綠色建筑智能化技術(shù)評價方法研究

郝 存

上海浦公節(jié)能環(huán)保科技有限公司

全球環(huán)境的日益惡化、資源能源的逐漸短缺，如何可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為人們面臨的嚴(yán)峻問題。黨的“十八大”報(bào)告中將中國特色社會主義事業(yè)總體布局由經(jīng)濟(jì)建設(shè)、政治建設(shè)、文化建設(shè)、社會建設(shè)“四位一體”拓展為包括生態(tài)文明建設(shè)的“五位一體”，提出的“推進(jìn)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展”、“建設(shè)美麗中國”，順應(yīng)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(dāng)大的一部分，2013年發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《綠色建筑行動方案》國辦發(fā)[2013]1號，以綠色、循環(huán)、低碳理念指導(dǎo)城鄉(xiāng)建設(shè)。節(jié)能、高效、環(huán)保的綠色建筑是未來建筑發(fā)展的必然趨勢。

2020年為實(shí)現(xiàn)國內(nèi)單位生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%的目標(biāo)，綠色建筑因其具有節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、環(huán)保的“四節(jié)一環(huán)保”特征，是最重要的節(jié)能減排應(yīng)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(xiàn)實(shí)意義。隨著人們對安全、高效、便捷、節(jié)能、環(huán)保、健康的建筑環(huán)境需求，越來越多的智能化技術(shù)運(yùn)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(fā)展，合理運(yùn)用智能化為綠色建筑服務(wù)，促進(jìn)建筑更節(jié)能、高效、環(huán)保，綠色建筑智能化應(yīng)運(yùn)而生。

1 概述

1.1 研究背景

建筑智能化技術(shù)是以建筑為基礎(chǔ)平臺，利用數(shù)據(jù)采集、控制及系統(tǒng)集成技術(shù)控制優(yōu)化各種機(jī)電設(shè)備運(yùn)行，利用計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)搭建信息交互平臺，實(shí)現(xiàn)辦公及信息自動化，集結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理及其相互之間的最優(yōu)化組合，達(dá)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(yùn)營管理；③采用技術(shù)手段優(yōu)化和保證設(shè)備運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

建筑中智能化技術(shù)的應(yīng)用意義與綠色建筑實(shí)現(xiàn)意義有著很多共同點(diǎn)，因此在綠色建筑的整個生命周期，包括規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理等環(huán)節(jié)，智能化技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用：

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

（2）建筑設(shè)備的調(diào)試階段，采用建筑智能化技術(shù)進(jìn)行調(diào)試及優(yōu)化控制是關(guān)鍵；

（3）運(yùn)營階段采用智能化技術(shù)提高科學(xué)管理水平，能大幅度地節(jié)省運(yùn)營期的能耗費(fèi)用；

（4）對具體項(xiàng)目的能耗計(jì)量、能耗診斷與評估、能耗監(jiān)測等進(jìn)行動態(tài)管理也需要智能化技術(shù)的支持；

（5）建筑智能化技術(shù)還可支撐可再生能源（太陽能熱水、采暖、太陽能發(fā)電、地源熱泵、沼氣等）、新技術(shù)（三聯(lián)供、蓄能系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)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(shù)、新設(shè)備，可能會增加一部分的初投資，但如果有智能化技術(shù)的運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)節(jié)約運(yùn)行費(fèi)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(huán)境效果。而目前還尚未有綠色建筑中智能化系統(tǒng)的應(yīng)用方法研究，不能為開發(fā)商、業(yè)主、咨詢單位等相關(guān)部門提供性價比最優(yōu)化的系統(tǒng)選擇性。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

（1）美國LEED

美國綠色建筑協(xié)會USGBC（(U.S Green Building Council）于1994年頒發(fā)了綠色建筑分級評價體系“能源與環(huán)境指南”（Leadership in Energy Environment Design，簡稱LEED）。該評估體系設(shè)計(jì)簡潔，便于理解把握和實(shí)施評估，強(qiáng)調(diào)建筑整個生命周期的可持續(xù)性，包括設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、運(yùn)營、拆除等過程，需要開發(fā)商、建筑師、結(jié)構(gòu)工程師、機(jī)電工程師、燈光設(shè)計(jì)師、園林設(shè)計(jì)師、施工單位、監(jiān)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(xù)性評估標(biāo)準(zhǔn)及評價體系的范本，其采用的第三方認(rèn)證機(jī)制增加了該體系的信譽(yù)度和權(quán)威性[1]。

（2）英國BREEAM

由于英國工業(yè)化造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題，社會各界希望采用有效途徑改善環(huán)境而美化環(huán)境，1990年英國建筑研究中心BRE（Building Research Establishment）提出了“建筑環(huán)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(shí)際應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)》

《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（見表1）GB/T50378-2014共分7類指標(biāo)和1個加分項(xiàng)，分為設(shè)計(jì)階段和運(yùn)行階段，主要技術(shù)內(nèi)容是：節(jié)地與室外環(huán)境、節(jié)能與能源利用、節(jié)水與水資源利用、節(jié)材與材料資源利用、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、施工管理、運(yùn)營管理、提高與創(chuàng)新。有關(guān)智能化技術(shù)的內(nèi)容見表2.3[3]。

