姜榮榮，李希勝

(南京林業(yè)大學 土木工程學院，南京 210037)

在建筑領域，計算機輔助的建筑性能數(shù)值模擬分析技術與建筑設計參數(shù)化方案優(yōu)化技術，近年來對建筑設計逐漸產(chǎn)生了重要的影響。但同時也給建筑設計的性能化帶來了更多的難題。如何高效、科學、綜合地針對建筑性能設計與優(yōu)化成為了一個意義重要的探索課題[1]。

建設項目設計過程一般劃分為方案設計、初步設計和施工圖設計三個主要階段。其中方案設計涉及建筑學、環(huán)境學和經(jīng)濟學等學科，施工圖設計又牽涉結構力學、流體力學和暖通等學科，可以說建設項目設計階段是一個綜合多學科的系統(tǒng)性生產(chǎn)過程[3]。建筑設計階段是項目全壽命周期中一個非常重要的環(huán)節(jié)，它是在前期策劃和設計準備階段的基礎上，通過設計文件將項目定義和策劃的主要內(nèi)容予以具體化和明確化，是下階段建設的具體指導性依據(jù)[4]。Wilder對建筑方案設計階段對建筑性能影響進行了研究，作者應用303項建筑節(jié)能技術對67座建筑進行研究，發(fā)現(xiàn)其中57％的節(jié)能技術措施是在方案設計階段決策的[5]。事實上，建設工程項目全壽命周期的經(jīng)濟成本和環(huán)境成本絕大部分取決于設計階段[6]。

現(xiàn)階段主要是基于單目標的設計優(yōu)化。東南大學的石邢以modeFRONTIER為平臺通過調(diào)用EnergyPlus來實現(xiàn)單個建筑的墻體保溫性能優(yōu)化[7]；哈佛大學設計學院的Jon Sargent等人[8]主要針對建筑遮陽設施的遮陽效果分析，通過鏈接Rhino和Energyplus來對模擬入射光能量值與制冷負荷能量值進行比較，提出相對合適的遮陽方案；河北工程大學的張偉捷等人通過CFD建筑熱環(huán)境模擬進行建筑方案優(yōu)化設計研究[9]。而本文通過Ecotect進行多目標多方案的優(yōu)化。進而運用基于ELECTRE算法實現(xiàn)多目標多方案的決策，使性能化建筑設計方法更加的科學、可靠與高效。

1 評價指標與權重

1.1 建立性能化建筑設計方案評價指標

性能化建筑設計方案評價指標是相互關聯(lián)、相互制約、不同層次的指標群構成的一個有機整體，它能較全面反映建筑設計內(nèi)涵的基本特征。本文根據(jù)Ecotect具備的模擬功能建立性能化建筑設計方案評價指標見表1。

1.2 評價指標權重的確定

依據(jù)數(shù)據(jù)來源不同，評價指標權重的計算方法可以分為主觀賦權法和客觀賦權法兩類。現(xiàn)有評價體系一般在主觀賦權方法獲得源信息的基礎上，利用相應的數(shù)學方法進行權重計算。比較有代表性的方法有層次分析法(AHP)和模糊綜合評價法。其中AHP方法的指標層是單向遞階層次結構，且各指標之間均假設獨立，這與實際是不相符的；因此本文選用模糊綜合評價來確定指標權重[10-11]。

模糊綜合評判法確定評價指標權重步驟為：

(1)確定模糊綜合評價因素集U。U=(U1對人的舒適度的影響程度，U2目前在我國的重要程度，U3數(shù)據(jù)的科學性，U4對建筑可持續(xù)發(fā)展影響，U5對建設成本的影響)。

(2)建立綜合評價集V。V=(無，輕微，一定程度，較大，非常大)。

(3)進行單因素模糊評判，并求得評判矩陣R。

(4)建立評價模型：B=A×R。其中，A為評價因素的權重，可采用專家打分法確定。B的計算結果轉化為分值表示，并對其進行歸一化處理，即得到評價指標權重。

小茲維列夫今年21歲。在2018網(wǎng)球男單年終總決賽中，他以2-0的分數(shù)力壓強手，奪取冠軍。這是他職業(yè)生涯中，迄今為止最為重要的一個冠軍，他不僅是繼1995年名將鮑里斯·貝克爾之后又一位拿到總決賽冠軍的德國選手，同時也是繼2008年德約科維奇之后最年輕的總決賽冠軍。

