基于多级可拓的绿色公建项目技术经济性评价

李辉山，穆 超

（兰州理工大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730050，E-mail：444267523@qq.com）

随着我国城镇化建设的速度加快，“十三五”规划纲要提出到2020 年，城镇新建建筑效能水平较5 年前提升20%，城镇中新建的绿色建筑比重达到总建筑面积的一半，绿色建材的使用比例提升超过40%[1]。但是由于全国各地区气候差异大，经济发展不均衡，导致各地公共建筑在资源节约方面差异明显，经济市场因素带来的差异驱动成为阻碍绿色建筑发展的因素之一。近年来我国绿色建筑在管理制度、技术改造、评价体系上不断完善，但从实际情况来看，缺乏对于绿色公共建筑的经济效益研究，市场上对绿色建筑的增量成本和增量效益的概念还过于笼统和单一。

学术界一直在努力的研究和探索，紧跟国家政策的改变，以标准为先导，推动绿色建筑向前发展的理念是国际上普遍认可的。其中德国可持续建筑协会（DGNB）所编制的第二代“绿色建筑评价体系”针对不同使用功能的建筑建立了评价体系模块，在量化评分和标准值的设置方面侧重点不同，是德国多年来可持续建筑实践经验的总结和升华，适用于欧盟标准，注重生态品质的提升，坚持一体化设计[2]。美国LEED V4 版本针对不同地区的气候环境制定了区域优先指标，并且强调在早期设计时关注相关能耗性能数据，致力于促进使用LCA 工具和基于LCA 的决策，从而促进市场转型和提高数据库质量，结果将创建的建筑物模型和建筑物本身应用的改进措施进行分析比较[3]。

我国于2019 年3 月正式发布了《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2019），从安全耐久、健康舒适、生活便利、资源节约、环境宜居五大评价指标和提高创新加分项等70 项小评分项对绿色建筑进行综合评价，增加基础级等级，在满足全部控制项要求达到基础级之后，每一类评分项得分不小于其评分项满分值的30%才满足一、二、三星级的评判标准，总得分逐级增加。随着建筑工业化、海绵城市、健康建筑等新领域和新方向的不断发展，2014年版的绿色建筑评价标准已经不再适应，新版标准以“以人为本”为核心，“四节一环保”为约束，从规划、设计、施工、运营、拆除等全寿命周期，考量了各个地区之间的气候、环境、资源、经济等多方面的因素，这些都是我国绿色建筑从无到有的不断总结和发展的产物[4]。

1 公建项目资源节约评价体系的建立

1.1 资源节约的技术分类

根据（GB/T 50378-2019）《绿色建筑评价标准》的规定，参考以往众多学者[5～9]对绿色建筑的研究，细化技术分类指标。

节地与土地利用准则项主要利用的技术有集约利用土地技术、地下空间利用技术、多体系停车占地使用技术；节能与能源利用准则项主要分为围护结构优化技术、暖通空调利用技术、暖通降耗技术、电气设备节能技术、可再生能源利用技术（结合当地自然条件）；节水与水资源利用主要使用的技术分为高效率清洁用具使用、环境功能设施节水技术、雨水多功能综合利用技术、生态水处理与循环利用技术、非传统水源使用技术；节材与绿色建材准则项主要分为设计装修一体化、材料与构件合理选择、工业化内装部品使用、可循环利用材料合理选择、绿色建材利用。

1.2 评价指标的选定

以微观经济学的价值理论来评估资源节约技术的成本和效益，对有关的外在成本和效益进行内在化计算，通过对一系列效益指标的分析，确定项目资源节约技术的可行性[10]。以往是选择净现值、折现率、各阶段增量成本、节能增量效益为指标，而本文选择增量投资回收期、增量投资内部收益率（ΔIRR）对绿色公共建筑资源节约的各项技术效益进行综合经济性评价。

投资回收期指以投资项目的净收益抵偿全部投资（固定资产投资和流动资金投资）所需要的时间；一般以“年”为单位，通常以建设开始年算起，若从投产时间开始算，需要特别注明；绿色建筑的增量成本是为了达到某一水平的绿色建筑标准而可能要在“基准成本”下额外增加的成本投入，可分为增量设计成本、增量建设成本、全过程增量咨询成本及增量运营和维护成本[11]。绿色公共建筑在全生命周期的增量效益可分为增量经济效益、增量环境效益和增量社会效益，对其进行数据的量化，可直观地反映出建造绿色公共建筑的意义，所产生的经济效益和社会效益让消费者（开发商、租客、直接使用人等）对绿色公共建筑的经济价值进行评估，尤其是在环境条件脆弱的西部地区，往往受经济因素的影响，人们对绿色建筑的认识还处于一个模糊的阶段，最直接的方式就是通过其经济效益让大众直观感受到绿色建筑带来的好处，不断消除公众对新一代公共建筑的偏见和误解。