表1 中國《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50378-2014關(guān)于智能化技術(shù)評價內(nèi)容

目前，國際上雖然已有多種綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)[4]，各國綠建評價方法研究均對能耗、空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、室內(nèi)溫濕度等提出了監(jiān)控方面的要求和相應(yīng)的技術(shù)策略，但這些綠建評價方法研究中尚無相關(guān)章節(jié)和方法研究對智能化技術(shù)進(jìn)行評價。

2 綠色建筑中智能化技術(shù)評價方法理論及原則

2.1 綠色建筑智能化技術(shù)評價方法理論

綠色建筑智能化技術(shù)評價方法理論需要多個學(xué)科、不同領(lǐng)域的理論知識作支撐指導(dǎo)，如：建筑學(xué)、環(huán)境學(xué)、生態(tài)學(xué)、能源經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會學(xué)、心理學(xué)、材料與設(shè)備等，綠色建筑智能化技術(shù)評價指標(biāo)體系應(yīng)遵循以下理論依據(jù)：①可持續(xù)發(fā)展理論；②全生命周期評價理論；③系統(tǒng)工程理論；④層次分析評價理論。

2.2 綠色建筑智能化技術(shù)評價方法原則

綠色建筑智能化技術(shù)評價是一個綜合分析生態(tài)環(huán)境與建筑設(shè)備建造及其相互作用的過程，在對其進(jìn)行評價時應(yīng)遵循評價總則和一般性原則。

（1）評價總則

1）根據(jù)國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，為綠色建筑智能化設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理以及節(jié)能改造提供依據(jù)，規(guī)范和引導(dǎo)建筑智能化系統(tǒng)向綠色軌道發(fā)展，制定本評價體系；

2）本體系中的綠色建筑智能化技術(shù)，其規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工安裝、驗(yàn)收與運(yùn)行管理直至報(bào)廢的宗旨是：節(jié)約資源與能源，減少對環(huán)境的污染，保護(hù)生態(tài)，創(chuàng)造健康舒適的室內(nèi)環(huán)境；

3）本體系適用于指導(dǎo)和評價智能化技術(shù)在全壽命周期內(nèi)，包括設(shè)計(jì)、驗(yàn)收與運(yùn)營管理兩個階段，也適合于相關(guān)系統(tǒng)的節(jié)能改造；

4）本體系所涉及的評價指標(biāo)，應(yīng)全面真實(shí)地反映建筑生態(tài)環(huán)境和系統(tǒng)能耗特征，并符合國家現(xiàn)行的行業(yè)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）一般性原則

科學(xué)性原則；技術(shù)合理性原則；動態(tài)性原則；開放性原則；地域性原則；協(xié)調(diào)性原則；完整性原則；易操作性原則；客觀性原則；獨(dú)立性原則。

3 綠色建筑中智能化技術(shù)評價指標(biāo)體系及評價方法

綠色建筑智能化技術(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足國家和地方現(xiàn)行的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，積極貫徹可持續(xù)發(fā)展的理念和技術(shù)策略，采用當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、人工智能技術(shù)等一系列技術(shù)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(shè)計(jì)要求，包括6大系統(tǒng)31個子項(xiàng)，詳見表2。

表2 綠色建筑智能化技術(shù)評價指標(biāo)體系

4 綠色建筑中智能化技術(shù)評價指標(biāo)權(quán)重體系

4.1 層次分析法

評價指標(biāo)的權(quán)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(dāng)其評價指標(biāo)已經(jīng)確定，必然會存在一個最佳的權(quán)重體系，因?yàn)橹挥凶罴训臋?quán)重體系才能客觀地反映各評價指標(biāo)之間的相對重要程度。

智能化技術(shù)系統(tǒng)評價和綠色建筑評價類似，由于其評價指標(biāo)不是一成不變的，因而在選擇評價指標(biāo)時，應(yīng)該盡可能地把所有的影響因素都考慮進(jìn)來，而不同的評價指標(biāo)所對應(yīng)的重要性是不同的，所以需要引入權(quán)重體系的概念來衡量每個評價指標(biāo)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(jìn)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(xué)教授T.L.Saaaty在20世紀(jì)70年代中期提出的。它是將復(fù)雜問題分解為多個組成因素，并將這些因素按支配關(guān)系進(jìn)一步分解，按目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層排列起來，形成一個多目標(biāo)、多層次的模型，和有序的遞階層次結(jié)構(gòu)。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(fù)雜問題的多個元素權(quán)重的整體判斷轉(zhuǎn)變?yōu)閷@些元素進(jìn)行“兩兩比較”，然后再轉(zhuǎn)為對這些元素的整體權(quán)重進(jìn)行排序判斷，最后確立各元素的權(quán)重。具體流程如圖1。

圖1 層次分析法實(shí)施流程

4.2 層次分析法在綠色建筑智能化技術(shù)評價中的應(yīng)用

（1）建立遞階層次結(jié)構(gòu)

