基于ALARP 準則的市政工程綠色施工評價

張天寶，陳 永

（中建三局基礎設施建設投資有限公司，武漢 430073）

隨著國家對環保要求不斷提高，“四節一環保”綠色施工理念受到越來越多重視。住房城鄉建設部印發的《建筑節能與綠色建筑發展“十三五”規劃的通知》明確提出2020 年新建綠色建筑占比超50%，綠色建材應用比重超過40%，全國城鎮既有居住建筑中節能建筑所占比例超過60%［1］。國內學術界從不同領域、運用不同方法對綠色施工進行評價與分析。王欣怡等［2］運用BIM 技術與綠色建筑分析軟件相結合對某教學樓進行綠色分析及評價。張麗君［3］在結合“壓力-狀態-響應”模型及模糊物元理論建立了一套適用于鐵路工程領域的評價模型。為優選西北寒旱環境下鐵路路基綠色施工方案，萬炳彤等［4］運用TOPSIS 模型構建了適應于西北寒旱地區鐵路路基綠色施工評價模型。基于中國國情，閆志剛等［5］結合全壽命周期評價理論及突變級數法討論了綠色施工評價標準體系和方法。基于PSR 模型和目標分解方法，李邦武等［6］結合海南省旅游城市特點提出了綠色公路施工階段評價指標體系構建方法，確定了指標權重的序關系分析法并提出了如何評價分值。姚立根［7］運用改進屬性識別模型創建了建筑工程綠色施工評價方法。

以上研究大多針對公路、建筑領域，而在市政領域研究較少。從研究方法來看，大多屬于采用不同的數學模型構建綠色施工評價體系，對綠色施工經濟效益相關方面鮮有報道。相比房屋建筑工程，市政工程施工區域往往呈現縱向帶形分布，里程長、工種多、跨越不同的自然地理區域，未知因素較多，其綠色施工要求勢必區別于房建工程，構建適應于市政工程綠色施工評價體系或準則十分有必要，同時對其進行經濟效益分析有助于復雜施工條件下綠色施工成本的動態管控。本文在綠色施工規范“四節一環保”的評價體系基礎上構建適合市政工程綠色施工評價體系，將層次分析法與熵權法相結合綜合確定評價指標權重，并借鑒安全經濟學原理對綠色施工進行經濟效益分析，基于最低合理可行準則，以“評價得分”為縱坐標，“資金投入成本”為橫坐標，嘗試構建市政工程綠色施工可接受準則，為市政工程綠色施工效益最大化及評價提供思路。

1 評價體系的建立

隨著建筑業不斷發展與進步，傳統勞動密集型生產方式逐漸被摒棄，建筑業的創新發展是未來的必然趨勢。早在2011 年住房和城鄉住建部就開啟了“全國綠色建筑創新獎申報工作”，在綠色施工評價體系中增加“創新與提高”指標十分有必要。在2018 年住房和城鄉建設部提出的《建筑工程綠色施工評價標準（征求意見稿）》中將“人力資源節約與保護”增加為獨立評價指標，形成“五節一環保”，在本次評價體系中亦增加該指標以體現中國“以人為本”的核心科學發展觀。提出的評價體系共分3 個階段，每個階段均包括8 個二級指標，31 個三級指標，具體如圖1 所示。

圖1 市政工程綠色施工評價體系

2 權重的確定

權重的計算方法有多種，現將層次分析法與熵權法相結合進行綜合賦權，結合主觀與客觀以提高權重結果的準確性［8］。熵權組合確定權重的計算流程按以下步驟：①層次分析法計算權重；②熵權法計算熵權；③根據向量距離最短求出分配系數；④求出組合權值。

層次分析法與熵權法計算流程可參照文獻［9］，這里主要說明二者綜合確權方法。假設層次分析法的計算權重結果為，由熵權法的計算權重結果為，使用公式進行組合計算，其中α、β表示權重的分配系數，且二者符合α+β=1。α和β的確切值通過構造距離函數方程的方法獲得，這樣可以使之間的差異與α和β之間的差異盡量保持一致。根據向量距離算法，可得w′和w′′的距離函數為

分配系數之間的差異用α、β表示為

構造方程組并求得系數為

3 綠色施工風險可接受準則

3.1 評價得分

設C、D級各指標權重為wc、wd，D級各指標得分為Gd，則第i個C級指標及權重分別為

B級指標表示工程施工的不同階段，2010 年規范中建筑工程3 個階段權重分別為0.5、0.3 和0.2［10］，市政工程異于建筑工程，往往呈現縱向線性發展，同時在施工過程中由于施工線路長，劃分的不同工區、工作面之間可平行作業，不同施工階段在單位工程中往往并存，為了契合實際，這里不同階段權重取值均為1/3，即

根據式（1）～式（5），可以得出市政工程綜合得分為

3.2 綠色施工經濟效益分析

風險可接受準則（risk acceptance criteria）指工程項目在某段時間內或系統的某一行為階段內可接受或可管理的風險等級水平，反映了工程、人員及社會第三方等主體對風險的接受程度［11］。圖2 中將風險分為3 個區域，不同區域對應不同的控制措施，風險處置的態度也有顯著差異［12］。借鑒風險可接受準則結合2010 版規范評價得分將得分80≤G≤100劃分為可接受區，60≤G＜80 劃分為ALARP 范圍，0≤G＜60 劃分為“不可接受”，如表1 和圖2 所示。

