基于改进熵权法的绿色建筑绿色度模糊综合评价

朱 琛 申建红，2 贾格淋 王 迪 尹 琪

(1.青岛理工大学 管理工程学院，山东 青岛 266520；2.青岛理工大学 智慧城市建设管理研究中心，山东 青岛 266520)

0 引 言

随着社会的发展，人们对于住房的要求不断提高，不仅要满足基本需求，也要实现建筑绿色化发展。[1]105-122绿色建筑在建筑行业新旧能转换过程中影响巨大，它不仅能够减少建筑物能耗，缓解能源危机，同时能够促进人与自然的和谐相处。从国家层面大力推行建筑行业绿色建筑发展，合理地对绿色建筑进行评价，有助于提高绿色建筑的建设水平，建筑绿色度的概念也由此应运而生。

建筑绿色度是在可持续发展理念背景下提出来的用于描述建筑物与环境的协调程度和建设合理化程度的评价标准，目前相关的研究文献主要有：王建平[2]105-107在确定指标因素的基础上，利用层次分析法确定绿色度指标权重并对因素进行排序分析。陶妍艳、徐刚[3]120-126则利用BIM进行建筑性能设计与环境影响分析，构建建筑绿色度评价方法并确定不同层级的取值标准。王乾坤、年春光等[4]84-89对装配式建筑施工阶段进行绿色度评价，基于云物元理论模型计算待测指标与标准绿色性等级之间的关联度,并判断装配式建筑施工绿色度等级。郑吉星、田杰芳等[5]67-72参照绿色建筑施工评价标准结合工程实践，识别装配式建筑在施工阶段的评价因素，采用HHM方法对装配式建筑绿色度评价因素进行赋权，并使用层次分析法修正权重，利用模糊法得到了相关因素的评价值。杨苏、江影影[6]85-94则基于云物元模型对装配式建筑全寿命周期内的绿色度进行评价。李强年、赵巧妮[7]66-71以甘肃省的某绿色建筑为例，对该建筑的绿色度影响因素采用物元可拓理论进行级别测算，得出了该建筑的绿色度等级。魏明海、马茹萱等[8]281-285通过对装配式建筑的绿色度进行研究，重新建立了适合当前绿色化发展趋势的评价体系。

以上学者对建筑绿色度的研究主要集中在建筑绿色度评价指标的权重确定以及装配式建筑的绿色度评价领域。本文在参考《绿色建筑评价标准》(GB/50378—2019)[9]的基础上，在绿色建筑视角下，对绿色度评价指标确定方法进行改良，采用改进熵权法对绿色建筑绿色度进行模糊评价，并将建筑模型应用于实际案例中，判断该项目的绿色化程度，分析影响建筑项目绿色度的重要因素，以期为绿色建筑绿色度评价提供研究思路。

1 建立评价指标体系

绿色建筑的绿色度评价主要是对建筑全寿命周期内的资源合理利用、减少污染、能源节约、环境保护等性能所进行的整体性综合评价，评价指标的选取需要科学合理并且有实用价值。本文在参考《绿色建筑评价标准》的基础上，建立了5个准则层、18个指标因素的绿色度评价体系，绿色住宅绿色度指标体系见图1。

图1 绿色住宅绿色度指标体系

2 基于改进熵权的指标权重确定

熵权法是利用样本数据确定指标重要程度的客观赋权法，[10]1225-1228该方法通过指标赋权，能够相对减少主观因素的影响， 其主要原理是根据采集的样本数据重要程度对指标因素权重大小进行变异程度判断，但因基础数据中可能存在数据变异的情况，熵本身并不能完全反应指标在解决实际问题中的重要性。为防止部分指标数据变异影响对应指标的权重，提高准确率，本文对传统熵权法进行改进，采用激活函数logistics对信息熵计算，降低数据差异，防止数据变异对结果造成的影响。

