公共建筑智能運維價值評價體系研究

王淑霞，王 科，李露凡，周國棟（.上海建科工程咨詢有限公司， 上海 0003；.上海市建筑科學研究院有限公司， 上海 0003）

0 引 言

自 2010 年正式提出“智慧城市”概念以來，我國城市數(shù)字化與建筑智能化得到了長足發(fā)展，在智能樓宇領域已形成較完善的多層次、多門類、多形式的行業(yè)法律法規(guī)和政策體系，并隨時代發(fā)展和技術進步而不斷被修訂完善[1-2]。然而，受制于我國建筑與粗放式的建設和管理模式，目前智能市場仍存在“建、管、用”脫節(jié)的現(xiàn)象，運營維護（以下簡稱“運維”）管理工作滯后，建筑智能化系統(tǒng)的正常運行效率較低，不利于智能建筑行業(yè)的長遠發(fā)展[3-4]。此外，持續(xù)時間長、維護耗費高也是建筑運維階段最鮮明的特點?？梢姡\維階段是智能化設施建成后的一個至關重要的環(huán)節(jié)，也是能否真正實現(xiàn)智能化的關鍵[5]。因此，為了促進智能化系統(tǒng)的正常運行以及智能運維的健康發(fā)展，對智能設施的運行、管理和應用效果進行評價顯得尤為重要。

國內(nèi)外針對運維的研究從最初基于 BIM 技術的應用研究和價值度量逐步向智能運維評價發(fā)展。Kristen Barlish等[6]以費用和效益為價值度量，建立了基于 BIM 技術的價值評價模型；Peter E. D. Love 等[7]采用無形效益和間接成本作為 BIM 的真實價值特征，建立了效益評估模型；李欣蘭等[8]僅從投資角度以運營造價評估了建設工程運維階段BIM 的應用效益；盧梅等[9]基于平衡記分卡理論，針對商業(yè)地產(chǎn)構建了 BIM 運維管理應用價值量化評價指標體系；申媛菲等[10]以 GB/T 50378—2014《綠色建筑評價標準》為基礎，構建了公共綠色建筑運維評價標準體系，著重從辦公信息化和服務智能化兩個方面來評估項目的應用成果。盡管國內(nèi)外針對運維的研究范圍和深度不斷在擴大，但仍缺乏對智能運維的系統(tǒng)性評價。

鑒于智能運維的發(fā)展現(xiàn)狀和對智能運維研究的不足，本文將從智能化系統(tǒng)入手，圍繞公共建筑智能設施的運行、管理和應用效果，系統(tǒng)地展開對智能運維管理價值評價指標體系的研究，以期為改進公共建筑智能運維管理模式及提高運維管理水平提供理論基礎。

1 評價指標體系的構建原則及其構成

所謂公共建筑智能運維價值評價指標體系，是指依照國家及行業(yè)有關智能化系統(tǒng)設計和控制方面的標準，圍繞運維目標，結合行業(yè)發(fā)展趨勢，在遵循科學性、全面性、合理性、適用性和可操作性原則的基礎上，構建形成的一套包含3 個一級指標和 15 個二級指標的公共建筑群智能運維價值綜合評價指標體系（見表 1）[11]。表 1 中各系統(tǒng)的智能化水平是指公共建筑內(nèi)各應用子系統(tǒng)（如空調(diào)系統(tǒng)、物業(yè)管理系統(tǒng)等）的智能化水平，主要涉及系統(tǒng)自動控制與調(diào)節(jié)、運行狀態(tài)監(jiān)測、運行參數(shù)監(jiān)測，以及物業(yè)服務、人員出入、車輛出入和網(wǎng)絡服務等方面。管理智能化水平側重于公共建筑內(nèi)各集成系統(tǒng)（如建筑設備管理系統(tǒng)、信息化應用系統(tǒng)等）在系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)管理、界面交互和聯(lián)動控制等方面的水平，主要對系統(tǒng)集成的完整性、標準性、安全性和智能性進行評價。智能運維效益水平則從建筑物本身的健康程度、節(jié)能水平、環(huán)境舒適度和用戶使用滿意度等方面，對應用智能運維手段所達到的效益水平進行評價。

