基于熵值法的裝配式建筑綠色建造研究

宋聯(lián)杰

(中國(guó)十九冶集團(tuán)有限公司, 成都 610017; 重慶大學(xué) 管理科學(xué)與房地產(chǎn)學(xué)院, 重慶 400044)

建筑業(yè)消耗的資源巨大,位居能源消費(fèi)總量的前列[1],每年有將近30億t的原材料用于工程建設(shè)[2]。不同的國(guó)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)了不同的建筑評(píng)估工具,如綠色建筑評(píng)估體系(Leadership in Energy &Environmental Design Building Rating System,LEED)、建筑研究院環(huán)境評(píng)估方法(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM),以及德國(guó)第二代綠色評(píng)估體系(Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen,DGNB),以確保不同國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展[3]。評(píng)估可持續(xù)建筑方面的研究方法較多,現(xiàn)階段可持續(xù)評(píng)估方法有101種[4]。國(guó)家在大力推行裝配式建筑,為裝配式建筑的發(fā)展提供了政策支撐,相對(duì)于傳統(tǒng)建筑來(lái)說(shuō)產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題更少,綠色建造方面的天然優(yōu)勢(shì)明顯[5]。裝配式建筑的發(fā)展迅速,除了酸化和礦物資源消耗外[6],在碳排放、能源消耗、材料消耗和廢物利用等方面有著天然的優(yōu)勢(shì)[7],為改善自然環(huán)境帶來(lái)了很多好處[8]。

綠色建筑和傳統(tǒng)建筑對(duì)管理人員的感知是不同的,為項(xiàng)目管理帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)[9]。新興技術(shù)的應(yīng)用會(huì)給綠色建筑帶來(lái)巨大的潛力[10]。建筑項(xiàng)目的三大重要施工任務(wù)是場(chǎng)地準(zhǔn)備(土方和平整等)、子結(jié)構(gòu)(錨固和基礎(chǔ)等)、上層結(jié)構(gòu)(承重元素、立面、管道和布線等)[11]。各個(gè)施工階段主要的廢物是不同的,管理側(cè)重點(diǎn)有所不同,如在結(jié)構(gòu)混凝土施工階段主要的廢物是混凝土和磚石[12]。循環(huán)建筑材料的應(yīng)用能提高建筑環(huán)境的友好度,促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的改善[13]。同時(shí)采用整體思維法提升管理水平,從環(huán)境可持續(xù)發(fā)展到整體可持續(xù)框架考慮綠色建造[14]。

由此可知,裝配式建筑的發(fā)展?jié)摿薮?但建造中容易對(duì)環(huán)境和人員造成負(fù)面影響。建立完善裝配式建筑綠色建造的評(píng)價(jià)體系能促進(jìn)綠色建造水平的提升,有利于實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的可持續(xù)發(fā)展。

1 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

規(guī)范要求評(píng)價(jià)綠色建造水平的要素應(yīng)包含環(huán)境保護(hù)、節(jié)材與材料資源利用、節(jié)水與水源利用、節(jié)能與能源利用和節(jié)地與土地資源保護(hù),在此基礎(chǔ)上結(jié)合二級(jí)指標(biāo)參考文獻(xiàn)整理歸納后增加施工管理,最終形成裝配式建筑綠色建造水平的一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)。一級(jí)指標(biāo)主要從規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中提取和二級(jí)指標(biāo)的分類整理,可信度很高,沒(méi)必要運(yùn)用德?tīng)柗品ㄟM(jìn)行一級(jí)指標(biāo)篩選。在參考閱讀文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,初步選擇46個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo),設(shè)計(jì)指標(biāo)體系重要性問(wèn)卷調(diào)查,運(yùn)用德?tīng)柗品?發(fā)放紙質(zhì)調(diào)查問(wèn)卷方式咨詢20位來(lái)自施工單位、建設(shè)單位、高校和環(huán)保機(jī)構(gòu)等建筑工程綠色建造管理方面的專家。采用5組標(biāo)度法,專家們對(duì)裝配式建筑綠色建造水平評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性進(jìn)行評(píng)分,然后計(jì)算出集中度、離散程度和協(xié)調(diào)程度。整理20位評(píng)審專家的意見(jiàn),計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

