基于AHP-FUZZY法的既有建筑綠色改造潛力評價

劉文宇，趙心月

(1.長春工程學院 管理學院，吉林 長春 130103;2.水利部海委漳衛南運河德州河務局，山東 德州 253043)

1 引言

我國目前正處于由高速發展轉向高質量發展的關鍵時刻，建筑業的發展增速開始逐漸放緩，城鎮化建設也逐步轉變為“新建建筑”和“既有建筑”并重的模式。在此背景下，過往對老舊建筑大拆大建的建造方式和縫縫補補的改造方式已經不適合這個時代的發展[1]，為了保障建筑業的健康發展，國家出臺了一系列的政策，2021年10月份，國務院頒布了《關于推動城鄉建設綠色發展的意見》[2]。截至2020年12月份，全國的綠色建筑面積只有59.84億m2，與670億m2的建筑面積相比不足10%，而且絕大多數的綠色建筑都是新建的，而大量既有建筑亟待綠色改造來適應時代的發展。但我國目前缺少改造前評價，無法為業主或者投資者提供標準，這也導致我國既有建筑綠色改造市場低迷，現有的許多房屋都存在著能否改造的問題。

對于既有建筑綠色改造潛力評價方面的研究，我國學者大致經歷了2個階段：前期主要集中于對既有建筑節能技術潛力的研究，后期主要對既有建筑綠色改造潛力評價進行綜合研究。費良旭等[3]通過對海南地區既有居住建筑節能現狀進行調研，利用建筑能耗軟件DeST-h進行能耗計算，對既有建筑進行診斷分析，得出降低外窗的綜合遮陽節能潛力最大，郭洪旭等[4]采用情景分析法，通過設定不同情景分析預測廣東省未來的碳排放量，從而明確未來節能減排的重點，得出樓宇自動化、熱泵、建筑圍護結構和節能燈具等是最有節能潛力的技術，王艷麗[5]首先對既有建筑現狀進行詳細地梳理，對綠色改造范圍進行界定，總結了我國的綠色改造相關政策、標準。然后根據寒冷地區的建筑物特性，選取7個方面的指標，分析其改造潛力，構建綠色改造潛力評價體系。吳祺航[6]分析得出我國金融機構對既有建筑綠色改造項目支持力度不夠，提出要引入綠色金融推動綠色改造市場的發展，然后根據我國2019年的綠色建筑新評價標準，確定綠色改造潛力評價指標體系，利用灰色系統評價法進行評價體系的構建，并提出相應的適宜性改造技術，為金融機構提供科學決策。

本文以既有建筑的綠色改造潛力為對象，以目前我國相關標準和學者采用的指標為基礎，采用AHP—FUZZY法對其進行了驗證。

2 既有建筑綠色化改造發展現狀及問題

2.1 綠色建筑發展現狀

我國綠色建筑研究已有多年，自2006年住房和城鄉建設部發布《綠色建筑評價標準》(gb/t50378-2006)，綠色建筑有了正式的評價標準，也意味著我國的綠色建筑行業正式起步[7]。2008年，借鑒國外先進經驗，啟動綠色建筑標識工作，先后發布《綠色建筑評價標識管理辦法》和《關于進一步規范綠色建筑評價管理工作的通知》等文件，通過標識管理，我國綠色建筑進入高質量發展，有效保證了綠色建筑的項目質量[8]；其后，我國于2014年和2019年先后2次對2006年發布的《綠色建筑評價標準》進行修訂和更新；在2019年3月份，我國住建部發布的新版《綠色建筑評價標準》gb/t50378-2019，采用了全新的評價指標，分別為：安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節約和環境宜居[9]。從指標中可以看出，我國綠色建筑更加科學、更加堅持以人為本的可持續發展觀念，并在此基礎上還發布了《綠色醫院評價標準》《綠色學校評價標準》等不同建筑類型的具體評價標準。

2.2 我國綠色改造評價標準現狀

我國綠色改造評價工作起步較晚，截至目前，我國只有一種《既有建筑綠色改造評價標準》，該標準分為設計評價和運行評價，但不涉及對既有建筑改造的潛力評價，還尚無針對各個環節的配套標準、法規，相較于西方國家，綠色改造體系并不完善。因此，應對既有建筑進行潛力評價，分析其是否具備改造可行性，然后做出科學決策，有針對性地進行改造[10]。

2.3 存在的問題

目前我國存在大量的既有建筑，但不是所有既有建筑都適合進行綠色改造，有些建筑是快要達到使用年限，甚至屬于“危房”的，無論從經濟還是社會角度考慮都沒有改造的意義；還有一些屬于古建筑，有特殊的文化價值，所有也不適合改造；還有一些近幾年達到節能建筑標準的或者最近進行過改擴建行為的建筑，雖然不是綠色建筑，但滿足我國現行的節能要求，也沒必要再去耗費精力進行綠色改造。另外，我國現行的《既有建筑綠色改造評價標準》屬于“改造后”評價，它屬于結果狀態評價，目前缺少對于既有建筑改造前的評價標準。

