模糊综合评价的装配式建筑综合效益评价★

茹秋瑾，芦 琴，冯建栋，徐志彪，李晓琳,2

(1.杨凌职业技术学院，陕西 杨凌 712100； 2.西安理工大学水利水电学院，陕西 西安 710048)

我国的经济发展已经进入转型的关键时期，能源节约及环境保护已成为评价的关键指标。2020年生态环境部提出“提升生态文明，建设美丽中国”的理念。然而传统建筑的建设效率低下，资源浪费且污染环境，已经严重影响了经济的发展[1]。据资料显示，全国范围内用于建设的各种资源消耗约占社会总能耗的1/3[2]，在建设的过程中，产生的建筑垃圾约占社会垃圾的35%左右[3]。近年来建筑工业化水平不断提高，装配式建筑发展迅速，特别是在公共建筑方面。已有研究显示：这种新型的建筑形式节能性好，可以减少建筑垃圾。装配式建筑是指由工厂生产的部品部件等，运输到施工现场并经过一系列的机械组装和连接而成的建筑[4]。其通过现代化的制造、运输、安装和科学管理的生产方式，建设周期短，可以替代传统建筑业中分散的、低水平的、低效率的生产方式[5]。装配式建筑的主要标志是建筑设计标准化、构配件生产工厂化、施工机械化和组织管理科学化、节约建筑材料且环境污染小[6]。因此，从实现建筑行业的健康发展和缓解传统建筑的高能耗及低资源回收来看，如何有效的降低传统建筑的资源消耗以及环境污染，是我国未来建筑行业要面对的重要问题。

1 装配式建筑发展现状分析

1.1 国外装配式建筑发展现状

装配式建筑最早起源于欧洲，尤其是在第二次世界大战之后，欧洲各国工业化进程加快，对建筑的需求量迅速增加，装配式建筑应运而生，由于其有诸多优点，在建筑行业得到了广泛应用。在装配式建筑发展过程中，德国在建筑构件的安装方面技术比较领先[7]，法国的装配式建筑则常采用钢结构预制构件[8]，瑞典则大力发展装配式预制构件体系[9]。目前来看，欧洲的装配式技术处于世界前列，装配效率高，目前已经形成了完整的装配式建筑及其配件生产体系，有一套标准化的生产及建造流程。20世纪60年代，装配式建筑开始在欧美、日本等国快速发展。装配式建筑在美国的发展速度快，不但行业市场体系完整，而且构件生产、施工等标准化程度比较高；日本的建筑工业化程度比较高，而且注重生产和科研的结合。Tam.C.M等人于2005年分析了装配式建筑的建筑垃圾产生情况，研究结果显示装配式建筑比传统建筑节约模板80%左右，节约混凝土60%左右[10]。Weiss M等人于2013年基于建筑零能耗的发展思路，结合现有的建筑外墙，得到了装配式建筑的最低的温室气体排放量和能源消耗[11]。Tumminia Giovanni等人于2018年 利用全生命周期及建筑模拟相结合的方法，对装配式建筑的能耗及环境影响进行了分析，结果表明装配式建筑在构件生产阶段产生的环境影响相对较大，但在使用及拆除阶段产生的影响较小[12]。国外装配式建筑的快速发展，对其在我国的推广有积极作用。

1.2 国内装配式建筑发展现状

我国装配式建筑的起步相对较晚，至20世纪50年代以来，才借鉴苏联的发展经验，提出装配式建筑的发展思路，20世纪60年代～20世纪80年代基本处于停滞期，90年代现浇混凝土建筑发展迅速，直到21世纪初期，国家提出全面建成小康社会后，人们才逐渐关注建筑的质量和功能[13]。近年来，我国建筑行业不断吸收国外发展的先进经验并结合我国的发展现状，提出了建筑产业化的发展理念，并出台了相关法规及措施。为更好的对我国传统建筑的更新换代提供理论基础，国内许多学者也对装配式建筑的应用进行了诸多研究。清华大学张智慧等人于2010年利用LCA和可持续发展理论，对各类建筑的碳排放量进行了分析，确定了装配式建筑属于低碳排放建筑[14-15]。重庆大学的丁孜郑等人于2014年对装配式建筑进行了全生命周期的分析，尤其是对装配式建筑在经济、环保及社会效益等方面进行了量化分析[16]。2017年，青岛理工大学李源芳采用AFD模型，对装配式建筑在环保、经济、社会及安全等方面进行了分析，并构建了综合评价指标体系。虽然近年来我国在装配式建筑方面发展较快，但目前装配式建筑的研究主要集中在构件预制及工厂化生产、成本控制等方面，对于其综合效益评价还处于初级阶段，加之我国地区环境差别较大，缺乏统一的评价标准。基于此，本文选取陕西关中农村地区的某装配式建筑项目，建立评价指标体系，对其进行综合效益分析。

