老旧工业建筑改造绿色评价方法研究.pdf

Intelligent Building and Construction Machinery智能建筑与工程机械2023年 8月Aug 2023第5卷 第8期Vol.5 No.80引言绿色节能理念在工业建筑改造中的应用愈发广泛，在项目规划设计、建造以及运维管理中，应该对设计方案及建筑物实体的绿色性能开展评价。为了保证评价质量，需要建立一套具有突出专业性的评价方法，以流程化的方式推进相关工作，并实现量化操作。1老旧工业建筑改造的绿色评价标准和理论模型1.1 老旧工业建筑改造的绿色评价标准新建和改建的工业建筑均需按照 GB/T 50878-2013绿色工业建筑评价标准开展绿色节能规划、设计、建造和竣工验收，项目的运营管理、报废拆除也在评价范围之内1。该标准提出 8 个方面的评价内容，包括室内环境与职业健康、室外环境与污染物控制、节能与能源利用、节水与水资源利用等，每一项评价内容又可进行细分，形成二级评价指标。以节能为例，其细分后的评价内容涵盖能源利用指标、能量回收、可再生能源利用以及节能效果。工业建筑绿色评价采用量化方法，其评价结果为明确的分值，并根据得分划分建筑物的绿色等级（见表 1）。1.2 老旧工业建筑改造绿色评价基本原则及理论模型GB/T 50878-2013绿色工业建筑评价标准中，根据章、节以及每一节的具体条文建立了完善的三级评价指标体系，并且为每一项指标分配了权重值，以便进行量化打分。指标权重值分配基于一定的理论模型，各个评价指标对建筑物绿色节能运行的影响程度存在差异，因而要根据数学模型开展计算与分析，具体实施过程如下。收稿日期：2023-02-15作者简介：程旭勇（1980），男，山东聊城人，本科，高级工程师，一级注册建筑师，研究方向：建筑设计及其理论、建筑技术应用、建筑节能技术研究与应用。老旧工业建筑改造绿色评价方法研究程旭勇（中蓝连海设计研究院有限公司，江苏 连云港 222000）摘 要：以老旧工业建筑改造绿色评价为总目标，建立三级评价指标体系，涵盖资源利用、环境负荷、能源有效利用率等下级指标。借助层次分析法为各个指标分配合理的权重，并划分评价指标的评分等级，奠定了坚实的量化评价打分基础。关键词：老旧工业建筑；改造；绿色评价方法中图分类号：TU201.5文献标识码：A文章编号：2096-6903(2023)08-0101-04生态工程与绿色建筑1.2.1设置评价指标的原则绿色建筑思想起源自 20 世纪 70 年代中期，发展至今，已经形成了较为完善的理论体系，如“五节一环保”理念、建筑生命周期理念等。老旧工业建筑改造涉及多方面的内容，其评价指标的确立应遵循一系列原则。1.2.1.1定量、定性相结合在评价老旧工业建筑的绿色改造方案时，应该优先采用可量化的评价指标。原因是量化指标的评价过程依托于精确的数据，具有更强的识别性与客观性。例如，工业建筑运行过程产生的噪声会影响周边环境，为此，评价其噪声污染时，以现场采集的分贝数为依据，再根据国家相关标准确定噪声污染的严重程度。工业建筑的绿色评价指标体系中也存在部分难以量化的指标。以节材评价为例，其二级指标中设置有节材措施应用，对应的三级指标包括土建与室内外装修一体化设计水平、建筑造型要素的简约程度等2。显然，一体化设计水平和建筑造型的简约性都是难以量化的内容，此时应改为定性评价，与同类项目进行对比，得出相对客观的评价结果。1.2.1.2综合指标与分解指标相结合综合指标指能够进一步分解的中上层指标，其影响因素至少为两个。典型的综合指标为建设场地利用系数的合理性，其影响因素包括公共设施用地、建筑物层数、地下空间开发等。分解指标是对综合性指标的下沉和细化，以利于收集量化评价的数据。