将改进熵权法用于进行绿色建筑绿色度指标权重的确定通过样本数据对各个因素计算信息熵和指标权重，从而根据权重大小判断各个因素的重要程度。具体的步骤如下：

(1)确定指标评价矩阵。首先邀请专业领域的专家进行独立打分，将绿色度划分为5个等级，分别赋值5～10，数值越大则表示绿色化程度越高。其数值分别代表低、较低、中等、较高、高5个等级，得到单指标评价矩阵M。

(2)矩阵归一化处理,见式(1)：

(1)

式(1)中，xij为绿色建筑绿色度标准化值；Pij为某个绿色度评价指标占该指标总值的比重；m为专家评价数。

(3)求指标信息熵,见式(2)：

(2)

式(2)中，Ej为所求绿色建筑绿色化水平的熵值。

(4)求改进熵值,见式(3)：

(3)

(5)求指标权重，见式(4)：

(4)

式(4)中，Wj为所求绿色建筑绿色化水平的第j项绿色化评价指标的熵权值。

3 模糊综合评价法

模糊综合评价法是对评价因素建立模糊函数以及模糊关系，根据因素隶属度关系将定性评价转为定量评价的综合性评判方法，[11]323-337本文运用此方法对绿色建筑绿色度水平进行相应的评价，具体评价过程如下。

3.1 确定因素集

因素集是构成模糊评价的所有因素的集合。在这里将5个一级指标记为Hi(i=1,2,3,4,5),每个一级指标所包含的二级评价因子为Hi={Hi1,Hi2…Hij}(i=1,2,3,4,5；j=1,2，…n)。

3.2 确定评价集

评价集是对评价结果进行分析描述的集合。本文根据模糊函数数学模型将绿色建筑绿色度评价标准分为5个级别，表示为R={R1，R2，R3，R4，R5},用P表示绿色建筑综合评价结果，评价指标区间取值范围见表1。

表1 评价指标区间取值范围

3.3 确定隶属度矩阵

V是将定性因子H转化为定量评价因子R的模糊矩阵，称为隶属度。在这里表示V={rij|i=1,2,…,n;j=1,2,…m}。如果任意一个评价因子Hij，其评判结果Vi=[vi1,vi2…vim],则m个评判因子的评判决策矩阵为：

其中，Vij表示Hi在评价等级R中的隶属度。

3.4 模糊综合评价

根据改进熵权法确定的二级指标因子权重值以及所得的评价等级隶属矩阵，构建绿色度二级指标因子评价模型，记为B=W*V,其中Wi={W1,W2，….Wn}。依据二级指标评价因子模型，计算一级指标评价分值，记为S=B*Rt，其中Rt为评价集的转置矩阵。得出所有结果后选取得分最高的数值等级作为某评价项目的绿色度水平。

4 案例分析

4.1 案例概况

某项目位于青岛市北区，由政府出资建设，总投资155 695.4万元，建筑面积为15.56km2,项目地块主要为高层住宅区和保障性安居住房。为响应国家全面实施开展绿色低碳建筑的号召，项目设计始终秉承绿色发展的理念，项目建设不仅满足保温隔热、温湿度控制、防潮、防水等基本防护要求，还使用了空间仿生、材料仿生等先进技术对自然元素充分利用，能够有效降低能源消耗，达到绿色环保的目的。

4.2 指标权重确定及判断矩阵

通过调研，邀请从事绿色建筑项目建设研究的10位专家根据该项目绿色度指标因素的重要程度进行独立打分，专家依据每个因素影响程度进行打分，获得如下的打分矩阵：

其中横向代表因素指标种类，纵向代表专家个数，对打分矩阵按照改进熵权法的方法进行处理，绿色度评价指标权重见表2。

表2 绿色度评价指标权重

4.3 模糊综合评价

(1)得到绿色建筑指标权重后，组织10位专家对此项目绿色度评价指标体系的指标元素进行打分，因篇幅有限不再罗列打分表，对打分结果进行处理，构造二级指标隶属度矩阵Vi。

