绿色建筑智能化技术评价方法研究

郝 存

上海浦公节能环保科技有限公司

全球环境的日益恶化、资源能源的逐渐短缺，如何可持续发展已经成为人们面临的严峻问题。党的“十八大”报告中将中国特色社会主义事业总体布局由经济建设、政治建设、文化建设、社会建设“四位一体”拓展为包括生态文明建设的“五位一体”，提出的“推进绿色发展、循环发展、低碳发展”、“建设美丽中国”，顺应了时代的要求。建筑在资源能源的消耗上占了人类总消耗中相当大的一部分，2013年发展改革委、住房城乡建设部发布了《绿色建筑行动方案》国办发[2013]1号，以绿色、循环、低碳理念指导城乡建设。节能、高效、环保的绿色建筑是未来建筑发展的必然趋势。

2020年为实现国内单位生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%的目标，绿色建筑因其具有节能、节地、节水、节材、环保的“四节一环保”特征，是最重要的节能减排应对措施，同时绿色建筑对改善居住舒适性、健康性和安全性具有现实意义。随着人们对安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境需求，越来越多的智能化技术运用到了建筑上。在开展绿色建筑行动中，用信息化推动绿色建筑发展，合理运用智能化为绿色建筑服务，促进建筑更节能、高效、环保，绿色建筑智能化应运而生。

1 概述

1.1 研究背景

建筑智能化技术是以建筑为基础平台，利用数据采集、控制及系统集成技术控制优化各种机电设备运行，利用计算机及网络技术搭建信息交互平台，实现办公及信息自动化，集结构、系统、服务、管理及其相互之间的最优化组合，达到：①使住户的工作和日常生活更加安全高效；②使建筑更加易于运营管理；③采用技术手段优化和保证设备运行，达到节能降耗的目的。

建筑中智能化技术的应用意义与绿色建筑实现意义有着很多共同点，因此在绿色建筑的整个生命周期，包括规划、设计、施工、管理等环节，智能化技术发挥着越来越重要的作用：

（1）在建设阶段，以建筑主体为主，多采用仿真技术，在此阶段，设备配置及控制的节能策略将为运营期的节能奠定基础；

（2）建筑设备的调试阶段，采用建筑智能化技术进行调试及优化控制是关键；

（3）运营阶段采用智能化技术提高科学管理水平，能大幅度地节省运营期的能耗费用；

（4）对具体项目的能耗计量、能耗诊断与评估、能耗监测等进行动态管理也需要智能化技术的支持；

（5）建筑智能化技术还可支撑可再生能源（太阳能热水、采暖、太阳能发电、地源热泵、沼气等）、新技术（三联供、蓄能系统等）的利用和有效管理。

对绿色建筑而言，是在建筑全寿命周期中实现高效率的利用资源（能源、土地、水资源、材料等）的建筑物，那么初投资最低的建筑并不是成本最低的建筑，对于绿色建筑由于采用了一些新技术、新设备，可能会增加一部分的初投资，但如果有智能化技术的运行来实现节约运行费用，则从全寿命周期来说，总成本反而是降低的，并取得良好的环境效果。而目前还尚未有绿色建筑中智能化系统的应用方法研究，不能为开发商、业主、咨询单位等相关部门提供性价比最优化的系统选择性。

1.2 国内外研究现状

（1）美国LEED

美国绿色建筑协会USGBC（(U.S Green Building Council）于1994年颁发了绿色建筑分级评价体系“能源与环境指南”（Leadership in Energy Environment Design，简称LEED）。该评估体系设计简洁，便于理解把握和实施评估，强调建筑整个生命周期的可持续性，包括设计、施工、调试、运营、拆除等过程，需要开发商、建筑师、结构工程师、机电工程师、灯光设计师、园林设计师、施工单位、监理单位等的全面参与和配合，并已成为世界各国建立绿色建筑以及可持续性评估标准及评价体系的范本，其采用的第三方认证机制增加了该体系的信誉度和权威性[1]。

（2）英国BREEAM

由于英国工业化造成了严重的环境问题，社会各界希望采用有效途径改善环境而美化环境，1990年英国建筑研究中心BRE（Building Research Establishment）提出了“建筑环境评价方法”（BREEAM），成为世界上首个绿色建筑评价体系，也是世界上第一个实际应用于市场和政府管理之中的绿色建筑评价体系[2]。

