基于模糊多层次灰色法的绿色建筑设计风险评价研究

蔡久顺， 张执国， 师 鹏， 何 泉

（1.空军工程大学 装备管理与安全工程学院，陕西 西安 710051；2.西安建筑科技大学 建筑学院，陕西 西安 710055）

在“节能减排”的背景下，绿色建筑成为我国建筑业转型的必然趋势。绿色建筑的设计是绿色建筑的灵魂，直接决定了绿色建筑的性能。蕴含在绿色建筑设计阶段中的风险如果不能较好地识别和防范，将会扩散到后期的施工和运营阶段，造成极大的损失。绿色建筑的设计风险已经成为影响绿色建筑发展的关键制约因素之一。

目前，国内外学者对绿色建筑的风险有一定的研究。文献［1］通过问卷调查，确定了我国绿色建筑全寿命周期中56项风险因素的发生概率和危害程度；文献［2］从承包商的视角，运用系统动力学手段建立了绿色建筑风险识别反馈模型图；文献［3］通过调查问卷和专家访谈辨识了绿色建筑的关键风险因素，给出了风险应对措施；文献［4］通过问卷调查得到影响我国绿色建筑项目成功的36项风险因素。梳理文献可知，现有研究主要针对绿色建筑全寿命周期内的整体风险，而较少涉及对全寿命周期风险有重要影响的设计阶段。

常见的风险评价方法有：层次分析法、模糊综合评价法、灰色理论评价法、统计概率法、蒙特卡罗法等。绿色建筑设计评价缺少必要的历史数据，“少信息、贫信息”；同时，设计风险本身具有模糊性和不确定性，人的认识又具有局限性；这些都说明了绿色建筑设计风险评价的“灰性”。模糊德尔菲层次分析法是一种综合了传统层次分析法、模糊评价方法和德尔菲法的群体模糊决策方法［5］，目前已经广泛应用于评价、决策等领域［6－7］。相对于传统层次分析法，它考虑了评价过程中的模糊性，集结了群体内所有专家的判断信息形成群体决策，克服了单人评价误差较大的缺陷。因此，本文把模糊德尔菲层次分析法和灰色理论结合起来，提出了一种模糊多层次灰色评价方法，以期能够提高绿色建筑设计风险评价的准确度。

1 绿色建筑设计风险分析

1.1 绿色建筑的设计目标

相比于普通建筑的设计目标，绿色建筑增加了全寿命周期内节能、环保、舒适等要求［8］。

（1）功能目标。绿色建筑的设计首先要满足建筑物的基本使用功能，并努力为使用者提供一个舒适的环境。

（2）经济目标。从经济角度来看，绿色建筑本身是一个商品，经济效益的好坏成为制约其发展的决定性因素之一［9］。因此，绿色建筑的设计要尽量使绿色建筑的成本支出小、运营收益大。

（3）环境目标。绿色建筑的设计要从中国国情出发，以低耗为核心［10］，体现建筑、人和环境之间的和谐。

（4）社会目标。绿色建筑的设计要体现当地的文化，反映时代精神。同时，作为一种新事物，设计出来的绿色建筑还需要提高人们的环保意识，为建筑业的节能、减排作出示范。

1.2 绿色建筑设计风险的分类

风险是指在特定的客观情况下、在特定时期内，某一事件的预期结果与实际结果之间变动程度的概率分布［11］。这种变动既可能是好的也可能是坏的，所以风险既可以是机会，又可以是威胁。本文关注的是绿色建筑设计过程中的风险因素对设计目标的不利影响，因此，把风险视作威胁。绿色建筑设计风险可以定义为：在绿色建筑的设计目标下，由于发生某些不利事件而使绿色建筑设计目标无法实现的可能性。

根据文献［12］，绿色建筑评价的指标体系由节地与室外环境、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源利用、室内环境质量、运营管理6类指标组成。因此，从以上6个方面对绿色建筑设计风险进行分类，结果如图1所示。

图1 各类风险对设计目标的影响

1.3 绿色建筑设计风险评价指标体系

参照文献［12］，分析蕴含在设计过程中的风险因素，并把这些风险因素进行归纳总结，从而构建出评价的指标体系，如图2所示。

图2 绿色建筑设计风险评价指标体系

2 绿色建筑设计风险评价

运用模糊多层次灰色评价法对绿色建筑设计进行风险评价时，首先需要确定指标之间的权重，收集专家的判断信息，构建评价的样本矩阵；其次，定义不同评价灰类的白化权函数，计算每个指标属于不同灰类的评价权向量，构成评价权矩阵；最后进行综合评价。评价流程如图3所示。

