基于功能分析系统技术的低碳建筑方案优化

杨文安　黄嫚嫚

摘要：指出了低碳建筑是建筑业发展的重要方向之一，方案优选又是低碳建筑前期策划的主要工作，因此以低碳建筑方案优选为研究对象，将低污染、低排放、低能耗及室内环境污染作为低碳建筑四大性能指标，以低碳建筑项目的功能性分析为基础，绘制了功能分析系统（FAST）图，进行了功能成本分析及功能性能分析；并运用最简单方案法，结合功能成本的矩阵算法，计算出功能成本数值分配额以及功能性能分配额，最后通过性能敏感性矩阵，利用相关的数值分析，得出了对高成本低性能贡献的功能应该采取替换或摒弃措施以及对性能有卓越贡献的功能需要着重考虑的结论，从而实现了方案的优化。

关键词：低碳建筑；功能分析系统技术；功能成本分析；功能性能分析

中图分类号：F407.9文献标识码：A文章编号：16749944（2014）02026504

1引言

低碳建筑也就是综合利用能源资源、能源消耗小、排放少的建筑，一般也称为绿色低碳建筑[1]。所谓低碳建筑是以减少温室气体排放为目标，以低能耗、低污染为基础的经济模式，其实质是能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色GDP，核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变[2]。

早在2007年我国推行的《能源发展“十一五”规划》中，明确提出到2010年，将使单位GDP能耗比2006年降低20%的目标[3]。就目前国情而言，中国建筑生态节能水平的落后不单单是技术的落后[4]，而且缺乏整个价值导向的中枢指导，再加上低碳建筑不仅仅只是时代召唤的结果，也日渐成为人们追求健康、绿色生活的理念代表。在低碳建筑项目的建设中，方案的优选往往决定了低污染、低能耗实现的程度。目前，对于低碳建筑方案优选环节，大多采用的是基于原理V=FC[5]的价值工程研究，在运用价值工程方法进行方案选取时，虽然也将项目的功能作为考虑的基本要素，但是研究者往往是在功能与成本的比值上作权衡，要么是牺牲功能减少成本要么仅仅是降低成本。有专家认为，低碳建筑不同于一般建筑，其功能和费用的关系更加复杂，不仅应关注功能与费用的关系，还应做到建筑物的节能减排，而且我们还应寻找一个可以量化的指标来反映低碳建筑的碳排放水平[6]。在低碳建筑项目中，如果仅仅只是为了达到建筑低碳性的目标而对于使用低碳节能技术和设备具有极大的盲目性，则会增加建筑成本，得不偿失，而且还会导致建筑功能性缺失的遗憾。因此，从考虑绿色环保和使用功能的角度，本文将注重分析低碳建筑项目的功能，通过绘制FAST图，来研究怎样实现建筑的低碳功能，然后基于功能、成本与性能三者的关系，通过相应的数值分析进行方案优化。

2低碳建筑FAST图

FAST是功能分析系统技术的简称，它是在描述项目的功能的基础上建立的，是由Charles Wbytheway 创建的。该功能是由动词-名词[7]的形式进行定义，将这些简单随机的功能用来描述复杂的系统；它解决了具有不同学术背景的专家对于专业性问题沟通的障碍，促进了问题挖掘的效率性及准确性。

基于对低碳建筑概念的回归，将改善人居环境作为研究的最终目标，以减低建筑能耗及解决能源问题作为初步实现目标的途径，构建了以下的FAST图（图1）。在FAST模型中，功能依存关系是通过明确一项功能如何实现这个功能来确定的。如果对应哪个问题无法给出确切且令人可以接受的答案，那就说明存在着无价值的功能，也存在着功效不大的行动[7]（从左到右以怎么办来阅读，从右到左以为什么来进行阅读，如左到右，要改善人居环境，怎么办？要通过减低建筑能耗和解决能源问题来解决；从右往左读，为什么要准备设计？是因为要利用常规能源等），如何-为何这类问题的重要性在于它们所引出的答案。当问“为何”的时候，答案就是实现那个功能的方法。当问“为何”的时候，答案就是那个功能的目标[7，8]