1.3 多层级评价体系

经济评价体系由于对指标选取的不同，所能体现的性能也不尽相同，需要遵循繁简始终、可度量性、全寿命周期的原则，全面、科学、客观地反映绿色公共建筑全寿命周期资源节约的经济性。通过对资源节约技术的梳理和对评价指标的选定，根据区间层次分析法的基本原理，本文确定的经济评价体系，如图1 所示。

图1 经济评价指标体系结构

2 区间层次分析法与多级可拓法交叉模型

2.1 评价指标权重的的确定 2.1.1 构造区间判断矩阵

为弱化每一层元素的人为主观性，对同一层次的元素，以上一层元素为基准，进行两两比较，构造两两判断矩阵A，如下：

式中，ija-和+ija 表示第i 个元素和第j 个元素相对于目标重要值的上下限，可参照层次分析法确定其比值。i，j=1，2，…，n。

2.1.2 技术层根据指标计算区间权重

利用特征向量法分别求A-和A+的最大特征值所对应的具有正分量的归一化特征向量X-和 X+，然后计算特征向量负分量系数α 和正分量系数β。

2.1.3 一致性检验

计算一致性检验指标CI，式中n 表示判断矩阵的阶数。其中，(AW)i表示Aω 矢量的第i 个分量。

当CI=0，其数据具有完全一致性，所产生的矩阵成立；当CI≠0，则需要通过计算，重新对矩阵的一致性进行查验。

2.2 无量纲化处理指标数据

由于原始指标存在隐含的增量信息，静态问题无量纲化处理显然不合理，故采取指标问题一致化处理的方法，对指标极值化处理，Xij∈[0，1]，最大值为1，最小值为0[12]。

无量纲化的目的就是消去不同单位、量级上的信息差异。根据《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378- 2019）对绿色建筑评价等级的划分，当满足所有控制项时，绿色建筑达到基础级，在满足基础级的基础上，每类指标的评分项不应小于其评分项满分值的30%才将其评为一、二、三星级。其中资源节约指标总分200 分，在评价指标项目中占分最多，足以显示出资源节约对绿色建筑评价的重要意义，对其进行经济评价，从经济的角度向开发商、消费者以及建设单位传达绿色公共建筑的经济效益价值；各等级之间的得分区间按照换算为：一星级区间为[57，85），二星级区间为[85，129），三星级区间为（129，200]，对其评价等级的数据进行无量纲化处理，则一星级为[0，0.196），二星级为[0.196，0.503），三星级为[0.503，1.000]。

2.3 多级可拓评价

2.3.1 确定经典域、节域和待评价物元

（1）经典域指标的确定。当Nj为标准事物，其关于特征向量cj所确定的限制区间＜aoti，boti＞时，经典域则表示为：

式中，Rot为经济评价指标层的经典域物元；Not为资源节约技术指标类别；Cj为Not的单个技术指标。

（2）节域指标的确定。各个技术层的因素都会成为影响资源节约经济评价的节域物元，节域可表示为：

式中，Rp为经济评价指标层的节域物元；Np为资源节约经济评价类别个体；Vpj为节域指标的值域。

（3）待评价物元的确定。各个准则层所关联的技术层就是可拓模型中所对应第一等级的可拓目标，根据所计算出的特征值对待评物元的物质单位进行评价。

式中，N 为资源节约经济评价的指标层的待评指标；Vi为关于特征值Cj的取值。

2.3.2 关联函数的建立和计算

根据关联函数的相关公式和定义，计算待评价事物关于各分控制层指标类别的等级关联度，若设KJ[Vi(x)]表示待评物元第i 个指标值Vi(x)属于经典域Votj的关联度，则有：