(2)根据隶属度和各指标权重计算准则层的评分分值，进行一级指标综合评判：

B1=W1*V1=(0.532 4 0.467 6)*

B2=(0.171 9，0.263 8，0.270 7，0.116 0，0.177 7);

B3=(0.283 8，0.300 0，0.199 4，0.170 9，0.040 6);

B4=(0.302 8，0.256 2，0.253 4，0.165 3，0.022 3);

B5=(0.111 4，0.244 3，0.255 7，0.232 8，0.155 7)。

S1=B1*Rt=(0.453 2，0.353 2，0.146 8，0.046 8，0)*(100，90，80，70，60)t=89.128 0；

S2=81.370 0;S3=85.731 0;S4=86.519 0;S5=79.228 8。

(3)最后计算整体的评价分值得：

S=(0.312,0.187,0.103,.313,0.085)*

4.4 结果分析

(1)通过计算整体综合得分为86.604 7，显然在所有分值中排名不是最高的，根据评价标准，应选取分值最高值作为该绿色建筑项目绿色度等级判别标准，选取安全耐久性的评价分值89.128 0作为等级判别标准，与本文设置的建筑绿色度评价标准对比发现，等级范围符合“良好”，所以该项目属于绿色建筑且达到了良好标准。

(2)根据一级指标评价分析结果可知，该绿色建筑安全耐久评价得分为89.128 0，在所有一级评价指标中所得分值最高。通过对项目的实际考察可以发现，该项目所处位置靠近海边，风力影响较大，加上该项目层数较高，更需要使建筑安全性得到保障，使房屋坚固结实，能承受巨大压力，因此安全耐久性能是绿色建筑绿色度评价对象中关注的重点，是满足合格建筑的基本要求，当然无论是在绿色建筑还是一般建筑中安全耐久性都是需要重点关注的对象，这是满足合格建筑的硬性要求，也是绿色建筑评价合格的基本要求。

(3)其余分值排名依次是健康舒适指标，得分为81.370 0；生活便利指标，得分为85.731 0；资源节约指标，得分为86.519 0；最后是环境宜居指标得分为79.228 8，即在本项目中对于绿色度一级指标的重要程度排序为：资源节约指标>生活便利指标>健康舒适指标>环境宜居指标。降低能源消耗，实现项目可持续性发展是绿色建筑的基本含义，因此资源节约在绿色建筑评价中是至关重要的条件，通过对项目的实际调研，所处周围环境商业旅游项目较多，交通便利、生活服务周全是其特点。该项目主要为保障性住房，入住人数多，因此健康舒适排名高于环境宜居，环境宜居是建筑满足居住条件的基本需要，因此对绿色建筑绿色度评价作用较小。

(4)根据二级指标综合权重大小，可以得出权重比较大的三个指标因素为：安全性，综合权重为0.261 0；耐久性，综合权重为0.181 0；节能与能源利用，综合权重为0.115 6，可见三个因素在建筑绿色度评价中是关键影响因素。

5 结 语

本文针对绿色建筑建设的特点，对绿色度指标采用改进后的熵权法进行合理的权重计算，经过对指标权重分析，发现绿色建筑的安全耐久性在建筑物绿色度评价中十分关键；用模糊综合评判法对各个指标因子进行5个级别评价，打破了绿色建筑标准中只有3个级别评价的限制，并将该方法模型与实际案例相结合，得出了该项目的绿色度水平，为该项目提高绿色建筑的绿色化程度提供参考，也为绿色建筑绿色度评价提供了可行方法。

基于以上分析，本文对提高绿色建筑绿色度提出以下建议：

(1)针对影响绿色度的关键因素安全性、耐久性，项目设计、施工单位应做好建筑物的安全防护工作，尤其是高层绿色建筑，从稳固性、可靠性等方面加强安全防护工作，使得建筑使用效用更加持久。

(2)针对节能与能源效用，项目设计、施工单位应使得能源利用效率最优化，降低能源消耗，实现绿色建筑项目的可持续发展理念，从而提高绿色建筑的绿色度水平。