3低碳建筑功能、成本、性能分析

3.1低碳建筑功能成本分析

低碳建筑主要强调在建筑物的整个生命周期内减少化石能源的使用，提高能效，降低二氧化碳等温室气体的排放[9]，根据上述FAST图，可以将低碳建筑的功能分解为：提高通风率、降低用水量、提高可再生资源利用率、降低能耗率、提高吸收率、监控二氧化碳量、管理雨污水、创造舒适性、控制污染源九大指标。

3.4构建性能敏感性矩阵

上一节通过分析功能成本矩阵以及功能性能矩阵，那么根据矩阵所得的数值建立性能敏感度矩阵，首先建立二维度指标，横向表示的是低碳建筑的功能，竖向表示的是低碳建筑的性能属性。功能对于性能的贡献度大，表4用环状图形表示主要贡献（由y的数值分布来判断数值的大小，y的值越大就表示功能对性能占主要贡献，用F表示功能，P表示性能）。

4结语

本文仅仅在低碳建筑项目方案选择中给出了功能分析系统技术这样一种优化方法，这种方法同样也适用于低碳建筑项目全寿命周期的任何一个阶段，只是项目在每个阶段所带来的功能、性能大体不同，因而相应的分析也会随之变动。

参考文献：

[1] 陈小龙，刘小兵，武涌. 低碳建筑的价值评价方法与实证研究[J]. 建筑经济，2013（6）：74-77.

[2] 李启明，欧晓星. 低碳建筑概念及其发展分析[J]. 建筑经济，2010（2）：41～43.

[3] 佚名.探索我国建筑业发展低碳建筑的方法与策略[EB/OL].2014-12-24.中国城市低碳经济网.

[4] 宿敏.浅谈我国低碳建筑发展[EB/OL].2012-06-08.中国城市低碳经济网.

[5] 王军，金浩，石启印.价值工程在建筑设计方案评标中的应用[J].四川建筑科学研究，2006，32（1）：171～173.

[6] 陈悦华，申杰. 价值工程在低碳建筑节能减排中的应用[J]. 价值工程，2012，26：1～3.

[7] kaufman，J. Jerry. Value Engineering for the Practitioner. North Carolina State University， Raleigh， North Carolina， 1985.

[8] kaufman， J. Jerry.”The power of FAST in value Management，” SAE Technical Paper Series #970761.SAE International February，1997.

[9] 吴宁. 基于价值工程的低碳建筑投资决策研究[D].兰州：兰州交通大学，2012.

[10] IJ.S.Green Building Council An Introduction to IJ.S.Green Building Council and the LEED Rating system[S].December，2004.

[11] 乃静. 功能目前成本的矩阵算法[J]. 价值工程，1988（2）：33～34.

[12] 马庆国. 功能目前成本的一种求法——最简方案法[J]. 价值工程，1986（2）：23～24.endprint

摘要：指出了低碳建筑是建筑业发展的重要方向之一，方案优选又是低碳建筑前期策划的主要工作，因此以低碳建筑方案优选为研究对象，将低污染、低排放、低能耗及室内环境污染作为低碳建筑四大性能指标，以低碳建筑项目的功能性分析为基础，绘制了功能分析系统（FAST）图，进行了功能成本分析及功能性能分析；并运用最简单方案法，结合功能成本的矩阵算法，计算出功能成本数值分配额以及功能性能分配额，最后通过性能敏感性矩阵，利用相关的数值分析，得出了对高成本低性能贡献的功能应该采取替换或摒弃措施以及对性能有卓越贡献的功能需要着重考虑的结论，从而实现了方案的优化。

关键词：低碳建筑；功能分析系统技术；功能成本分析；功能性能分析

中图分类号：F407.9文献标识码：A文章编号：16749944（2014）02026504

1引言

低碳建筑也就是综合利用能源资源、能源消耗小、排放少的建筑，一般也称为绿色低碳建筑[1]。所谓低碳建筑是以减少温室气体排放为目标，以低能耗、低污染为基础的经济模式，其实质是能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色GDP，核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变[2]。

