基于AHP與價值工程的BIM正向設(shè)計建筑節(jié)能方案評選

林冠宏

（廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530007）

0 前言

隨著社會對建筑節(jié)能的日趨重視及技術(shù)水平的提高，結(jié)合國家實(shí)行側(cè)向供給政策導(dǎo)向，建筑節(jié)能融入BIM 正向設(shè)計技術(shù)后取得了更多成效，建筑節(jié)能已進(jìn)入新的發(fā)展階段。與此同時，BIM 正向設(shè)計建筑節(jié)能的評價方法也在逐步完善，但由于節(jié)能設(shè)計方案多樣化和節(jié)能技術(shù)更新速度快，節(jié)能方案評選方法相對單一，導(dǎo)致在進(jìn)行BIM 正向設(shè)計階段無法對建筑節(jié)能方案進(jìn)行準(zhǔn)確的綜合評價，從而造成BIM 正向設(shè)計建筑節(jié)能方案決策效率不高。

1 建筑節(jié)能功能指標(biāo)的構(gòu)建

對BIM 正向設(shè)計節(jié)能方案進(jìn)行評價的前提是在設(shè)計階段考慮建筑全壽命周期能耗并建立其功能指標(biāo)，指標(biāo)的適應(yīng)性和可行性直接影響著方案評價的準(zhǔn)確性。經(jīng)工程實(shí)踐驗(yàn)證，可以采用層次分析法AHP（Analytical Hierarchy Process）來構(gòu)造判斷矩陣，經(jīng)一致性檢驗(yàn)后，可確定各功能指標(biāo)對目標(biāo)的影響權(quán)重。在BIM 正向設(shè)計建筑節(jié)能功能指標(biāo)的構(gòu)建中，擬從六個主要方面進(jìn)行研究，建立建筑節(jié)能分層指標(biāo)體系。具體來講，對建筑節(jié)能功能（F）的構(gòu)建主要考慮如下因素[1]：一是建筑設(shè)計（A1）層面，可從建筑物朝向（B1）、建筑物體型系數(shù)（B2）、天然采光度（B3）三個次層面進(jìn)行分析；二是空調(diào)采暖系統(tǒng)（A3）層面，可從空調(diào)系統(tǒng)冷熱負(fù)荷（B4）、空氣處理設(shè)備效率（B5）兩個次層面進(jìn)行分析；三是作為建筑節(jié)能重點(diǎn)監(jiān)控部分的圍護(hù)結(jié)構(gòu)（A3）層面，可從建筑物的外墻加權(quán)平均傳熱系數(shù)（B6）、屋面加權(quán)平均傳熱系數(shù)（B7）、門窗及幕墻氣密性（B8）三個次層面進(jìn)行分析；四是照明及智能節(jié)能（A4）層面，可從高效智能節(jié)能光源（B9）、綠色再生能源利用（B10）、智能節(jié)能設(shè)備采用（B11）、電梯智能節(jié)能（B12）四個次層面進(jìn)行分析；五是水資源利用（A5）層面，可從污水處理（B13）、水資源綜合利用（B14）四個次層面進(jìn)行分析；六是運(yùn)維節(jié)能管理（A5）層面，可從能源消耗總量監(jiān)控及改進(jìn)（B15）、節(jié)能管理制度（B16）兩個次層面進(jìn)行分析。

2 利用層次分析法進(jìn)行計算

在建立了遞階分層評估體系模型后，需要運(yùn)用層次分析法解決功能指標(biāo)的權(quán)重分配問題[2]。計算步驟如下：

2.1 建立比例標(biāo)度并構(gòu)造判斷矩陣

依據(jù)兩兩比較的標(biāo)度和判斷原理，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論[1]，可得出賦值為1 至9 的比例標(biāo)度。按照層次結(jié)構(gòu)模型，每一層元素都以相鄰上一層次各元素為基準(zhǔn)，按上述標(biāo)度方法兩兩比較構(gòu)造判斷矩陣，設(shè)判斷矩陣為[A]，按定義則有：

