基于可拓模型的既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)

王沨楓

中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司

改革開放以來(lái)我國(guó)城鎮(zhèn)化高速發(fā)展，截止2015年，我國(guó)既有公共建筑面積已達(dá)116 億平方米，受不同時(shí)代技術(shù)與經(jīng)濟(jì)條件的制約，時(shí)至今日一批建筑的室內(nèi)環(huán)境已不能滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求及人們的需求。對(duì)我國(guó)存量既有公共建筑的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行調(diào)研與現(xiàn)狀評(píng)價(jià)對(duì)于未來(lái)既有公共建筑改造政策、路線等的制定意義重大。本文通過(guò)梳理現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及科研成果，凝練出既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)關(guān)鍵指標(biāo)，基于可拓理論構(gòu)建既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境的可拓評(píng)價(jià)物元模型，利用基于博弈論的層次分析法與熵值法相結(jié)合的組合賦權(quán)法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)在等級(jí)劃分上存在兩種取值區(qū)間的情形，提出關(guān)聯(lián)函數(shù)的一種求解方法。

1 既有公共建筑的室內(nèi)環(huán)境可拓評(píng)價(jià)物元模型

可拓理論是由我國(guó)學(xué)者自主創(chuàng)立的從定性與定量雙角度研究解決矛盾問(wèn)題的方法[1]?？赏乩碚撘允剑?）所示的物元為邏輯細(xì)胞，以物元可拓性進(jìn)行定性計(jì)算，以關(guān)聯(lián)函數(shù)進(jìn)行定量計(jì)算。基于可拓理論的評(píng)價(jià)方法已在多學(xué)科領(lǐng)域中應(yīng)用[2-4]。

式中：N 為事物的名稱；c 為特征；v 為量值。

基于可拓理論評(píng)價(jià)模型建立的一般步驟為：1）確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。2）確定待評(píng)物元。3）確定經(jīng)典域與節(jié)域。4）確定關(guān)聯(lián)函數(shù)。5）確定待評(píng)事物的等級(jí)關(guān)聯(lián)度。6）等級(jí)評(píng)定。

1.1 既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

目前，我國(guó)建筑室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要從室內(nèi)聲環(huán)境，光環(huán)境，熱濕環(huán)境及空氣質(zhì)量四方面進(jìn)行評(píng)價(jià)[5]。本文綜合考慮相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與科研文獻(xiàn)，確定室內(nèi)聲環(huán)境，光環(huán)境，熱濕環(huán)境及空氣質(zhì)量作為既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)二級(jí)指標(biāo)。三級(jí)指標(biāo)及其等級(jí)劃分根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如表1 所示，以辦公建筑為例）并結(jié)合文獻(xiàn)[6-7]進(jìn)行選取和確定，如表2 所示。

表1 建筑室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)主要相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

表2 既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)（以辦公建筑為例）

1.2 既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)物元模型

1）待評(píng)既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境

待評(píng)既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境，根據(jù)指標(biāo)實(shí)測(cè)值，可構(gòu)建如下物元模型矩陣：

式中：N 表示待評(píng)室內(nèi)環(huán)境；v 為c 即既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值。

2）經(jīng)典域與節(jié)域

根據(jù)可拓理論，既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)經(jīng)典物元模型如式（3）所示：

式中：Rj為第j 級(jí)（一星級(jí)、二星級(jí)、三星級(jí)）環(huán)境的物元模型；vj為第j 級(jí)的取值范圍，即等級(jí)的經(jīng)典域。

而各指標(biāo)的允許取值范圍——節(jié)域所形成的物元模型如式（4）所示：

式中：vp為指標(biāo)的所有取值范圍。

3）關(guān)聯(lián)函數(shù)

根據(jù)可拓理論，評(píng)價(jià)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)函數(shù)計(jì)算可由式（5）～（7）描述：

其中：

式中：Kj為指標(biāo)與第j 等級(jí)的關(guān)聯(lián)函數(shù)值。

可拓理論對(duì)于指標(biāo)劃分存在多個(gè)取值區(qū)間情況下關(guān)聯(lián)函數(shù)值的求解并無(wú)說(shuō)明，本文利用如式（8）所示的調(diào)和平均求解該種情況下的關(guān)聯(lián)函數(shù)值。

可拓理論一般利用簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)函數(shù)計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，完全依賴于樣本數(shù)據(jù)。為避免單純依賴于樣本可能造成的權(quán)重值與事實(shí)不符，本文利用主觀賦權(quán)（層次分析法）與客觀賦權(quán)（熵值法）相結(jié)合的組合賦權(quán)法確定既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

層次分析法與熵值法原理可參考相關(guān)文獻(xiàn)[8-9]。需要說(shuō)明的是利用層次分析法與熵值法分別計(jì)算得到的指標(biāo)權(quán)重需通過(guò)一致性檢驗(yàn)。對(duì)這兩種方法分別計(jì)算權(quán)重后進(jìn)行組合賦權(quán)計(jì)算的情況，可用式（9）描述的Spearman 相關(guān)系數(shù)進(jìn)行判斷，0≤ρ≤1，其值越小表明2 種賦權(quán)結(jié)果越接近。

