历史建筑绿色修缮工程共同体构建与分析方法

王晓鸣， 何南均， 赵 征， 汪 凯， 潘欣蕾

(1. 华中科技大学 土木与水利工程学院, 湖北 武汉 430074;2. 武汉市天时建筑工程有限公司, 湖北 武汉 430024)

历史建筑是指经各级人民政府确定、公布的具有一定保护价值，能够反映历史风貌和地方特色的建筑物和构筑物[1]。国家《“十四五”住房和城乡建设科技发展规划》明确将“城乡建设绿色低碳技术研究”和“城乡历史文化保护传承利用技术创新”列为建设科技发展的两项首要重点任务[2]。截至2021年底，国家认定的历史建筑总量已达5.75万处，比2016年增长近5倍；认定的历史文化街区总量达1200余片，实现5年数量翻番[3]。对历史建筑的绿色保护利用已成为我国建筑业创新和绿色建造技术发展的重点领域。

历史建筑绿色修缮(Green Restoration of Historic Building，简称GRHB)是指以保护建筑价值、维护建筑安全、延长建筑使用寿命、恢复建筑风貌、提升使用功能等为目标，综合采用节约能源资源、改善人居环境、提升使用功能等绿色修缮技术方法，对历史建筑进行的维护、更新、加固等工程活动[4,5]。

GRHB工程是一类需要由设计方、施工方、管理方和社会方等多方参与密切合作才能顺利实施的建设工程，构建适合中国国情的GRHB工程共同体已是当务之急[6]。但由于现阶段各参建方还未充分意识到GRHB工程共同体构建应用和技术决策可带来的工程质量、进度和价值的增值效应，导致GRHB工程共同体和技术的应用推广相对迟缓。本文探讨了GRHB工程共同体的构建方法，提出了基于社会网络和价值网络分析的GRHB工程共同体组织结构构建和共同体成员受益度分析方法；旨在从全局性和系统性角度，为GRHB工程共同体研究提供新思考和新路径。

1 GRHB工程共同体的构建方法

1.1 工程共同体的内涵演变与发展

21世纪初，工程哲学和工程社会学在我国和西方国家同步兴起，工程共同体(Engineering Community)应运而生[7,8]。美国学者布希阿勒里著作《工程哲学》的出版和杂志《工程研究》的创建吸引了国内外大批学者关注，但往往忽略了工程师以外的其他利益相关者在工程活动中的重要作用[9]。李伯聪[10]基于科学共同体理论拓展了工程共同体研究，将工程共同体定义为从事某一工程职业或参与某一具体工程活动的个人的“总体”，主要由工程师、工人、投资者、管理者、其他利益相关者组成。

随着现代社会发展，共同体内涵不断变化并向其他学科外延。只要是一群能够因达成某种“共识”而联结的人都可被称为共同体[11]。工程共同体的研究日益呈现“具象化”和“多元化”特点，表现为对工程建设共同体[12,13]、工程利益共同体[14]、工程学习共同体、国际工程共同体、工程产学研共同体等更深层次的方法学研究。例如：以“抗疫应急工程”和“平疫结合工程”为代表的建设工程共同体对工程质量、工期、建造方式和组织方法等产生的紧迫转变需求[15]，“以人为本”及“合作共赢”的现代建设工程共同体管理决策方法[16]等。

1.2 GRHB工程共同体的组织结构

工程共同体的组织形式可分为工程职业共同体和工程活动共同体两大类，它们在性质和功能上有明显区别[10]。本文将GRHB工程共同体定义为：集结在GRHB工程活动下，为实现共同的工程目标而组成的有层次、多角色、分工协作、利益多元的复杂工程活动主体系统[13]，其实质是一种工程活动共同体。

工程共同体的成员结构与建设工程类型密切相关，一般由直接或间接参与到建设工程活动中的各类“工程利益相关者”组成[17]。王晓鸣等[18]认为绿色村镇建设工程共同体成员包括政府、村委会、村民、农村经济合作社、企业、金融机构和非政府组织等；吕文学等[19]提出大型国际工程共同体是由政府、投资公司和项目参与方(业主、承包商、供应商、咨询方等)组成的社会组织结构；Baughman等[20]分析了由政府、军方、产权人、建设领导小组、建筑公司、设备捐赠方等组成的工程共同体在美国波士顿地区应急工程建设中发挥的关键作用；盛昭瀚[21]认为重大建设工程管理主体应该包括政府、业主、设计方、承包商、供应商、监理方、科研方与社会公众等；何南均等[13]调查归纳了武汉火神山医院项目的34家建设参与单位，构建了由政府方、使用方、设计方、施工方等十类成员组成的抗疫应急工程建设共同体。

