周 嚴，楊 川，吳爽謙，饒晶晶，黃小明，蔣 杰

(西南石油大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川成都 610500)

近年來，我國的綠色建筑發(fā)展越來越迅猛。在政府和市場主導(dǎo)制定標(biāo)準的框架下，我國建筑綠色標(biāo)準建設(shè)工作得到了長足發(fā)展，但是我國的綠色建筑后評價發(fā)展仍然發(fā)展緩慢，甚至部分地區(qū)仍處于停滯不前的情況，為此GB/T50378-2014《綠色建筑評價標(biāo)準》中明確將綠色建筑評價指標(biāo)分為設(shè)計評價和運行評價兩部分，著重突出了運行評價的重要性[1]。綠色建筑后評價方法成為推進建筑舒適度高質(zhì)量、高要求發(fā)展的主要內(nèi)容。目前國內(nèi)外很多評價指標(biāo)的設(shè)計與評價方法仍存在大量問題。本文旨在建立以區(qū)域為研究對象的綠色建筑后評價指標(biāo)體系，進行相關(guān)的權(quán)重向量分析研究。為評估建筑的舒適度提供依據(jù)，并對使用后評價較差的建筑項目提供改進意見。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

隨著我國經(jīng)濟從粗放型增長方式轉(zhuǎn)向集約型增長方式的過渡時期，加之相關(guān)政策的大力扶持，建筑建設(shè)環(huán)境也愈發(fā)綠色高效。但是由于我國建筑環(huán)境研究起點低、起步晚、發(fā)展緩慢，目前的提高仍舊不能滿足綠色建筑評估的相關(guān)指標(biāo)評價。國內(nèi)林波榮、肖娟[2]通過POE的研究方法對不同地理環(huán)境的11棟建筑進行了研究，表明：綠色建筑在進行綠色技術(shù)的引進時，應(yīng)進行經(jīng)濟技術(shù)的合理性分析，理性對待；自然通風(fēng)和自然采光等綠色技術(shù)成本極低，但是收效極好，值得大力推廣；對能耗影響極大的人的行為模式應(yīng)列為重點考察對象。國外很多國家的學(xué)者都針對性地制訂了符合本國環(huán)境標(biāo)準要求的綠色建筑指標(biāo)。Hazreena Hussein[3]使用五點Likert 量表對建筑進行調(diào)研，該表覆蓋各種建筑性能標(biāo)準，其中主要包括了建筑元素、熱舒適、室內(nèi)空氣品質(zhì)、視覺舒適、聲覺舒適和景觀要素方面，研究結(jié)果表明個人主觀知覺和建筑性能標(biāo)準之間有著積極的聯(lián)系。由此可見，建筑內(nèi)環(huán)境舒適度主要服務(wù)于人的主觀感受，建立科學(xué)系統(tǒng)的建筑內(nèi)環(huán)境后評價指標(biāo)可以促進形成良好的內(nèi)環(huán)境，大大減少建筑能源的消耗，為推動我國的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻。

2 研究思路

本文研究思路在于運用目前越發(fā)成熟的BIM技術(shù)，對一個建筑群內(nèi)的建筑物的室外環(huán)境進行模擬分析，首先建立起比較完整的評價指標(biāo)體系，針對不同的指標(biāo)層，利用問卷分析和層次分析法進行權(quán)重分析，然后對建筑群內(nèi)建筑物不同部位的環(huán)境指征進行定義和量化計算。本文為首次研究成果，故只針對一級指標(biāo)進行研究，更為詳細和深入的研究將在后續(xù)成果中發(fā)布。

3 指標(biāo)確立

3.1 指標(biāo)設(shè)置因素

隨著現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展，人們生活和工作的方式發(fā)生巨大轉(zhuǎn)變，大部分人一天80 %的時間都會在室內(nèi)，因此人們越來越關(guān)注建筑內(nèi)環(huán)境的舒適度。舒適度是指人們對客觀環(huán)境從生理與心理方面所感受到的滿意程度而進行的綜合評價。舒適度會受各種因素影響，因個體差異而呈現(xiàn)不同結(jié)果。當(dāng)前國內(nèi)外綠色建筑評價體系，建筑環(huán)境評價指標(biāo)眾多，例如：視野、空氣質(zhì)量、通風(fēng)、供暖、水資源、能源等各類因素。本次建筑群內(nèi)環(huán)境評價指標(biāo)體系的研究，選取的指標(biāo)應(yīng)具備以下特點：其一，在室內(nèi)環(huán)境評價中具有代表性；其二，在建筑內(nèi)環(huán)境中，由自然條件產(chǎn)生，有節(jié)能環(huán)保作用，人為不可控因素；其三，是人體能感受，根據(jù)個人感官度量的因素。參考國內(nèi)外綠色建筑評價體系，確定四項一級指標(biāo)，分別為風(fēng)環(huán)境、光環(huán)境、熱環(huán)境、聲環(huán)境。