2 评价指标体系的建立

经过近20年的发展和研究，装配式建筑的技术也已逐渐成熟，国家也多次强调表示支持，并出台相关法律法规。但装配式建筑的普及率并不高，主要是因为其综合效益尚不明确，导致许多单位不敢尝试，尤其是农村地区的私人建筑，因此有必要对装配式建筑的综合效益进行评价，本文拟从成本、环保、社会效益等三个方面选取评价指标，建立综合效益评价指标体系，对装配式建筑的综合效益进行评价。

2.1 评价指标的选取

2.1.1 经济指标评价

经济指标是装配式建筑综合效益评价最重要的组成部分，本文拟结合全生命周期评价中的经济指标分类，分别选择前期费、生产费、运输费、安装费、装修费、管理费及回收费等7个指标作为经济评价指标。

2.1.2 环保效益指标评价

环保效益是建筑综合效益评价的又一重要指标，本文根据装配式建筑在应用过程中的实际，分别选取资源节约量、能源节约量、固废排放量、大气污染物排放量及噪声污染等5个指标作为环保效益评价指标。

2.1.3 社会效益评价指标

一个行业的革新和发展，必然会带来诸多社会效益，装配式建筑作为一种新的建筑技术，必然会对行业的上下游及相关产业带来影响。在对装配式建筑的各方面进行充分调研的基础上，选取劳动生产率、建筑施工安全水平、建筑质量水平、建筑性能等四个指标作为社会效益评价指标。

2.2 综合评价指标体系

根据以上确定的三种评价指标，建立的装配式建筑综合效益评价指标体系见表1。

表1 装配式建筑综合效益评价指标体系

3 指标权重及综合评判模型的确定

3.1 指标权重的计算方法

指标权重确定的方法有德尔菲法、层次分析法、主成分分析法以及熵值法等。本文中指标权重的确定采用层次分析法，主要有四个步骤，即确定层次结构模型、建立判别矩阵、计算各指标权重值、对判别矩阵的一致性进行检验。

1)确定模型结构。

根据第二部分确定的评价指标建立三级模型结构，目标层(装配式建筑综合效益)，准则层(经济效益、环保效益和社会效益)，指标层即各三级指标共16个指标。判别矩阵采用1～9级标度法确定。

2)建立判别矩阵。

判别矩阵的建立就是针对准则层和目标层中各种因素进行两两比较，判别哪个因素相对更重要，并根据其相对重要程度采用9度法进行赋值。建立判别矩阵如下：

R=(aij)n×n

(1)

判别矩阵是一个可逆矩阵，如果因素i相对于j的重要性为aij，那么因素j相对于i的重要性就是1/aij，如果因素i和j的重要程度一样，那么aij=aji=1。

3)指标权重的计算。

指标权重的计算采用德尔菲法，调查的对象分别为建筑施工企业专家、高校教师、建筑管理单位、政府部门的专家等，共发出调查邮件150份，收回邮件96份，对收回邮件进行整理、筛选分析，共有有效邮件42份。利用层次分析法中的特征向量法进行数据处理，具体步骤如下：

(2)

(3)

其中，CR为一致性比率，RI为随机性指标，随机性指标的确定依据矩阵的阶数，见表2。如果CR≤0.1，则认为一致性可以接受，如果CR>0.1，则认为一致性不可接受，需要重新调整权重赋值。