综合指标在老旧工业建改造方案的绿色评价中占据着主导地位，其评分比达分总得分 P等级1110 P 551155 P 7011P 70表 1 绿色工业建筑等级划分标准智能建筑与工程机械 102 第5卷由分解指标的评价结果按照权重值汇总计算而来。1.2.1.3革命性与先进性相结合绿色建筑的理论和技术在持续进步，选择评价指标时应该体现出技术发展的成果。革命性评价指标融入了新的技术路径，是对原有技术的革命性、颠覆性创新，其绿色设计效果通常明显高于传统的技术路径。先进性评价指标以国内同行业水平为参考基准，要求老旧工业建筑改造在绿色设计方面达到先进程度。1.2.2评价指标筛选及分层理论1.2.2.1 AHP 法AHP 法又称为层次分析法，能够将一个复杂的、综合性问题分解为结构清晰的小问题，是开展量化评价的重要工具。其主要实施步骤包括建立目标和指标的层次结构模型、建立判断矩阵、求解矩阵并判断指标的相对重要程度、计算设计方案的综合重要度。AHP 方法能够计算出指标的权重，进而筛选出对绿色建筑评价影响较为突出的指标，建立更加科学的指标体系。1.2.2.2 GRA 法GRA 法又称为灰色关联度法，可用于评价老旧工业建筑改造中各类评价指标之间的关联程度，若两个指标的变化趋势较为接近，其灰色关联程度也较高。如果一个二级评价指标存在多个潜在的下级影响因素，可通过关联度的排序筛选出二级指标对应的三级指标3。GRA 法的实施步骤为：建立分层指标体系确定参考数据列指标数据的无量纲化处理计算关联系数计算关联序列得出分析结果。1.2.3评价指标权重分配的数学模型为了有效推进量化评价，可组建专家群对各个指标开展定量分析，再借助 AHP 法计算出各个指标的权重，其数学模型如下。1.2.3.1构造相对重要性判断矩阵在指标体系中，上一级指标对应多个下级指标，但各个下级指标对上级指标的重要性存在一定的差异。以上级指标为准则，对其下级指标进行两两比较，即可构造出判断矩阵。假设上级指标为 C，将其下级指标记为 Ci，i 1,n，则判断矩阵如表 2 所示。其中，cij表指标C1C2.Cj.C1c11c12.c1j.C2c12 c22.c2j.Cici1 ci2.cij.标度135792、4、6、8含义同等重要稍微重要明显重要特别重要极其重要相邻标度的中间值表 2 基于 AHP 法的判断矩阵示例表 3 判断矩阵的标度示评价指标 i 对评价指标 j 的相对重要程度得分，具体取值可参照表 3。表 2 中的 c11=1。如果指标 i 对指标 j的相对重要性为 cij，则指标 j 对指标 i 的相对重要性为1/cij。如果专家组判断指标相对重要性在同等重要和稍微重要之间，则相应分值为 2。根据表 1 可构造出判断矩阵，如式（1）所示。（1）1.2.3.2指标权重和绿色评价分值计算各指标的相对重要性判断由专家群完成，因而按照多人单准则方式计算综合性指标的权重，计算过程包含以下几个主要步骤。在专家组评价的背景下，计算全部成员单人单准则权重的加权几何平均值，如式（2）所示。（2）式中，将专家组中的某位评价人员记为 m，表示评价人员 m 对指标 i 的单人但准则权重值。各指标权重值的规范化处理。通过式（2）可求得 、.、，各指标权重值规范化处理的方法，如式（3）所示。（3）将 分别代入上式，即可求得标准化的权重向量，将其记为 W，则有 W=(w1,w2,.，wn)。评价指标权重分配过程具有一定的经验性，需通过一致性检验才能投入使用。只有非一致矩阵的判断矩阵才需要进行一致性检验，实施步骤如下。第一，计算一致性指标 CI。CI=max-n/(n-1)，式中的 max为判断矩阵的最大特征根，n 为矩阵的阶数。第二，查找平均随机性一致指标 RI。根据判断矩阵的阶数查找对应的 RI 值，例如，当矩阵技术为 3、4、5 时，RI 的取值分别为 0.52、0.89、1.12。第三，计算一致性比例 CR。