基于云模型耦合AHP的裝配式建筑全生命周期綠色度評價*

李輝山 趙瑞瑞

(蘭州理工大學，甘肅 蘭州 730050)

0 引言

2022年年底，中國建筑節能協會能耗與碳排放數據專業委員會發布的《2022年中國建筑能耗研究報告》顯示，2020年，全國建筑全過程能耗和碳排放總量分別為22.7億tce(標準煤計量當量)和50.8億tCO2，分別占全國能源消費總量的45.5%和50.9%。建筑行業應大力推行節能和低碳建筑，促進雙碳目標實現。《裝配式建筑綜合效益分析方法研究》中的測算結果顯示，裝配式建筑在整個生命周期內可減少碳排放，其中建造階段減少碳排放645.66t，使用階段減少碳排放2415.9t。裝配式建筑改變了傳統建造方式，符合綠色發展理念，實現了建筑產業化等優勢，已成為國內外學者研究的熱點。

裝配式建筑雖然具有諸多優點，但其較傳統建造方式的應用和推廣范圍較窄，發展呈區域性特點。為促進裝配式建造方式的改革、創新和發展，進一步加快我國建筑行業低碳、綠色發展，本研究構建了裝配式建筑全生命周期綠色度評價指標體系，建立了綠色度評價模型。

1 文獻綜述

1.1 裝配式建筑綠色度評價指標相關研究

魏明海[1]、楊蘇[2]等基于全生命周期理論，構建了以“四節一環保”、文脈、技術、室內及室外環境、施工文明程度、運營管理、評價管理和使用壽命為準則層的裝配式建筑綠色度評價指標體系；朱百峰[3]和許兆豐[4]建立了四維度的裝配式建筑綠色度評價指標體系，前者基于機制運行度、經濟綠色度、效益協調度和環境平衡度構建，后者基于資源節約與利用、環境保護、舒適度、管理機制構建。

1.2 裝配式建筑綠色度評價模型相關研究

2018年，曹志成等[5]采用CRITIC和TOPSIS法構建裝配式建筑綠色度評價模型，結果表明該模型具有合理性，且主要適用于新舊裝配式建筑綠色度對比研究；2020年，王乾坤等[6]采用標準正態云物元模型評價裝配式建筑施工綠色度，結果表明裝配式建筑綠色度等級為二級，且云物元理論引入評價過程使得評價結果更具客觀性；2022年，曹敏等[7]為評價裝配式建筑綠色度，建立了組合賦權-屬性識別的綜合評價模型，結果表明該模型就裝配式建筑綠色度評價具良好的適用性。

綜上，目前國內裝配式建筑綠色度評價相關研究較為豐富，評價指標的構建考慮了主客觀環境、經濟及人文等因素，評價方法及模型多元化，但存在裝配式建筑全生命周期綠色度評價指標選取不全面、對指標維度權重的設置不合理的情況。因此，本文在已有研究的基礎上，采用云模型(Cloud Model，CM)耦合層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)構建裝配式建筑全生命周期綠色度評價模型，為裝配式建筑綠色度評價提供一種新的評價模型，并為其發展和推廣提供參考依據。

2 裝配式建筑全生命周期綠色度評價指標體系建筑

通過文獻閱讀法梳理裝配式建筑綠色度評價指標，采用線上邀請專家訪談的方式構建裝配式建筑全生命周期綠色度評價指標體系，見表1。

表1 裝配式建筑全生命周期綠色度評價指標體系

3 基于云模型耦合AHP的裝配式建筑全生命周期綠色度評價

3.1 云模型

李德毅于1995年提出云模型，隨后云模型的發展經歷了理論形成、完善和應用三個階段。云模型是基于隨機數學和模糊數學理論可以實現定性和定量相互轉換的模型，它是用自然語言值表示的某個定性概念與其定量表示之間的不確定性轉換模型[8]。云模型常通過期望(Ex)、熵(En)和超熵(He)等數字特征來描述其在概念上的整體性。

3.2 層次分析法(AHP)

20世紀70年代末，T.L.Satty首次提出的層次分析法是一種適用于對多層次目標決策的、定性定量相結合的分析方法[8]。

3.3 基于云模型耦合AHP的裝配式建筑全生命周期綠色度評價模型

3.3.1 確定綠色度評價等級

借鑒住房和城鄉建設部頒布的《綠色建筑評價標準》(GB/T 50378—2019)中的等級劃分，確定本文裝配式建筑綠色度評價為5個等級，分別是不合格、基本級、一級、二級、三級。采用改進黃金分割法[9]計算綠色度評價(權重)標尺云數字特征，見表2。

3.3.2 確定各指標的分級標準云參數

各指標分級歸屬范圍見表3，其標準云參數參見表2。

3.3.3 基于云模型改進AHP確定評價指標權重云參數

(1)綠色度評價云模型判斷矩陣構造。在主體為層次分析法的基礎上，引入云模型標度(表4)。通過專家訪談的方式構造裝配式建筑綠色度評價云模型判斷矩陣。由于篇幅原因，以設計階段為例，見表5～表8。