GRHB工程共同体的组织构建包括内部共同体和外部共同体两类。内部共同体成员是指直接参与GRHB技术应用管理或对GRHB工程产生交互影响的工程实施主体，包括业主方、政府方、设计方、施工方、供应方等；外部共同体成员是指在GRHB工程活动中承担相应责任或获得相关利益的工程合作主体，包括监理方、运营方、居民方、媒体方、社会团体等。组织结构见图1。

图1 GRHB工程共同体的组织结构

1.3 GRHB工程共同体的技术决策

在历史建筑绿色修缮项目实施过程中，工程共同体的主要任务是通过密切合作对GRHB技术体系进行全过程决策优化和应用管理[22]。作者团队基于历史建筑绿色修缮工程的原真性、引导性、创新性和参与性原则，与天时公司合作研发了GRHB技术决策系统，编制了《历史建筑绿色修缮施工技术手册》并在实际修缮工程中使用。该系统包括基础性控制技术、一般性应用技术、专项性创新技术三大类，共166项关键技术，是构建和分析GRHB工程共同体的重要基础，详见图2。

图2中的关键技术匹配可根据不同历史建筑和修缮工程的特点进行选取和增减，详细内容可参考文献[6]。在实际修缮工程项目中，GRHB工程共同体对绿色修缮技术的采用比例应达到整体修缮技术的50%以上。

图2 GRHB工程的技术决策系统

2 GRHB工程共同体的分析方法

实施GRHB工程既要全面保留历史建筑的原有历史文化价值，还要创造新增绿色功能价值，需要建立GRHB工程共同体成员的合作关系和受益程度定量分析方法，重点是：识别和分析利益相关者在GRHB技术选择和应用管理中产生的社会关系和经济关系[23,24]，计算GRHB技术在工程项目中的应用程度，量化共同体成员在GRHB技术决策过程中的价值关系，衡量成员的价值获取能力以及受益程度。

2.1 分析方法建立

(1)社会网络分析(SNA)

新经济社会学理论是从社会嵌入等角度研究各种经济现象，以Wasserman等[25]提出的社会网络分析(Social Network Analysis，SNA)为代表。SNA方法是一种通过识别行动者彼此间关系，构建关系模型和分析结构特征，研究和衡量模式结构对网络整体和内部个体作用和影响的方法[26]，通过全局性网络关系分析克服了传统方法的局限性，在现代建设工程利益相关者研究中的应用趋势不断增大[27,28]。作者团队较系统地探讨了SNA方法在乡村聚落工程[12]、抗疫应急工程[15]、绿色村镇建设工程[29]和历史街区复兴项目[30]等工程共同体分析中的适用性和可推广性，证实SNA方法能有效分析和优化工程共同体合作行为。

GRHB工程活动中的技术决策优化与应用管理是一个由共同体成员合作完成、共同创造价值的复杂过程，成员间的关系不唯一且类型不止一种。仅使用SNA方法难以全面分析GRHB技术在应用过程中各方受益情况和共同体的复杂网络关系特征，需要引入更有效的新分析方法。

(2)利益相关者价值网络分析(SVNA)

社会交换理论立足于经济关系，以特定的人性假设为基础提出“人的一切活动和社会关系都是以奖赏和报酬为向导”，通过经济交换模型等研究各种社会现象[31]。麻省理工学院学者Cameron等[32]在此基础上提出了利益相关者价值网络(Stakeholder Value Network，SVN)的定义：一个由核心组织、利益相关者、核心组织和利益相关者之间、利益相关者本身各方之间的有形和无形价值交换组成的多关系网络。SVNA方法引入微观经济学中“效用”的概念和原理对非经济的社会交换行为进行经济价值分析，弥补了SNA方法在多关系分析中的不足，能够在同一网络中同时考虑利益相关者之间的社会关系和经济关系，因而在现代建设工程领域得到了较多应用[33～36]。

但是SVNA方法需要预先主观设定一个核心成员，并围绕该核心成员收集全部数据和信息；且同一网络的定量分析结果会因核心成员的不同设定而产生差异。单独使用SVNA方法可能会对GRHB工程共同体分析带来主观性误差风险[32]。