圖2 ALARP 準則

表1 等級評價

根據成本-效益分析［13］，構成綠色施工的總體經濟功能可用綠色施工功能函數F(S)表示為

式中：S為綠色施工效果；E（S）為綠色施工效益函數；L（S）為損失函數；I（S）為增值函數；C（S）為成本函數，它們之間的函數關系如圖3 所示。由圖可看出，在S0點處有效益最大值Emax，此時S0點對應效益函數導數為0，即

圖3 經濟效益分析

根據“最大效益原理”，可將綠色施工效果取值劃分為以下3 個范圍：

1）費用C∈(0，C1)階段，該階段對應S∈(0，S1)，,此階段投入的費用較少但綜合效益差，邊際效益大于零，邊際產出是遞增的，投入費用改善施工技術、更新機械或材料等措施將增加綠色施工的效益。將a點所對應的費用水平Cmin設為投入資本下限，即風險水平高于R上限，將是不能被接受的。

2）費用C∈(C1，C2)階段，該階段對應S∈(S1，S2)，S0點附近有較好的綠色施工綜合效益，最佳投入費用C0可根據運籌學目標規劃求解。

3）費用C∈(C2，∝) 階段，該階段對應，數值越來越小且邊際效應趨向于零，邊際產出遞減。投入大量的成本，綠色施工效果越來越不明顯，需要進行綠色施工措施投資的成本-效益分析，以保持綠色施工效果E1的下限。若想繼續大幅增加綠色施工效益，則只能對本生產系統進行技術或管理上的升級，到了一定程度，技術或管理又相對滯后，此時若想再次大幅增加綠色施工效益，則需第二次“技術管理”刺激，“激活”效益，如此循環。

4 ALARP 準則的制定

綠色施工最終效果可從最終專家評價得分體現，但投入到綠色施工中的成本或費用也是另一個值得考慮的關鍵指標，只有在合理的費用區間內達到可以讓人接受的程度才能體現真正的“綠色”。參考安全風險級別判斷公式R=P×C［14］，將綠色施工綜合得分和投入成本作為兩個判別因素構建綠色施工ALAPR 準則二維矩陣，見表2。同時以綜合得分為縱坐標，以投入成本為橫坐標得到圖4 綠色施工可接受準則函數關系。綜合得分以60 分和80 分為閾值，投入成本根據3.2 節分析中C1、C2為閾值。在實際綠色施工中必然會投入一定的資金，確保工程達到最基本的“綠色”，滿足規范等要求，對應綠色施工功能函數F(S)為零的點，設為Cmin。綜合得分60 分以下均為不合格，不論投入多少資金均“不可接受”，若投入較少的費用達到了綠色施工的要求甚至有較好的綜合得分，這是“可接受”的；當投入成本費用在C1、C2之間，同時綜合得分也較高，效益較好，“可接受”，若綜合得分相對較低，則有提升“性價比”的空間，可進行效益分析求得最佳投入成本C0；當投入成本大于C2時，根據3.2 節分析，投入的成本對改善綠色施工的綜合效益效果不明顯，若此時綜合得分還相對“較低”，則“難以接受”，若得分較高，進行效益分析或“技術創新與提高”得到較為合理的投入費用，提高“性價比”，則“可接受”。根據以上分析得到ALARP區間范圍為C∈(C1，C2)和G∈(60，80)，不可接受區間為C∈(C2，Cmax) 和G∈(0，100)或C∈(Cmin，C2) 和G∈(0，60)；可接受區間為C∈(Cmin，C1)和G∈(60，100)或C∈(C1，C2)和G∈（80，100），如表2 和圖4 所示。

圖4 市政工程綠色施工ALARP 準則

表2 綠色施工ALAPR 準則二維矩陣

5 結論和建議

在原綠色施工規范的“四節一環保”評價體系基礎上增加了“科技創新與提高”指標并將“人力資源節約與保護”單獨列項，構建了市政工程綠色施工評價體系。提出將層次分析法與熵權法相結合綜合確定各指標權重，綜合了主觀意見與客觀實際提高了權重結果的準確性，借鑒安全經濟學原理對綠色施工進行經濟效益分析，分析了最佳投入資金成本區間范圍，基于最低合理可行（ALARP）準則，以“評價得分”為縱坐標，“資金投入成本”為橫坐標，將綠色施工劃分為“可接受”“ALARP”及“不可接受”3 個分布區間并給出各區間閾值，為綠色施工效益最大化及其評價提供思路。

本文僅提出市政工程綠色施工經濟效益概念公式，未給定Cmin、C1、C2及C0等閾值精確值，需進一步深入探討綠色施工投資效益最優化和模型的構建；同時“綜合得分”與“投入成本費用”之間存在的具體函數關系也是值得深入的問題，它同樣體現了“投資”與“效益”的關系，這需要大數據的有力支撐。