基于ALARP 准则的市政工程绿色施工评价

张天宝，陈 永

（中建三局基础设施建设投资有限公司，武汉 430073）

随着国家对环保要求不断提高，“四节一环保”绿色施工理念受到越来越多重视。住房城乡建设部印发的《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划的通知》明确提出2020 年新建绿色建筑占比超50%，绿色建材应用比重超过40%，全国城镇既有居住建筑中节能建筑所占比例超过60%［1］。国内学术界从不同领域、运用不同方法对绿色施工进行评价与分析。王欣怡等［2］运用BIM 技术与绿色建筑分析软件相结合对某教学楼进行绿色分析及评价。张丽君［3］在结合“压力-状态-响应”模型及模糊物元理论建立了一套适用于铁路工程领域的评价模型。为优选西北寒旱环境下铁路路基绿色施工方案，万炳彤等［4］运用TOPSIS 模型构建了适应于西北寒旱地区铁路路基绿色施工评价模型。基于中国国情，闫志刚等［5］结合全寿命周期评价理论及突变级数法讨论了绿色施工评价标准体系和方法。基于PSR 模型和目标分解方法，李邦武等［6］结合海南省旅游城市特点提出了绿色公路施工阶段评价指标体系构建方法，确定了指标权重的序关系分析法并提出了如何评价分值。姚立根［7］运用改进属性识别模型创建了建筑工程绿色施工评价方法。

以上研究大多针对公路、建筑领域，而在市政领域研究较少。从研究方法来看，大多属于采用不同的数学模型构建绿色施工评价体系，对绿色施工经济效益相关方面鲜有报道。相比房屋建筑工程，市政工程施工区域往往呈现纵向带形分布，里程长、工种多、跨越不同的自然地理区域，未知因素较多，其绿色施工要求势必区别于房建工程，构建适应于市政工程绿色施工评价体系或准则十分有必要，同时对其进行经济效益分析有助于复杂施工条件下绿色施工成本的动态管控。本文在绿色施工规范“四节一环保”的评价体系基础上构建适合市政工程绿色施工评价体系，将层次分析法与熵权法相结合综合确定评价指标权重，并借鉴安全经济学原理对绿色施工进行经济效益分析，基于最低合理可行准则，以“评价得分”为纵坐标，“资金投入成本”为横坐标，尝试构建市政工程绿色施工可接受准则，为市政工程绿色施工效益最大化及评价提供思路。

1 评价体系的建立

随着建筑业不断发展与进步，传统劳动密集型生产方式逐渐被摒弃，建筑业的创新发展是未来的必然趋势。早在2011 年住房和城乡住建部就开启了“全国绿色建筑创新奖申报工作”，在绿色施工评价体系中增加“创新与提高”指标十分有必要。在2018 年住房和城乡建设部提出的《建筑工程绿色施工评价标准（征求意见稿）》中将“人力资源节约与保护”增加为独立评价指标，形成“五节一环保”，在本次评价体系中亦增加该指标以体现中国“以人为本”的核心科学发展观。提出的评价体系共分3 个阶段，每个阶段均包括8 个二级指标，31 个三级指标，具体如图1 所示。

图1 市政工程绿色施工评价体系

2 权重的确定

权重的计算方法有多种，现将层次分析法与熵权法相结合进行综合赋权，结合主观与客观以提高权重结果的准确性［8］。熵权组合确定权重的计算流程按以下步骤：①层次分析法计算权重；②熵权法计算熵权；③根据向量距离最短求出分配系数；④求出组合权值。

层次分析法与熵权法计算流程可参照文献［9］，这里主要说明二者综合确权方法。假设层次分析法的计算权重结果为，由熵权法的计算权重结果为，使用公式进行组合计算，其中α、β表示权重的分配系数，且二者符合α+β=1。α和β的确切值通过构造距离函数方程的方法获得，这样可以使之间的差异与α和β之间的差异尽量保持一致。根据向量距离算法，可得w′和w′′的距离函数为

分配系数之间的差异用α、β表示为

构造方程组并求得系数为

3 绿色施工风险可接受准则

3.1 评价得分

设C、D级各指标权重为wc、wd，D级各指标得分为Gd，则第i个C级指标及权重分别为

B级指标表示工程施工的不同阶段，2010 年规范中建筑工程3 个阶段权重分别为0.5、0.3 和0.2［10］，市政工程异于建筑工程，往往呈现纵向线性发展，同时在施工过程中由于施工线路长，划分的不同工区、工作面之间可平行作业，不同施工阶段在单位工程中往往并存，为了契合实际，这里不同阶段权重取值均为1/3，即

根据式（1）～式（5），可以得出市政工程综合得分为

3.2 绿色施工经济效益分析

风险可接受准则（risk acceptance criteria）指工程项目在某段时间内或系统的某一行为阶段内可接受或可管理的风险等级水平，反映了工程、人员及社会第三方等主体对风险的接受程度［11］。图2 中将风险分为3 个区域，不同区域对应不同的控制措施，风险处置的态度也有显著差异［12］。借鉴风险可接受准则结合2010 版规范评价得分将得分80≤G≤100划分为可接受区，60≤G＜80 划分为ALARP 范围，0≤G＜60 划分为“不可接受”，如表1 和图2 所示。