(3)基于SNA-SVNA的综合分析

考虑以上2种分析方法的优点和不足，本文提出了基于SNA-SVNA的GRHB工程共同体综合分析方法。先识别工程利益相关者并构建GRHB工程共同体，再通过SNA方法计算“中心性”和“影响力”指标确定共同体的核心成员，然后通过SVNA方法进行GRHB工程共同体成员受益度的计算和分析，并以此判定成员在共同体网络中结构位置和价值交换的优劣势，最后提出对GRHB工程共同体的优化对策。

2.2 分析要素确定

基于“利益相关者”、“利益相关者关系”和“利益相关者显著性”三类传统分析要素[37]，GRHB工程共同体的分析要素应包括：节点、节点关系和节点属性[32]，以此作为数据收集和分析的重要依据。

(1)节点：是指组成GRHB工程共同体的全部成员。为简化计算，可将图1中的外部共同体成员的权责归并到内部共同体成员中，如将监理方和运营方合并到业主方[34]，将居民方、媒体方、社会团体合并到政府方。简化后的节点包括：业主方C1、政府方C2、设计方C3、施工方C4、供应方C5。

(2)节点关系：是指共同体成员在工程活动中应用GRHB技术时由资源交换而产生的价值关系，可通过资源依赖理论的价值流方法表示和衡量。主要包括：资金或物资价值V1、产品或服务价值V2、信息和知识价值V3、支持或机会价值V4、法规和建议价值V5[35]。以图2中的“屋面绿色修缮平改坡技术T31-01”应用分析为例，C1和C3在样式识别时会产生V3，V4，V5等价值关系，C4和C5在设计变更时又会产生V1，V2，V4等价值关系。应用其他GRHB技术时的价值关系分析方法类同。

(3)节点属性：是指共同体成员参与GRHB工程活动的受益程度，反映出成员的价值获取能力和价值创造作用，一般由与核心成员的直接价值交换、与其他成员的间接价值交换、所处的结构位置等共同决定，可通过2.3.3节中有关特征指标进行计算和衡量。

2.3 分析关键步骤

2.3.1 工程共同体构建与核心成员识别

(1)项目采用绿色技术占比计算

即工程共同体在承担实际修缮项目中采用图2所述GRHB技术的比例是否达到50%以上，作为开展后续工程共同体构建和分析的基本条件。未达标者应先优化调整绿色修缮技术方案再进行。

(2)共同体构建与核心成员识别

共同体构建识别对象是指直接或间接参与到GRHB工程活动中的各类“工程利益相关者”，可根据2.2节提出的方法归并为五类主体。核心成员识别采用SNA方法，关键步骤包括：识别成员价值关系；构建无向邻接矩阵；计算网络特征指标[15]，特征指标可根据不同需求进行个性化选取[38,39]。核心成员的识别重点在成员中心性和成员影响力两个方面，因此选择以下2个SNA指标：

1)度数中心度(Degree Centrality，DC)，指网络中某个节点的关系数量总和。若某共同体成员的DC值最高，可视其为GRHB工程的领导者或核心成员。计算式为：

(1)

式中：Xij表示共同体成员i与j是否有价值关系，且Xij∈{0,1}。

2)卡兹指数(Katz Index，KI)，衡量某个成员关注其他成员或被关注的程度。若某成员的KI值最高，说明其对其他成员有最强的影响力[40]，可反映其在GRHB工程中的核心地位。计算式为：

(2)

式中:C′为关系矩阵的转置矩阵；a为衰减系数。

2.3.2 工程共同体价值流定性定量分析

(1)价值流的定性分析

工程共同体价值流的定性分析可采用利益相关者特征模板法[41]，关键步骤为：分析共同体成员j在GRHB工程中的角色和目标，确定成员j在GRHB技术应用中的特定需求，识别提供满足需求价值资源Vm的成员i；此时就能创建一条从成员i到成员j的价值流，记为：f(i-j;Vm)[33]。

(2)价值流的定量分析

工程共同体价值流的定量分析需考虑影响价值流量值的关键变量，主要包括“提供资源成员的重要性(Member Importance，MI)”和“资源的需求程度(Demand Degree，DD)”，可用如下多属性效用理论中的双属性效用函数表示：

Uf=UMI×UDD

(3)

式中：Uf为价值流效用；UMI为变量MI的价值流效用；UDD为变量DD的价值流效用。

两类关键变量计算分别采用均为5刻度划分线性方法和指数方法[32]。价值流效用的计算式为：

Uf=0.0121×SMI×1.7SDD

(4)