3.2 風(fēng)環(huán)境

風(fēng)環(huán)境是指室外自然風(fēng)在城市地形地貌或自然地形地貌影響下形成的受到影響之后的風(fēng)場。在建筑可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略下，發(fā)展綠色建筑，充分利用自然能源成為大勢所趨。合理利用自然通風(fēng)提高人們居住環(huán)境舒適度是重要方法之一。 炎熱季節(jié)，人們利用自然通風(fēng)來帶走建筑內(nèi)部的余熱、余濕，利用大量夜間和清晨的涼風(fēng)增加建筑圍護結(jié)構(gòu)以及室內(nèi)家具的蓄冷量。同時，自然通風(fēng)也帶來新鮮、清潔的空氣，既有利于降低室內(nèi)污染物及二氧化碳濃度，又能滿足人們接觸自然的心理需要。此外，自然通風(fēng)的湍動特性更具有自然特征，在同等條件下可以提供更加舒適的室內(nèi)環(huán)境[4]。在國內(nèi)外綠色建筑評價體系中，室內(nèi)環(huán)境都有提到“空氣質(zhì)量”，LEED中的控制項和60 %的評分項都是關(guān)于室內(nèi)空氣品質(zhì)的；而BREEAM中室內(nèi)空氣品質(zhì)和光環(huán)境的指標(biāo)數(shù)量最多，分別包括1條控制項，評分項的權(quán)重各占54 %和23 %[5]。由此可看出風(fēng)環(huán)境在節(jié)能中的益處，對人類心情，環(huán)境舒適度的影響，以及在綠色建筑評價體系中的重要性。

3.3 光環(huán)境

光環(huán)境是由光(照度水平和分布、照明的形式和顏色)、顏色(色調(diào)、色飽和度、室內(nèi)顏色分布、顏色顯現(xiàn))在室內(nèi)建立的同房間形狀有關(guān)的生理和心理環(huán)境。人從外界獲取的信息主要依靠人體的視覺、聽覺、嗅覺、味覺等等，其中約有80 %的信息來自光和視覺，所以無論白天或黑夜，人類的生活時時刻刻都需要光[6]。光環(huán)境對人的精神狀態(tài)和心理感受也產(chǎn)生積極的影響。例如對于工作和學(xué)習(xí)的場所，良好的光環(huán)境能振奮精神和提高效率；對于休息、娛樂的公共場所，適宜的光環(huán)境能創(chuàng)造舒適、優(yōu)雅、活潑生動或莊重嚴肅的氣氛。在20世紀70年代，經(jīng)歷第一次能源危機后，許多發(fā)達國家意識到能源的重要性，“綠色照明”運動因此興起[7]。國內(nèi)外綠色建筑指標(biāo)體系中，也多次提到照明、視野、太陽光照射等相關(guān)指標(biāo)項。室內(nèi)光環(huán)境若極大限度地使用自然采光，這樣就可以充分節(jié)約能源，降低溫室效應(yīng)，對建筑光環(huán)境質(zhì)量的提高也有重要意義。從人類生活、環(huán)境保護上看，光環(huán)境是重要評價指標(biāo)。

3.4 熱環(huán)境

熱環(huán)境是指影響人體冷熱感覺的環(huán)境因素。這些因素主要指室內(nèi)空氣溫度、室內(nèi)濕度、氣流速度和環(huán)境輻射溫度。室內(nèi)熱環(huán)境舒適度是人對建筑環(huán)境最基本的要求之一[8]。據(jù)研究表明，室內(nèi)熱環(huán)境的好壞會直接影響人們的舒適程度。例如，熱舒適的室內(nèi)環(huán)境有助于人的身心健康，進而提高學(xué)習(xí)、工作效率；而過冷、過熱的環(huán)境中，則會感覺不適，影響健康，引起疾病甚至危及生命?？v觀國內(nèi)外熱環(huán)境設(shè)計，大多都是通過供暖、通風(fēng)和空調(diào)來維持建筑內(nèi)環(huán)境溫度、濕度。在熱環(huán)境設(shè)計上，更加鼓勵通過地形選址，圍護結(jié)構(gòu)材料特性等進行采暖、制冷。建筑室內(nèi)環(huán)境不僅關(guān)系到人體的舒適度和健康，更關(guān)系到建筑能耗和污染物排放，影響城市、國家的可持續(xù)發(fā)展，所以熱環(huán)境舒適度的評價十分必要。