根據(jù)表1,只選取集中度>3.5、協(xié)調(diào)度<0.4和離散度較小的評(píng)價(jià)指標(biāo)。由此剔除了技術(shù)交底的針對(duì)性、封閉施工管理情況、生活廢水處理后回用率、水管漏水情況、是否占用耕地、木質(zhì)材料的占比、施工機(jī)械設(shè)備的管理制度合規(guī)性、燈罩的使用率和生活垃圾分類回收的規(guī)范性9個(gè)指標(biāo),剩下的37個(gè)二級(jí)指標(biāo)和6個(gè)一級(jí)指標(biāo)構(gòu)成了裝配式建筑綠色施工水平評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)體系。

2 建立評(píng)價(jià)指標(biāo)模型

2.1 計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

定性指標(biāo)采用專家打分,定量指標(biāo)運(yùn)用項(xiàng)目數(shù)據(jù)。采用熵值法對(duì)定性和定量指標(biāo)合并計(jì)算出權(quán)重,見(jiàn)表2。

表2 裝配式建筑的綠色建造評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

2.2 建立評(píng)語(yǔ)集

評(píng)語(yǔ)集是對(duì)各個(gè)影響因素進(jìn)行評(píng)判的集合,具體的評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

表3 評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 確定單因素評(píng)價(jià)矩陣

在構(gòu)建了評(píng)價(jià)矩陣后,量化評(píng)價(jià)分析每個(gè)影響因素,然后根據(jù)每個(gè)專家的評(píng)分情況來(lái)確定從單因素來(lái)看被評(píng)價(jià)的對(duì)象對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的模糊子集的隸屬度,從而求得模糊評(píng)價(jià)矩陣。

2.4 建立評(píng)價(jià)模型

模糊綜合評(píng)價(jià)法依據(jù)隸屬度矩陣和指標(biāo)權(quán)重計(jì)算出某個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合隸屬度矩陣,然后由評(píng)語(yǔ)集和綜合隸屬度矩陣計(jì)算出裝配式建筑綠色建造水平的綜合分?jǐn)?shù)。

1)計(jì)算綜合隸屬度矩陣。確定綜合隸屬度。隸屬度矩陣和指標(biāo)權(quán)重矩陣相乘得到綜合隸屬度矩陣。依據(jù)隸屬度原則,綜合隸屬度向量中的最大值所對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)就是績(jī)效評(píng)價(jià)的最終等級(jí)。

2)求出生態(tài)環(huán)保效果的綜合分?jǐn)?shù)。在綜合隸屬度向量的基礎(chǔ)上,根據(jù)指標(biāo)評(píng)價(jià)集對(duì)應(yīng)分值,計(jì)算出裝配式建筑綠色建造評(píng)價(jià)的最終得分。

3 案例項(xiàng)目

3.1 科學(xué)城天府科創(chuàng)園項(xiàng)目概況

科學(xué)城天府科創(chuàng)園項(xiàng)目位于成都市天府新區(qū)興隆湖南側(cè),天府大道南延線和梓州大道之間,緊挨科學(xué)城中路,交通便利。該項(xiàng)目占地面積約3.17萬(wàn)m2,總建筑面積約154 260 m2,住宅層數(shù)為15～30層,商業(yè)樓為2～3層,地下室為2層。場(chǎng)地地層為第四系全新統(tǒng)人工填土層、第四系中下更新統(tǒng)冰水堆積層,場(chǎng)區(qū)內(nèi)下伏基巖為白堊系灌口組地層。場(chǎng)區(qū)內(nèi)多填土,回填雜亂,地形變化較大,多溝壑。局部形成陡坎,坡度為25°～60°,9-1地塊高程差14.85 m,9-2地塊高程差14.4 m,9-3地塊高程差9.23 m。植被多為新生草叢和小灌木。地貌單元屬岷江水系成都平原三級(jí)階地(臺(tái)地)地貌。場(chǎng)區(qū)地下水類型主要為上層滯水、基巖風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水。

