林冠宏
(廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣西 南寧530007)
隨著社會(huì)對(duì)建筑節(jié)能的日趨重視及技術(shù)水平的提高,結(jié)合國(guó)家實(shí)行側(cè)向供給政策導(dǎo)向,建筑節(jié)能融入BIM 正向設(shè)計(jì)技術(shù)后取得了更多成效,建筑節(jié)能已進(jìn)入新的發(fā)展階段。與此同時(shí),BIM 正向設(shè)計(jì)建筑節(jié)能的評(píng)價(jià)方法也在逐步完善,但由于節(jié)能設(shè)計(jì)方案多樣化和節(jié)能技術(shù)更新速度快,節(jié)能方案評(píng)選方法相對(duì)單一,導(dǎo)致在進(jìn)行BIM 正向設(shè)計(jì)階段無(wú)法對(duì)建筑節(jié)能方案進(jìn)行準(zhǔn)確的綜合評(píng)價(jià),從而造成BIM 正向設(shè)計(jì)建筑節(jié)能方案決策效率不高。
對(duì)BIM 正向設(shè)計(jì)節(jié)能方案進(jìn)行評(píng)價(jià)的前提是在設(shè)計(jì)階段考慮建筑全壽命周期能耗并建立其功能指標(biāo),指標(biāo)的適應(yīng)性和可行性直接影響著方案評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。經(jīng)工程實(shí)踐驗(yàn)證,可以采用層次分析法AHP(Analytical Hierarchy Process)來(lái)構(gòu)造判斷矩陣,經(jīng)一致性檢驗(yàn)后,可確定各功能指標(biāo)對(duì)目標(biāo)的影響權(quán)重。在BIM 正向設(shè)計(jì)建筑節(jié)能功能指標(biāo)的構(gòu)建中,擬從六個(gè)主要方面進(jìn)行研究,建立建筑節(jié)能分層指標(biāo)體系。具體來(lái)講,對(duì)建筑節(jié)能功能(F)的構(gòu)建主要考慮如下因素[1]:一是建筑設(shè)計(jì)(A1)層面,可從建筑物朝向(B1)、建筑物體型系數(shù)(B2)、天然采光度(B3)三個(gè)次層面進(jìn)行分析;二是空調(diào)采暖系統(tǒng)(A3)層面,可從空調(diào)系統(tǒng)冷熱負(fù)荷(B4)、空氣處理設(shè)備效率(B5)兩個(gè)次層面進(jìn)行分析;三是作為建筑節(jié)能重點(diǎn)監(jiān)控部分的圍護(hù)結(jié)構(gòu)(A3)層面,可從建筑物的外墻加權(quán)平均傳熱系數(shù)(B6)、屋面加權(quán)平均傳熱系數(shù)(B7)、門(mén)窗及幕墻氣密性(B8)三個(gè)次層面進(jìn)行分析;四是照明及智能節(jié)能(A4)層面,可從高效智能節(jié)能光源(B9)、綠色再生能源利用(B10)、智能節(jié)能設(shè)備采用(B11)、電梯智能節(jié)能(B12)四個(gè)次層面進(jìn)行分析;五是水資源利用(A5)層面,可從污水處理(B13)、水資源綜合利用(B14)四個(gè)次層面進(jìn)行分析;六是運(yùn)維節(jié)能管理(A5)層面,可從能源消耗總量監(jiān)控及改進(jìn)(B15)、節(jié)能管理制度(B16)兩個(gè)次層面進(jìn)行分析。
在建立了遞階分層評(píng)估體系模型后,需要運(yùn)用層次分析法解決功能指標(biāo)的權(quán)重分配問(wèn)題[2]。計(jì)算步驟如下:
依據(jù)兩兩比較的標(biāo)度和判斷原理,運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論[1],可得出賦值為1 至9 的比例標(biāo)度。按照層次結(jié)構(gòu)模型,每一層元素都以相鄰上一層次各元素為基準(zhǔn),按上述標(biāo)度方法兩兩比較構(gòu)造判斷矩陣,設(shè)判斷矩陣為[A],按定義則有:
(1)判斷矩陣A 的元素按行相乘,得到行元素的乘積Mi
(2)對(duì)每行的乘積Mi 分別計(jì)算n 次方根,得到Vil
(3)將向量Vi
l進(jìn)行歸一化處理
(4)計(jì)算判斷矩陣A 的最大特征根λmax
其中(AW)i 表示AW 乘積的第i 個(gè)分量。
