基于AHP与价值工程的BIM正向设计建筑节能方案评选

林冠宏

（广西建设职业技术学院，广西 南宁530007）

0 前言

随着社会对建筑节能的日趋重视及技术水平的提高，结合国家实行侧向供给政策导向，建筑节能融入BIM 正向设计技术后取得了更多成效，建筑节能已进入新的发展阶段。与此同时，BIM 正向设计建筑节能的评价方法也在逐步完善，但由于节能设计方案多样化和节能技术更新速度快，节能方案评选方法相对单一，导致在进行BIM 正向设计阶段无法对建筑节能方案进行准确的综合评价，从而造成BIM 正向设计建筑节能方案决策效率不高。

1 建筑节能功能指标的构建

对BIM 正向设计节能方案进行评价的前提是在设计阶段考虑建筑全寿命周期能耗并建立其功能指标，指标的适应性和可行性直接影响着方案评价的准确性。经工程实践验证，可以采用层次分析法AHP（Analytical Hierarchy Process）来构造判断矩阵，经一致性检验后，可确定各功能指标对目标的影响权重。在BIM 正向设计建筑节能功能指标的构建中，拟从六个主要方面进行研究，建立建筑节能分层指标体系。具体来讲，对建筑节能功能（F）的构建主要考虑如下因素[1]：一是建筑设计（A1）层面，可从建筑物朝向（B1）、建筑物体型系数（B2）、天然采光度（B3）三个次层面进行分析；二是空调采暖系统（A3）层面，可从空调系统冷热负荷（B4）、空气处理设备效率（B5）两个次层面进行分析；三是作为建筑节能重点监控部分的围护结构（A3）层面，可从建筑物的外墙加权平均传热系数（B6）、屋面加权平均传热系数（B7）、门窗及幕墙气密性（B8）三个次层面进行分析；四是照明及智能节能（A4）层面，可从高效智能节能光源（B9）、绿色再生能源利用（B10）、智能节能设备采用（B11）、电梯智能节能（B12）四个次层面进行分析；五是水资源利用（A5）层面，可从污水处理（B13）、水资源综合利用（B14）四个次层面进行分析；六是运维节能管理（A5）层面，可从能源消耗总量监控及改进（B15）、节能管理制度（B16）两个次层面进行分析。

2 利用层次分析法进行计算

在建立了递阶分层评估体系模型后，需要运用层次分析法解决功能指标的权重分配问题[2]。计算步骤如下：

2.1 建立比例标度并构造判断矩阵

依据两两比较的标度和判断原理，运用模糊数学理论[1]，可得出赋值为1 至9 的比例标度。按照层次结构模型，每一层元素都以相邻上一层次各元素为基准，按上述标度方法两两比较构造判断矩阵，设判断矩阵为[A]，按定义则有：

（1）判断矩阵A 的元素按行相乘，得到行元素的乘积Mi

（2）对每行的乘积Mi 分别计算n 次方根，得到Vil

（3）将向量Vi

l进行归一化处理

（4）计算判断矩阵A 的最大特征根λmax

其中（AW）i 表示AW 乘积的第i 个分量。

2.2 判断矩阵的一致性检验并计算权重

判断矩阵的一致性检验公式为CR=CI/RI，其中CI 为一致性检验指标，CI=（λmax-n）/（n-1），n 为判断矩阵的阶数，RI 为平均随机一致性指标，其取值见表1。

表1 平均随机一致性指标RI 的取值[3]

当CR＜0.1 时，一般认为A 的一致性是可以接受的[3]，否则需要重新调整判断矩阵，直至满足一致性检验为止。在判断矩阵满足一致性检验的条件下，可求得各层功能指标的权重。

3 建立价值工程模型

3.1 计算功能系数

利用层次分析法得到的各层功能指标的权重，对所评选的方案采用10 分制进行功能评价。各分数乘以功能指标权重得到功能加权分，对功能加权分的和进行指数处理后可以得到各方案的功能系数。

3.2 计算成本系数

这里的成本是指用于建筑节能技术上费用与后期使用维护成本的总和。分项计算在建筑节能的成本，对各个方案的成本进行指数处理后可以得到各方案的功能系数。

3.3 建立模型

价值[V]=功能系数/成本系数，取max[Vi]作为最优方案。

4 实例分析

现以南宁市拟建的某公共建筑项目为例，在进行BIM正向设计时对于建筑节能有三个互斥节能方案。采用本文所阐述的评价方法来对比各方案节能价值，选择实施方案。实施过程中，聘请五位对建筑节能有深入研究的知名专家进行权重数值和评价，其具体分析过程如下：

1）运用层次分析法确定各层相应的权重数值。总评价矩阵（P-A）的权重数值A 的确定主要是通过两两比较，结合目前建筑节能的控制重点，得到表2所示的判断矩阵。

表2 （P-A）总判断矩阵

根据各因素的权重，可得到特征值：

λmax=6.486，CI=0.096，查表1得RI=1.26，于是CR=CI/RI=0.076＜0.1，可知该判断矩阵满足一致性检验要求，矩阵权重数值可以接受。

同样，按照上述方法，可得到各二级评价指标的权重数值如下：

表3 B 层的总排序

表4 功能系数计算表

则可得到B 层的总排序见表3。

2）利用各层功能指标的权重，对所评选的方案采用10 分制进行功能评价见表4。

3）各个方案的成本系数（表5）

表5 各方案成本系数计算表

4）计算各个方案的价值系数（表6）

表6 各个方案的价值系数

5 结语

基于AHP 和价值工程对BIM 正向设计建筑节能方案综合评价法的特点在于既可以较为准确地反馈建筑节能性能的不确定性，又可以客观地评价各节能方案的节能情况，并且评价模型可以融合众多建筑节能专家的意见，经过数值分析以定量的方式辅助决策，进行方案选择，在定性评价的基础上进行定量的拓展。