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基于模糊综合评价与组合赋权的装配式建筑可持续发展评价
摘要
装配式建筑作为建筑产业现代化的重要方向,其可持续发展水平是衡量其能否成为未来主流建造方式的关键。然而,装配式建筑的可持续发展是一个涵盖经济、环境、社会和技术等多维度的复杂系统,传统单一指标或主观评价方法难以全面、客观地反映其综合绩效。为科学评估装配式建筑的可持续发展状况,本文构建了一个集成的综合评价模型。首先,基于可持续发展理论,从经济可持续性、环境可持续性、社会可持续性及技术可持续性四个维度出发,系统识别并筛选出影响装配式建筑可持续发展的关键指标,建立了一套层次清晰、内容全面的评价指标体系。针对指标权重确定中主观与客观信息的综合利用问题,本研究采用组合赋权法。具体而言,将体现专家经验判断的层次分析法所得的主观权重,与基于指标数据内在变异性和关联性的熵权法所得的客观权重进行线性加权组合,从而得到兼顾决策者偏好与数据驱动性的综合权重,有效避免了单一赋权方法的局限性。继而,针对评价过程中存在的模糊性和不确定性,引入模糊数学理论,将定性指标与定量指标统一转化为模糊评价值,运用模糊综合评价法构建评价模型。该模型通过建立因素集、评语集,构造模糊关系矩阵,并利用合适的模糊合成算子进行运算,最终得到装配式建筑可持续发展水平的模糊综合评价结果。通过某一实际装配式建筑项目进行案例应用,验证了该评价模型的可操作性与实用性。结果表明,该模型能够有效处理评价信息的不确定性,得到更为科学、合理的评价结论,不仅能判定项目整体的可持续发展等级,还能识别出优势维度与薄弱环节,为项目管理者和政策制定者提供精准的决策支持,从而推动装配式建筑向更高质量、更有效率、更加公平、更可持续的方向发展。
一、 引言
随着我国城市化进程的持续深入和“双碳”目标的明确提出,传统粗放式的建筑生产方式因其高能耗、高污染、低效率等弊端,已难以满足新时代高质量发展的要求。装配式建筑采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修和信息化管理的新型建造模式,其在提升建筑质量、缩短工期、节约资源、减少现场污染和改善劳动条件等方面展现出显著优势,已成为推动建筑产业转型升级、实现绿色低碳发展的重要路径。
然而,装配式建筑并非 inherently 具备可持续性。其可持续发展水平受到前期投资、产业链协同、技术水平、政策环境、社会接受度等多重因素的复杂影响。如何科学、全面地评价装配式建筑的可持续发展绩效,不仅是对其发展成效的客观衡量,更是发现短板、引导其健康发展的关键环节。现有的评价研究或偏重于经济效益,或聚焦于环境影响,缺乏对经济、环境、社会和技术四个维度的系统性整合。此外,在评价方法上,常面临两大挑战:一是指标权重确定往往依赖专家主观打分,易受个人经验影响,客观性不足;二是评价过程中存在大量定性描述和不确定信息,传统精确数学方法难以有效处理。
为了克服上述局限,本文提出一种将模糊综合评价与组合赋权法相结合的评价模型。模糊综合评价法能够很好地处理评价中的模糊性和主观判断,将定性评价定量化。组合赋权法则通过融合主观赋权法(如AHP)和客观赋权法(如熵权法)的优点,使权重分配既反映决策者的价值取向,又尊重客观数据的内在规律,从而提升权重确定的科学性与可靠性。本研究旨在通过构建这一集成模型,为装配式建筑的可持续发展提供一个更为全面、客观、精确的评价工具,为相关决策提供理论依据和实践指导。
二、 装配式建筑可持续发展评价指标体系的构建