判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)公式為CR=CI/RI,其中CI 為一致性檢驗(yàn)指標(biāo),CI=(λmax-n)/(n-1),n 為判斷矩陣的階數(shù),RI 為平均隨機(jī)一致性指標(biāo),其取值見(jiàn)表1。
表1 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI 的取值[3]
當(dāng)CR<0.1 時(shí),一般認(rèn)為A 的一致性是可以接受的[3],否則需要重新調(diào)整判斷矩陣,直至滿足一致性檢驗(yàn)為止。在判斷矩陣滿足一致性檢驗(yàn)的條件下,可求得各層功能指標(biāo)的權(quán)重。
利用層次分析法得到的各層功能指標(biāo)的權(quán)重,對(duì)所評(píng)選的方案采用10 分制進(jìn)行功能評(píng)價(jià)。各分?jǐn)?shù)乘以功能指標(biāo)權(quán)重得到功能加權(quán)分,對(duì)功能加權(quán)分的和進(jìn)行指數(shù)處理后可以得到各方案的功能系數(shù)。
這里的成本是指用于建筑節(jié)能技術(shù)上費(fèi)用與后期使用維護(hù)成本的總和。分項(xiàng)計(jì)算在建筑節(jié)能的成本,對(duì)各個(gè)方案的成本進(jìn)行指數(shù)處理后可以得到各方案的功能系數(shù)。
價(jià)值[V]=功能系數(shù)/成本系數(shù),取max[Vi]作為最優(yōu)方案。
現(xiàn)以南寧市擬建的某公共建筑項(xiàng)目為例,在進(jìn)行BIM正向設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于建筑節(jié)能有三個(gè)互斥節(jié)能方案。采用本文所闡述的評(píng)價(jià)方法來(lái)對(duì)比各方案節(jié)能價(jià)值,選擇實(shí)施方案。實(shí)施過(guò)程中,聘請(qǐng)五位對(duì)建筑節(jié)能有深入研究的知名專家進(jìn)行權(quán)重?cái)?shù)值和評(píng)價(jià),其具體分析過(guò)程如下:
1)運(yùn)用層次分析法確定各層相應(yīng)的權(quán)重?cái)?shù)值??傇u(píng)價(jià)矩陣(P-A)的權(quán)重?cái)?shù)值A(chǔ) 的確定主要是通過(guò)兩兩比較,結(jié)合目前建筑節(jié)能的控制重點(diǎn),得到表2所示的判斷矩陣。
表2 (P-A)總判斷矩陣
根據(jù)各因素的權(quán)重,可得到特征值:
λmax=6.486,CI=0.096,查表1得RI=1.26,于是CR=CI/RI=0.076<0.1,可知該判斷矩陣滿足一致性檢驗(yàn)要求,矩陣權(quán)重?cái)?shù)值可以接受。
同樣,按照上述方法,可得到各二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重?cái)?shù)值如下:
表3 B 層的總排序
表4 功能系數(shù)計(jì)算表
則可得到B 層的總排序見(jiàn)表3。
2)利用各層功能指標(biāo)的權(quán)重,對(duì)所評(píng)選的方案采用10 分制進(jìn)行功能評(píng)價(jià)見(jiàn)表4。
3)各個(gè)方案的成本系數(shù)(表5)
表5 各方案成本系數(shù)計(jì)算表
4)計(jì)算各個(gè)方案的價(jià)值系數(shù)(表6)
表6 各個(gè)方案的價(jià)值系數(shù)
基于AHP 和價(jià)值工程對(duì)BIM 正向設(shè)計(jì)建筑節(jié)能方案綜合評(píng)價(jià)法的特點(diǎn)在于既可以較為準(zhǔn)確地反饋建筑節(jié)能性能的不確定性,又可以客觀地評(píng)價(jià)各節(jié)能方案的節(jié)能情況,并且評(píng)價(jià)模型可以融合眾多建筑節(jié)能專家的意見(jiàn),經(jīng)過(guò)數(shù)值分析以定量的方式輔助決策,進(jìn)行方案選擇,在定性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)行定量的拓展。