表2 随机性指标指数

根据以上计算，可以确定出装配式建筑的综合评价指标的权重。

4)综合权重的确定。

如果假设二级指标相对一级指标的权重的特征向量为V，三级指标相对二级指标的权重为W，那么三级指标相对一级指标的综合权重就是U=V×W。

3.2 综合评价模型的确定

1)评价准则集的确定。

本文中评价模型选择模糊综合评价，其首先需要建立评价准则集。我们将综合效益划分为5个等级，即[优秀、良好、中等、及格、不及格]。如果说综合效益为1的话，分别对5个等次进行赋值：优秀[0.8～1]，良好[0.6～0.8]，中等[0.4～0.6]，及格[0.2～0.4]，不及格[0～0.2]。

2)隶属度的确定。

隶属度就是指各种评价指标相对于准则集的从属程度，如果用第n个指标做隶属于准则集的隶属度，就可能得到隶属向量Ri=(ri1,ri2,…,rij),那么如果对所有的指标做隶属于准则集的隶属向量，便可以得到装配式建筑综合效益指标体系的隶属度矩阵Rn×n，n=16。

3)模糊综合评价模型的建立。

结合综合评价和模糊集的相关研究理论和已知的评价准则集、隶属度等，可以得到一个模糊综合评价的模型，设模糊综合评价的模型为S，则S=UT×R，根据计算可得到S为一个n列向量，表示装配式建筑中各种影响因素相对于综合权重的隶属程度，在S中，最大的值表示综合效益隶属于准则集中的相应级别，因此它所对应的标准也就是整个装配式建筑综合效益的最终评价结果，S向量中其他值表示综合效益隶属于其他评价等级的可能。

4 实例分析

陕西关中地区某县新农村住宅项目，该项目总共占24 200 m2，采用装配式混凝土结构建设，共44户，每户建筑面积180 m2，设置一个小院约100 m2，总建筑面积约7 920 m2。附属建设项目包括道路硬化、自来水、排水管道安装等，项目建设工期3个月。

4.1 评价指标体系及权重确定

评价指标采用2.2中确定的评价指标体系，共3个二级指标，16个三级指标。根据德尔菲法对指标权重打分，采用层次分析法中的特征向量进行数据处理，确定的各指标权重见表3。

表3 装配式建筑综合效益评价指标权重

4.2 指标一致性检验

1)二级指标一致性检验。

最大特征值计算：根据λmax的计算公式可以得到λmax=3.076，根据式(2)和式(3)，可以计算出CR=0.066<0.1，因此可以判断二级指标的一致性可接受，因此其权重向量也是可以接受的。

2)三级指标的一致性检验。

相对于二级指标(经济效益)的一致性检验，根据以上的方法，同理可以计算出：

λmax经济=7.514，CR经济=0.064 9<0.1，λmax资源=5.398，CR资源=0.089<0.1，λmax社会=4.246，CR社会=0.09<0.1。

说明各三级指标相对二级指标的一致性也是可以接受的。

3)综合权重的计算。

根据综合权重的计算公式，可得：

经计算：U=(0.266，0.124，0.044，0.117，0.056，0.036，0.023，0.081，0.064，0.019，0.036，0.029，0.038，0.029，0.020，0.018)T。

4)模糊综合评价。

为确定该装配式建筑项目的综合效益，在项目实施前，通过调研确定16种三级指标对评价准则集中五个等次的隶属程度，从而得到隶属度矩阵R如上。根据S=UT×R可以得出S=(0.184 4，0.303 8，0.165 8，0.135 3，0.142 6)，用矩阵S和评价准则集进行比较，可以看出数值中只有第二个0.303 8最大，因此可以判断出该项目的综合效益属于第二级别良好。

5 结论

1)本文根据装配式建筑的特点，依据《工业化建筑评价标准》，分别从经济效益、节能及环保、社会效益等三个方面选取16个评价标准，建立装配式建筑综合效益的三级评价体系。采用德尔菲法进行指标调查，结合层次分析法中的特征向量法计算指标权重，建立可以量化的装配式建筑评价体系。2)建立模糊综合评价模型，该模型可以将指标定量化。结合实际工程案例，对各级指标进行一致性检验，指标均满足一致性检验，说明了该模型的合理性和科学性。根据计算结果，该项目的综合评价结果为良好，说明了装配式建筑作为一种新兴建筑，在农村地区具有良好的推广价值。