居住建筑节能综合评价方法的构建及其应用

龚健冲，杨雪玲

(河南工业职业技术学院，河南 南阳，473009)

摘要：通过建立科学的居住建筑节能评价指标体系，引入模糊数学和灰色系统理论，构建了更加完善、合理的居住建筑节能效果综合评价方法，该方法比传统的评价更加科学、公正、合理、快捷，为规划部门、设计单位、房地开发商、业主在确定设计方案或选择住宅标准时提供理论依据。

关键词：居住建筑；建筑节能；模糊评价；灰色评价；模糊灰色综合评价

中图分类号：TU111.4            文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2012)S1-0151-04

Construction and application of comprehensive evaluation method on energy conservation of residential buildings

GONG Jian-chong, YANG Xue-ling

(Henan Polytechnic Institute, Nanyang 473009, China)

Abstract: By establishing a scientific evaluation index system for the energy conservation of residential buildings and introducing the fuzzy mathematics and grey system theory, a more perfect and reasonable comprehensive evaluation method on the energy conservation effect of residential buildings was established as more scientific, fair, reasonable and convenient than traditional evaluations, providing theoretical foundations for the planning department, design unit, real estate developers and owners in the determination of design scheme or selection of residential standards.

Key words: residential buildings; building energy conservation; fuzzy evaluation; fuzzy grey comprehensive evaluation

目前，世界各国新型的绿色生态居住建筑正在蓬勃发展，从可持续发展住区的市场观出发，大力发展绿色生态居住建筑在我国也必然是大势所趋。如果不抓住时机，及时把“生态理念”引入到居住建筑设计中，解决居住建筑节能和住区环境保护问题，则会对社会、经济、环境产生不良后果。设计节能型住宅和研究开发住宅节能技术，是当今建筑业极为重要的热点问题，是建筑技术进步的一个重大标志，也是建筑业实施可持续发展的一个关键环节。本文作者初步提出了影响居住建筑节能的主要因素，拟将模糊数学和灰色系统理论应用到居住建筑节能的综合评价中，通过建立综合评价模型，使评价过程更加科学、公正、合理、快捷，为相关规划部门、设计单位、房地产开发商及广大业主在决策住宅节能设计方案、选择住宅节能标准时提供理论依据。

1  评价方法提出的理论依据

由于已有的居住建筑节能综合评价模型过于抽象，所含的评价信息可用性较低，不能起到建筑节能评价应有的作用。因此，新建筑设计完成后，没有有效的方法对设计进行节能水平的综合评价，无法对标准的执行情况进行有效的监督。科学的评价方法和控制手段应该贯穿从规划、设计直至建设完成的全过程，没有科学完整的评价体系和目标将难以获得预期的节能效果。

模糊数学和灰色系统理论是目前较为常用的2种不确定性系统研究方法，模糊数学着重研究 “认知不确定”问题，其研究对象具有“内涵明确，外延不明确” 的特点，灰色系统理论着重研究模糊数学所难以解决的“小样本”、“贫信息”不确定性问题，与模糊数学不同的是灰色系统理论着重研究“外延明确，内涵不明确”，单纯采用模糊方法会造成信息丢失，若仅采用灰色理论方法，则不能充分利用评价规则模糊性的特点，这两种情况都会造成评价结果与实际存在偏差，对居住建筑节能综合评价，因评价准则存在模糊性而采用模糊评价方法，又因评判者的能力与偏好不同，导致评价信息常带有一定灰度，因此，在评价中又引入灰色理论^[1]。本文作者针对居住建筑节能评价中专家评判信息的模糊与灰性，将灰色理论与模糊评价方法相结合，建立一种基于模糊灰色的综合评价方法。

2  评价模型的建立

影响居住建筑节能的不确定因素繁杂众多，利用灰色关联分析确定影响因素的权重系数，为专家建立的指标(影响因素)赋予权重系数，考虑到专家评判信息存在一定的灰度，根据基于三角白化权函数的灰色评估，建立白化权函数，通过利用灰色聚类理论得到的综合聚类系数矩阵，构造出模糊隶属度矩阵，再利用模糊算法评估节能效果，从而将灰色理论与模糊评价方法相结合，建立一种基于模糊灰色的综合评价方法。

2.1  建立评价指标集

设某居住建筑节能效果(y)由n个一级因素构成，而每一个一级因素又包括若干个二级因素，一级指标设为(y₁，y₂，…，y_i，…，y_n)，二级因素指标设为(y_i1，y_i2，…，y_ii，…，y_ij)，i=1，2，…，m。

2.2  确定各指标因素的权重

由于影响居住建筑节能的不确定因素很多，因此，应邀请当地政府、设计、大专院校、房地产开发等部门和企事业单位单位的从事建筑节能工作的专家，对已建立的一级、二级指标赋予权重系数，然后利用灰色关联分析确定指标的权重系数。设确定后的一级因素层权重向量为w₁，w₂，…，w_i，…，w_n；二级指标层权重向量为w_i1，w_i2，…，w_ii，…，w_ij；i=1，2，…，m^[2]。

2.3  利用灰色聚类理论构造模糊隶属度矩阵

(1) 确定评价准则。可以建立评价准则见表1^[3]，影响系数是指标j对上级因素的影响程度，例如，当节能系数为0.1时，指标j对上级因素的影响程度很低；当节能系数为0.5时，指标j对上级因素的影响程度中等；当节能系数为0.9时，指标j节能对上级因素的影响程度很高。