构建科学合理的评价指标体系是进行准确评价的基础。本文依据可持续发展理念,结合装配式建筑的特点,采用理论分析与专家咨询相结合的方法,构建了一个包含目标层、准则层和指标层三个层次的评价指标体系。
指标选取原则
系统性原则:指标应能全面覆盖经济、环境、社会、技术四个维度,反映装配式建筑可持续发展的整体面貌。
科学性原则:指标概念清晰,含义明确,能够准确反映装配式建筑可持续性的本质特征。
可操作性原则:指标数据应易于获取和测量,兼顾数据的可得性与可靠性。
动态性原则:指标体系应能适应技术进步和政策变化,具有一定的前瞻性和灵活性。
指标体系结构
目标层(A):装配式建筑可持续发展水平。
准则层(B):包括四个一级指标:
* B1 经济可持续性:反映装配式建筑在全生命周期内的经济效益和市场竞争能力。
* B2 环境可持续性:反映装配式建筑对自然资源的消耗和对生态环境的影响。
* B3 社会可持续性:反映装配式建筑对社会发展、人员健康和社会公平的贡献。
* B4 技术可持续性:反映装配式建筑技术体系的先进性、成熟度和适应性。
指标层(C):在每个准则层下,设置若干具体评价指标。例如:
* B1 经济可持续性下可设置:C1初始投资成本、C2运营维护成本、C3投资回收期、C4劳动生产率等。
* B2 环境可持续性下可设置:C5建筑材料消耗量、C6建筑能耗、C7碳排放量、C8建筑垃圾减量化率、C9水资源消耗量等。
* B3 社会可持续性下可设置:C10施工现场安全水平、C11对劳动力技能提升的贡献、C12公众接受度、C13对城市景观的影响等。
* B4 技术可持续性下可设置:C14标准化与模数化应用程度、C15信息化技术应用水平(如BIM)、C16结构体系安全性、C17部品部件连接可靠性、C18技术集成与创新性等。
该指标体系力求全面反映装配式建筑可持续发展的多元价值。
三、 基于组合赋权的指标权重确定
权重系数的合理性直接影响评价结果的准确性。本文采用主客观组合赋权法,以克服单一方法的不足。
主观赋权:层次分析法
AHP通过构造判断矩阵,计算各指标的相对权重。
1. 构造判断矩阵:邀请领域专家对同一层次内各指标进行两两比较,根据1-9标度法确定相对重要性,形成判断矩阵。
2. 计算权重向量:采用特征根法计算判断矩阵的最大特征值及其对应的特征向量,并对特征向量进行归一化处理,得到各指标的权重向量 ( W_s = (w_{s1}, w_{s2}, …, w_{sn})^T )。
3. 一致性检验:计算一致性比率CR。若CR < ,则认为判断矩阵的一致性可以接受,否则需调整判断矩阵。
客观赋权:熵权法
熵权法根据各指标数值的变异程度来确定权重。信息熵越小,指标的变异程度越大,提供的信息量越多,其权重也应越大。
1. 数据标准化:对原始指标数据进行标准化处理,消除量纲影响。
2. 计算指标熵值:计算第j项指标的熵值 ( e_j = -k {i=1}^{m} p{ij} (p_{ij}) ),其中 ( p_{ij} ) 为第i个评价对象在第j项指标下的特征比重,k为常数。
3. 计算差异系数和权重:计算差异系数 ( g_j = 1 - e_j ),则第j项指标的熵权 ( w_{oj} = g_j / {j=1}^{n} g_j ),得到客观权重向量 ( W_o = (w{o1}, w_{o2}, …, w_{on})^T )。
组合权重的确定
将AHP法得到的主观权重 ( W_s ) 和熵权法得到的客观权重 ( W_o ) 进行线性组合,得到综合权重 ( W )。
[ W = W_s + W_o ]
其中,( ) 和 ( ) 分别代表主观权重和客观权重的偏好系数,且 ( + = 1 )。( ) 和 ( ) 的取值可根据具体问题和决策偏好确定,例如可取 ( = = ) 以示同等重要,或通过优化方法确定。
