基于模糊物元模型的临建设施绿色度评价应用

作者:任晓丹 马维珍 温海燕 祁骞
单位:兰州交通大学土木工程学院
摘要:针对施工现场临建设施的特点,以十六组已建项目的工程造价数据为基准从生态经济平衡、建造经济合理、运营机制协调三方面构建评价指标体系。利用模糊物元理论,建立施工现场临建设施绿色度评价模型,通过计算样本模糊物元与理想模糊物元的相对关联度值,判断施工现场临建设施绿色度等级;最后应用实例,计算实例临建设施绿色度并确定其等级。
关键词:临建设施粗糙集模糊物元模型绿色度样本分析
作者简介:任晓丹,女,生于1995年,甘肃天水人,硕士研究生,研究方向:绿色建筑。;马维珍,男,生于1968年,甘肃靖远人,教授,研究方向:绿色建筑经济。
基金:甘肃省住房和城乡建设厅科研项目(JK2019-23);2019年甘肃省高等学校创新能力提升项目(2019B-060)

在传统施工现场临时设施的建设中,一次性耗材选用比较高、对能源和资源消耗较大、永临结合率较低,在后续拆改过程中产生大量建筑垃圾,造成资源浪费,对环境的负面影响大,同时对整个项目施工现场绿色度评价也产生负面影响。此外在工程造价相关报表中,施工现场临建设施相关成本主要以分部分项的人工费与施工机具费之和为计算基础再取费率所得,其中文明工地增加费等相关措施费根据项目概况再取费率。目前国内现有绿色施工评价相关规范对临建设施绿色度评价侧重于“五节一环保”,与临建设施评价相关指标较少且缺少定量指标,难以对施工现场临建设施进行定量化评价。施工现场临建设施的特殊性及国内研究现状表明对此进行绿色度评价是有必要的。

本文提出一种施工现场临建设施绿色度评价方法。以16个已建工程的造价数据为基准,构建了以施工现场生活区与办公区临建设施为研究主体的评价指标体系。结合粗糙集理论的代数观与信息观确定评价指标最优权重,并构建了基于相对关联度模糊物元理论的绿色度评价模型,为施工现场临建设施绿色度的综合评价提供了理论依据。

1 评价指标体系、评价标准

1.1 评价指标体系的构建

建筑施工现场临建设施由多种应用功能临建设施组成,本文以施工现场生活区及办公区临建设施为研究对象,在考虑建筑施工现场绿色度评价影响因素的基础上,以16个已建项目的成本分析报告等造价数据为支持,结合甘肃省地域特征和国内外学者在施工现场临建设施绿色度评价方面的研究成果,参考《建筑工程绿色施工评价标准》(GB/T 50640-2010),从生态环境平衡、临建设施的建造效益、以及管理运营机制对施工现场综合管理的重要性三方面(准则层)筛选数据并进行统计分析,邀请相关专家就施工现场临建设施的绿色度评价进行访谈,归纳总结访谈内容初步筛选出54项评价指标。再将54项指标形成函询问卷,将问卷发放至建筑施工现场绿色施工评价经验丰富的专家处进行意见征询。结合相关规范及施工现场临建设施绿色度内涵要素及其临建设施的特点,可从生态环境、运营管理、建造经济三个方面展开并构建建筑施工现场临建设施绿色度评价指标体系。根据专家对指标的补充建议及意见对指标进行删减或合并,筛选出24项初级评价指标,再将评价指标体系返回专家进行二次意见征询确定最终的专家访谈结果,得到最终确定的评价指标体系。以建筑施工现场临建设施绿色度评价为目标层,建立生态环境平衡、运营管理协调及建造经济合理三项准则层指标及18项二级指标。即12项定量指标以及6项定性指标,整合出18项评价指标体系(指标层),建立了施工现场生活区及办公区临建设施绿色度评价指标体系(目标层)。其框架结构如表1所示。

1.2 评价标准的建立

本文基于相关专家在绿色施工评价领域所构建的数学评价模型,建立评价标准。

定量指标的分级标准建立步骤:先筛选统计每一个样本中每一项指标的成本在施工总成本中的占比B;将同一个指标在样本库中的占比数按照从大到小进行排列,筛选出其中的最大占比数Bmax和最小占比数Bmin;运用等宽划分方法。根据统计数据将评价指标的最大值Bmax和最小值Bmin,按照等宽划分方法,划分为四个等级,即:合格(1)、良好(2)、优秀(3)、优异(4)。

表1 施工现场生活区及办公区临建设施绿色度评价指标体系   

表1 施工现场生活区及办公区临建设施绿色度评价指标体系

定性指标的分级标准建立步骤:根据行业相关规范及文献综述,整理汇总十六组样本数据评价指标包含的因素影响项,并按照一般项、标准项、优化项、加分项进行排序;邀请绿色施工领域具有丰富现场施工经验的专家,在互不干扰的状态下,就评价指标的因素项按照排序打分,划分为四个等级,即:合格(1)、良好(2)、优秀(3)、优异(4)。