然后通过式（7）来计算待评事物关于等级j的关联度：

式中，ωi为各指标的权重系数，且有

对每一项技术按照指标层所得出的数据进行计算，得到技术层的关联度矩阵：

2.4 多级可拓评价模型的计算

将运用区间层次分析法所计算的各技术层指标的权重和可拓学所计算的关联度矩阵相结合[13]，计算得出指标层关联矩阵，再对其进行评价等级计算，过程如下：

（1）技术层的可拓评价。由技术层指标的权重向量 Wi=(ωijk)与其对应各等级的关联度矩阵Kj(cijk)相乘，计算出技术层关联度矩阵Cm（i，j，k，m=1，2，…，n），即Cm= Wi×Kj=(cijk)。

（2）准则层的可拓评价。由准则层指标的权重向量Wi=(ωik)与其对应技术层的关联度矩阵Cm相乘，计算出技术层关联度矩阵Bm（i，k，m=1，2，3，…，n），即Bm=Wi×Cm。

（3）目标层的可拓评价。由目标层指标的权重向量Wi=(ωk)与其对应准则层的关联度矩阵Bm相乘，计算出技术层关联度矩阵Am（i，k，m=1，2，3，…，n），即Am= Wi×Bm。

（4）确定评价等级。根据最大隶属原则，绿色公共建筑针对目标层经济评价的关联矩阵Am中，关联度最大值所对应的等级就是其建筑资源节约的评价等级，即当Kmaxj(S)=Kj(Am)时，则评价对象的绿色等级为j 级，对其数据进行规范化处理。

对于同一技术层的指标而言，需计算所处等级的偏向特征值J*，根据J*的值，可以对评价指标择优选择，J*的值越大，表示该评价指标所属的等级越高。

3 案例分析

陕西西安某绿色公共建筑，总用地面积9478.44 m2（14.22 亩）。其中建设用地面积7603.30 m2（11.41亩），代征道路用地1875.14 m2（2.81 亩）。拟建建筑为二类高层公共建筑，建筑耐火等级地上二级、地下一级，屋面防水等级为Ⅰ级，地下室防水等级为一级，结构安全等级二级，建筑物设计使用年限为50 年，抗震设防烈度为8 度。本文以其中主建筑为研究对象，地上5 层，地下1 层。

3.1 增量成本与增量效益分析

根据该绿色公共建筑资源节约准则层的分类， 对其所采用的技术措施按照类别进行分析，分别对每一项技术措施所产生的效益成本比BCR 进行计算，如表1 所示。

表1 指标经济数据汇总表

3.2 计算技术层指标权重

根据区间层次分析法的基本原理，结合表1 所计算的指标经济数据计算指标权重（见表2）。

表2 准则层评价指标权重数据表

3.3 指标权重无量纲化处理

由于评级指标具有不同的量纲单位和量纲，故根据无量纲化公式对表2 中的数据进行处理，如表3 所示。

表3 指标数据无量纲化

3.4 指标层可拓评价

根据指标层的物元、技术层的节域和准则层的待评价物元式（8）～式（10），得出指标层的待评价物元Ri，i=1，2，…17。

由式（11）～式（15）建立关联函数，计算指标层等级关联矩阵：

同理，根据评价指标隶属于第t 个评价等级的关联度，ρ(x，Votj)与点xi和区间[Vi(x)]的距，可得出关联度矩阵。

3.5 评价等级计算

由指标层、技术层、准则层、目标层的权重向量Wi与其对应关联度矩阵Cm相乘，根据式（16）～式（18），依次对技术层、准测层、目标层进行可拓评价。

3.6 确定目标层所属等级

对于目标层而言，由于指标属于最终一级，须对其偏向特征值进行计算，当J=1，2，3，由计算指标得知，目标层的星级等级为三星级，即本绿色公共建筑项目资源节约的经济性星级为三星级。根据式（19）～式（20）计算其偏向特征值：

印证了整个指标计算的正确性，特征值J*＞2，故所属等级为三星级。说明该绿色公共建筑在资源节约方面达到了国家标准要求的三星级，绿色程度高，为地区发展绿色公共建筑提供的切实可靠的参考意见。

4 结语

本文将已建成的某公共建筑项目作为目标，从资源节约的角度出发，将绿色公共建筑的投资回收期和效益成本比（CBR）作为指标，对于公共建筑所利用的各项技术和各种绿色能源材料进行测算， 为节地、节能、节水、节材分目标层提供数据参考，为推动西部地区发展绿色建筑提供了真实的案例参考依据。构建IAHP-多级可拓模型，在减轻人为因素干扰的前提下，测算各区间层级的关联度及关联矩阵，减轻了传统方法中一个指标评判总目标的不合理性，并且通过偏向特征值验证所测算数据的有效性和合理性。