图2 ALARP 准则

表1 等级评价

根据成本-效益分析［13］，构成绿色施工的总体经济功能可用绿色施工功能函数F(S)表示为

式中：S为绿色施工效果；E（S）为绿色施工效益函数；L（S）为损失函数；I（S）为增值函数；C（S）为成本函数，它们之间的函数关系如图3 所示。由图可看出，在S0点处有效益最大值Emax，此时S0点对应效益函数导数为0，即

图3 经济效益分析

根据“最大效益原理”，可将绿色施工效果取值划分为以下3 个范围：

1）费用C∈(0，C1)阶段，该阶段对应S∈(0，S1)，,此阶段投入的费用较少但综合效益差，边际效益大于零，边际产出是递增的，投入费用改善施工技术、更新机械或材料等措施将增加绿色施工的效益。将a点所对应的费用水平Cmin设为投入资本下限，即风险水平高于R上限，将是不能被接受的。

2）费用C∈(C1，C2)阶段，该阶段对应S∈(S1，S2)，S0点附近有较好的绿色施工综合效益，最佳投入费用C0可根据运筹学目标规划求解。

3）费用C∈(C2，∝) 阶段，该阶段对应，数值越来越小且边际效应趋向于零，边际产出递减。投入大量的成本，绿色施工效果越来越不明显，需要进行绿色施工措施投资的成本-效益分析，以保持绿色施工效果E1的下限。若想继续大幅增加绿色施工效益，则只能对本生产系统进行技术或管理上的升级，到了一定程度，技术或管理又相对滞后，此时若想再次大幅增加绿色施工效益，则需第二次“技术管理”刺激，“激活”效益，如此循环。

4 ALARP 准则的制定

绿色施工最终效果可从最终专家评价得分体现，但投入到绿色施工中的成本或费用也是另一个值得考虑的关键指标，只有在合理的费用区间内达到可以让人接受的程度才能体现真正的“绿色”。参考安全风险级别判断公式R=P×C［14］，将绿色施工综合得分和投入成本作为两个判别因素构建绿色施工ALAPR 准则二维矩阵，见表2。同时以综合得分为纵坐标，以投入成本为横坐标得到图4 绿色施工可接受准则函数关系。综合得分以60 分和80 分为阈值，投入成本根据3.2 节分析中C1、C2为阈值。在实际绿色施工中必然会投入一定的资金，确保工程达到最基本的“绿色”，满足规范等要求，对应绿色施工功能函数F(S)为零的点，设为Cmin。综合得分60 分以下均为不合格，不论投入多少资金均“不可接受”，若投入较少的费用达到了绿色施工的要求甚至有较好的综合得分，这是“可接受”的；当投入成本费用在C1、C2之间，同时综合得分也较高，效益较好，“可接受”，若综合得分相对较低，则有提升“性价比”的空间，可进行效益分析求得最佳投入成本C0；当投入成本大于C2时，根据3.2 节分析，投入的成本对改善绿色施工的综合效益效果不明显，若此时综合得分还相对“较低”，则“难以接受”，若得分较高，进行效益分析或“技术创新与提高”得到较为合理的投入费用，提高“性价比”，则“可接受”。根据以上分析得到ALARP区间范围为C∈(C1，C2)和G∈(60，80)，不可接受区间为C∈(C2，Cmax) 和G∈(0，100)或C∈(Cmin，C2) 和G∈(0，60)；可接受区间为C∈(Cmin，C1)和G∈(60，100)或C∈(C1，C2)和G∈（80，100），如表2 和图4 所示。

图4 市政工程绿色施工ALARP 准则

表2 绿色施工ALAPR 准则二维矩阵

5 结论和建议

在原绿色施工规范的“四节一环保”评价体系基础上增加了“科技创新与提高”指标并将“人力资源节约与保护”单独列项，构建了市政工程绿色施工评价体系。提出将层次分析法与熵权法相结合综合确定各指标权重，综合了主观意见与客观实际提高了权重结果的准确性，借鉴安全经济学原理对绿色施工进行经济效益分析，分析了最佳投入资金成本区间范围，基于最低合理可行（ALARP）准则，以“评价得分”为纵坐标，“资金投入成本”为横坐标，将绿色施工划分为“可接受”“ALARP”及“不可接受”3 个分布区间并给出各区间阈值，为绿色施工效益最大化及其评价提供思路。

本文仅提出市政工程绿色施工经济效益概念公式，未给定Cmin、C1、C2及C0等阈值精确值，需进一步深入探讨绿色施工投资效益最优化和模型的构建；同时“综合得分”与“投入成本费用”之间存在的具体函数关系也是值得深入的问题，它同样体现了“投资”与“效益”的关系，这需要大数据的有力支撑。