3.5 聲環(huán)境

在建筑中聲環(huán)境主要是噪音。從物理意義來說，噪聲是各種不同頻率和強度的聲音雜亂組合。隨著社會迅速發(fā)展，人們生活質(zhì)量的不斷提高，工業(yè)噪音、交通噪音無時不在。建筑施工、車輛行駛，不可避免地會出現(xiàn)噪音污染，如若不采取有效措施，人們的正常學(xué)習(xí)、生活和工作，甚至身體健康都會受到不同程度的影響。人類長期地處于噪音環(huán)境中，不僅會在一定程度上損害聽力，還可能會誘發(fā)一系列的相關(guān)疾病[9]，如職業(yè)性聽力損失等。我國聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準對一、二類聲環(huán)境功能區(qū)環(huán)境噪聲限值有明確規(guī)定。

4 問卷分析過程

本次項目主要采用線上與線下問卷兩種形式開展，共收集問卷3 368份，線上收集問卷3 028份，線下問卷340份。線上問卷主要采用網(wǎng)絡(luò)推送數(shù)據(jù)，能夠收集大量的數(shù)據(jù)，但是存在覆蓋范圍較大，數(shù)據(jù)可靠性較低的問題；線下問卷主要采用紙質(zhì)文檔分發(fā)，實地分析數(shù)據(jù)有更好的可靠性，能夠科學(xué)真實地分析數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)的基數(shù)小，收集困難。兩種問卷的數(shù)據(jù)需要互相借鑒來進行修正，調(diào)查問卷詢問了調(diào)查者對于四種建筑環(huán)境的重要性程度的認知，分別按照1～9分進行了打分，由此得出環(huán)境類型-分值如下表1。

表1 環(huán)境類型對應(yīng)打分結(jié)果統(tǒng)計

其中對比問卷數(shù)據(jù)分析可知，在各類建筑室內(nèi)環(huán)境中，風(fēng)環(huán)境的問卷參與者有856人認為其重要性程度為分值7，占總數(shù)的25.42 %；光環(huán)境條件下，有928人認為其重要性程度為分值7，占總數(shù)的27.55 %；熱環(huán)境中，有784人認為其重要性程度為分值6，占總數(shù)的21.14 %；有1 056人認為聲環(huán)境的重要性程度為分值9，占總數(shù)的31.35 %。數(shù)據(jù)中可見，建筑室內(nèi)環(huán)境各類影響因素最大占比分值分布如下表2。

5 層次分析法

5.1 層次分析法可行性分析

由于對建筑群內(nèi)環(huán)境進行指標(biāo)體系研究本就是一個十分龐大的問題，其中包含各類多層級的指標(biāo)標(biāo)準，如何將各層級的指標(biāo)標(biāo)準統(tǒng)一，綜合考量，是利用指標(biāo)在評價建筑內(nèi)環(huán)境所要面臨的首要問題。本研究將建筑室內(nèi)環(huán)境評價指標(biāo)體系劃分成三個主要層級，再對其進行詳細分析和整理。

表2 建筑物環(huán)境影響重要程度分值表

因此運用層次分析法可以有效地對各個層級指標(biāo)進行定義和分析。

5.2 評估流程

本次評估要從主觀和客觀兩方面入手進行研究，通過層次分析法對定性問題定量化，建立起相應(yīng)的評估體系，并對綠色居住建筑給予評估。

5.3 構(gòu)造判斷矩陣

層次分析法的基礎(chǔ)在于人們對每一層次各元素的相互重要性給出的判斷，這些判斷用數(shù)值表示成矩陣形式，即判斷矩陣。判斷矩陣是層次分析法的出發(fā)點，構(gòu)造判斷矩陣是層次分析法的關(guān)鍵一步。

可以令四個指標(biāo)室內(nèi)通風(fēng)，室內(nèi)采光，保溫隔熱，噪音依次為B1，B2，B3，B4。由于準則層指標(biāo)Bi(i=1，2，3，4)是對目標(biāo)層A有影響，構(gòu)造判斷矩陣如下形式所示：