按照公式 CR=CI/RI计算相关比例。当 CR 的计算结果小于 0.1 时，判断矩阵的满足一致性要求。相反的，如果 CR 的计算结果大于 0.1，则需要修正部分指标，再重新计算 CR4。1.2.3.3绿色评价得分计算指标体系含有多个层次，以老旧工业建筑改造绿色2023年 第8期 103 评价为总目标，其评价结果由各级指标的权重值和打分结果计算而来。假设指标层为 3 级，总目标下的二级指标分别为 C1、C2、.、Cn，指标 C1对应的三级指标为C11、C12、.C1k，其权重值为别为 w11、w12、.、w1k，如果 c11 c1k的专家打分为 a11、a12、.a1k。那么指标 C1的绿色评价综合得分为 a11w11+a12w12+.+a1kw1k。2老旧工业建筑改造绿色评价方法2.1 建立科学的评价指标体系虽然 GB/T 50878-2013绿色工业建筑评价标准系统性地提出了绿色工业建筑的评价指标，但主要针对新建项目，未能充分体现老旧工业建筑改造项目的特点。因此，研究过程针对老旧工业建筑的改造内容，按照层次分析法筛选和建立绿色评价的指标体系。2.1.1目标层目标层是指标体系中的一级评价指标，具体描述为改造方案的综合绿色性能，将该级评价指标记为 U。2.1.2准则层准则层是指标体系中的二级评价指标，根据老旧工业建筑改造涉及的主要施工内容及后期运维管理特点，该层的评价指标可划分为 4 类，分别为室外环境综合质量、室内环境综合质量、环境负荷以及资源消耗，准则层评价指标如表 4。2.1.3方案层方案层为评价指标体系中的第三级指标，其作用为深化准则层的指标，便于落地实施和数据收集。老旧工业建筑改造消耗的资源包括土地、能源、水以及施工材料，将这 4 项因素作为 A1对应的 3 级指标，分别描述为土地资源有效利用率（A11）、能源有效利用率（A12）、水资源有效利用率（A13）、施工材料有效利用率（A14）。按照同样的处理方式。指标 A2对应的三级指标为光污染（A21）、噪声污染（A22）、固体废物及垃圾污染（A23）以及大气污染（A24）。二级指标 A3对应的三级评价指标为室内光环境质量（A31）、室内声环境质量（A32）、室内热环境情况（A33）、室内空气环境质量（A34）。二级指标 A4对应的三级评价指标为室外光环境质量（A41）、室外声环境质量（A42）、室外热湿环境质量（A43）、室外空气环境质量（A44）、室外交通规划质量（A45）。2.1.4方案层指标的具体评价内容观察方案层各个指标，其粒度仍然较为粗糙，不利指标资源消耗环境负荷室内环境综合质量室外环境综合质量编号A1A2A3 A4表 4 准则层评价指标于绿色评价资料和数据的收集。在量化评价中，必须将指标内容延伸至可操作的数据层面，鉴于此，针对方案层指标设计具体的评价内容。以三级评价指标 A11为例，土地资源的有效利用与建筑物容积率、绿化率、空间利用率密切相关，并且老旧建筑改造必须符合城市总体规划方面的要求。因此，A11指标的评价内容为改造后建筑容积率是否合理、绿化率是否合理、能否满足城市规划要求、是否合理利用闲散空间资源、地下空间开发利用是否充分5。在实施评价的过程中，相关人员可根据评价内容收集量化的数据，从而达到量化评价的目的。2.2 评价指标权重计算示例按照 AHP 法以及指标权重计算的数学模型，对以上 3 级评价指标体系分配权重，实施步骤如下。2.2.1组建专家群专家群应涵盖施工单位、设计单位、市政规划部门、老旧工业建筑的内部工作人员，专业层面应覆盖电气、土木、暖通空调、室内外装饰装修、园林绿化、给排水等。由于评价内容较多，涉及层面较广，可适当增加专家群的人员规模，例如，将评价人员的总数控制在80 150 人。2.2.2指标相对重要性评价专家群的主要作用是根据自身经验，判断同级指标的相对重要性，对其进行量化打分，进而收集构建特征矩阵的数据源。