基于AHP-FUZZY法的既有建筑绿色改造潜力评价

刘文宇，赵心月

(1.长春工程学院 管理学院，吉林 长春 130103;2.水利部海委漳卫南运河德州河务局，山东 德州 253043)

1 引言

我国目前正处于由高速发展转向高质量发展的关键时刻，建筑业的发展增速开始逐渐放缓，城镇化建设也逐步转变为“新建建筑”和“既有建筑”并重的模式。在此背景下，过往对老旧建筑大拆大建的建造方式和缝缝补补的改造方式已经不适合这个时代的发展[1]，为了保障建筑业的健康发展，国家出台了一系列的政策，2021年10月份，国务院颁布了《关于推动城乡建设绿色发展的意见》[2]。截至2020年12月份，全国的绿色建筑面积只有59.84亿m2，与670亿m2的建筑面积相比不足10%，而且绝大多数的绿色建筑都是新建的，而大量既有建筑亟待绿色改造来适应时代的发展。但我国目前缺少改造前评价，无法为业主或者投资者提供标准，这也导致我国既有建筑绿色改造市场低迷，现有的许多房屋都存在着能否改造的问题。

对于既有建筑绿色改造潜力评价方面的研究，我国学者大致经历了2个阶段：前期主要集中于对既有建筑节能技术潜力的研究，后期主要对既有建筑绿色改造潜力评价进行综合研究。费良旭等[3]通过对海南地区既有居住建筑节能现状进行调研，利用建筑能耗软件DeST-h进行能耗计算，对既有建筑进行诊断分析，得出降低外窗的综合遮阳节能潜力最大，郭洪旭等[4]采用情景分析法，通过设定不同情景分析预测广东省未来的碳排放量，从而明确未来节能减排的重点，得出楼宇自动化、热泵、建筑围护结构和节能灯具等是最有节能潜力的技术，王艳丽[5]首先对既有建筑现状进行详细地梳理，对绿色改造范围进行界定，总结了我国的绿色改造相关政策、标准。然后根据寒冷地区的建筑物特性，选取7个方面的指标，分析其改造潜力，构建绿色改造潜力评价体系。吴祺航[6]分析得出我国金融机构对既有建筑绿色改造项目支持力度不够，提出要引入绿色金融推动绿色改造市场的发展，然后根据我国2019年的绿色建筑新评价标准，确定绿色改造潜力评价指标体系，利用灰色系统评价法进行评价体系的构建，并提出相应的适宜性改造技术，为金融机构提供科学决策。

本文以既有建筑的绿色改造潜力为对象，以目前我国相关标准和学者采用的指标为基础，采用AHP—FUZZY法对其进行了验证。

2 既有建筑绿色化改造发展现状及问题

2.1 绿色建筑发展现状

我国绿色建筑研究已有多年，自2006年住房和城乡建设部发布《绿色建筑评价标准》(gb/t50378-2006)，绿色建筑有了正式的评价标准，也意味着我国的绿色建筑行业正式起步[7]。2008年，借鉴国外先进经验，启动绿色建筑标识工作，先后发布《绿色建筑评价标识管理办法》和《关于进一步规范绿色建筑评价管理工作的通知》等文件，通过标识管理，我国绿色建筑进入高质量发展，有效保证了绿色建筑的项目质量[8]；其后，我国于2014年和2019年先后2次对2006年发布的《绿色建筑评价标准》进行修订和更新；在2019年3月份，我国住建部发布的新版《绿色建筑评价标准》gb/t50378-2019，采用了全新的评价指标，分别为：安全耐久、健康舒适、生活便利、资源节约和环境宜居[9]。从指标中可以看出，我国绿色建筑更加科学、更加坚持以人为本的可持续发展观念，并在此基础上还发布了《绿色医院评价标准》《绿色学校评价标准》等不同建筑类型的具体评价标准。

2.2 我国绿色改造评价标准现状

我国绿色改造评价工作起步较晚，截至目前，我国只有一种《既有建筑绿色改造评价标准》，该标准分为设计评价和运行评价，但不涉及对既有建筑改造的潜力评价，还尚无针对各个环节的配套标准、法规，相较于西方国家，绿色改造体系并不完善。因此，应对既有建筑进行潜力评价，分析其是否具备改造可行性，然后做出科学决策，有针对性地进行改造[10]。

2.3 存在的问题

目前我国存在大量的既有建筑，但不是所有既有建筑都适合进行绿色改造，有些建筑是快要达到使用年限，甚至属于“危房”的，无论从经济还是社会角度考虑都没有改造的意义；还有一些属于古建筑，有特殊的文化价值，所有也不适合改造；还有一些近几年达到节能建筑标准的或者最近进行过改扩建行为的建筑，虽然不是绿色建筑，但满足我国现行的节能要求，也没必要再去耗费精力进行绿色改造。另外，我国现行的《既有建筑绿色改造评价标准》属于“改造后”评价，它属于结果状态评价，目前缺少对于既有建筑改造前的评价标准。