表5 P-A云模型判斷矩陣

(續)

表6 A1-B云模型判斷矩陣

表7 B1-C、B2-C 云模型判斷矩陣

表8 B3-C云模型判斷矩陣

對所得云模型判斷矩陣P-A、A1-B、B1-C、B2-C、B3-C歸一化處理后，進行一致性檢驗。一致性檢驗指標為CC，見式(1)；隨機一致性檢驗指標為RC，見式(2)。若CC/RC<0.1，則一致性檢驗通過。

(1)

式中，λmax為判斷矩陣最大特征值；n為判斷矩陣的階數。

(2)

本文結合式(1)和式(2)檢驗CC與RC的比值，其值小于0.1，滿足一致性要求。

(3)

(4)

(5)

經過歸一化處理后，得到各指標對應的云模型權重w，見表9。

(3)綠色度評價實測云參數確定。通過浮動云法[10]計算裝配式建筑綠色度評價指標實測云參數，浮動云計算公式見式(6)和式(7)，此處He取0.01。

Ex=w1Ex1+w2Ex2+…+wnExn

(6)

(7)

式中，w1，w2，…，wn為m(m≥2)名專家分別對n(n≤5)朵基云的支持率，且w1+w2+…+wn=1(n≤5)。

(4)綠色度綜合評價云確定。采用加權平均法[10]確定裝配式建筑綠色度綜合評價云WC，公式如下

(8)

式中，wi為評價指標i的權重云參數；Ci為評價指標i的實測云參數。

其中，Ex和En按照云模型乘法和加法規則計算。設權重云為Ca，實測云為Cb，見式(9)和式(10)，He取0.01。在此基礎上，確定評價等級。公式如下

(9)

(10)

式中，Exa、Ena為權重云Ca的期望和熵；Exb、Enb為權重云Cb的期望和熵。

4 實證分析

(1)裝配式建筑綠色度評價指標實測云參數。實證以甘肅省裝配式建筑整體情況為目標進行綠色度評價。目前，甘肅省已建成裝配式建筑95萬m2，本文選取甘肅省典型的裝配式建筑，采用調查問卷結合實地調研，確定裝配式建筑綠色度評價各指標實測值，并結合表2、表3、式(6)和式(7)確定實測云參數，見表10。其中，調查問卷采用郵件形式，共邀請相關領域的10名專家參與，其中高級職稱6人，中級職稱4人，具有博士學位的5人，其余5人均具有碩士學位。

表10 裝配式建筑綠色度評價指標實測云參數

(2)裝配式建筑綠色度綜合評價云。通過式(8)，結合式(9)和式(10)計算甘肅省裝配式建筑綠色度綜合評價云參數，為(44.859，14.178，0.010)。基于Matlab R2017b軟件，采用正向發生器算法確定其綜合云圖，如圖1所示。

圖1 裝配式建筑綠色度綜合云圖

(3)裝配式建筑綠色度評價等級。由圖1初步確定甘肅省裝配式建筑綠色度評價等級為基本級和一級之間。通過計算基本級、一級和待評價對象對應Ex之間距離(d左和d右)，判斷待評價對象評價等級，計算得到d左=13.959，d左=5.141，故根據就近原則，確定甘肅省裝配式建筑綠色度評價等級為一級標準。

(4)結果與討論。甘肅省裝配式建筑全生命周期綠色度評價等級為一級，處于中等水平，與甘肅省現實情況一致。就目前國家政策要求而言，為促進我國雙碳目標的實現，甘肅省還應大力發展裝配式建筑，并提高其在全生命周期內綠色度的等級水平。

基于上述分析，提出以下建議：

1)從全生命周期角度來看，生產運輸、施工、使用與維護階段是裝配式建筑綠色度評價的主導階段。可建立裝配式建筑生產鏈綠色度監測部門，政府部門制定裝配式建筑綠色達標政策，企業可申請稅收優惠及減免。

2)影響裝配式建筑綠色度的主要指標集中在施工階段的建造垃圾排放C18。應回收裝配式建筑施工現場建造垃圾并進行循環再利用。各大高校可聯合增設建造垃圾再利用研究課題，促進裝配式建筑生產可持續發展。

5 結語

本文構建了裝配式建筑綠色度評價模型，依托甘肅省裝配式建筑進行實證研究，得出以下結論：

(1)通過耦合云模型和AHP構建了裝配式建筑全生命周期綠色度評價模型，其評價結果合理且貼合實際，為裝配式建筑綠色度評價提供了一種新的評價模型，客觀、準確地實現了定性指標的量化和定量指標的衡量。

(2)甘肅省裝配式建筑全生命周期綠色度評價等級為一級，處于中等水平。為提高甘肅省裝配式建筑綠色度水平，提出建立生產鏈綠色度監測部門、申請稅收優惠及注重施工階段建筑垃圾排放等措施。

(3)未來研究可繼續優化裝配式建筑全生命周期綠色度指標體系，實現裝配式建筑綠色度區域化研究，促進雙碳目標的實現。