3 既有建筑綠色改造影響因素分析

《既有建筑綠色改造評價標準 GB/T51141-2015》中這樣界定了建筑的“綠色改造”：對現有建筑進行維護、更新和加固，以節約能源、改善人居環境和提高使用功能為目的[11]。這為發現既有建筑是否具有改善人居環境、延長建筑壽命、保證節能和環境保護等方面的潛在價值提供了評價基礎。因此，筆者通過調查走訪老舊小區的居民及老舊辦公樓的辦公人員，在參閱大量目前已改造成功的案例及參考《既有建筑綠色改造評價標準 GB/T51141-2015》《綠色建筑評價標準GB/T0378-2019》等相關標準法規，并結合既有建筑綠色改造的特性去挖掘綠色改造潛力影響指標。

4 構造綠色改造潛力評價體系

4.1 構造潛力評價體系的原則

對既有建筑進行綠色化改造是一項龐大且復雜的系統性工程，因此在構造評價體系時應該遵循以下原則：①差異性原則：將綠色改造和新建建筑、節能改造等工程進行區分；②綜合性原則：不能單獨從改造的某一階段或既有建筑的某一方面評價，要全面、綜合地對整個改造進行評價；③科學性原則：在進行評價時要在科學理論的指導下，堅持定性和定量結合的方法，運用科學的思維方法進行評價。

4.2 構建潛力評價體系的步驟

基于AHP和Delphi相結合的模糊綜合評價方法構建潛力評價模型并對指標權重進行確定，其具體實現方法為：構造層次模型，構造比較矩陣，計算權向量，并進行一致性驗證。

4.2.1 構建層次結構模型

通過分析國內外既有建筑綠色改造相關案例，閱讀相關參考文獻[12～16]結合我國現行的相關標準，構造三層評價模型，在該結構中，最高層為目標層，中間層為準則層，起到承上啟下并對下層有支配作用，第三層為指標層，是待評價指標的所有集合，3個層級構成了明確的層級結構模式，運用 AHP方法對各項指標進行專家評價，最終得出各指標間的對應權重[17]。

4.2.2 構造成對比矩陣

將指標層的評價指標基于準則層進行兩兩比較評價并標注出優劣程度，并用數量化的相對權重aij進行表示，其中aij是ai對aj的相對重要程度，通過建立矩陣A來對該指標體系中兩個指標的相對重要程度進行判斷。

(1)

利用和積方法求解判定矩陣，得到被比較指標在上層指數下的相對權重(表1)[18]。

表1 1-9比例標度法

4.2.3 一致性檢驗

對判斷矩陣A進行一致性檢驗：首先計算一致性指標CI，其公式為：

(2)

式(2)中，n為矩陣的階數，λmax 是判斷矩陣的最大特征根。

一致性比率CR值由所得到的CI值決定，而CR值可以用來驗證判定矩陣的一致性是否合格。

(3)

式(3)中，CI為一致性指標值，CR為一致性比率，RI是固定值，當矩陣階數不同時，該值不同，具體如表2所示。

表2 1-9階矩陣RI對應值

利用CR的值可以確定判斷矩陣是否符合一致性指標，判斷依據為當CR≤ 0.1 時，表明該矩陣符合一致性，結果是合理可接受的，而當CR> 0.1時，表示該矩陣不符合一致性，此時必須對指標進行重新評分，并按照之前的步驟建立一個新的判斷矩陣，然后進行一致性檢查，直至檢驗合格。

通過以上的計算，得出了各個層次中各個指標與高層目標之間關系的相對重要性權重和排序。表3為具體的結果。

表3 模型評價指標權重及排序

4.2.4 確定評價集

首先，以既有建筑的綠色改造潛力作為一級評價目標，并將其定義為U={U1、U2、U3、…、Un}，其中包括相應的單個因子子集，將其表示為U1={U11、U12、U13}、U2={U21、U22、U23}、U3={U31、U32、U33}…，然后，確定一組評論值V={V1、V2、V3、Vn}，以表明不同的改造潛能。

4.2.5 建立模糊矩陣

通過對各因素集中的各因子進行具體指標因素的模糊評判，確定各指標因素與被評估目標之間的模糊程度，從而得到模糊評判矩陣：

(4)

4.2.6 模糊綜合合成模型

將各個層次指標的權重矢量定義為Wi，將模糊評判矩陣定義為Ri，用Fuzzy綜合方法求出最終的潛力程度大小，用Bi=Wi×Ri(i=1、2、…、n)進行計算。

5 實證分析

選取北京首創家園某辦公樓進行具體分析，該建筑原先是北京醫用射線機廠辦公用房，總建筑面積2500 m2，原結構類型為框架混凝土結構，其在改造前存在建筑體型大，運行能耗高，場地綠化率低，人車混流，停車不便等問題，周圍居民及國家對其改造意愿較高。該項目在改造過程中利用大量綠色技術，增加綠化面積、增強圍護結構的保溫隔熱功能，采用新風熱回收等節能技術，實現建筑節能65%以上，將原有舊建筑改造為高檔辦公樓，使老舊建筑物得到了再利用，達到了當前綠色建筑節能、綠色、舒適的目標。