3 既有建筑绿色改造影响因素分析

《既有建筑绿色改造评价标准 GB/T51141-2015》中这样界定了建筑的“绿色改造”：对现有建筑进行维护、更新和加固，以节约能源、改善人居环境和提高使用功能为目的[11]。这为发现既有建筑是否具有改善人居环境、延长建筑寿命、保证节能和环境保护等方面的潜在价值提供了评价基础。因此，笔者通过调查走访老旧小区的居民及老旧办公楼的办公人员，在参阅大量目前已改造成功的案例及参考《既有建筑绿色改造评价标准 GB/T51141-2015》《绿色建筑评价标准GB/T0378-2019》等相关标准法规，并结合既有建筑绿色改造的特性去挖掘绿色改造潜力影响指标。

4 构造绿色改造潜力评价体系

4.1 构造潜力评价体系的原则

对既有建筑进行绿色化改造是一项庞大且复杂的系统性工程，因此在构造评价体系时应该遵循以下原则：①差异性原则：将绿色改造和新建建筑、节能改造等工程进行区分；②综合性原则：不能单独从改造的某一阶段或既有建筑的某一方面评价，要全面、综合地对整个改造进行评价；③科学性原则：在进行评价时要在科学理论的指导下，坚持定性和定量结合的方法，运用科学的思维方法进行评价。

4.2 构建潜力评价体系的步骤

基于AHP和Delphi相结合的模糊综合评价方法构建潜力评价模型并对指标权重进行确定，其具体实现方法为：构造层次模型，构造比较矩阵，计算权向量，并进行一致性验证。

4.2.1 构建层次结构模型

通过分析国内外既有建筑绿色改造相关案例，阅读相关参考文献[12～16]结合我国现行的相关标准，构造三层评价模型，在该结构中，最高层为目标层，中间层为准则层，起到承上启下并对下层有支配作用，第三层为指标层，是待评价指标的所有集合，3个层级构成了明确的层级结构模式，运用 AHP方法对各项指标进行专家评价，最终得出各指标间的对应权重[17]。

4.2.2 构造成对比矩阵

将指标层的评价指标基于准则层进行两两比较评价并标注出优劣程度，并用数量化的相对权重aij进行表示，其中aij是ai对aj的相对重要程度，通过建立矩阵A来对该指标体系中两个指标的相对重要程度进行判断。

(1)

利用和积方法求解判定矩阵，得到被比较指标在上层指数下的相对权重(表1)[18]。

表1 1-9比例标度法

4.2.3 一致性检验

对判断矩阵A进行一致性检验：首先计算一致性指标CI，其公式为：

(2)

式(2)中，n为矩阵的阶数，λmax 是判断矩阵的最大特征根。

一致性比率CR值由所得到的CI值决定，而CR值可以用来验证判定矩阵的一致性是否合格。

(3)

式(3)中，CI为一致性指标值，CR为一致性比率，RI是固定值，当矩阵阶数不同时，该值不同，具体如表2所示。

表2 1-9阶矩阵RI对应值

利用CR的值可以确定判断矩阵是否符合一致性指标，判断依据为当CR≤ 0.1 时，表明该矩阵符合一致性，结果是合理可接受的，而当CR> 0.1时，表示该矩阵不符合一致性，此时必须对指标进行重新评分，并按照之前的步骤建立一个新的判断矩阵，然后进行一致性检查，直至检验合格。

通过以上的计算，得出了各个层次中各个指标与高层目标之间关系的相对重要性权重和排序。表3为具体的结果。

表3 模型评价指标权重及排序

4.2.4 确定评价集

首先，以既有建筑的绿色改造潜力作为一级评价目标，并将其定义为U={U1、U2、U3、…、Un}，其中包括相应的单个因子子集，将其表示为U1={U11、U12、U13}、U2={U21、U22、U23}、U3={U31、U32、U33}…，然后，确定一组评论值V={V1、V2、V3、Vn}，以表明不同的改造潜能。

4.2.5 建立模糊矩阵

通过对各因素集中的各因子进行具体指标因素的模糊评判，确定各指标因素与被评估目标之间的模糊程度，从而得到模糊评判矩阵：

(4)

4.2.6 模糊综合合成模型

将各个层次指标的权重矢量定义为Wi，将模糊评判矩阵定义为Ri，用Fuzzy综合方法求出最终的潜力程度大小，用Bi=Wi×Ri(i=1、2、…、n)进行计算。

5 实证分析

选取北京首创家园某办公楼进行具体分析，该建筑原先是北京医用射线机厂办公用房，总建筑面积2500 m2，原结构类型为框架混凝土结构，其在改造前存在建筑体型大，运行能耗高，场地绿化率低，人车混流，停车不便等问题，周围居民及国家对其改造意愿较高。该项目在改造过程中利用大量绿色技术，增加绿化面积、增强围护结构的保温隔热功能，采用新风热回收等节能技术，实现建筑节能65%以上，将原有旧建筑改造为高档办公楼，使老旧建筑物得到了再利用，达到了当前绿色建筑节能、绿色、舒适的目标。