四、 模糊综合评价模型的建立
模糊综合评价法适用于处理难以用精确数学描述的“亦此亦彼”的模糊现象。
确定因素集和评语集
因素集U:即评价指标集合,( U = {u_1, u_2, …, u_n} ),其中 ( u_i ) 代表第i个评价指标。
评语集V:即评价等级的集合,( V = {v_1, v_2, …, v_m} )。例如,可设定为 ( V = {, , , , } ),并对应相应的分数区间。
构造模糊关系矩阵R
对因素集U中的每个指标 ( u_i ),确定其隶属于评语集V中各个等级的隶属度 ( r_{ij} ),从而构成模糊关系矩阵 ( R = (r_{ij})_{n m} )。
* 对于定量指标,可通过隶属度函数(如梯形隶属度函数、三角形隶属度函数)计算其隶属于各评语的程度。
* 对于定性指标,可通过专家打分或问卷调查,采用频率法确定隶属度。
进行模糊合成运算
利用已确定的综合权重向量 ( W ) 和模糊关系矩阵 ( R ),进行模糊合成运算,得到模糊综合评价结果向量 ( B )。
[ B = W R = (b_1, b_2, …, b_m) ]
其中,“( )”为模糊合成算子。常用的算子有取大取小算子、乘与有界和算子等。选择不同的算子会影响评价结果,需根据问题特性谨慎选择。( b_j ) 表示评价对象总体上隶属于评语 ( v_j ) 的程度。
分析评价结果
对模糊评价结果向量 ( B ) 进行分析。可以根据最大隶属度原则确定最终评价等级,也可以将评语集量化(如赋予各等级特定分值),计算综合得分,以便进行更精细的比较和排序。
五、 案例应用分析
为验证所构建模型的实用性和有效性,选取某市一实际建设的装配式住宅项目作为评价对象。
1. 数据收集:通过项目资料、设计文件、施工记录、运营数据以及专家访谈、问卷调查等方式,收集各指标层的原始数据。
2. 权重计算:邀请10位专家运用AHP法确定主观权重;基于收集到的指标数据,运用熵权法计算客观权重;采用线性加权组合法(设α=β=)得到综合权重。计算结果显示,环境可持续性(B2)和技术可持续性(B4)的权重相对较高,反映了当前对绿色低碳和技术创新的重视。
3. 模糊评价:根据指标特性和数据,建立隶属度函数,构造模糊关系矩阵。采用合适的模糊合成算子进行运算,得到该项目的模糊综合评价结果向量,例如 ( B = (, , , , ) )。
4. 结果分析:根据最大隶属度原则,该项目的可持续发展水平隶属于“良好”等级的程度最高(),综合评定为“良好”。进一步分析各准则层的评价结果发现,该项目在技术可持续性方面表现优异(达到“优秀”边缘),但在经济可持续性方面(初始成本较高)和社会可持续性方面(公众认知度有待提升)仍有改进空间。该评价结果与项目实际情况基本吻合,证明了模型的有效性。
六、 结论与展望
本文针对装配式建筑可持续发展评价的多属性、模糊性特点,构建了一个融合组合赋权与模糊综合评价的集成模型。该模型通过建立系统的评价指标体系,综合运用AHP和熵权法确定组合权重,并采用模糊数学方法处理评价不确定性,实现了对装配式建筑可持续发展水平的定量化、系统化评价。案例应用表明,该模型逻辑清晰、操作性强,评价结果客观、合理,能够为项目决策、政策制定和行业管理提供科学依据。
未来的研究可在以下方面进一步深化:一是进一步完善评价指标体系,动态纳入如碳足迹、循环经济、社会福祉等新兴指标;二是探索更优的组合赋权模型和模糊合成算子,提升模型的适应性;三是将模型与信息系统结合,开发可视化的评价平台,提高其实用性和推广价值。通过持续优化,该模型有望成为推动装配式建筑高质量发展的有力工具。