统计归纳专家打分,确定影响因素项排序与专家打分确定的分级标准的匹配区间,确定最终定性评价指标影响因素项分级标准。

2 基于模糊物元理论构建绿色度评价模型

2.1 基于相对关联度的模糊物元模型

模糊物元理论能够解决施工现场临建设施评价指标较多、指标间相容性较差的问题,同时完成评价指标的定性分析及定量分析。此外临建设施评价指标具有模糊性,可借助模糊物元理论将定性表述依据样本项目的工程造价数据转化为定量分析,可解决评价指标的不确定性及模糊性。

2.1.1 模糊物元和复合模糊物元的概念

物元分析理论的主要研究思想是把事物从“事物、特征、量值”三方面进行描述,将三方面的相关要素组成的有序三元组的基本元称为物元,该理论比较适用于涉及多个指标的综合评价问题。给定事物的名称M,它关于特征C的量值为U,这三个要素组成有序三元组R=(M,C,U)是描述事物的基本元,简称物元。如果事物M有n个特征,分别为C1,C2,…,Cn,则其相对应的模糊量值也分别为u1,u2,…,un,称R为n维模糊物元。M个事物的n维模糊物元组合在一起,便构成m个事物的n维复合模糊物元,记为R。

假设现有m个已建施工项目,各项目用n项评价指标及其相应的量值来描述,则构成m个已建施工项目n维复合模糊物元,记为Rm×n,见式(1)。

 

式中:Mi表示第i个事物;Cj表示该事物的第j项评价指标;uij为第i个已建施工项目的第j项评价指标所对应的模糊量值,(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)。

2.1.2 基于相对关联度确定绿色度等级

给定事物的某一项评价指标的模糊量值,其从属于最优方案中该项评价指标相对应的模糊量值的隶属程度,称之为从优隶属度。一般情况下,分析所有评价指标的具体量值对于评价结果整体的影响程度,评价指标主要分为越大越优型和越小越优型两类。在建筑施工现场生活区临建设施绿色度评价从优隶属度模糊物元中,当各个评价指标的指标值在同时达到最优的状态时,将该状态下的模糊物元称为理想模糊物元(R+)或负理想模糊物元(R-),计算见式(2)。

 

式中:uj+=maxvij(1≤i≤m),uj-=minvij(1≤i≤m),j=1,2,…,n。

以M(·,+)为模式,以欧式范数理论为主要依据,分别计算样本项目与模糊物元与理想模糊物元和负理想模糊物元的相对关联度,在计算待评估项目建筑施工现场临建设施绿色度模糊物元与理想模糊物元和负理想模糊物元的相对关联度的过程中,待评估项目与理想模糊物元的关联度大并不意味着该项目与负理想模糊物元的相对关联度小,这其中不具备函数比例关系。所以,需要界定该待评估项目在理想模糊物元与负理想模糊物元之间的所处位置,计算见式(3)。

Di*=Di-/(Di++Di-),(j=1,2,…,n) (3)

由计算公式可得相对关联度越小,则拟评估项目越优。根据上述计算公式计算样本数项目的相对关联度并按升序排序,筛选出最小值和最大值按照等宽划分法分级。具体分级如表2所示,其中#为三等分值。

2.2 权重的确定

分析常见的定权方法,最后确定采用利用样本工程数据及粗糙集理论确定指标权重。从甘肃省近五年已建项目中,筛选出符合本文研究内容的项目,选取16个项目进行数据分析。按照定量指标将施工现场临建设施分项费用整理分类,根据建立的临建设施绿色度评价标准计算各定量指标相关数据,及定量指标项成本在临建设施总造价中占比具体数据。根据专家打分法确定的影响因素项排序与分级标准匹配区间确定各样本定性指标相关数据。将16组样本的指标进行离散化处理,建立决策信息系统,依据粗糙集的代数观和信息观理论确定权重,借助MATLAB软件进行属性约简,确定各指标综合最优权重。评价指标的权重系数表,如表3所示。

3 应用实例

某大学校本部棚户区改造项目,西北侧为高层保障房1号楼,北侧、西侧、东侧为5-8层多层住宅楼。建筑面积22460.99m2,地上建筑22315.39m2,地下设备间145.60m2。本工程主体均采用钢筋混凝土剪力墙结构。该项目截止目前临建设施已基本完工,根据样本数据所建立的评价指标体系及各指标的评价标准,结合该项目临建设施具体造价数据进行分析。

实地考察待评估实例施工现场临建设施,根据专家打分法确定的影响因素项排序与分级标准匹配区间确定各样本定性指标。按照定量指标内涵,结合该项目临建设施相关成本造价报表,计算各定量指标成本在临建设施总造价中占比具体值,例如材料资源利用C4,将施工现场中可周转性材料总结概括确定其具体造价成本值,以此类推确定待评估实例模糊物元,应用模型最终判断该项目临建设施绿色度等级。评价临建设施生活区及办公区绿色度的具体步骤见下。

