鄭 健
(中華人民共和國鐵道部,北京 100844)
工業(yè)化、城鎮(zhèn)化極大地促進了經濟社會發(fā)展,豐富了人類物質生活,但也造成了一系列環(huán)境問題。從20世紀60年代開始,國際上越來越關注經濟社會的可持續(xù)發(fā)展,綠色環(huán)保的重要性與緊迫性逐漸為國際社會所重視。進入新世紀以來,面對我國日趨強化的資源環(huán)境約束,樹立綠色、低碳的發(fā)展理念,推廣低碳技術,發(fā)展循環(huán)經濟,促進經濟社會發(fā)展與人口資源環(huán)境相協(xié)調,建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會[1],走可持續(xù)發(fā)展之路,已成為我國的一項基本國策。
鐵路作為國民經濟大動脈、國家重要基礎設施和大眾化交通工具,在我國經濟社會發(fā)展中的地位和作用至關重要。鐵路客站作為鐵路網的重要組成部分、綜合交通體系的重要節(jié)點和帶動城市發(fā)展不可或缺的重要因子,承擔著節(jié)能減排、高效利用能源資源的重任[2]。建設綠色客站,推廣綠色建筑,避免城市建設造成更多的能源和環(huán)境問題,是當前我國城鎮(zhèn)化建設必須解決的重要課題,也是實現(xiàn)鐵路可持續(xù)發(fā)展的題中之義和客觀要求。
到“十二五”末期,我國還將建成600多座新型鐵路客站,這些客站與我國已有的住宅或商業(yè)建筑有著明顯的差別,國內外現(xiàn)有的綠色建筑評價標準并不完全適用于我國鐵路客站。開展具有中國特色的綠色鐵路客站評價標準研究工作,對推動鐵路客站建筑的“四節(jié)一環(huán)?!保?]有重要作用。
人們對于鐵路環(huán)保問題的研究始于20世紀60年代,美、日、英、法、德等發(fā)達國家經過30多年的研究,對鐵路勘測設計、施工、運營中如何保護自然環(huán)境、動物植物和風景園林以及名勝古跡等都已有較完整的規(guī)范和手冊[4]。如美國1965年制定的《鐵路美化規(guī)定》,日本1976年制定的《鐵路綠化技術基準》,法國、德國、荷蘭、英國等國對鐵路的環(huán)境設計與景觀設計還規(guī)定了原則、方法等[5]。
1998年,全國綠化委員會、國家林業(yè)局、中華人民共和國交通運輸部、中華人民共和國鐵道部下發(fā)了《關于在全國范圍內大力開展綠色通道工程建設的通知》[6]。2000年,在總結成功經驗的基礎上,國務院下發(fā)了《關于進一步推進全國綠色通道的通知》[7]。2002年,針對既有線建設,鐵道部制訂了《鐵路既有線綠色通道工程建設標準》。2003—2004年,針對新線建設,鐵道部相繼頒布了《鐵路路基邊坡綠色防護技術暫行規(guī)定》和《鐵路綠色通道設計暫行規(guī)定》[8]。
雖然發(fā)達國家對于鐵路環(huán)保問題的研究先于我國,但其研究成果主要集中在鐵路的環(huán)境設計與景觀設計領域,缺乏綠色鐵路客站建設領域的相關研究成果。我國的鐵路綠色標準主要針對鐵路線路的環(huán)境建設,用于指導綠色鐵路客站建設的評價標準尚處空白。
國內外綠色建筑評價體系的發(fā)展大致經歷了三代的發(fā)展過程,這三代工具并非此消彼長,而是互補共存的關系。