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

（2）構(gòu)造兩兩比較矩陣

對每一層次各因素的相對重要性用數(shù)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(shù)作為標(biāo)度，其標(biāo)度含義見表3。

當(dāng)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(yàn)判斷矩陣是否具有滿意的一致性，需要將CI與平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI進(jìn)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(yīng)滿足bij=1，bij=1/bji（i，j=1，2，∧，n），判斷矩陣中的指標(biāo)值可以根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)資料以及專家意見綜合權(quán)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(jìn)行調(diào)整。

在這里，具體指標(biāo)之間的兩兩比較，一般可以通過調(diào)查訪問法、專家咨詢法進(jìn)行。根據(jù)各指標(biāo)的重要性構(gòu)造判斷矩陣進(jìn)行計(jì)算，所得結(jié)果如下：

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

表4 標(biāo)度及含義

（3）層次單排序和一致性檢驗(yàn)

層次單排序是根據(jù)判斷矩陣計(jì)算對于上一層某因素而言，本層次與之有聯(lián)系的因素的重要性次序的權(quán)值，它可以歸結(jié)為計(jì)算判斷矩陣的特征和特征向量問題，即對判斷矩陣B，計(jì)算滿足BW=λmaxW的特征根和特征向量， 并將特征向量正規(guī)化，將正規(guī)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(quán)值。

由于受諸種主客觀因素的影響，判斷矩陣很難出現(xiàn)嚴(yán)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(jìn)行檢驗(yàn)。

為了檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性，需要計(jì)算它的一致性指標(biāo)CI，定義如式（1）：

表6 判斷矩陣A-B

一致性檢驗(yàn)：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(yīng)用系統(tǒng)而言，各指標(biāo)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(yàn)： 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(tǒng)而言，各指標(biāo)之間的相對重要性比較），如表8所示。一致性檢驗(yàn)：λmax=2；CI=0；RI=0；CR=0＜0.10。判斷矩陣B3-P（相對于信息設(shè)施系統(tǒng)而言，各指標(biāo)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(yàn)：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(shè)備管理系統(tǒng)而言，各指標(biāo)之間的相對重要性比較），如表10所示。一致性檢驗(yàn)：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(tǒng)而言，各指標(biāo)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(yàn)：λmax=4.03；CI=0.01；RI=0.90；CR=0.01＜ 0.10。

判斷矩陣B6-P（相對于機(jī)房工程而言，各指標(biāo)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(yàn)： 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(yàn)。

（4）層次總排序和一致性檢驗(yàn)

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

一致性指標(biāo)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(biāo)，RIi為相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。總排序的結(jié)果具有滿意的一致性。

得出權(quán)重后，就可為指標(biāo)進(jìn)一步的量化和實(shí)施開展提供了條件，初定總分100分，根據(jù)權(quán)重可算出不同綠色建筑項(xiàng)目的智能化技術(shù)的應(yīng)用情況，同時，可按照50分（一星級），60分（二星級），80分（三星級）進(jìn)行評級。

表13 層次總排序情況表

5 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑智能化在智能的基礎(chǔ)上，要與可持續(xù)發(fā)展理念緊密結(jié)合。利用建筑智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能和環(huán)保的目標(biāo)勢在必行。將智能化技術(shù)應(yīng)用到綠色建筑中，取得了良好的效果，實(shí)現(xiàn)了建筑的現(xiàn)代化建設(shè)，延續(xù)了綠色生態(tài)的理念，將可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和生態(tài)社會戰(zhàn)略貫徹到底，既有利于綠色建筑行業(yè)的發(fā)展，也為信息技術(shù)的發(fā)展提供了發(fā)展契機(jī)，達(dá)到雙贏的效果。智能化技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用，保證了建筑的全壽命周期，達(dá)到了節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、無毒無害的目的，可將智能化技術(shù)發(fā)揮極致。

通過對國內(nèi)外綠色建筑智能化技術(shù)應(yīng)用及評價現(xiàn)狀的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外目前已有的綠色建筑評價方法中均沒有專門章節(jié)和專門方法研究對智能化技術(shù)進(jìn)行評價。同時，在綠色建筑的規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營管理的各個階段，將智能化系統(tǒng)的實(shí)施和應(yīng)用納入其中，是實(shí)現(xiàn)建筑綠色目標(biāo)的重要保證。為了對綠色建筑中智能化技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行評價，依據(jù)可持續(xù)發(fā)展理論、全生命周期評價理論、系統(tǒng)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(shù)評價方法。該方法共包括6大系統(tǒng)31個子項(xiàng)，采用層次分析法確定了各項(xiàng)的權(quán)重，根據(jù)權(quán)重可算出不同綠色建筑項(xiàng)目的智能化技術(shù)的應(yīng)用評價情況。通過對綠色建筑試點(diǎn)項(xiàng)目的評價分析，確定該評價系統(tǒng)具有一定的參考價值。

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

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[5] 朱杰莉. 建筑智能化技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢.科學(xué)時代，2014(20)