表 1 智能運維價值評價指標體系

2 評價方法

公共建筑智能運維價值評價是一個多目標、多因素的復雜問題，難以用完全定量的方法來分析和評價。本文采用層次分析法（定量與定性相結合）并結合專家經(jīng)驗對其進行研究。首先，根據(jù)上述指標體系中各指標之間的關系建立評價指標體系的遞階層次結構，包含預定目標層、實現(xiàn)目標所涉及的中間層以及對象措施層等；其次，確定各指標權重，即根據(jù)成對比較法和 1～9 比例標度構建成對比較矩陣，分別確定層次單排序及其一致性檢驗、層次總排序及其一致性檢驗、組合一致性檢驗和組合權重等；最后，結合專家經(jīng)驗確定各二級指標的分值以及最終的評價結果。

2.1 指標體系層次結構模型

采用層次分析法，將公共建筑智能運維評價目標及其指標體系分解成若干層次，形成層次結構模型（見圖 1）。最高層為目標層，中間為準則層，最低層為對象層。其中，準則層可分為一級指標準則層和二級指標準則層。在目標層和一級指標準則層構建的層次結構中，系統(tǒng)的智能化水平、管理智能化水平和智能運維效益水平用因素Ci和因素Cj指代，智能運維價值綜合評價結果用目標 O 指代。

圖 1 智能運維價值評價指標體系層次結構

2.2 指標權重確定方法

在層次分析法中，確定指標權重的步驟：先構建指標的成對比較矩陣，并對其進行一致性檢驗；待一致性檢驗通過后，將成對比較矩陣最大特征值對應的特征向量進行歸一化處理，得到指標權重向量。

2.2.1 成對比較矩陣

成對比較矩陣是通過成對比較法和 1～9 比例標度構造的。相鄰兩個層次中，高層次為目標，低層次為因素，各因素彼此兩兩比較后可得成對比較矩陣。成對比較矩陣各元素的值反映了人們對元素關于目標的相對重要性的認識。成對比較矩陣的定義為

式 1 中：n為元素的個數(shù)；aij為因素Ci和因素Cj對目標 O的影響程度之比，按 1～9 比例標度來度量（見表 2）。

表 2 1～9 比例標度的含義

2.2.2 層次單排序及其一致性檢驗

若得到的成對比較矩陣A是一致陣（如二階陣），則對應特征根n的歸一化特征向量即表示各因素（C1，C2，…，Cn）的權重，該向量被稱為權向量。若成對比較矩陣A不是一致陣，Satty 等人建議采用A的最大特征根λmax對應的歸一化特征向量W＝（W1，W2，…，Wn）T作為權向量，即W應滿足

若λmax比n越大，則A的不一致程度就越大，用特征向量作為權向量引起的誤差也就越大。因此，需要對成對比較矩陣做一致性校驗，并可用λmax－n來衡量的不一致程度CI，其計算公式

式 3 中，λmax為成對比較矩陣A的最大特征值，但僅用CI來衡量的一致性是不夠的，Satty 等人又提出了平均隨機一致性指標RI。RI只與成對比較矩陣的階數(shù)n相關。不同階數(shù)對應的RI值，如表 3 所示。

表 3 平均隨機一致性指標[12-16]

對于n≥3 的成對比較矩陣，其一致性比率CR定義為

若CR＜ 0.1，則說明成對比較矩陣的不一致程度在容許范圍內(nèi)，且其構建合理，可以用特征向量作為權向量；否則，需要調(diào)整成對比較矩陣A，使其具有滿意的一致性。

一致性校驗通過后，成對比較矩陣A的最大特征根λmax對應的歸一化特征向量W＝（W1,W2,…,Wn）T即為權向量，它反映了評價指標的重要程度。本文采用幾何平均法計算成對比較矩陣A的權向量（即層次單排序），其計算公式為

式 5 中，為成對比較矩陣A每一行元素的乘積的n次方根組成的n行 1 列矩陣。其中行元素1,2,…,n。

2.2.3 層次總排序及組合一致性檢驗

當一級指標準則層相對目標層、二級指標準則層相對一級指標準則層的所有單排序的一致性檢驗通過后，假設一級指標準則層元素個數(shù)為m，各權值（a1，a2，…，am）與aj對應的二級指標準則層權值（b1j，b2j，…，bkj；假設二級指標準則層元素個數(shù)為 k）的二級指標準則層所有指標的總排序（組合權重）ball為