式中:SMI=1,3,5,7,9，表示变量MI的得分，数据来源于2.3.1节中的成员核心性排序；SDD=0,1,2,3,4，表示变量DD的得分，数据来源于专家问卷调查。

2.3.3 工程共同体成员受益度指标计算

(1)价值循环搜寻和计算

价值循环是指以某共同体成员为起始点和终止点、通过多条价值流连接多个成员而形成的一条价值回路，在每个价值循环中共同体成员和价值流均只被计算一次。价值循环计算依据多属性效用理论中的乘法原则，即价值循环效用等于该回路上所有单条价值流效用的乘积，计算式为：

(5)

式中:Uc为价值循环效用；Uf(n)为价值循环中第n条价值流效用；x为价值循环中价值流的数量。

价值循环搜寻和计算是进行成员受益度特征指标计算的重要基础，基于其在价值流模型中的复杂性，可采用设计结构矩阵(Design Structure Matrix，DSM)技术以及MATLAB中的邻接矩阵和可达矩阵算法进行计算优化[36]。

(2)成员受益度特征指标

成员受益度能够衡量各成员在价值交换中的潜在优势和在GRHB工程中的受益程度，受益度特征指标计算可采用利益相关者比例和加权利益相关者比例方法[42]。成员受益度表现在价值交换关系受益度、结构位置受益度、综合受益度3个方面，因此选择以下3个SVNA指标：

1)综合受益度(Comprehensive Benefit，CB)。受价值流效用和价值流数量共同影响，能同时反映出由成员间直接/间接价值交换关系强度和结构位置中心性引起的综合受益程度。计算式为：

(6)

式中: c表示共同体核心成员，∑Uc为以核心成员为起始点和终止点的价值循环效用总和；∑Uck为其中涉及到成员k的价值循环效用总和。

2)结构受益度(Structure Benefit，SB)。受价值流数量影响，仅反映由结构位置引起的受益程度。计算式为：

(7)

式中:∑Nc为以核心成员为起始点和终止点的价值循环数量总和；∑Nck为其中涉及到成员k的价值循环数量总和。

3)交换受益度(Exchange Benefit，EB)。仅反映由价值交换引起的受益程度。计算式为：

(8)

2.3.4 GRHB工程共同体分析应用流程

基于SNA-SVNA的GRHB工程共同体综合分析方法，本文结合修缮工程实际，建立了GRHB工程共同体分析应用流程，见图3。

图3 GRHB工程共同体分析的应用流程

3 案例研究

3.1 昙华林历史建筑绿色修缮工程项目概况

昙华林核心区历史建筑绿色修缮工程是武汉市2019年启动的历史名城重点保护与整治项目，由中南建筑设计院总承包，天时公司采用绿色修缮技术施工，华中科技大学团队提供绿色建造技术支持。项目中标价为34062.82万元，修缮内容包括：既有房屋修缮及改造35022.6 m2，其中9栋武汉市优保建筑4702.84 m2，9栋一般历史建筑5502.31 m2。现已竣工，受到了社会各界高度评价。

昙华林GRHB工程项目全面对标应用了图2所述GRHB技术决策系统中的97项关键技术，整体采用比例为58.4%，验证了适应武汉地域特色的GRHB技术体系的可应用性。昙华林工程典型绿色修缮技术应用实况见图4。

图4 昙华林工程典型绿色修缮技术应用实况

3.2 昙华林工程共同体构建与核心成员识别

根据1.2节组织结构和2.2节分析要素确定，识别出昙华林GRHB工程共同体(简称“昙华林工程共同体”)的成员组成为：业主方C1，武汉武昌文化创新发展有限责任公司；政府方C2，武汉市优秀历史建筑保护办公室和武昌区房管局；设计方C3，中南建筑设计院；施工方C4，天时公司；供应方C5，昙华林项目建材和设备供应商等。

根据2.3.1节核心成员识别方法进行专家访谈和问卷调查，考虑到访谈过程可行性及访谈结果有效性，作者团队采取了每类共同体选取3～5名高中级专家的标准，并要求专家具有GRHB工程实践管理经验。对调查数据进行统计分析后得到昙华林工程共同体成员的价值关系，见图5。

图5 昙华林工程共同体成员价值关系分析

在图5中，C1～C5分别表示五类共同体成员；V1～V5表示成员间由资源交换产生的五类价值关系，分别为资金或物资价值、产品或服务价值、信息和知识价值、支持或机会价值、法规和建议价值；连线上价值关系数量反映了价值关系强度。由此可构建昙华林工程共同体社会网络无向邻接矩阵，见表1。