早在2007年我国推行的《能源发展“十一五”规划》中，明确提出到2010年，将使单位GDP能耗比2006年降低20%的目标[3]。就目前国情而言，中国建筑生态节能水平的落后不单单是技术的落后[4]，而且缺乏整个价值导向的中枢指导，再加上低碳建筑不仅仅只是时代召唤的结果，也日渐成为人们追求健康、绿色生活的理念代表。在低碳建筑项目的建设中，方案的优选往往决定了低污染、低能耗实现的程度。目前，对于低碳建筑方案优选环节，大多采用的是基于原理V=FC[5]的价值工程研究，在运用价值工程方法进行方案选取时，虽然也将项目的功能作为考虑的基本要素，但是研究者往往是在功能与成本的比值上作权衡，要么是牺牲功能减少成本要么仅仅是降低成本。有专家认为，低碳建筑不同于一般建筑，其功能和费用的关系更加复杂，不仅应关注功能与费用的关系，还应做到建筑物的节能减排，而且我们还应寻找一个可以量化的指标来反映低碳建筑的碳排放水平[6]。在低碳建筑项目中，如果仅仅只是为了达到建筑低碳性的目标而对于使用低碳节能技术和设备具有极大的盲目性，则会增加建筑成本，得不偿失，而且还会导致建筑功能性缺失的遗憾。因此，从考虑绿色环保和使用功能的角度，本文将注重分析低碳建筑项目的功能，通过绘制FAST图，来研究怎样实现建筑的低碳功能，然后基于功能、成本与性能三者的关系，通过相应的数值分析进行方案优化。

2低碳建筑FAST图

FAST是功能分析系统技术的简称，它是在描述项目的功能的基础上建立的，是由Charles Wbytheway 创建的。该功能是由动词-名词[7]的形式进行定义，将这些简单随机的功能用来描述复杂的系统；它解决了具有不同学术背景的专家对于专业性问题沟通的障碍，促进了问题挖掘的效率性及准确性。

基于对低碳建筑概念的回归，将改善人居环境作为研究的最终目标，以减低建筑能耗及解决能源问题作为初步实现目标的途径，构建了以下的FAST图（图1）。在FAST模型中，功能依存关系是通过明确一项功能如何实现这个功能来确定的。如果对应哪个问题无法给出确切且令人可以接受的答案，那就说明存在着无价值的功能，也存在着功效不大的行动[7]（从左到右以怎么办来阅读，从右到左以为什么来进行阅读，如左到右，要改善人居环境，怎么办？要通过减低建筑能耗和解决能源问题来解决；从右往左读，为什么要准备设计？是因为要利用常规能源等），如何-为何这类问题的重要性在于它们所引出的答案。当问“为何”的时候，答案就是实现那个功能的方法。当问“为何”的时候，答案就是那个功能的目标[7，8]

3低碳建筑功能、成本、性能分析

3.1低碳建筑功能成本分析

低碳建筑主要强调在建筑物的整个生命周期内减少化石能源的使用，提高能效，降低二氧化碳等温室气体的排放[9]，根据上述FAST图，可以将低碳建筑的功能分解为：提高通风率、降低用水量、提高可再生资源利用率、降低能耗率、提高吸收率、监控二氧化碳量、管理雨污水、创造舒适性、控制污染源九大指标。

3.4构建性能敏感性矩阵

上一节通过分析功能成本矩阵以及功能性能矩阵，那么根据矩阵所得的数值建立性能敏感度矩阵，首先建立二维度指标，横向表示的是低碳建筑的功能，竖向表示的是低碳建筑的性能属性。功能对于性能的贡献度大，表4用环状图形表示主要贡献（由y的数值分布来判断数值的大小，y的值越大就表示功能对性能占主要贡献，用F表示功能，P表示性能）。

4结语

本文仅仅在低碳建筑项目方案选择中给出了功能分析系统技术这样一种优化方法，这种方法同样也适用于低碳建筑项目全寿命周期的任何一个阶段，只是项目在每个阶段所带来的功能、性能大体不同，因而相应的分析也会随之变动。

参考文献：

[1] 陈小龙，刘小兵，武涌. 低碳建筑的价值评价方法与实证研究[J]. 建筑经济，2013（6）：74-77.