表1　　指标j对上级因素的影响

Table 1  Influence of index on higher level factors

(2) 确定评语集。居住建筑节能评语集为：低、中、高，一般地，节能系数∈(0.1，0.3)，为低；节能系数∈[0.3，0.7]，为中等；节能系数∈(0.7，0.9)，为高。

(3) 确定样本矩阵。设有r位专家根据评价规则对指标层进行评价，得i因素第j指标的评价向量为()，则i因素第j指标综合评价向量可记为

          (1)

式中：q为对i因素第j指标评价为的个数，因此，i因素所有指标j的综合评价向量可以表示为()。

(4) 建立评价灰类，根据基于三角白化权函数的灰色评估^[4]，建立白化权函数，j种指标第k(k=1，2，3)个灰类的白化函数：

     (2)

式中，j的情况，将指标取数域延拓至，，，，，分别取为“低节能”、“中节能”、“高节能”3个灰类的阀值。即，，，。

取为与的均值，即

将上述具体数值代入式(2)可得j的三角白化权函数，即

      (3)

      (4)

       (5)

j种指标第k(k=1，2，3)个灰类的白化函数：式(3)属低节能的白化权函数；式(4)属中节能的白化权函数；式(5)属高节能的白化权函数。

(5) 构造因素i的模糊隶属度矩阵δ_i。构造对象i的综合聚类系数矩阵δ_i，即因素i的模糊隶属度矩阵δ_i：

          (6)

式中：矩阵δ_i为模糊隶属矩阵；为对象i属于k灰类的综合聚类系数，

；为j指标k子类的权。

               (7)

2.4  模糊评价

对因素i评价可得：

    (8)

式中：“”为加权运算。

根据，判断对象i属于灰类k^*，即

当D₁=max{D₁，D₂，D₃}时，项目节能效果低；当D₂=max{D₁，D₂，D₃}时，项目节能效果中等；当D₃=max{D₁，D₂，D₃}时，项目节能效果高。

3  模糊灰色综合评价方法在居住建筑节能评价中的实际应用

影响居住建筑节能的因素较多、较复杂，而且因评价准则存在模糊性，评判者的能力与偏好不同，导致评价信息常带有一定灰度，因此，构建相应节能指标，运用模糊灰色评估方法对节能效果进行评价是可行的。

建立评价指标集，按照表1对各指标节能系数在(0，1)范围内进行打分，结果如表2所示。

表2  节能效果评价分值

Table 2  Evaluation marks of energy-conserving effect

(2) 确定各因素权重，请从事建筑节能工作的专家或具有专家素质的人员对各因素做出判断和决策，主因素层权重向量为[w₁，w₂，w₃，w₄，w₅]=[0.10，0.20，0.20，0.30，0]，子因素层权重向量为：[w₁₁，w₁₂，w₁₃]=[0.60，0.20，0.20]，[w₂₁，w₂₂，w₂₃，w₂₄]=[0.20，0.10，0.30，0.40]，[w₃₁，w₃₂，w₃₃]=[0.20，0.60，0.20]，[w₄₁，w₄₂，w₄₃]=[0.50，0.35，0.15]，[w₅₁，w₅₂]=[0.70，0.30]。

(3) 计算统计灰数与构造模糊隶属度矩阵，利用节能高、中、低3类白化权函数式(3)，(4)和(5)，逐一计算各指标的灰色统计量，得出模糊隶属度矩阵，求出评判矩阵，计算评判结果。根据式(6)得：

同理得δ₂，δ₃，δ₄和δ₅。

(4) 模糊综合评价，根据式(8)得

同理得：

对其进行归一得：

D₁=0.1×0.14+0.2×0.25+0.2×0.13+

0.3×0.17+0.2×0.13=0.167；

D₂=0.1×0.4+0.2×0.39+0.2×0.33+

0.3×0.245+0.2×0.27=0.311 5；

D₃=0.1×0.46+0.2×0.36+0.2×0.54+

0.3×0.585+0.2×0.6=0.521 5。

则根据式(9)，(10)和(11)判断此居住建筑节能效果的高、中、低。

4  结论

(1) 新建立的居住建筑节能效果评价方法是以多目标决策理论为基础，引入模糊与灰色相结合的模糊灰色综合评价方法，能充分利用专家评判信息的模糊性与灰性，只要给出各影响因素的评分，就可以计算出该居住建筑节能的综合评价值，从而达到了合理、全面地解决各方案的评价问题。

(2) 对于某一类型的居住建筑，其分值的赋予值与权重的确定是经有关专家评比和有关部门审定的，一经确定，便一视同仁，所以使评价过程的主观因素影响更少，具有较好的客观公正性。

参考文献：

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LIU Si-feng, DANG Yao-guo, FANG Zhi-geng. An introduction to grey systems, methodology and applications[M]. Beijing: Science and Technology Press, 2007.

(编辑 龙怀中)

收稿日期：2012-01-15；修回日期：2012-02-15

通信作者：龚健冲(1966-)，男，江苏海门人，副教授，从事建筑节能、基建管理方面的科研工作；电话：13608450135；E-mail：gongjc8888@sohu.com