第一代綠色建筑評價體系中沒有設計獨立的權重體系[9],評價結果通過各個評價指標的得分直接求和獲得,這一類型的綠色建筑評價體系包括美國的綠色建筑評估體系(LEED)[10]、英國的建筑研究所環(huán)境評估方法(BREEAM)[11]和我國的《綠色建筑評價標準》(GB/T 50378)等;第二代綠色建筑評價體系采用了層次分析的方法[12],將評價類別從整體到細節(jié)逐層展開,使得評價系統(tǒng)具有很好的擴展性和適應性,這一類型的綠色建筑評價體系包括國際組織的綠色建筑挑戰(zhàn)(GBTOOL)[13]和我國臺灣地區(qū)的綠建筑標章(EEWH)[14]等;第三代綠色建筑評價體系在第二代的基礎上,根據(jù)不同類型指標在綠色評價中所起作用的不同,分別定義了“建筑環(huán)境質量Q”和“建筑環(huán)境負荷L”,其比值即為建筑環(huán)境效率(BEE)[15],將BEE值作為評定等級的依據(jù),這一類型的綠色建筑評價體系包括日本的建筑物綜合環(huán)境性能評價體系(CASBEE)[16]和我國的綠色奧運建筑評估體系(GOBAS)[17]等。這些已有的綠色建筑評價體系均可作為綠色客站建筑評價標準的研究基礎。
不同類型的建筑因使用功能的不同,其消耗資源和影響環(huán)境的情況存在較大差異。鐵路客站作為大型公共建筑,本身具有一定的特殊性,如空間高、人流量大、運營時間長、能源消耗大、人車密集、對城市規(guī)劃及交通影響大等。其組成也較為復雜,包括站前廣場、站房、站場客運建筑[18]。此三者包含不同的功能場地或使用空間,其特點顯著區(qū)別于現(xiàn)行國內外綠色標準中所涉及的建筑類型。我國現(xiàn)行綠色標準GB/T 50378,主要是以辦公、商場、賓館類為主要評價對象。如果依據(jù)該標準對鐵路客站進行綠色建筑評價,會出現(xiàn)多項不參評條文及不適用條文,其中節(jié)水、節(jié)材和室內環(huán)境質量方面的條文尤為突出,會導致評價結果缺乏客觀性。所以,在指導和評價鐵路客站時不能照搬和套用其他綠色建筑評價標準,須建立符合我國鐵路客站自身特點的綠色建筑評價標準。
為了實現(xiàn)我國鐵路客站的可持續(xù)發(fā)展,在新型客站建設過程中,對節(jié)能環(huán)保技術的應用進行了積極有效的探索和實踐,如橋建合一結構體系、大跨度鋼結構、新型建筑材料、冷熱電三聯(lián)供、熱泵、冰蓄冷、中水回用、太陽能光伏發(fā)電、自然光應用、大空間溫濕度控制、照明控制和人性化設計等技術[19]。但由于缺少統(tǒng)一的評價標準,實際運營效果缺乏統(tǒng)一、客觀評價的依據(jù)。建立我國綠色鐵路客站標準[20],可有效整合“綠色”技術,避免盲目的技術堆砌,指導全壽命周期的鐵路客站建設工作,將豐富我國綠色建筑評價標準體系,填補國內外綠色鐵路客站領域評價標準的空白,對促進我國鐵路行業(yè)的綠色建筑發(fā)展起到重要作用。
本研究項目在借鑒國內外已有經驗和研究工作的基礎上,在進行充分數(shù)據(jù)調研的前提下,開展綠色鐵路客站評價內容和評價指標體系的研究工作。通過典型車站的實測試評,進一步完善理論分析,改進評價方法,修訂評價指標,確定標準的適用性和可操作性,從而形成一套較為完整的綠色鐵路客站建筑評價標準。
綠色鐵路客站建筑是指在客站的全壽命周期內,最大限度地節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材)、保護環(huán)境和減少污染,為旅客提供健康、適用和高效的使用空間,與自然和諧共生的建筑。為了規(guī)范和推廣綠色鐵路客站建筑,對建筑在“四節(jié)一環(huán)保”方面的綜合表現(xiàn)進行評價,需要制訂相關標準。綠色鐵路客站評價標準用來衡量建筑物在全壽命周期內實現(xiàn)節(jié)約能源和保護環(huán)境的目標所達到的程度,引導建筑和建筑業(yè)向節(jié)能、環(huán)保、健康舒適、講求效益的軌道發(fā)展。
主要技術路線以基礎研究、評價標準研究、標準應用研究三步為基礎,采用標準與實踐互動的方式,通過迭代實現(xiàn)評價體系的優(yōu)化。在研究過程中,綜合采用多種分析方法,進行歸納總結,從而完成整套綠色客站評價標準。主要技術路線如圖1所示。