（3）中国《绿色建筑评价标准》

《绿色建筑评价标准》（见表1）GB/T50378-2014共分7类指标和1个加分项，分为设计阶段和运行阶段，主要技术内容是：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、施工管理、运营管理、提高与创新。有关智能化技术的内容见表2.3[3]。

表1 中国《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014关于智能化技术评价内容

目前，国际上虽然已有多种绿色建筑评价标准方法研究，如美国LEED绿色建筑评价方法研究、英国BREEAM绿色建筑评价方法研究、加拿大GBTool绿色建筑评价方法研究、日本CASBEE绿色建筑评价方法研究和我国绿色建筑评价标准[4]，各国绿建评价方法研究均对能耗、空调系统、照明系统、室内温湿度等提出了监控方面的要求和相应的技术策略，但这些绿建评价方法研究中尚无相关章节和方法研究对智能化技术进行评价。

2 绿色建筑中智能化技术评价方法理论及原则

2.1 绿色建筑智能化技术评价方法理论

绿色建筑智能化技术评价方法理论需要多个学科、不同领域的理论知识作支撑指导，如：建筑学、环境学、生态学、能源经济学、社会学、心理学、材料与设备等，绿色建筑智能化技术评价指标体系应遵循以下理论依据：①可持续发展理论；②全生命周期评价理论；③系统工程理论；④层次分析评价理论。

2.2 绿色建筑智能化技术评价方法原则

绿色建筑智能化技术评价是一个综合分析生态环境与建筑设备建造及其相互作用的过程，在对其进行评价时应遵循评价总则和一般性原则。

（1）评价总则

1）根据国家可持续发展战略，为绿色建筑智能化设计和运行管理以及节能改造提供依据，规范和引导建筑智能化系统向绿色轨道发展，制定本评价体系；

2）本体系中的绿色建筑智能化技术，其规划设计、施工安装、验收与运行管理直至报废的宗旨是：节约资源与能源，减少对环境的污染，保护生态，创造健康舒适的室内环境；

3）本体系适用于指导和评价智能化技术在全寿命周期内，包括设计、验收与运营管理两个阶段，也适合于相关系统的节能改造；

4）本体系所涉及的评价指标，应全面真实地反映建筑生态环境和系统能耗特征，并符合国家现行的行业规范、标准要求。

（2）一般性原则

科学性原则；技术合理性原则；动态性原则；开放性原则；地域性原则；协调性原则；完整性原则；易操作性原则；客观性原则；独立性原则。

3 绿色建筑中智能化技术评价指标体系及评价方法

绿色建筑智能化技术的设计应满足国家和地方现行的法规和标准，积极贯彻可持续发展的理念和技术策略，采用当代网络技术、通讯技术、电子技术、计算机技术、自动控制技术、人工智能技术等一系列技术条件，来满足人们办公生活中所需要的安全舒适便捷需求的智能化大厦[5]。

本文提出的评价方面的设计要求，包括6大系统31个子项，详见表2。

表2 绿色建筑智能化技术评价指标体系

4 绿色建筑中智能化技术评价指标权重体系

4.1 层次分析法

评价指标的权重体系虽然是一种主观性的过程，但其在评价体系中的作用是非常重要的。对于一个给定的评价体系，当其评价指标已经确定，必然会存在一个最佳的权重体系，因为只有最佳的权重体系才能客观地反映各评价指标之间的相对重要程度。

智能化技术系统评价和绿色建筑评价类似，由于其评价指标不是一成不变的，因而在选择评价指标时，应该尽可能地把所有的影响因素都考虑进来，而不同的评价指标所对应的重要性是不同的，所以需要引入权重体系的概念来衡量每个评价指标的重要程度，这样有利于电气工程师及管理人员在各种影响因素中抓住主要矛盾、进行合理的评价，从而解决问题。