在研究过程中向 80 名专业评价人员发放量表，由评价人员根据判断矩阵的标度进行量化打分。评价指标中的准则层和方案层都要进行打分，共计形成 5 个特征矩阵，分别对应 A1 A4、A11 A14。A21 A24、A31 A34、A41 A45。综合评价人员的量表结果，以准则层指标为例，A1对指标 A2、A3、A4的相对重要性标度分别为 2、8、9。指标 A2对指标 A3、A4的相对重要性标度为 3、2。指标 A3对指标 A4的相对重要度为 1/2。在获得各个指标相对重要性关系之后，即可构建筑准则层的特征判断矩阵。2.2.3构造特征判断矩阵根据第 2 步形成的指标相对重要性数据，构造出各个指标层的特征判断矩阵。显然，矩阵的数量同样为 5个。其 1 表示同等重要，8 表示指标 A1对指标 A3的相对重要性，1/8 为指标 A3对指标 A1的相对重要性。准程旭勇：老旧工业建筑改造绿色评价方法研究智能建筑与工程机械 104 第5卷则层的特征判断矩阵如式（4）所示。（4）2.2.4权重计算结果根据权重值计算的数学模型，先分别求出单一评价人员对指标体系的权重值评价结果，再合成专家群的所有评价结果，得出老旧工业建筑改造绿色评价指标体系的权重值。指标 A1 A4的权重值分别为 0.32、0.26、0.22、0.20，合计为 1.0。指标 A11 A14对指标A1的权重值分别为 0.22、0.25、0.28、0.25，其对总目标 U 的权重值分别为 0.0572、0.065、0.0728、0.065。A21 A24在指标 A2中所占权重分别为 0.25、0.24、0.23、0.28，其在总目标 U 中所占权重分别为 0.055、0.0528、0.0506、0.0616。其他指标的权重计算结果此处不再赘述。对五个特征判断矩阵开展一致性检验，得出对应的CR 值，分别为 0.042、0.013、0.047、0.73、0.015，均小于 0.1，说明所有指标的权重均通过了一致性检验。2.3 确定老旧工业建筑改造的绿色评价等级为各个指标分配权重的主要目的是在评价中开展量化计算，假设指标 A1的得分为 5 分，乘以权重后的结果为 50.32=0.16。因此，在评价之前还必须确定每个指标的评分等级，为评价人员打分提供依据。判断指标实际情况和理想情况的符合程度，将完全相符、基本相符和不符合分别赋值为 2、1、0。将改造方案的绿色性能划分为 4 个等级，分别为不合格、合格、良好、优秀。将优秀视为接近或满足完全相符，得分区间为1.6,2，对应总分的 80%100%。良好代表达到总分的 60%80%，打分区间为 1.2,1.6）。不合格指所有一级评价指标均为 1 分，此时指标 U 的综合得分为0.2346，则不合格的打分区间为 0,0.2346)。合格对应的打分区间为 0.2346,1.2)。在评价过程中可按照该评分等级进行打分。3结束语老旧工业建筑改造绿色评价方法的主要实施步骤为构建科学的评价指标体系、形成合理的指标层次结构、按照相关的理论模型为各个指标分配权重、确定绿色评价指标的评分等级，在完成以上工作的基础上，由评价人员进行指标绿色性能打分，将分值乘以权重，层层向上汇总，最终得出改造方案的综合绿色评价结果。在实施过程中，必须检验指标权重分配的合理性，以确保评价效果和客观性。参考文献1 宋佳滨,李顺,吴欣怡,等.城市转型背景下工业建筑遗存更新改造研究:以兰尖机动车间为例J.城市建筑,2023,20(1):31-34+58.2 冒亚龙,李震栋.空间情境下的旧工业建筑更新改造设计J.砖瓦,2023(1):61-64.3 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