圖1 技術路線Fig.1 Technical line
3.2.1 基礎研究
詳細收集、整理國內外相關綠色建筑評價體系的評價方式及評價成果,進行綜合比較、辯證分析。借鑒成熟經驗,結合國內鐵路發(fā)展現(xiàn)狀特征,研究適合中國鐵路客站實際情況的評價標準。
對我國不同氣候分區(qū)、各種規(guī)模客站進行大量調研和實測,進行基于調研數(shù)據(jù)的模擬分析,研究氣候條件和客站規(guī)模對各評價指標的影響,確定綠色客站的定量評價指標體系。
3.2.2 評價標準研究
在目前國內外廣泛應用的三代綠色建筑評價體系的基礎上,結合我國鐵路建設現(xiàn)狀,對國內外評價體系所采用的方法(包括專家打分評價法、層次分析法、模糊綜合評價法等)在綠色客站建筑領域的適用性進行評價分析,研究發(fā)展適宜的評價體系。
根據(jù)我國國情和資源環(huán)境特點,針對客站規(guī)模和所處氣候區(qū)域的不同,提出適宜的評價指標,如能耗評價指標、環(huán)境影響指標等。研究各評價指標的作用、相關性和敏感度,篩選評價指標,確定各種類型評價指標的評分準則、取值和權重。
為了全過程實現(xiàn)鐵路客站建設項目的綠色目標,本標準體系將分別針對設計、施工和運行管理各個階段建立相應的評價標準,在各個建設階段建立科學的評估體系和評分方法,以確保建設項目達到綠色和可持續(xù)發(fā)展的目標。
3.2.3 標準應用研究
采用本標準對各個氣候區(qū)、各種規(guī)模的典型客站進行試評估,以檢驗標準評價體系及具體量化指標的科學性、適用性、可操作性,以便進一步修改完善綠色鐵路客站評價標準的評價體系和指標體系。
選取若干典型新建客站作為示范工程,應用本標準對其設計、施工和運營管理過程進行優(yōu)化和技術指導,確立和完善本標準的評價體系和指標體系對實際工程的指導作用,并建立綠色客站的評價機制和操作流程。
綠色建筑基于生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)原則,倡導在建筑的全壽命周期中,最大限度地實現(xiàn)“四節(jié)一環(huán)?!保瑫r滿足建筑功能。從能源和環(huán)境的角度,其壽命周期是指從材料與構件生產、規(guī)劃與設計、建造與運輸、運行與維護直到拆除與處理的全循環(huán)過程。因此,本標準評價內容囊括了客站建筑的各個環(huán)節(jié),并劃分為設計、施工和運行管理三個評價階段。三個階段各有不同的側重點,是一個不可分割的整體,設計階段和施工階段的良好表現(xiàn)是實現(xiàn)客站高效運行的基礎和保障。
由于三個階段分別由設計單位、施工單位和鐵路局作為實施主體,將三個階段整體進行評價易造成技術要求和責任界限不明確,難以用于指導實際鐵路客站的建設。為達到“以評促建”的目的,明確各階段技術要求,提高各階段工作人員的綠色意識,本標準采用設計、施工和運行管理三個階段獨立評價的方式,各階段的評價結果僅用于針對本階段的表現(xiàn),不與其他階段的評價結果產生直接關聯(lián)。其中,設計和運行階段評價指標較為接近,分別評價項目在“四節(jié)一環(huán)保”各個方面的表現(xiàn)。為與我國其他綠色建筑評價標準相銜接,本標準采用與現(xiàn)行國家綠色建筑標準相同的構架,分為節(jié)地與室外環(huán)境、節(jié)能與能源利用、節(jié)水與水資源利用、節(jié)材與材料資源利用、室內環(huán)境質量、運營管理共6個部分,采用Q/L二維打分方法進行評價。施工階段采用一維打分的方式,對其施工過程中的資源消耗、環(huán)境保護和施工安全、質量等方面進行評價。