3.2 綠色建造評(píng)價(jià)實(shí)施

在進(jìn)行案例項(xiàng)目的綠色建造研究時(shí),選擇施工單位的項(xiàng)目管理人員、建設(shè)單位的管理人員、勘察設(shè)計(jì)人員、監(jiān)理人員、行業(yè)專家和周邊群眾代表等作為調(diào)研對(duì)象。其中,施工項(xiàng)目管理人員4名,建設(shè)單位的管理人員2名,勘察設(shè)計(jì)人員2名,監(jiān)理人員2名,行業(yè)專家3名,周邊群眾代表2名,參與調(diào)查的人員總共15名。參與評(píng)價(jià)的人員直接參與項(xiàng)目的建設(shè),得到的調(diào)研數(shù)據(jù)具有代表性和真實(shí)性,能夠充分反映項(xiàng)目的實(shí)際管理情況。

運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法求出項(xiàng)目的一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的得分Si和項(xiàng)目的總得分S,見(jiàn)表4。

表4 科學(xué)城天府科創(chuàng)園項(xiàng)目的綠色建造評(píng)價(jià)結(jié)果

3.3 綠色建造評(píng)價(jià)結(jié)果分析

3.3.1 項(xiàng)目總體生態(tài)環(huán)保成效評(píng)價(jià)結(jié)果分析

由表4可知,對(duì)科學(xué)城天府科創(chuàng)園項(xiàng)目的綠色建造水平進(jìn)行評(píng)價(jià)分析,案例項(xiàng)目的總得分為89.59分,綠色建造的評(píng)語(yǔ)等級(jí)為良好,距離優(yōu)秀評(píng)分線90分只差了0.41分,可提升的潛力大。其中,節(jié)地與土地資源保護(hù)、節(jié)能與能源利用和環(huán)境保護(hù)的評(píng)語(yǔ)等級(jí)為優(yōu)秀,施工管理、節(jié)水與水源利用和節(jié)材與材料資源利用的評(píng)語(yǔ)等級(jí)為良好。由此來(lái)看,在項(xiàng)目綠色建造中值得優(yōu)化的地方為施工管理、節(jié)水與水源利用和節(jié)材與材料資源利用。

3.3.2 施工管理評(píng)價(jià)結(jié)果分析

施工企業(yè)為骨干央企,資質(zhì)健全,有著優(yōu)秀的業(yè)績(jī),獲得過(guò)省級(jí)綠色施工標(biāo)桿工地和魯班獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。項(xiàng)目成員全部是中標(biāo)文件里面的管理人員,未出現(xiàn)隨意進(jìn)行人員變更等違規(guī)亂象。在項(xiàng)目的施工過(guò)程中,采用了智慧工地監(jiān)測(cè)系統(tǒng),工地的覆蓋率達(dá)到100%,監(jiān)測(cè)結(jié)果實(shí)現(xiàn)可上傳到政府監(jiān)管系統(tǒng),項(xiàng)目部自控和政府監(jiān)管相結(jié)合,動(dòng)態(tài)監(jiān)控的整體效果好。項(xiàng)目部單獨(dú)制定了綠色施工的獎(jiǎng)懲細(xì)則,包含了機(jī)構(gòu)與職責(zé)、創(chuàng)獎(jiǎng)計(jì)劃和表彰獎(jiǎng)勵(lì)與懲罰等。出現(xiàn)違規(guī)現(xiàn)象時(shí)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并制止,開(kāi)出具體的整改單,促進(jìn)了綠色施工水平的有效提高。項(xiàng)目部成立了綠色施工宣傳小組,在工地大門和圍擋等處張貼宣傳綠色施工的工藝和好處點(diǎn)。在綠色施工的培訓(xùn)方面包含了大部分施工管理和作業(yè)人員,部分作業(yè)人員的培訓(xùn)不到位,相應(yīng)的培訓(xùn)成本未單獨(dú)計(jì)劃、列支和有效管理。

3.3.3 節(jié)水與水源利用評(píng)價(jià)結(jié)果分析

工地大量采用了節(jié)水型設(shè)備,安裝了計(jì)量表,對(duì)用水量進(jìn)行精確控制。項(xiàng)目部集思廣益,開(kāi)拓創(chuàng)新,發(fā)明了一種新型的排水系統(tǒng),提高了雨水和地下水的收集和利用效率,使得工地的用水成本大幅降低?；炷恋挠盟矫娲嬖诶速M(fèi)現(xiàn)象,如地下水等低成本水源的利用率偏低,普遍采用了自來(lái)水,提高了混凝土的養(yǎng)護(hù)等用水成本。工地現(xiàn)場(chǎng)的平面布置合理,供水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)采用專業(yè)分包,同時(shí)經(jīng)過(guò)公司部門的審批,手續(xù)完備。