[2] 李启明，欧晓星. 低碳建筑概念及其发展分析[J]. 建筑经济，2010（2）：41～43.

[3] 佚名.探索我国建筑业发展低碳建筑的方法与策略[EB/OL].2014-12-24.中国城市低碳经济网.

[4] 宿敏.浅谈我国低碳建筑发展[EB/OL].2012-06-08.中国城市低碳经济网.

[5] 王军，金浩，石启印.价值工程在建筑设计方案评标中的应用[J].四川建筑科学研究，2006，32（1）：171～173.

[6] 陈悦华，申杰. 价值工程在低碳建筑节能减排中的应用[J]. 价值工程，2012，26：1～3.

[7] kaufman，J. Jerry. Value Engineering for the Practitioner. North Carolina State University， Raleigh， North Carolina， 1985.

[8] kaufman， J. Jerry.”The power of FAST in value Management，” SAE Technical Paper Series #970761.SAE International February，1997.

[9] 吴宁. 基于价值工程的低碳建筑投资决策研究[D].兰州：兰州交通大学，2012.

[10] IJ.S.Green Building Council An Introduction to IJ.S.Green Building Council and the LEED Rating system[S].December，2004.

[11] 乃静. 功能目前成本的矩阵算法[J]. 价值工程，1988（2）：33～34.

[12] 马庆国. 功能目前成本的一种求法——最简方案法[J]. 价值工程，1986（2）：23～24.endprint

摘要：指出了低碳建筑是建筑业发展的重要方向之一，方案优选又是低碳建筑前期策划的主要工作，因此以低碳建筑方案优选为研究对象，将低污染、低排放、低能耗及室内环境污染作为低碳建筑四大性能指标，以低碳建筑项目的功能性分析为基础，绘制了功能分析系统（FAST）图，进行了功能成本分析及功能性能分析；并运用最简单方案法，结合功能成本的矩阵算法，计算出功能成本数值分配额以及功能性能分配额，最后通过性能敏感性矩阵，利用相关的数值分析，得出了对高成本低性能贡献的功能应该采取替换或摒弃措施以及对性能有卓越贡献的功能需要着重考虑的结论，从而实现了方案的优化。

关键词：低碳建筑；功能分析系统技术；功能成本分析；功能性能分析

中图分类号：F407.9文献标识码：A文章编号：16749944（2014）02026504

1引言

低碳建筑也就是综合利用能源资源、能源消耗小、排放少的建筑，一般也称为绿色低碳建筑[1]。所谓低碳建筑是以减少温室气体排放为目标，以低能耗、低污染为基础的经济模式，其实质是能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色GDP，核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变[2]。

早在2007年我国推行的《能源发展“十一五”规划》中，明确提出到2010年，将使单位GDP能耗比2006年降低20%的目标[3]。就目前国情而言，中国建筑生态节能水平的落后不单单是技术的落后[4]，而且缺乏整个价值导向的中枢指导，再加上低碳建筑不仅仅只是时代召唤的结果，也日渐成为人们追求健康、绿色生活的理念代表。在低碳建筑项目的建设中，方案的优选往往决定了低污染、低能耗实现的程度。目前，对于低碳建筑方案优选环节，大多采用的是基于原理V=FC[5]的价值工程研究，在运用价值工程方法进行方案选取时，虽然也将项目的功能作为考虑的基本要素，但是研究者往往是在功能与成本的比值上作权衡，要么是牺牲功能减少成本要么仅仅是降低成本。有专家认为，低碳建筑不同于一般建筑，其功能和费用的关系更加复杂，不仅应关注功能与费用的关系，还应做到建筑物的节能减排，而且我们还应寻找一个可以量化的指标来反映低碳建筑的碳排放水平[6]。在低碳建筑项目中，如果仅仅只是为了达到建筑低碳性的目标而对于使用低碳节能技术和设备具有极大的盲目性，则会增加建筑成本，得不偿失，而且还会导致建筑功能性缺失的遗憾。因此，从考虑绿色环保和使用功能的角度，本文将注重分析低碳建筑项目的功能，通过绘制FAST图，来研究怎样实现建筑的低碳功能，然后基于功能、成本与性能三者的关系，通过相应的数值分析进行方案优化。

