基于AHP三角模糊数和可变模糊集理论的绿色施工评价研究

胡龙伟，孙 雨，章 俊，王 雪，孙 贺

(1.青岛理工大学 管理工程学院，青岛 266525；2.青岛昆泉建设工程有限公司，青岛 266500)

建筑行业是我国国民经济的支柱产业，随着社会绿色环保意识的提高，建设工程消耗自然资源、破坏自然环境、污染空气等问题的出现引起了社会的重视。21世纪以来，绿色施工的字眼陆陆续续出现，政府与企业加大了对绿色施工的研究，对我国建筑业的发展起到了推动作用。《绿色施工导则》中对绿色施工给出了较为详尽的定义，但是目前对于绿色施工的评价没有一个标准的体系，因此，为保证建筑业的绿色发展，评价体系的建立至关重要。

绿色施工的理念最早由维克多·奥吉亚提出，在之后的研究过程当中国外学者提出了施工生命周期评估法和施工过程分析方法。KUBBA介绍了工程管理过程以及评价方法[1]；LI Xing对绿色评价系统的评分进行了研究，构建了评分系统框架。我国的绿色施工起步晚，但是有关学者也进行了大量的研究，提出了一些行之有效的评价体系和方法。李英攀等[2]利用人工BP神经网络模型对绿色施工体系进行评价，并结合实际案例分析，验证可行性。段春伟[3]和崔浩等[4]在施工阶段建立了评价体系，把评价指标分为TM和L两类，为承包商绿色施工管理提供了参考。晋良海等[5]为消除个别评判专家主观因素造成的不公平，建立了OWGA和CWGA的集成方法对绿色施工进行科学的评价。薛松[6]与邵必林[7]等利用模糊物元法进行评价，使得样本的隶属度更为精准。

综上所述，国内外的学者们运用不同的方法建立起了评价指标体系，并建立了模型。但是大多数评价结论只能得出工程的绿色施工等级或者综合分数，对等级的判定不够精确，但是可变模糊集理论可以很好地解决这个问题，可以得到评价对象隶属于某个等级的概率。因此本文依据可变模糊集理论建立综合评价计算模型。

1 评价指标体系及其指标权重的确定

1.1 评价指标体系的构建

为使评价体系具有实用性和可操作性，参考了一些学者的评价体系，见表1。同时对现场工作人员与管理层进行问卷调查，进行指标的筛选，使得指标的确定有现实依据，最终通过对专家的咨询，确定指标。经有关技术人员论证可行后，根据我国绿色建筑施工的特点以及绿色施工国家标准内容，将评价指标体系分成了五类：资源的合理利用，施工技术的实施，施工企业的管理，对环境的影响，成本的投入。对每一类进行细分，形成了18个影响因素指标，由此形成的评价指标体系如图1所示。

表1 文献统计绿色施工影响因素

图1 绿色施工评价指标体系

1.2 评价指标体系指标权重的确定

目前，指标权重已有若干种确定方法，大体可分为客观赋权法和主观赋权法两种，根据绿色施工的特点以及借鉴之前学者的研究，本文采用AHP三角模糊数法确定指标权重，层次分析法，可利用专家在此领域的宝贵经验，更加接近实际，但是会过度依附于专家的打分，主观因素影响大，而且判断区间不连续，因此判断结果的客观真实性会受到质疑，三角模糊数的引用，改善了AHP判断区间不连续的缺点，具有较强的实用性。

1.2.1 构造模糊评价矩阵

按照评价指标上下级之间的隶属关系，如表2—7所示，对准则层与指标层的因素进行两两比较。构造语言集I={很不重要，不重要，同样重要，重要，很重要}。根据三角模糊数的计算规则，分别建立准则层与指标层的模糊评价矩阵。

表2 准则层因素模糊判断矩阵及相对权重

表3 指标层B1子因素模糊判断矩阵及相对权重

表4 指标层B2子因素模糊判断矩阵及相对权重

表5 指标层B3子因素模糊判断矩阵及相对权重

表6 指标层B4子因素模糊判断矩阵及相对权重

表7 指标层B5子因素模糊判断矩阵及相对权重

以上结果均通过一致性检验。

1.2.2 合成指标绝对权重

C层指标元素的绝对权重为B层指标的相对权重与C层指标相对权重之积。按照表8中的数据对绝对权重进行计算，例如C16=0.1120×0.0588=0.0066，以此类推可以得到绿色施工评价指标体系的权重。

表8 绿色施工评价指标体系

2 基于可变模糊集理论的评价模型

2.1 可变模糊集理论

对绿色施工等级的确定有多种方法，常见的有AHP模糊综合评价法[11]，灰色综合评价法[12]，BP神经网络法[13]等。AHP模糊综合评价法能够对呈现模糊性的资料做出比较科学合理的评价，但是仅仅能得到评价对象隶属于哪个等级，不能得到谁的隶属度更高。灰色模型程序简单实用，容易操作，精度较高，但是，它的分析受到所选择的白化函数的影响。BP神经网络有良好的自学和自适应能力，能够将学习内容记忆于网络的权值中，并且具有一定的容错能力，但是随着BP神经网络的广泛应用，也暴露了很多不足，譬如网络结构选择没有统一的理论指导，过大或者过小都会对结果产生影响，其次是受训练样本的影响很大，对样本具有依赖性。因此这三类常用的方法都会使评价等级不精确。2005年陈守煜教授首次提出了可变模糊集的概念，在水资源和水质评价上的应用最常见[14]，方法简便易懂，而且各个领域都具有模糊性，符合实际，因此得到了广泛应用。可变模糊集理论不仅可以得到评价对象的等级，且可以得到等级的隶属度，偏向于哪一级，可以为后续采取措施提供参考依据。