AB1B2B3B4B1b11b12b13b14B2b21b22b23b24B3b31b32b33b34B4b41b42b43b44

式中：bij=1/bji，bij表示對于A而言，bi相對于bj重要性的數(shù)值表現(xiàn)形式。利用Saaty于1980年根據(jù)一般人的認知習(xí)慣和判斷能力給出的元素間相對重要性等級表，目標(biāo)重要性判斷矩陣中的元素bij∈[1，9]且bij∈N。

結(jié)合問卷調(diào)查的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，以及本項目實際研究的成都地區(qū)，不同區(qū)域的實際情況。本研究項目為分析聲、光、風(fēng)、熱四個指標(biāo)對建筑內(nèi)環(huán)境目標(biāo)層的權(quán)重影響，利用層次分析法，得到四個指標(biāo)兩兩之間重要性的比較矩陣，將指標(biāo)所得分數(shù)兩兩相互作差，然后將差值與AHP標(biāo)度從低到高相對應(yīng)得到如下所示的判斷矩陣。

5.4 層次單排序

所謂層次單排序指的是根據(jù)判斷矩陣計算對于上一層某元素而言，本層次與之有聯(lián)系的元素的重要性次序的權(quán)值。它表示某層次所有元素針對上一層次而言的重要性進行排序的基礎(chǔ)。因此，根據(jù)判斷矩陣如何求得各因素Bi(i=1，2，3，4)對于目標(biāo)層A的相對排序權(quán)重的過程稱為層次單排序。

5.4.1 層次單排序原理

5.4.2 計算方法

正如5.4.1所述，層次分析法的計算根本問題是如何計算矩陣最大特征根及其對應(yīng)特征向量。判斷矩陣是人為主觀判斷的客觀定量描述，求解判斷矩陣要求保證其精度。本文在結(jié)合計算機在實踐中的應(yīng)用，采用冪法[10]計算特征根，使得利用Matlab工具可以得到任意精確度的最大特征根及其對應(yīng)的特征向量。這一方法的計算步驟為：

(1)任取與判斷矩陣B同階正規(guī)化的初值向量W0。

5.5 一致性檢驗分析

對于層次分析法的判斷矩陣，需要進行一致性檢驗后才可以確認其數(shù)據(jù)可靠性。所謂一致性，即判斷矩陣B有如下關(guān)系：

為了度量不同判斷矩陣是否具有滿意一致性，需要引入判斷矩陣的平均隨機一致性指標(biāo)RI值。對于本文涉及的4階判斷矩陣，其RI值為0.89。

5.6 結(jié)果分析

從此可以看出，對于問卷所覆蓋地區(qū)的民眾而言，最為看重的建筑物環(huán)境因素為聲環(huán)境，也即人們對于安靜的居住環(huán)境抱有最大的期望；而對通風(fēng)和光照條件的重視程度是相同的；對于室內(nèi)保溫散熱方面的重視程度是最低的。

6 結(jié)論與討論

本文對建筑群內(nèi)環(huán)境評估的同時，融入了人的主觀感受，并在指標(biāo)建立前期進行實地調(diào)研分析建筑內(nèi)環(huán)境指標(biāo)的主要影響因素，建立以人為本的綠色建筑舒適度環(huán)境指標(biāo)體系；結(jié)合相關(guān)標(biāo)準和地方性法規(guī)規(guī)范客觀的評價，形成客觀和主觀結(jié)合的評價指標(biāo)。可以看出由于本項目地點在素有天府之國之稱的成都地區(qū)，這里擁有全國其他地區(qū)難以企及的氣候條件，所以人們對于熱環(huán)境的重視程度反而是最低的，大家更希望在喧鬧的城市中獲得一個安靜的生活休息場所。這也就對建筑項目在選址和設(shè)計上建立了一個明確的目的。由此可以看出本文中的指標(biāo)體系研究具有的現(xiàn)實意義。

(1)可以讓項目規(guī)劃和設(shè)計有更為明確的目的性，在成都地區(qū)，我們可以建議項目投資者應(yīng)重點考慮建筑群落內(nèi)的隔音設(shè)計，在建筑物節(jié)能設(shè)計中可以適當(dāng)放寬對于保溫隔熱的要求。全國各地可以據(jù)此分別建立適用于本地區(qū)特色的環(huán)境指標(biāo)體系，作為工程規(guī)劃設(shè)計的指導(dǎo)。

(2)此類環(huán)境指標(biāo)分析可以做到個性化定制和需求推薦，我們可以設(shè)計出一個簡便的程序，只需要個人回答相關(guān)問題，即可快速分析其個性化需求，并為其推薦建筑物中適應(yīng)于這一需求的房間位置。