3.3.4 節(jié)材與材料資源利用評(píng)價(jià)結(jié)果分析

建筑結(jié)構(gòu)主體的裝配率達(dá)到了36%,超過(guò)了本地區(qū)不低于30%的要求。結(jié)構(gòu)主體大量采用了HRB400級(jí)的熱軋帶肋鋼筋,此鋼筋具有優(yōu)良的力學(xué)性能,減少了整體鋼筋用量。在施工過(guò)程中,合理布置鋼筋間距和加工的錨固長(zhǎng)度,避免了不必要的鋼筋浪費(fèi)?；炷敛捎脭嚢枵绢A(yù)拌,標(biāo)準(zhǔn)化程度高,減少了原材料的浪費(fèi),同時(shí)加強(qiáng)對(duì)運(yùn)輸及澆筑現(xiàn)場(chǎng)的管理,減少了混凝土的遺撒。對(duì)于廠家的控制極為嚴(yán)格,全部進(jìn)行公開(kāi)招標(biāo)篩選,保證了結(jié)構(gòu)主體大量采用了環(huán)保綠色和耐腐蝕的材料。部分鋼筋從省外距離遠(yuǎn)的地方運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng),增加了材料的運(yùn)輸成本。鋼管和模板等周轉(zhuǎn)材料利用合理,使用前計(jì)劃了到場(chǎng)時(shí)間、規(guī)格和數(shù)量,使用中輕拿輕放,減少磕碰和損耗,使用后聯(lián)系商家回收。

4 提升綠色建造水平的建議

1)合理管理綠色施工培訓(xùn)成本。施工成本的控制原則為全面控制、動(dòng)態(tài)控制和創(chuàng)收節(jié)約相結(jié)合。在進(jìn)行綠色施工培訓(xùn)時(shí),提前制定計(jì)劃,保證培訓(xùn)到每一位管理人員和作業(yè)人員,提升全體人員的綠色施工意識(shí)和施工技術(shù)。嚴(yán)格控制成本支出,減少不必要的培訓(xùn),培訓(xùn)后及時(shí)進(jìn)行考試,加深理解,提升培訓(xùn)的效果。提升項(xiàng)目部管理人員的綠色施工技能知識(shí),培養(yǎng)多名專業(yè)人才,盡量采用內(nèi)培形式,減少外培支出,利用農(nóng)民工夜校等平臺(tái)對(duì)人員進(jìn)行培訓(xùn)教育。

2)加強(qiáng)控制混凝土養(yǎng)護(hù)用水?；炷琉B(yǎng)護(hù)用水應(yīng)大量采用地下水和雨水等回用水,減少成本支出,提高水源的利用率。在進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)用水時(shí),選派專人進(jìn)行管理,對(duì)于養(yǎng)護(hù)用水的時(shí)間和次數(shù)進(jìn)行合理規(guī)劃和記錄。對(duì)于養(yǎng)護(hù)的工藝也應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化研究,可采用噴霧器等節(jié)水設(shè)備對(duì)混凝土進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù),灑水后及時(shí)覆蓋薄膜層減少水分蒸發(fā)。在高溫天氣施工時(shí),采用專用養(yǎng)護(hù)液進(jìn)行養(yǎng)護(hù),減少水資源的浪費(fèi)。在管理砂漿罐過(guò)程中,每天進(jìn)行嚴(yán)格檢查,避免發(fā)生遺漏現(xiàn)象。在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)水管有破裂或者遺漏時(shí),應(yīng)立即暫停供水,及時(shí)對(duì)管道進(jìn)行修補(bǔ)或更換。

3)減少建筑材料與建設(shè)地之間的距離。提前策劃建筑材料的采購(gòu)計(jì)劃,減少外省、遠(yuǎn)距離和高成本商家的數(shù)量,在同等條件下盡量選擇本地供貨企業(yè),減少運(yùn)輸成本。特別是對(duì)于鋼筋和混凝土等大宗材料的選購(gòu),質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化程度高,出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的概率低,減少運(yùn)輸距離能大大減少整體的采購(gòu)成本。