按上述步驟，V用來表示一級指標的重要性程度，在南京林業(yè)大學、南京工業(yè)大學等單位開展調(diào)研，發(fā)放問卷調(diào)查表80份，回收68份。以A1二級指標為例，得到模糊評矩陣R1及元素權重A1。

A=[0.2，0.1，0.3，0.2，0.2]。

則A1*=A×R1=[0，0，0.140，0.291，0.510]，將評價標準以(1，2，3，4，5)分值表示，則A1=[1，2，3，4，5]×A1*=4.13。分別按此步驟得到A2=5.43，A3=3.49，將A1，A2，A3結果歸一化得到各自的權重為：0.32，0.42，0.27。其它指標權重以此類推，具體見表1。

表1 評價指標及權重

2 評價方法

本文屬于多方案多屬性的評價，而ELECTRE方法是一種廣泛公認的優(yōu)勢的記錄評估方法，結合定性和定量標準，可以用來促進決策活動。ECELTRE方法通過規(guī)范決策矩陣來評價指標基準不同的方案[12-13]。其評價步驟如下。

(1)計算規(guī)范化決策矩陣：

(2)計算加權規(guī)范化矩陣：規(guī)范矩陣加權化，V=[vij]=[wirij]。

(3)確定和諧集與不和諧集：對于方案集中的每一對方案Ak和Al，屬性集J={1,2,3…n}被劃分成兩個不相交的子集Ckl和Dkl，前者由Ak不劣于Al的屬性組成，稱為和諧集；后者由Ak劣于Al的屬性組成，稱為不和諧集。即Ckl={j|xki≥xli}，Dkl={j|xki

C=[ckl]，k≠l。

(5)確定和諧性支配矩陣F與不和諧性支配矩陣G。

(6)確定綜合性支配矩陣E：該矩陣是和諧性支配矩陣F與不和諧性支配矩陣G的交。其矩陣元素被定義為：ekl=fkl*gkl。

(7)剔除不利方案：綜合性支配矩陣E給出了方案之間的偏序關系。如果ekl=1，則無論從和諧性的角度還是不和諧性的角度來看，方案Ak均優(yōu)先于Al。

3 實例分析

由于二級指標繁瑣，本文僅對權重值相對大的指標用Ecotect進行模擬。針對南京某住宅用房實際情況，本文提出兩種朝向，兩種窗墻比，兩種材料搭配，綜合分析全年各搭配情況下的采光空間、能耗以及溫室氣體排放量。所選取的各因素的數(shù)值具體見表2。

表2 分析情況陳述表

說明：202.5°是根據(jù)氣象工具Weather Tool得到的南京市最佳朝向值，0.7是國家規(guī)范中圍護結構窗墻比的上限值；表中，M1、M2分別Ecotect中兩種不同的材料。

將以上各因素相互搭配，得到8種不同的分析情況組合，見表3。

表3 各種情況具體分類表

運用Ecotect進行模擬得到不同方案的數(shù)據(jù)，見表4。

表4 不同方案模擬數(shù)據(jù)

說明：由表格中的采光空間的數(shù)據(jù)可知均滿足《建筑采光設計標準》的要求。

由步驟(2)計算加權得矩陣：

根據(jù)步驟(3)、(4)構造和諧與不和諧矩陣：

由ekl=fkl*gkl可得判斷矩陣E：

由步驟(7)可以得到方案8最好，方案6次之。

4 結束語

根據(jù)Ecotect功能建立建筑設計方案評價指標體系，用Ecotect軟件模擬建筑的光環(huán)境、熱環(huán)境和環(huán)境影響等方面的建筑性能，使建筑建成前了解其綜合性能狀況成為可能。將Ecotect引入建筑方案設計階段各建筑設計要素對建筑綜合性能的分析中，有效地提高了模擬工具在方案設計階段的實用性、快捷性和準確性。運用ELECTRE進行方案的決策，保證所選方案科學、準確。本文的工作還只是一些初步的嘗試，有些建筑性能分析需要借助其它軟件；當設計方案種類多時，本文選用的決策方法計算量比較大。因此，需要改進的地方還有很多，在以后的工作中將進行深入的研究其它相關軟件，完善決策方法。

【參 考 文 獻】

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