若CIj為對應于aj的二級指標準則層判斷矩陣的一致性指標，相應的平均隨機一致性指標為RIj，則二級指標準則層總排序一致性比率CRer為

若一級指標準則層單排序的一致性比率為CRyi，則整個系統(tǒng)組合一致性比率CRall為

式 8 中，若CRall＜0.1，則表示組合一致性檢驗通過，并且計算結果可以作為最終決策的依據(jù)。

2.3 綜合評價模型

當二級指標準則層各指標組合權重確定后，可以根據(jù)專家經(jīng)驗對各指標進行打分（分值為Sall），進而確定被評價公共建筑智能運維價值的綜合得分S為

式 9 中，S值越大，其對應的公共建筑智能運維價值也就越高；反之，則越低。

3 指標權重分配

按照層次分析法基礎理論，邀請 5 位建筑運維方面的專家對各層級評價指標進行兩兩比較，形成成對比較矩陣；隨即對整體評價指標體系進行組合一致性檢驗，并確定了上述評價體系各指標的權重分配。

3.1 層次單排序及其一致性檢驗

首先，基于一級指標準則層的 3 個評價指標（即系統(tǒng)智能化水平、管理智能化水平和智能運維效益水平）對目標層（智能運維價值綜合評價結果）的影響程度，構建成對比較矩陣。假設C1、C2、C3分別代表系統(tǒng)智能化水平、管理智能化水平和智能運維效益水平，則成對比較矩陣

其中：a12為C1（系統(tǒng)智能化水平）、C2（管理智能化水平）對目標（智能運維價值綜合評價結果）的影響程度之比；其他元素以此類推。由式 1～式 5 可得：權向量W＝（0.163 4，0.539 6，0297 0）T，特征向量 λ＝3.009 2，一致性指標CI＝0.004 6，一致性檢驗系數(shù)CR＝0.007 9＜0.1。一級指標準則層具有令人滿意的一致性。同理，可構建二級指標相對一級指標的成對比較矩陣，并分析一致性檢驗結果，確定各指標權值（見表 4）。

從表 4 可知，3 組一致性檢驗系數(shù)CRk均小于 0.1；3組權值都通過一致性檢驗，可作為相應指標的權值。

表 4 二級指標一致性檢驗結果

3.2 組合一致性檢驗

結合以上單排序分析結果，運用式 7 和式 8 對整體指標體系進行組合一致性檢驗（見表 5）。

從表 5 可以看出，整個系統(tǒng)的一致性檢驗系數(shù)CR小于0.1；組合一致性檢驗通過，表 4 中得到的權向量可以作為最終決策的依據(jù)。

表 5 組合一致性檢驗結果

3.3 合成權重

綜上所述，由式 6 可得公共建筑智能運維價值評價體系各指標的合成權重（見表 6）。

從表 6 可以看出：所邀專家很重視公共建筑內(nèi)集成系統(tǒng)所表現(xiàn)出的管理智能化水平；希望通過智能手段達到較高的運維效益水平，以及各子應用系統(tǒng)的智能化水平權重分配的最小化。這與智能市場的運維需求相一致，即通過加強對運維效益的重視，提高建筑內(nèi)各集成系統(tǒng)管理智能化水平，將有助于促使各子應用系統(tǒng)的改進和升級，進而提高建筑整體的運維水平。

表 6 智能化運維評價體系各指標的合成權重

4 結 語

本文基于公共建筑智能運維管理需求，從系統(tǒng)智能化水平、管理智能化水平和智能運維管理效益水平 3 個方面構建了公共建筑智能運維價值評價二級指標體系，并通過層次分析法確定了各級指標的權重分配。結果表明：公共建筑智能運維管理價值的提升，有賴于建筑內(nèi)各集成系統(tǒng)管理水平的提高以及對運維效益的重視。由于涉及智能運維的評價需要一定的運行數(shù)據(jù)，下一步工作將收集具體項目案例，以完善評價指標、明晰評價細則，并驗證其有效性和合理性。