(1)确定复合模糊物元

结合式(1)及样本工程指标数据构建16个已建项目施工现场生活区及办公区临建设施绿色度评价的18维复合模糊物元,记为R16×18

表2 绿色度评价等级及描述   

表2 绿色度评价等级及描述

表3 评价指标权重系数   

表3 评价指标权重系数

拟评价项目复合模糊物元矩阵记为R1×18

(2)确定从优隶属度及理想模糊物元

根据参考文献[2]确定从优隶属度,根据式(2)确定理想模糊物元。结合复合模糊物元矩阵及评价指标的隶属度,即可得到施工现场生活区及办公区临建设施绿色度综合评价的从优隶属度模糊物元矩阵,记为R'16×18

结合从优隶属度模糊物元矩阵R'16×18及式(2),可得理想模糊物元矩阵R+及负理想模糊物元矩阵R-:

 

(3)确定相对关联度

根据式(3)及相关数据计算样本项目的相对关联度:

Di*=(0.9565,0.7932,0.3902,0.4098,0.6216,0.6439,0.4172,0.5272,0.7365,0.3975,0.2155,0.3749,0.5886,0.5189,0.2106,0.2194),(i=1,2,…,16)。

结合绿色度等级,将16组相对关联度数据进行等宽划分,按照1.2节步骤计算操作,可得具体评价等级及评价标准如表4所示。按照表4中绿色度等级划分区间即可得样本工程的绿色度等级区间如表5所示。

结合样本数据构建的从优隶属度模糊物元矩阵、理想模糊物元及负理想模糊物元矩阵,确定待评估项目的相对关联度,即:Dx+=0.6699,Dx-=0.2884,Dx*=0.3301。

(4)评价待评估项目的绿色度

由表5可得拟评价项目的相对关联度Dx*=0.3301包含于[0.21,0.46),可得在基于16组样本数据支持所建立的等级背景下,拟评价项目的施工现场生活及办公区临建设施的绿色度属于正绿。

与相对关联度最大的样本项目1相比较:拟评价项目在绿色建材、节能器具等方面皆选择了较节能的绿色材料器具,除此之外可周转性耗材选用率较高、地下水设备消毒过滤系统、油水沉淀分离等处理系统皆选用了利用率较高的设计及器材;与相对关联度最小的样本项目15相比较:拟评价项目施工现场节能降尘降噪监测系统并不全面,临时设施与永久性设施的结合率较低,除此之外建筑垃圾的回收率利用率较低。

4 结 论

为绿色施工现场临建设施绿色度评价提出新的研究思路。本文提出了基于相对关联度模糊物元的施工现场临建设施绿色度评价方法,以此得到以下结论:

(1)针对施工现场临建设施绿色度评价的不足,本文从生态经济平衡、建造经济合理及运营机制协调3方面出发,健全施工现场临建设施绿色度评价指标体系。从施工现场临建设施的成本分析报告出发,确定定量指标的评价等级标准。结合专家打分法确定的影响因素项排序与分级标准匹配区间确定定性指标评价等级标准。

(2)结合样本构建的模糊物元模型所确定的从优隶属度、理想模糊物元及负理想模糊物元与拟评价项目,计算拟评价项目的相对关联度并确定拟评价项目的绿色度。应用实例剖析建筑施工现场临建设施绿色度评价要点,为提高施工现场临建设施绿色度提供理论基础。对比拟评价项目与样本项目,根据样本项目建立的绿色度评价等级,分析拟评价项目的优劣点,为施工现场临建设施减少资源资金浪费、永临结合规划提供理论支持,也为企业在选择绿色施工单位时提供参考。

 

表4 评价等级及标准   

表4 评价等级及标准

表5 绿色度评价等级   

表5 绿色度评价等级

 

参考文献[1]李翔玉,孙剑,瞿启忠.建设工程绿色施工环境影响因素评价研究[J].环境工程,2015(3):118-121+140.
[2]马冬梅,陈大春.基于欧式贴近度的模糊物元模型在水资源脆弱性评价中的应用[J].南水北调与水利科技,2015(5):1003-1007.
[3]王旷,李夕兵,马春德,等.基于改进的RS-TOPSIS模型的岩爆倾向性预测[J].黄金科学技术,2019(1):80-88.
Application of Fuzzy Matter-element Model Based on Relative Correlation Degree in Green Degree Evaluation of Emergent Construction Facilities
REN Xiaodan MA Weizhen WEN Haiyan QI Qian
(Institute of Civil Engineering,Lanzhou Jiaotong University)
Abstract: According to the characteristics of construction site construction facilities,establishes an evaluation index system from three aspects of ecological economic balance,construction economic reasonability and operation mechanism coordination based on the project cost data of 16 groups of built projects.Establishes the evaluation model of greenness of construction site emergent facilities by using the fuzzy matter-element theory.Judges the greenness level of construction site emergent facilities by calculating the relative correlation degree value between sample fuzzy matte and ideal fuzzy matte.Finally,calculates the green degree of the facilities and determines its grade.
Keywords: temporary construction facilities; rough set; fuzzy matter-element model; green degree; sample analysis
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