染物檢測結果[14] 單位：mg/m3

該裝修住宅不同部位綜合屬性測度計算結果如表7所示。

表7 裝修住宅不同部位綜合屬性測度

設置信度λ=0.7，按(4)式對該住宅不同部位室內空氣質量綜合評價級別進行判斷。可知該精裝修住宅室內空氣只有大廳達到三級標準，其他部位均為不達標。按式(5)計算裝修住宅不同部位室內空氣質量得分，計算結果如圖2所示。

圖2 裝修住宅不同部位室內空氣質量柱形圖

由圖2可知，該精裝修住宅大廳的室內空氣質量要明顯優于其他部位。不同部位室內空氣質量按優劣排序為：大廳>主臥室>次臥室1>次臥室2。這主要是由于住宅的不同部位使用功能不同，因此在裝飾裝修材料使用、家具配置等方面有所區別，此外也與房間空間大小、空間布局、自然通風條件等密切相關。

與文獻[14]采用單項指標分析法進行超標污染物分析相比，本研究采用的模型研究方法能對裝修住宅不同部位的室內空氣質量進行多因子綜合評價，能夠以量化形式反映出裝修住宅不同部位室內空氣質量的優劣程度，并反映出裝修住宅不同部位室內空氣質量跟使用功能的內在關聯性。本研究為裝修住宅室內空氣質量的使用功能關聯性研究提供了新的研究分析方法。

2.3 評價結果驗證比較

采用單項指標分析法和文獻[1]中的綜合指數法，對本文2.1部分“裝修住宅不同季節室內空氣質量”和2.2部分“裝修住宅不同部位室內空氣質量”進行評價結果驗證，其結果如表8和表9所示。其中綜合指數法模型為：

式中，I為空氣質量指數，Ci為第i種污染物濃度，Si為第i種污染物評價標準值，n為污染物個數。

由表8和表9可知，三種評價方法針對不同評價對象的等級評價結果完全一致，印證了屬性識別模型評價結果的正確性。相比之下，單指標分析法僅考慮評價對象中單個指標的污染程度，不能充分反映評價對象的綜合環境質量狀況，不能實現評價對象優劣程度的排序。

表8 裝修住宅不同季節室內空氣質量評價結果比較

表9 裝修住宅不同部位室內空氣質量評價結果比較

綜合污染指數和屬性識別模型在評價對象優劣程度的排序上不完全一致，這是由于綜合污染指數的計算模型僅考慮了污染物平均水平和最大水平，但是未能充分利用各個污染物之間污染物水平差異的信息，因此在反映綜合污染效應上與屬性識別模型存在差別。以表8裝修住宅不同季節室內空氣質量評價結果為例，綜合污染指數評價的結果為夏季優于春季時期，屬性識別模型評價的結果為春季時期優于夏季時期。根據裝修材料污染物釋放速度與溫度相關性的有關研究成果，由于夏季氣溫更高，裝修材料污染物釋放速度更快，夏季時期裝修住宅室內空氣質量應當劣于春季時期，因此屬性識別模型的評價結果更為客觀合理。

綜上，屬性識別模型能夠綜合利用評價對象不同評價指標的屬性測度，信息利用度更高，能夠反映污染物的累積影響和綜合污染效應；能夠對不同的評價對象進行綜合評價和優劣排序，以數字量化的形式直觀反映出不同評價對象綜合質量的差異程度，因此在裝修住宅室內空氣質量評價中具有更好的優越性。

3 結論

(1)屬性識別模型可以科學合理地對裝修住宅室內空氣質量進行綜合評價。通過對室內空氣評價因子評價等級屬性測度進行計算，同時結合各評價因子污染濃度差異對室內環境空氣質量的影響，進行綜合屬性測度計算，信息利用度高，能夠反映污染物的累積影響和綜合污染效應，評價結果經驗證符合客觀實際情況。在此基礎上，通過評分準則能夠對不同的評價對象進行綜合評分和優劣排序，以評分的形式直觀地反映出不同評價對象綜合質量的差異程度，顯示出該模型在應用中所具有的功能優越性。

(2)該模型研究方法能夠以量化形式反映出不同評價對象室內空氣質量的優劣程度。能結合時間要素，形成變化趨勢，反映出裝修住宅室內空氣質量變化和季節氣候要素間存在的內在關聯和規律；能夠反映出裝修住宅不同部位室內空氣質量跟使用功能的內在關聯性。為裝修住宅室內空氣質量研究提供了新的研究思路和分析方法。

(3)通過對新裝修住宅不同季節室內空氣質量的評價，結果顯示裝修住宅室內空氣質量具有明顯的季節性，裝修住宅室內空氣質量的變化趨勢與氣候氣溫成反向相關關系。不同季節室內空氣質量按優劣排序為：冬季>春季>秋季>夏季。冬季室內空氣質量明顯要優于其他時期，能達到三級標準；夏季和春季、秋季整體差異不是很大，均為不達標。

(4)通過對精裝修住宅不同部位室內空氣質量的評價，結果顯示裝修住宅不同部位室內空氣質量跟使用功能有高關聯性。精裝修住宅大廳的室內空氣質量要明顯優于其他部位，不同使用功能部位室內空氣質量按優劣排序為：大廳>主臥室>次臥室，其中大廳能達到三級標準，其他部位均為不達標。