5.1 构建具体层次结构模型

笔者通过总结归纳相关学者的研究、参考相关标准，确定人为指标、技术指标、政策指标、环境指标、成本效益5种一级指标，相应二级指标共15种，具体层次及内容见图1。

图1 既有建筑绿色改造潜力评价指标体系

5.2 具体指标内容

(1)人为指标：我国目前的主要矛盾是人民日益增长的美好需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾，这对建筑业的发展提出了新的要求。无论是新建建筑还是既有建筑绿色改造都应该坚持“以人为本”的原则，人民的改造意愿、改造需求以及对现建筑物的满意度是重要影响指标。

(2)技术指标：既有建筑当前的技术指标直接影响到改造过程中的成本及难易程度。安全耐久性是衡量一个建筑物结构可靠性的重要指标，如果该既有建筑结构已经失去安全耐久性，就没必要再去进行改造升级了；外围栏结构是影响建筑能耗的重要指标，并且有实例发现，对外围栏进行改造不仅可以显著提升节能效率，而且造价较少；采暖及通风主要有冷热源、换热系统，每年在采暖及通风上耗费的能源占建筑的30%～50%，所以该指标有较大的改造潜力；给排水技术直接影响到建筑物的节水性能，影响到水资源的利用，对给排水系统进行改造可以有效促进节水性能；其他节能技术如照明系统、电梯系统等，都会对建筑物的节能率产生影响，所以属于绿色改造的重要指标之一。

(3)政策指标：无论是国家推行的相关政策还是当地绿色改造政策及补贴都会直接影响业主的投资意愿以及改造过程中的困难程度。

(4)环境指标：居住环境的显著提升是绿色建筑与节能建筑的主要区别之一，因此无论是场地绿化还是室内环境都是可以通过改造来满足当前国家标准和人们的健康需求，配套设施的完善度也直接关系到绿色建筑的评级，因此该指标对于绿色改造有重要影响。

(5)成本效益：成本效益直接关系到政府和业主对建筑物的改造判断和改造意愿，政府部门希望通过改造节约资源保护环境，响应国家政策，而业主单位则希望通过改造，降低运营成本，以最小成本取得最大效益，因此该指标对改造潜力也有较大影响[19]。

5.3 AHP法的应用

向既有建筑绿色改造相关领域的项目专家、高校教师、研究生等人员发放调查问卷，让他们对列出的各指标采用1～9比例标度法进行重要程度打分12，然后根据 AHP 法确定各个层次指标的权重如下：

W=(0.1762，0.5318，0.0628,0.0429,0.1833)；

W1=(0.0951,0.0523,0.0288)；

W2=(0.258,0.0395,0.0567,0.1321,0.0455)；

W3=(0.0157,0.0471)；

W4=(0.0072,0.0114，0.0273)；

W5=(0.1222,0.0611)，具体结果见表3。

5.4 模糊综合法的应用

根据查阅相关文献与标准确定常用潜力评语集合为V={V1，V2，V3，V4}={ 改造潜力大， 改造潜力一般， 改造潜力较小，无改造潜力 }，风 险 等 级 范 围 分 别 是V1∈[80,100]，V2∈[60,80]，V3∈[50,60]，V4∈[0,50]。分别对应GB/T50378-2019绿色建筑评价标准中的三星级、二星级、一星级标准[20]。

根据调查问卷数据建立模糊综合评价矩阵，具体如下：

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

根据模糊评价法的公式可得：B=W×R=(0.473，0.295,0.173,0.060)，具体结果见表4。

表4 权重计算结果

根据表4的计算结果，在该建筑的绿色改造潜力评价中，可以清晰地得出处于“改造潜力大”的隶属度为0.473，处于“改造潜力一般”的隶属度为0.295，处于“改造潜力较小”的隶属度为0.173，处于“无改造潜力”的隶属度为0.060，根据最大隶属度的原则，最终评定该建筑的改造潜力为大。最终，项目获得三星级绿色建筑标识，符合计算结论。

6 结语

针对当前我国既有建筑绿色改造评价体系不够完善的情况进行潜力评价研究，利用AHP法确定潜力评价的权重，并用模糊综合评价及最大隶属度原则对其进行分析，在潜力评价中做到定性与定量相结合，体现评价的科学性，最后用实例验证该潜力评价模型的可行性，但本文权重的确定及隶属度的权重均通过对相关专家调查问卷得出，存在样板数据量较小且主观性太强的不足，因此，需要进一步结合国内外专家的相关方法及最新研究结果进行补充，以期为我国的既有建筑绿色改造评价体系领域提供相应参考。