（1）判斷矩陣A 的元素按行相乘，得到行元素的乘積Mi

（2）對每行的乘積Mi 分別計算n 次方根，得到Vil

（3）將向量Vi

l進(jìn)行歸一化處理

（4）計算判斷矩陣A 的最大特征根λmax

其中（AW）i 表示AW 乘積的第i 個分量。

2.2 判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)并計算權(quán)重

判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)公式為CR=CI/RI，其中CI 為一致性檢驗(yàn)指標(biāo)，CI=（λmax-n）/（n-1），n 為判斷矩陣的階數(shù)，RI 為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，其取值見表1。

表1 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI 的取值[3]

當(dāng)CR＜0.1 時，一般認(rèn)為A 的一致性是可以接受的[3]，否則需要重新調(diào)整判斷矩陣，直至滿足一致性檢驗(yàn)為止。在判斷矩陣滿足一致性檢驗(yàn)的條件下，可求得各層功能指標(biāo)的權(quán)重。

3 建立價值工程模型

3.1 計算功能系數(shù)

利用層次分析法得到的各層功能指標(biāo)的權(quán)重，對所評選的方案采用10 分制進(jìn)行功能評價。各分?jǐn)?shù)乘以功能指標(biāo)權(quán)重得到功能加權(quán)分，對功能加權(quán)分的和進(jìn)行指數(shù)處理后可以得到各方案的功能系數(shù)。

3.2 計算成本系數(shù)

這里的成本是指用于建筑節(jié)能技術(shù)上費(fèi)用與后期使用維護(hù)成本的總和。分項(xiàng)計算在建筑節(jié)能的成本，對各個方案的成本進(jìn)行指數(shù)處理后可以得到各方案的功能系數(shù)。

3.3 建立模型

價值[V]=功能系數(shù)/成本系數(shù)，取max[Vi]作為最優(yōu)方案。

4 實(shí)例分析

現(xiàn)以南寧市擬建的某公共建筑項(xiàng)目為例，在進(jìn)行BIM正向設(shè)計時對于建筑節(jié)能有三個互斥節(jié)能方案。采用本文所闡述的評價方法來對比各方案節(jié)能價值，選擇實(shí)施方案。實(shí)施過程中，聘請五位對建筑節(jié)能有深入研究的知名專家進(jìn)行權(quán)重數(shù)值和評價，其具體分析過程如下：

1）運(yùn)用層次分析法確定各層相應(yīng)的權(quán)重數(shù)值。總評價矩陣（P-A）的權(quán)重數(shù)值A(chǔ) 的確定主要是通過兩兩比較，結(jié)合目前建筑節(jié)能的控制重點(diǎn)，得到表2所示的判斷矩陣。

表2 （P-A）總判斷矩陣

根據(jù)各因素的權(quán)重，可得到特征值：

λmax=6.486，CI=0.096，查表1得RI=1.26，于是CR=CI/RI=0.076＜0.1，可知該判斷矩陣滿足一致性檢驗(yàn)要求，矩陣權(quán)重數(shù)值可以接受。

同樣，按照上述方法，可得到各二級評價指標(biāo)的權(quán)重數(shù)值如下：

表3 B 層的總排序

表4 功能系數(shù)計算表

則可得到B 層的總排序見表3。

2）利用各層功能指標(biāo)的權(quán)重，對所評選的方案采用10 分制進(jìn)行功能評價見表4。

3）各個方案的成本系數(shù)（表5）

表5 各方案成本系數(shù)計算表

4）計算各個方案的價值系數(shù)（表6）

表6 各個方案的價值系數(shù)

5 結(jié)語

基于AHP 和價值工程對BIM 正向設(shè)計建筑節(jié)能方案綜合評價法的特點(diǎn)在于既可以較為準(zhǔn)確地反饋建筑節(jié)能性能的不確定性，又可以客觀地評價各節(jié)能方案的節(jié)能情況，并且評價模型可以融合眾多建筑節(jié)能專家的意見，經(jīng)過數(shù)值分析以定量的方式輔助決策，進(jìn)行方案選擇，在定性評價的基礎(chǔ)上進(jìn)行定量的拓展。