5.1 構建具體層次結構模型

筆者通過總結歸納相關學者的研究、參考相關標準，確定人為指標、技術指標、政策指標、環境指標、成本效益5種一級指標，相應二級指標共15種，具體層次及內容見圖1。

圖1 既有建筑綠色改造潛力評價指標體系

5.2 具體指標內容

(1)人為指標：我國目前的主要矛盾是人民日益增長的美好需要和不平衡不充分的發展之間的矛盾，這對建筑業的發展提出了新的要求。無論是新建建筑還是既有建筑綠色改造都應該堅持“以人為本”的原則，人民的改造意愿、改造需求以及對現建筑物的滿意度是重要影響指標。

(2)技術指標：既有建筑當前的技術指標直接影響到改造過程中的成本及難易程度。安全耐久性是衡量一個建筑物結構可靠性的重要指標，如果該既有建筑結構已經失去安全耐久性，就沒必要再去進行改造升級了；外圍欄結構是影響建筑能耗的重要指標，并且有實例發現，對外圍欄進行改造不僅可以顯著提升節能效率，而且造價較少；采暖及通風主要有冷熱源、換熱系統，每年在采暖及通風上耗費的能源占建筑的30%～50%，所以該指標有較大的改造潛力；給排水技術直接影響到建筑物的節水性能，影響到水資源的利用，對給排水系統進行改造可以有效促進節水性能；其他節能技術如照明系統、電梯系統等，都會對建筑物的節能率產生影響，所以屬于綠色改造的重要指標之一。

(3)政策指標：無論是國家推行的相關政策還是當地綠色改造政策及補貼都會直接影響業主的投資意愿以及改造過程中的困難程度。

(4)環境指標：居住環境的顯著提升是綠色建筑與節能建筑的主要區別之一，因此無論是場地綠化還是室內環境都是可以通過改造來滿足當前國家標準和人們的健康需求，配套設施的完善度也直接關系到綠色建筑的評級，因此該指標對于綠色改造有重要影響。

(5)成本效益：成本效益直接關系到政府和業主對建筑物的改造判斷和改造意愿，政府部門希望通過改造節約資源保護環境，響應國家政策，而業主單位則希望通過改造，降低運營成本，以最小成本取得最大效益，因此該指標對改造潛力也有較大影響[19]。

5.3 AHP法的應用

向既有建筑綠色改造相關領域的項目專家、高校教師、研究生等人員發放調查問卷，讓他們對列出的各指標采用1～9比例標度法進行重要程度打分12，然后根據 AHP 法確定各個層次指標的權重如下：

W=(0.1762，0.5318，0.0628,0.0429,0.1833)；

W1=(0.0951,0.0523,0.0288)；

W2=(0.258,0.0395,0.0567,0.1321,0.0455)；

W3=(0.0157,0.0471)；

W4=(0.0072,0.0114，0.0273)；

W5=(0.1222,0.0611)，具體結果見表3。

5.4 模糊綜合法的應用

根據查閱相關文獻與標準確定常用潛力評語集合為V={V1，V2，V3，V4}={ 改造潛力大， 改造潛力一般， 改造潛力較小，無改造潛力 }，風 險 等 級 范 圍 分 別 是V1∈[80,100]，V2∈[60,80]，V3∈[50,60]，V4∈[0,50]。分別對應GB/T50378-2019綠色建筑評價標準中的三星級、二星級、一星級標準[20]。

根據調查問卷數據建立模糊綜合評價矩陣，具體如下：

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

根據模糊評價法的公式可得：B=W×R=(0.473，0.295,0.173,0.060)，具體結果見表4。

表4 權重計算結果

根據表4的計算結果，在該建筑的綠色改造潛力評價中，可以清晰地得出處于“改造潛力大”的隸屬度為0.473，處于“改造潛力一般”的隸屬度為0.295，處于“改造潛力較小”的隸屬度為0.173，處于“無改造潛力”的隸屬度為0.060，根據最大隸屬度的原則，最終評定該建筑的改造潛力為大。最終，項目獲得三星級綠色建筑標識，符合計算結論。

6 結語

針對當前我國既有建筑綠色改造評價體系不夠完善的情況進行潛力評價研究，利用AHP法確定潛力評價的權重，并用模糊綜合評價及最大隸屬度原則對其進行分析，在潛力評價中做到定性與定量相結合，體現評價的科學性，最后用實例驗證該潛力評價模型的可行性，但本文權重的確定及隸屬度的權重均通過對相關專家調查問卷得出，存在樣板數據量較小且主觀性太強的不足，因此，需要進一步結合國內外專家的相關方法及最新研究結果進行補充，以期為我國的既有建筑綠色改造評價體系領域提供相應參考。