與國內其他現(xiàn)行以及正在編寫的各類綠色建筑相關標準保持一致,本標準評價結果分為一星、二星和三星三個等級,其中三星級為最高等級[20]。設計和運行階段采用層次分析加Q/L建筑環(huán)境效率評價體系,施工階段采用層次分析法,根據(jù)得分劃分星級。
設計和運行階段將各階段評價內容分為三級指標,其中第三級指標(條文)分為控制項和可選項兩類,并按屬性分為“建筑環(huán)境質量”指標(簡稱Q指標)和“建筑環(huán)境負荷減少”指標(簡稱LR指標)。
標準中分別給出了設計階段和運行階段各級指標的權重表,設計階段和運行階段的評價分別參照各自的權重系數(shù)進行打分。權重系數(shù)與評價指標相對應,也分為三級,分別反映各級評價指標的權重關系。在對權重的研究過程中,一級權重的設置采用傳統(tǒng)的專家調查法,對二、三級權重的設置則主要采用數(shù)據(jù)分析法,例如,對于“節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材”這三方面的權重系數(shù),是以數(shù)據(jù)分析法為主、專家調查法為輔,通過客觀的角度解析各指標要素在資源消耗中所占的比重來最終確定的。
綠色鐵路客站應滿足所有控制項的要求,控制項全部達標后,Q指標和LR指標各獲得基礎分50分。可選項的Q指標和LR指標分別計算得分。當存在兩種得分途徑時,建設項目可根據(jù)自身情況采用其中一種得分途徑打分。
如圖2所示,根據(jù)Q指標和LR指標得分在Q-L圖(L=100-LR)中所處的位置,按照建筑環(huán)境效率表現(xiàn)劃分綠色客站建筑等級。得分在A-C區(qū)域內的項目為綠色鐵路客站建筑,由高到低劃分為A、B、C三個等級,分別對應★★★、★★和★,代表著我國鐵路客站綠色建筑技術發(fā)展現(xiàn)狀與引導方向。得分在D區(qū)域內的項目雖滿足國家相關標準規(guī)范的要求,但由于建筑環(huán)境效率表現(xiàn)一般,定義為非綠色鐵路客站建筑。如能在建設初期進行精細化設計,采用適宜的綠色建筑技術,便可在不增加初投資的情況下,通過提高建筑環(huán)境效率值而越過C、D區(qū)分界線,成為綠色鐵路客站。
圖2 綠色鐵路客站建筑設計和運行階段星級劃分示意圖Fig.2 Schema of classfication of green railway station in design and running stage
本標準在對評價指標研究的過程中,綜合考慮與其他標準的銜接和鐵路客站建筑使用功能的特殊性,以保留共性、突出特性為原則,將一、二、三級指標系統(tǒng)化。
一級指標充分考慮鐵路客站建筑與其他類型建筑在“建筑環(huán)境質量”和“建筑環(huán)境負荷”方面共同的關注點,沿用國家綠色建筑評價標準中的一級指標,對建筑在“四節(jié)一環(huán)?!备鞣矫娴谋憩F(xiàn)進行評價。
二級指標考慮到鐵路客站建筑與其他類型建筑使用功能的差異性,在“節(jié)地與室外環(huán)境”評價中增加了“交通組織”的評價,對整個客站的交通組織和導向標識系統(tǒng)配置情況進行評價,在“室內環(huán)境質量”方面,加強了對“聲環(huán)境”的關注,并增加了“建筑功能”的評價,對客站配套服務設施的設置情況進行評價,以滿足廣大旅客方便、舒適、快捷的出行需求。
三級指標是標準評價的最基礎指標,也是客站獨特性的直接體現(xiàn)。在重點突出客站特性的前提下,本標準以調研和實測數(shù)據(jù)為基礎,進行了大量模擬分析,從而掌握氣候特點和客站規(guī)模對指標的影響,并最終確定各評價指標的取值。為與客站特點相吻合,滿足適用性要求,本標準對所有三級指標重新進行了設計制定。