图3 模糊多层次灰色评价法的流程图

2.1 运用模糊德尔菲层次分析法确定权重

U表示目标层绿色建筑设计风险，Ui表示准则层第i（i＝1，2，3，4，5，6）个风险类别，Uij表示方案层第i个风险类别下第j（j＝1，2，3，4）个风险因素。

假设共有n位专家，m个评价指标，第k（k＝1，2，…，n）位专家在某一准则下对其下属2个因素i和j之间的相对重要程度判断为Bijk，则第k位专家的两两比较判断矩阵为B（k）＝B（ijk）。用三角模糊数Bij来表示n位专家构成的群体模糊判断矩阵，即

其中，Geomean为几何平均。

对于任意的指标i（i＝1，2，…，m），计算权向量ri，即

模糊权重向量为：

设ωi＝），采用几何平均法对ωi进行处理得到权重Wi为［13］：

则有权重矩阵为：

（5）式和（6）式中⊗、⊕分别为三角模糊数的乘法和加法运算。假设有2个三角模糊数a＝［a1，a2，a3］和b＝［b1，b2，b3］，则有：

2.2 构建评价样本矩阵

采用问卷的形式，组织n位专家对方案层指标进行打分。根据风险的大小程度将指标划分为低风险、较低风险、中等风险、较高风险、高风险5个等级，对应分数为1、2、3、4、5分。第k位专家对指标Uij的打分为dijk，那么可以得出评价样本矩阵D为：

2.3 确定评价灰类

采用5个评价灰类，灰类序号为e，e＝1，2，3，4，5分别代表低风险、较低风险、中等风险、较高风险、高风险，白化权函数fe（dijk）定义如下：

（1）第1类灰“低风险”，e＝1，灰数⊗1∈［0，1，2］，即

（2）第2类灰“较低风险”，e＝2，灰数⊗2∈［0，2，4］，即

（3）第3类灰“中等风险”，e＝3，灰数⊗3∈［0，3，6］，即

（4）第4类灰“较高风险”，e＝4，灰数⊗4∈［0，4，8］，即

（5）第5类灰“高风险”，e＝5，灰数⊗5∈［0，5，10］，即

2.4 计算灰色评价系数

指标Uij属于第e类评价灰类的评价灰数为：

评价灰类的总评价灰数为：

2.5 计算灰色评价权向量和权矩阵

所有专家就评价指标Uij主张属于第e类的灰色评价权为：

指标Uij的灰色评价权向量rij＝（rij1，rij2，rij3，rij4，rij5），指标Ui灰色评价权矩阵为Ri，则有：

2.6 综合评价

指标Uij相对于上一层指标Ui的权重为Wi，Ui的评价结果记为Bi，则有：

由Bi得到指标U的评价结果矩阵R为：

综合评价结果为：

3 应用举例

某拟建绿色建筑为酒店综合体，规划总建筑面积约7 500m2，位于陕西省西安市，主要包括大礼堂、会议室、住宿客房和其他辅助设施等。现邀请5位专家对其设计风险进行评价。

3.1 计算过程

以指标U1为例，5位专家对U11、U12、U13进行相互比较，得到的两两判断矩阵如下：

群体模糊判断矩阵为：

则有向量

所以，求得：

同理，求出其他指标权重为：

专家采用9级评分法对层层指标进行打分，按照风险越大分数越大的规律，打分依次为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0分，得到样本矩阵如下：

以指标U11为例，求得灰色评价权向量r11＝（0.074，0.313，0.233，0.240，0.140），由最大隶属度原理可知，此指标属于“较低风险”。依次求出其他指标的权向量rij（i＝1，2，3，…，6；j＝1，2，3，4），得到灰色评价权矩阵Ri（i＝1，2，3，…，6）。

以指标U1为例，求得评价结果为：

B1＝ （0.124，0.244，0.251，0.226，0.137），根据最大隶属度原则可知，其属于“中等风险”。同理可以求出B2、B3、B4、B5、B6，得到U的评价结果矩阵R为：

最终评价结果为：

根据最大隶属度可知，其属于“中等风险”。

3.2 评价结果分析

从灰色评价权矩阵R（i＝1，2，3，4，5，6）可以得到方案层17项风险因素的评价结果，见表1所列。

表1 方案层风险因素的评价结果

由评价结果矩阵可以得到，“节地与室外环境风险”、“节能与能源利用风险”、“节水与水资源利用风险”、“节材与材料资源利用风险”、“室内环境质量风险”和“运营管理风险”都处于“中等风险”范围；从最终评价结果得到，该项目的整体设计风险处于“中等风险”范围。

4 结束语

本文分析了绿色建筑的设计目标，参照文献［12］，构建了评价的指标体系，全面科学地反映了绿色建筑设计风险的特点。针对传统层次分析法的不足和绿色建筑设计风险评价的“灰性”特点，将模糊德尔菲层次分析法和灰色理论结合起来，提出了一种模糊多层次灰色评价法，有效地解决了评价过程中的模糊性，克服了单人评价时易引起误差的缺陷。实例分析表明，该方法适用于绿色建筑设计风险评价，具有一定的实用价值。

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