表1 昙华林工程共同体社会网络无向邻接矩阵

矩阵中的行和列分别代表共同体成员，数值表示成员间的价值关系强度S。 将该矩阵导入社会网络分析软件UCINET6.0[43]，可得到昙华林工程共同体社会网络特征指标计算结果，见表2。

由表2可知，昙华林工程共同体核心成员为业主方C1，与有关研究结论一致[34,35]。业主方作为政府投资方通过行政授权、行政指定或市场招标等选择确定的项目建设单位，是GRHB项目建设管理责任主体和项目资金使用者，通过发包招标等方式与设计方、施工方等订立合同，项目建成后交付运营方使用管理。

表2 昙华林工程共同体社会网络特征指标计算结果

3.3 昙华林工程共同体价值流定性定量分析

根据2.3.2节方法对昙华林工程共同体价值流进行定性分析，以业主方C1为核心成员共确定了37条价值流，其中信息和知识类价值流最多，共12条，占32.4%。可见GRHB技术决策在昙华林修缮项目中是一种基于信息知识流的选用优化过程。昙华林工程共同体价值流分析模型见图6，图中标号含义与图5一致。

图6 昙华林工程共同体价值流分析模型

根据2.3.2节方法对37条价值流的效用进行量化计算。以f(C4-C3;V3)计算为例，专家问卷调查结果显示价值流的“资源需求程度”为“一般”，因此SDD=2；C4的核心性排序为2，因此SMI=7；代入公式(4)可得：Uf(C4-C3;V3)=0.260。昙华林工程共同体的价值流效用计算结果见表3。

表3 昙华林工程共同体价值流效用计算结果

3.4 昙华林工程共同体成员受益度指标计算

根据2.3.3节方法计算共同体成员受益度的三个特征指标，计算结果见表4，共同体成员受益度分布见图7。为确保数据对照合理，对指标值进行了归一化处理，因此核心成员(业主方C1)的相关特征指标均为1.000；其他成员的指标值越接近于1.000，说明其对应的成员受益度越高。

表4 昙华林工程共同体成员受益度计算结果

图7 昙华林工程共同体成员受益度分布

昙华林工程共同体的分析结论和优化对策：

(1)五类共同体成员的综合受益度、结构受益度和交换受益度变化幅度和趋势大致相同。表明共同体成员占据重要结构位置和进行关键价值交换能力均会影响其对整体网络的控制优势，进而影响其在GRHB工程中可否获取更多利益。

(2)除业主方外，施工方具有最高的综合受益度(0.832)、结构受益度(0.882)和交换受益度(0.943)。验证了天时公司作为GRHB技术实施应用主体的决策影响重要性。也表明施工方在GRHB工程中应重视技术的研发创新和应用推广。

(3)设计方、政府方和供应方的结构受益度均高于交换受益度。表明它们在昙华林绿色修缮工程实施过程中具有较高影响力，如设计方进行绿色修缮设计，政府方支持绿色修缮，供应方提供绿色修缮材料设备等，都具有相对结构位置优势；但由于价值交换不足，特别是在项目生命周期中的全过程参与不足而导致了综合受益度下降。因此应加强各方的资源和价值交换，从而驱动GRHB技术推广，增加各参与方的共同受益水平。

4 结 语

面向国家建筑业的“双碳”战略和“十四五”时期新发展规划需求，亟待构建和推广GRHB工程共同体，制定有效措施鼓励和吸引各利益相关方积极参与，促进GRHB技术的应用推广，实现各方受益共享与合作多赢。

本文创新性提出的GRHB工程共同体构建和分析方法，综合考虑共同体成员在进行绿色修缮工程合作与技术决策时因多次资源交换和价值传递而形成的经济社会关系和复杂关系网络，结合社会网络和价值网络，建立了GRHB工程共同体在技术决策和共同体成员受益度之间的关联性，有助于各利益相关方进行技术增值效应的量化评价，为共同体构建、绿色修缮技术优选以及成员受益分析提供了新路径。

GRHB工程共同体的理论研究和技术推广必须打造“产学研一体化”发展平台，分析不同绿色修缮技术对共同体整体网络的影响，完善共同体的价值流机理分析和受益度评价模型，建立多类型应用案例项目库，增强共同体对不同修缮工程和不同修缮技术所具备的不同经济社会条件的适应性。