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP）是由美国匹兹堡大学教授T.L.Saaaty在20世纪70年代中期提出的。它是将复杂问题分解为多个组成因素，并将这些因素按支配关系进一步分解，按目标层、准则层、指标层排列起来，形成一个多目标、多层次的模型，和有序的递阶层次结构。通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要性，然后综合评估主体的判断，以便确定诸因素相对重要性的总顺序。层次分析法的基本思想就是将组成复杂问题的多个元素权重的整体判断转变为对这些元素进行“两两比较”，然后再转为对这些元素的整体权重进行排序判断，最后确立各元素的权重。具体流程如图1。

图1 层次分析法实施流程

4.2 层次分析法在绿色建筑智能化技术评价中的应用

（1）建立递阶层次结构

对问题所涉及的因素进行分类，构造一个各因素之间相互联结的递阶层次结构。处于最上面的层次一般是问题的预定目标，通常只有一个元素，中间层的元素一般是准则层和子准则层，最低层一般是方案层。绿色建筑智能化技术评估体系分3层，第一层为绿色建筑中智能化技术这一总目标A，第二层包含信息化应用系统B1、智能化集成系统B2、信息设施系统B3、建筑设备管理系统B4、公共安全系统B5、机房工程B6共6项指标，每个指标下面又包含若干子指标项，即第三层次共有31个子项（见表2）。

（2）构造两两比较矩阵

对每一层次各因素的相对重要性用数值形式给出判断，并写成矩阵形式：矩阵Bij表示相对于Ak而言，Bi和Bj的相对重要性。通常取1，2，…，9及它们的倒数作为标度，其标度含义见表3。

当CI=0时，判断矩阵具有完全一致性。λmax-n愈大，CI就愈大，那么判断矩阵的一致性就差。为了检验判断矩阵是否具有满意的一致性，需要将CI与平均随机一致性指标RI进行比较。RI的取值见表5所示。

表5 RI的取值表

表3 矩阵形式

任何判断矩阵都应满足bij=1，bij=1/bji（i，j=1，2，∧，n），判断矩阵中的指标值可以根据调研数据、统计资料以及专家意见综合权衡后得出，如表4所示。

如果判断矩阵CR=CI/RI＜0.10时，则此判断矩阵具有满意的一致性，否则就需要对判断矩阵进行调整。

在这里，具体指标之间的两两比较，一般可以通过调查访问法、专家咨询法进行。根据各指标的重要性构造判断矩阵进行计算，所得结果如下：

1）判断矩阵A-B（相对于总目标而言，各准则之间相对重要性的比较），如表6所示。

表4 标度及含义

（3）层次单排序和一致性检验

层次单排序是根据判断矩阵计算对于上一层某因素而言，本层次与之有联系的因素的重要性次序的权值，它可以归结为计算判断矩阵的特征和特征向量问题，即对判断矩阵B，计算满足BW=λmaxW的特征根和特征向量， 并将特征向量正规化，将正规化后所得到的特征向量W=[w1，w2， ∧，wn]作为本层次元素b1，b2， ∧，bn对于其隶属元素Ak的排序权值。

由于受诸种主客观因素的影响，判断矩阵很难出现严格一致性的情况。因此，在得到λmax后，还需要对判断矩阵的一致性进行检验。

为了检验判断矩阵的一致性，需要计算它的一致性指标CI，定义如式（1）：

表6 判断矩阵A-B

一致性检验：λmax=6.623 7；CI=0.012 3 ；RI=1.24；CR=0.09 ＜ 0.10。

2）判断矩阵B1-P（相对于信息化应用系统而言，各指标之间的相对重要性比较），如表7所示。

表7 判断矩阵B1-P

一 致 性 检 验： λmax=6.2461；CI=0.04922；RI=1.24；CR=0.039＜ 0.10。

判断矩阵B2-P（相对于智能化集成系统而言，各指标之间的相对重要性比较），如表8所示。一致性检验：λmax=2；CI=0；RI=0；CR=0＜0.10。判断矩阵B3-P（相对于信息设施系统而言，各指标之间的相对重要性比较），如表9所示。

表8 判断矩阵B2-P

表9 判断矩阵B3-P

一致性检验：λmax=9.921 2；CI=0.115 2 ；RI=1.45；CR=0.074 8 ＜ 0.10。

判断矩阵B4-P（相对于建筑设备管理系统而言，各指标之间的相对重要性比较），如表10所示。一致性检验：λmax=2；CI=0；RI=0；CR=0＜0.10。判断矩阵B5-P（相对于公共安全系统而言，各指标之间的相对重要性比较），如表11所示。