本文組合賦權(quán)基于博弈論進(jìn)行，通過(guò)求解式（10）得α，并對(duì)α 進(jìn)行歸一化的處理，從而計(jì)算得到了組合權(quán)重。

4）確定待評(píng)事物（室內(nèi)環(huán)境、熱濕環(huán)境、聲環(huán)境、光環(huán)境、空氣質(zhì)量）等級(jí)關(guān)聯(lián)度通過(guò)式（11）計(jì)算待評(píng)事物的等級(jí)關(guān)聯(lián)度。

5）等級(jí)評(píng)定

若

則待評(píng)事物屬于等級(jí)j。

2 我國(guó)既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)與分析

本文選取不同氣候區(qū)典型既有辦公、酒店、商業(yè)、學(xué)校建筑進(jìn)行實(shí)地測(cè)試。利用本文構(gòu)建的可拓評(píng)價(jià)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)分級(jí)，對(duì)既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行分析、試摸底。表3 所示為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

表3 既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境參數(shù)調(diào)研

根據(jù)實(shí)測(cè)的室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)，利用熵值法計(jì)算得到的既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。同時(shí)，根據(jù)回收的15 份專家意見，采用層次分析法計(jì)算得到評(píng)價(jià)指標(biāo)的主觀權(quán)重。主客觀權(quán)重的Spearman 相關(guān)系數(shù)為0.1437，表明二者有較好的一致性，因此，采用基于博弈論的組合賦權(quán)法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。主客觀組合賦權(quán)計(jì)算結(jié)果如表4 所示。

表4 既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

表5～9 所示分別為所調(diào)研既有公共建筑的室內(nèi)熱濕環(huán)境、聲環(huán)境、光環(huán)境、空氣質(zhì)量、室內(nèi)環(huán)境等級(jí)關(guān)聯(lián)度。從表中可看出，B1 建筑室內(nèi)環(huán)境歸屬于三星級(jí)，但熱濕環(huán)境及聲環(huán)境均為一星級(jí)，因此為室內(nèi)環(huán)境提升的重點(diǎn)。B2 建筑室內(nèi)環(huán)境歸屬于二星級(jí)，聲環(huán)境和空氣質(zhì)量是薄弱點(diǎn)。B3 商業(yè)建筑室內(nèi)環(huán)境狀況較不理想僅為一星級(jí)，聲、光環(huán)境及空氣質(zhì)量均需提升。B4 酒店建筑和B5 學(xué)校建筑室內(nèi)環(huán)境均為二星級(jí)，但光環(huán)境均應(yīng)進(jìn)行提升。

表5 熱濕環(huán)境等級(jí)關(guān)聯(lián)度

表6 聲環(huán)境等級(jí)關(guān)聯(lián)度

表7 光環(huán)境等級(jí)關(guān)聯(lián)度

表8 空氣質(zhì)量等級(jí)關(guān)聯(lián)度

表9 既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境等級(jí)關(guān)聯(lián)度

圖1 所示為所調(diào)研公共建筑室內(nèi)環(huán)境等級(jí)的分布情況。調(diào)研建筑室內(nèi)環(huán)境主要集中在二星級(jí)，聲、光環(huán)境相對(duì)最差，為改造提升重點(diǎn)。室內(nèi)熱濕環(huán)境主要集中在二星級(jí)，受益于暖通空調(diào)系統(tǒng)，但濕度與風(fēng)速的控制仍存在提升空間?？諝赓|(zhì)量等級(jí)分布規(guī)律性尚不明顯，主要受建材與室外環(huán)境影響。

圖1 既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境等級(jí)分布情況

3 結(jié)語(yǔ)

梳理現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等，凝練了既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)關(guān)鍵指標(biāo)，確定了指標(biāo)等級(jí)劃分區(qū)間，并建立了基于層次分析-熵值法組合賦權(quán)的可拓既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)模型，對(duì)于指標(biāo)等級(jí)存在多取值區(qū)間的情形采用調(diào)和平均法求解關(guān)聯(lián)函數(shù)值。建立的評(píng)價(jià)模型基于關(guān)鍵指標(biāo)實(shí)測(cè)值進(jìn)行定量計(jì)算，簡(jiǎn)便易行，且能明確室內(nèi)環(huán)境提升的方面。

對(duì)典型既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)測(cè)與摸底評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)調(diào)研建筑室內(nèi)環(huán)境主要為二星級(jí)，聲、光環(huán)境相對(duì)最差，為改造提升重點(diǎn)。室內(nèi)熱濕環(huán)境中濕度與風(fēng)速的控制是提升的方向。空氣質(zhì)量等級(jí)分布規(guī)律性尚不明顯。利用本文提出的室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)模型可較為快速地實(shí)現(xiàn)我國(guó)既有公共建筑室內(nèi)環(huán)境的摸底調(diào)研工作，為既有公共建筑改造政策、路線等的制定提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。