2低碳建筑FAST图

FAST是功能分析系统技术的简称，它是在描述项目的功能的基础上建立的，是由Charles Wbytheway 创建的。该功能是由动词-名词[7]的形式进行定义，将这些简单随机的功能用来描述复杂的系统；它解决了具有不同学术背景的专家对于专业性问题沟通的障碍，促进了问题挖掘的效率性及准确性。

基于对低碳建筑概念的回归，将改善人居环境作为研究的最终目标，以减低建筑能耗及解决能源问题作为初步实现目标的途径，构建了以下的FAST图（图1）。在FAST模型中，功能依存关系是通过明确一项功能如何实现这个功能来确定的。如果对应哪个问题无法给出确切且令人可以接受的答案，那就说明存在着无价值的功能，也存在着功效不大的行动[7]（从左到右以怎么办来阅读，从右到左以为什么来进行阅读，如左到右，要改善人居环境，怎么办？要通过减低建筑能耗和解决能源问题来解决；从右往左读，为什么要准备设计？是因为要利用常规能源等），如何-为何这类问题的重要性在于它们所引出的答案。当问“为何”的时候，答案就是实现那个功能的方法。当问“为何”的时候，答案就是那个功能的目标[7，8]

3低碳建筑功能、成本、性能分析

3.1低碳建筑功能成本分析

低碳建筑主要强调在建筑物的整个生命周期内减少化石能源的使用，提高能效，降低二氧化碳等温室气体的排放[9]，根据上述FAST图，可以将低碳建筑的功能分解为：提高通风率、降低用水量、提高可再生资源利用率、降低能耗率、提高吸收率、监控二氧化碳量、管理雨污水、创造舒适性、控制污染源九大指标。

3.4构建性能敏感性矩阵

上一节通过分析功能成本矩阵以及功能性能矩阵，那么根据矩阵所得的数值建立性能敏感度矩阵，首先建立二维度指标，横向表示的是低碳建筑的功能，竖向表示的是低碳建筑的性能属性。功能对于性能的贡献度大，表4用环状图形表示主要贡献（由y的数值分布来判断数值的大小，y的值越大就表示功能对性能占主要贡献，用F表示功能，P表示性能）。

4结语

本文仅仅在低碳建筑项目方案选择中给出了功能分析系统技术这样一种优化方法，这种方法同样也适用于低碳建筑项目全寿命周期的任何一个阶段，只是项目在每个阶段所带来的功能、性能大体不同，因而相应的分析也会随之变动。

参考文献：

[1] 陈小龙，刘小兵，武涌. 低碳建筑的价值评价方法与实证研究[J]. 建筑经济，2013（6）：74-77.

[2] 李启明，欧晓星. 低碳建筑概念及其发展分析[J]. 建筑经济，2010（2）：41～43.

[3] 佚名.探索我国建筑业发展低碳建筑的方法与策略[EB/OL].2014-12-24.中国城市低碳经济网.

[4] 宿敏.浅谈我国低碳建筑发展[EB/OL].2012-06-08.中国城市低碳经济网.

[5] 王军，金浩，石启印.价值工程在建筑设计方案评标中的应用[J].四川建筑科学研究，2006，32（1）：171～173.

[6] 陈悦华，申杰. 价值工程在低碳建筑节能减排中的应用[J]. 价值工程，2012，26：1～3.

[7] kaufman，J. Jerry. Value Engineering for the Practitioner. North Carolina State University， Raleigh， North Carolina， 1985.

[8] kaufman， J. Jerry.”The power of FAST in value Management，” SAE Technical Paper Series #970761.SAE International February，1997.

[9] 吴宁. 基于价值工程的低碳建筑投资决策研究[D].兰州：兰州交通大学，2012.

[10] IJ.S.Green Building Council An Introduction to IJ.S.Green Building Council and the LEED Rating system[S].December，2004.

[11] 乃静. 功能目前成本的矩阵算法[J]. 价值工程，1988（2）：33～34.

[12] 马庆国. 功能目前成本的一种求法——最简方案法[J]. 价值工程，1986（2）：23～24.endprint