表10 判断矩阵B4-P

表11 判断矩阵B5-P

一致性检验：λmax=4.03；CI=0.01；RI=0.90；CR=0.01＜ 0.10。

判断矩阵B6-P（相对于机房工程而言，各指标之间的相对重要性比较），如表12所示。

表12 判断矩阵B6-P

一 致 性 检 验： λmax=8.165 6；CI=0.236；RI=1.41；CR=017 ＜ 0.1。

以上各判断矩阵均通过一致性检验。

（4）层次总排序和一致性检验

利用同一层次中所有层次单排序的结果，就可以计算针对上一层次而言本层次所有因素重要性的权值。层次总排序需要从上到下逐层进行。如果总指标A隶属的n个指标B1，B2，∧，Bn对A的排序数值向量为 WA→ Bi（a1，a2，∧，an），Bik对指标Bi的层次单排序数值为向量WBi→Bk（bi1，bi2，∧，bik），此时Bik对A的数值向量为Bik。分别将一级指标Bi相对于总指标A的权重向量WA→Bi和二级指标Bik指标相对于其隶属指标A的权重向量代入上述公式，可计算出层次总排序，即二级指标Bik相对于总指标A的权重向量，合评估指标权重即为所求。层次总排序情况如表13所示。

一致性指标为：CR=∑ni=1aiCIi/∑ni=1aiRIi=（0.0373×0.04922+0.0541×0+0.1471×0.1152+ 0.2117×0+0.4741×0.01+0.0757×0.236）÷（0.0373×1.24+ 0.0541×0+ 0.1471×1.45+ 0.2117×0+0.4741×0.90+0.0757×1.41）=0.0521＜0.10。

其中，CIi为Bik对Bi单排序的一致性指标，RIi为相应的平均随机一致性指标。总排序的结果具有满意的一致性。

得出权重后，就可为指标进一步的量化和实施开展提供了条件，初定总分100分，根据权重可算出不同绿色建筑项目的智能化技术的应用情况，同时，可按照50分（一星级），60分（二星级），80分（三星级）进行评级。

表13 层次总排序情况表

5 结论

随着科学技术的不断发展，建筑智能化在智能的基础上，要与可持续发展理念紧密结合。利用建筑智能化技术实现建筑节能和环保的目标势在必行。将智能化技术应用到绿色建筑中，取得了良好的效果，实现了建筑的现代化建设，延续了绿色生态的理念，将可持续发展战略和生态社会战略贯彻到底，既有利于绿色建筑行业的发展，也为信息技术的发展提供了发展契机，达到双赢的效果。智能化技术在绿色建筑中的应用，保证了建筑的全寿命周期，达到了节约能源、保护环境、无毒无害的目的，可将智能化技术发挥极致。

通过对国内外绿色建筑智能化技术应用及评价现状的调研，发现国内外目前已有的绿色建筑评价方法中均没有专门章节和专门方法研究对智能化技术进行评价。同时，在绿色建筑的规划设计、施工、运营管理的各个阶段，将智能化系统的实施和应用纳入其中，是实现建筑绿色目标的重要保证。为了对绿色建筑中智能化技术的应用进行评价，依据可持续发展理论、全生命周期评价理论、系统工程理论、层次分析评价理论以及评价总则和一般性原则确定了一种绿色建筑智能化技术评价方法。该方法共包括6大系统31个子项，采用层次分析法确定了各项的权重，根据权重可算出不同绿色建筑项目的智能化技术的应用评价情况。通过对绿色建筑试点项目的评价分析，确定该评价系统具有一定的参考价值。

[1] 王玮. 美国绿色建筑LEED评估体系简介. 质量与认证， 2013(9):48-50

[2] 徐子苹，刘少瑜. 英国建筑研究所环境评估法BREEAM引介. 新建筑， 2002(1):55-58

[3] 中华人民共和国住房城乡建设部. GB/T50378-2014.绿色建筑评价标准.2014

[4] 盘点世界知名绿色建筑认证体系.住房和城乡建设部科技与产业化发展中心.2017.06

[5] 朱杰莉. 建筑智能化技术国内外发展现状及趋势.科学时代，2014(20)