2.2 基于可变模糊集理论的评价步骤

1)确定样本特征值矩阵。 假设评价对象Xi有n个评价指标，每个指标特征值构成向量Xi={x1,x2,x3,…,xn}，xij为样本j的第i个特征向量，则样本特征值矩阵为

(1)

其中，i=1,2，…，m；j=1,2，…，n。

2)确定指标评价区间矩阵Iab。指标的评价等级分为四级：优、良、合格、不合格。通过查阅相关规范，参考标准进行打分，打分前提是项目已通过强制性检验，指标中有定量指标与定性指标，定量指标可按实际测得数据划分等级判断区间，若涉及到定性评价指标，定性指标采用百分制，参考当地施工发展水平以及实际施工情况进行打分，得到等级判断区间，由于绿色施工评价的特殊性和复杂性，因此指标多以定性指标为主。

(2)

式中：m为指标个数；n为划分的等级区间；a为等级区间的上界；b为等级区间的下界。

3)确定可变区间矩阵Icd。

确定依据:[cij,dij]=[ai(j-1),bi(j+1)],j-1>0,j

(3)

(4)

4)确定[aij,bij]中相对隶属度为1的点，即矩阵M。

确定依据:

(5)

(6)

5)将评价对象的特征值矩阵Xij与矩阵Mij进行比较，确定相对隶属函数，形成m个评价指标对n个评价等级的相对隶属矩阵U(xij)。

当xij落在mij的左边，相对隶属函数为

(7)

当xij落在mij的右边，相对隶属函数为

(8)

由此可得：

(9)

6)确定综合评价模型。

依据公式：

(10)

其中，ρ取1和2时分别对应海明距离和欧氏距离，α取1和2时分别对应最小一乘方和最小二乘方准则。两者结合可得到四种计算结果，分别对应着一个综合相对隶属度矩阵U[u(x),]。将其归一化后得到相对隶属度矩阵U[u(x)]。

7)识别可变模糊集，计算级别特征值：

(11)

式中：n为划分级别数目。

8)得出最终的综合评价结果：

(12)

式中：t为四种组合方式 。

表9 评价指标特征值

3 案例分析

3.1 确定指标特征值

针对济南市某高层建筑，经过现场调研以及问询，了解工程项目的绿色施工概况，且项目已通过强制性检验。通过八位相关专家对绿色施工评价体系所确定的18个指标进行打分、量化。对于定性指标而言，以八位专家打分得到的平均值作为指标特征值。对于定量指标，通过以现实施工水平决定特征值，通过查阅绿色施工导则、相关规范以及该地区的平均施工水平确定判断区间。其中定性指标有C3,C5,C6,C7,C8,C9,C10,C11,C12,C13,C14,C16；定量指标有C1,C2,C4,C15,C17,C18。特征值结果见表9。

3.2 确定指标评价区间矩阵Iab

3.3 确定可变区间矩阵Icd

3.4 确定M矩阵

根据式(5)，形成下列矩阵：

3.5 形成相对隶属矩阵

根据评价对象特征值矩阵X与评价等级中的M矩阵相比较，求得相对隶属函数，得到四个等级的相对隶属矩阵U(x)：

3.6 计算综合隶属度

根据式(10)得：

1)当α=1，ρ=1时，综合隶属度为

将其归一化后得到相对隶属度：

2)当α=1，ρ=2时，综合隶属度为

将其归一化后得到相对隶属度：

3)当α=2，ρ=1时，综合隶属度为

将其归一化后得到相对隶属度：

4)当α=2，ρ=2时，综合隶属度为

将其归一化后得到相对隶属度：

3.7 综合评价结果的计算

计算每种组合的级别特征值，得到：

4 结论

1) 从资源的合理利用，施工技术的实施，施工企业的管理，对环境的影响，成本投入这五个因素进行权重的分析以及对下一层次的指标给予特征值，分析后得到该施工项目的绿色等级为2级-良，且偏向3级-合格。

2) 施工技术的实施这一项权重相对较低，且下含指标得分也较低，因此可以从这一方面入手，提高施工技术的实施这一分项权重，且加强对绿色施工技术的引进及实施，通过倡导和实行建筑工业化来改变以往传统的施工方式；其次对环境的影响这一分项权重较高，但是其中粉尘和污水的排放控制特征值不高，后续可以对污水处理与粉尘控制采取措施，提高该项目的绿色施工等级。

3) 采用可变模糊集理论的方法来评价绿色施工等级，可以全面考虑各影响因素对等级的判定，通过对定量因素、定性因素的划分，使得评判更加准确。且通过实例分析验证了可信度，不仅可以得到项目的绿色施工等级，而且可以判断出项目属于各等级的概率，为管理人员后续制定绿色施工计划提供了参考，因此该方法有一定的实际意义。