本標準充分結合我國鐵路建設的運營特點,分別提出了針對設計階段、施工階段和運行管理階段的評價要求。三個階段的評價要點各有側重,又保持了一定的連貫性,形成一套專門用于鐵路客站全壽命周期評價的綠色建筑評價標準體系,為實現(xiàn)鐵路客站建筑的綠色、可持續(xù)發(fā)展目標提供了技術保障。
本標準對綠色鐵路客站的全壽命周期建設具有高度的實踐指導作用。應用本標準可以指導新建工程的設計、監(jiān)督施工過程,有效地在設計單位及施工單位中推廣綠色環(huán)保理念,輔助相關單位明確設計方向、規(guī)范建設施工,提高精細化設計水平及綠色環(huán)保施工能力,如圖3所示。
圖3 部分示范工程試評結果及優(yōu)化目標示意圖Fig.3 Schema of evaluation results and optimal goal of som e demonstration projects
除指導新建工程的設計施工外,本標準還可以指導建成客站的運行管理,根據(jù)客站的綠色建筑星級目標,系統(tǒng)梳理和改進客站的運行管理,優(yōu)化管理流程,完善管理制度,提高管理質量,增強專業(yè)技能;可以指導既有鐵路客站建筑改造,通過以評促建的過程,明確改造方向,有效加快綠色客站升級改造進程,如圖4所示。
本項研究工作在世界范圍內首次完成了針對鐵路客站的完整的綠色建筑評價標準,豐富了我國綠色建筑評價標準體系,填補了國內外綠色鐵路客站領域評價標準的空白,為我國的綠色客站建設提供了評價依據(jù)和技術指導。
圖4 某客站升級改造示意圖Fig.4 Schema of the upgrade of a railway station
我國鐵路客站分布十分廣泛,涉及到各個氣候區(qū)、不同規(guī)模的客站,各地的地質條件、氣候條件、資源能源條件等均有較大差別。所以,必需綜合考慮建筑環(huán)境質量與建筑環(huán)境負荷的平衡,兼顧發(fā)展較高環(huán)境質量的客站建筑和較低環(huán)境負荷的客站建筑,才能有效促進綠色鐵路客站的多樣性。
本標準所選用的第三代綠色建筑評價體系有良好的擴展性和適應性,并能有效避免指標互償,即能有效避免在評價過程中可能出現(xiàn)的以較好的環(huán)境性能掩蓋某些較差的環(huán)境性能的現(xiàn)象,這與綠色鐵路客站的需求及我國國情相適宜,能夠對客站進行全面、公平的評價。
與國內外現(xiàn)有評價體系的不同之處在于,本標準權重體系的設置是采用數(shù)據(jù)分析法和專家調查法相結合的組合賦權法,有效解決了主觀賦權法客觀性較差和客觀賦權法解釋性較差的問題。利用組合賦權法所確定的指標的權重系數(shù),極大提高了各指標的客觀性,并使得相應的指標權重具有良好的直觀性和可解釋性。標準所采用的組合賦權法可以看作一個簡單的線性模型,通過向量歸一手段實現(xiàn)對系統(tǒng)的整體優(yōu)化,所得到的指標權重體系具有良好的系統(tǒng)性、靈活性和擴展性。這些在第三代評價體系關于指標權重設置方面,是一個很大的進步。
本標準所采用的組合賦權法可以看作一個線性模型,如式(1)所示:
其中,Q-Score為“建筑環(huán)境質量評價分值”;LR-Score為“建筑環(huán)境負荷減少評價分值”;EQ={eq1,eq2,...,eqn}為“建筑環(huán)境質量評價指標向量”(其中eqi表示第i個評價指標要素),評價指標向量EQ的構成要素為本標準提出的三級指標;WQ={wq1,wq2,...,wqn}為“建筑環(huán)境質量評價指標權重向量”(其中wqi表示第i個要素eqi的權重系數(shù)),且規(guī)定=1,(wqi≥ 0)。ELR和WLR的定義與之類似,分別為“建筑環(huán)境負荷減少評價指標向量”和“建筑環(huán)境負荷減少評價指標權重向量”。
該賦權方法是一個簡單的線性模型,可以通過線性優(yōu)化方法實現(xiàn)對系統(tǒng)的整體優(yōu)化,在具體實踐中的可操作性較高,具體使用時僅需要對有關指標要素組合進行賦權即可。例如,可以根據(jù)建筑的實際情況增加或刪除一些評價指標要素(假設需要新增評價指標要素 en+1,相應的指標權重系數(shù)為wn+1),只需將其分別加入向量E和W,同時采用公式(2)對權重向量W進行歸一化處理即可。
采用上述組合賦權法,一方面兼容第三代綠色建筑評價體系的特點,能夠利用數(shù)據(jù)分析法和專家調查法得出的指標權重,另一方面所得到的指標權重體系具有良好的系統(tǒng)性、科學性、靈活性、擴展性和可操作性。
目前我國已正式頒布實施的各類綠色建筑評價標準均未采用第三代綠色建筑評價體系,因此本標準可望成為我國首個實際應用這一評價體系的標準。
本標準在研究過程中,對全國不同氣候區(qū)、不同規(guī)模的81座典型客站進行了詳細調研和現(xiàn)場實測,對建筑與規(guī)劃、能源消耗、水資源利用、室內外環(huán)境質量、運營管理五大類設計和運行數(shù)據(jù)進行收集整理。在此基礎上,綜合利用DeST、DeST-VentPlus、Ecotect等多種模擬軟件,對建筑圍護結構、系統(tǒng)能耗、自然通風、自然采光等性能進行優(yōu)化分析,充分挖掘優(yōu)化潛力,確定建筑性能優(yōu)化的定量指標,從而形成了一套具有普適性的數(shù)據(jù)平臺。這一數(shù)據(jù)平臺的建立,在支持本課題研究的同時,還可用于指導新建客站優(yōu)化設計、預測運營成本、評價項目設計及運行管理水平等。圖5為不同規(guī)??驼驹诓煌瑲夂騾^(qū)的圍護結構最大節(jié)能潛力的對比分析。
圖5 不同規(guī)??驼驹诓煌瑲夂騾^(qū)的圍護結構最大節(jié)能潛力的對比分析圖Fig.5 Comparison and analysis of themaximum energy-saving potential of building envelope in different climatic regions
本標準在具備科學性和嚴謹性的同時,也存在評價方法復雜的問題,通常只能為專業(yè)綠色建筑評價人員所掌握,設計和管理人員很難直接用于指導相關工作。為有效解決這一問題,本標準研究設計一套便捷的評價工具,包括簡化版評分表和評價軟件。其特點是:在基本保證評價結果與標準條文一致性的前提下,大大降低了評價的技術難度,易于為設計和管理人員所使用,從而擺脫了對專業(yè)咨詢機構的依賴。設計人員可快速掌握評價工具,從而將本標準應用于指導設計實踐;管理人員也可利用該評價工具指導客站運營。
在本標準的研究過程中,通過對國內外綠色建筑評價體系的對比分析,對國內鐵路客站在“四節(jié)一環(huán)?!备鞣矫娴默F(xiàn)實狀況進行調研和實測,最終以第三代綠色建筑評價體系為基礎,建立了一套完整的適用于我國不同氣候區(qū)和各種規(guī)模的鐵路客站建筑綠色評價標準。并通過對若干新建客站示范工程建設和既有客站試評估的指導,驗證了該標準對于鐵路客站全壽命周期中的綠色建設的指導作用。
在生態(tài)環(huán)境日益受關注的今天,對各種建筑類型實行綠色規(guī)劃設計和運營非常重要。綠色鐵路客站評價標準的建立,是對我國綠色建筑研究領域的豐富和完善,是國內外第一部針對鐵路客站的綠色建筑專用評價標準,可有效規(guī)范綠色鐵路客站建筑評價工作,進而推動我國鐵路客站的可持續(xù)發(fā)展。
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