基于直觉模糊理论的绿色建筑投资决策

荀志远， 徐瑛莲， 张丽敏

(青岛理工大学 管理工程学院， 山东 青岛 266520)

国务院发布实施的《“十三五”节能减排综合工作方案》提出，要全力开展绿色生态城区建设，到2020年，需提高城镇绿色建筑面积占新建建筑面积比重至50%。以此为契机，各地绿色建筑建设大规模展开，对绿色建筑投资进行科学决策，实现以少的投入获取大的产出、提高绿色建筑投资效率显得十分重要。

近年来，绿色建筑作为研究热点之一，相关学者对绿色建筑评价体系及评估方法的研究相对成熟，针对绿色建筑的投资决策研究相对较少，相关研究中，Seyis等[1]基于项目团队属性，运用多属性效用理论与TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)来选择合适等级的绿色建筑进行投资建设，以此降低相关隐性成本、减轻浪费，Liu等[2]利用DAHP(Developed Analytic Hierarchy Process)建立了一套适用于绿色建筑的决策支持工具来研究建筑设计如何从内部和外部影响投资者。此外，还有学者将DEA(Data Envelopment Analysis)及个性优势识别法[3]和模糊测度及GS-IVIULCA(Generalized Shapley Intervalvalued Intuitionistic Uncertain Linguistic Choquet Averaging)算子[4]等应用于绿色建筑的方案优选与决策中。汇总来看，这些文献多集中于以满足相关国家绿色建筑标准为目标的决策，随着可持续理念的推进，虽然近年来有部分学者考虑到绿色建筑应具有的社会效益[5, 6]，指出在备选方案决策时应着重考虑经济效益，但尚未形成系统的适用于绿色建筑投资决策的指标体系。

决策方法与应用方面，有学者将净现值、净年值、内部收益率、投资回收期、实物期权、云模型、模糊相关理论等应用于一般项目投资决策[7～11]，取得较好效果。净现值、净年值、内部收益率、投资回收期决策指标应用较为简便，多用于未来易于预测的投资决策；实物期权优势在于处理不确定性投资时引入金融市场波动规则而不是将之看作稳定现金流，是扩展的净现值法，体现了灵活性；模糊理论解决了非黑即白问题，以隶属度来描述事物中间过渡情况。这些方法多适用于较为简单的系统，且受人为主观因素影响(如隶属度的确定)，限制了这些方法的应用。

绿色建筑投资决策涉及技术、环境、社会与经济等多方面因素，具有较大不确定性和模糊性，直觉模糊理论可有效解决这些问题，提供较为精准的偏好信息。与模糊层次分析(Fuzzy Analytic Hierarchy Process，FAHP)法相比，直觉模糊层次分析(Intuitionistic Fuzzy Analytic Hierarchy Process，IFAHP)法不仅考虑了隶属度，还考虑了非隶属度和犹豫度，能够更加准确地表达决策者对信息不完全情况下的认知。此外，IFAHP可通过迭代修正参数获得可接受的一致性，更加快速有效。绿色建筑投资决策时，由于投资决策主体对经济合理性的重视，考虑其功能的实现度时还应考虑生命周期成本及其时间价值。本文融合价值工程(Value Engineering，VE)与IFAHP法形成IFVE法，依据直觉模糊加权几何(Intuitionistic Fuzzy Weighted Geometric，IFWG)算子建立一种符合决策者偏好的直觉模糊权重耦合方法，提出基于直觉模糊理论的绿色建筑投资决策模型，实现投资价值最大化。

1 绿色建筑投资决策功能指标体系与模型

1.1 功能指标体系

我国在2019年修订出台了GB/T 50378-2019《绿色建筑评价标准》[12](以下简称2019版《绿标》)，与2014版《绿标》相比，2019版《绿标》更加注重性能和质量，在保留绿色设计等相关技术基础上，新增了包括全龄化设计、水质等以人为本的更加符合大众切身利益的要求。现有绿色建筑主要依照2109版《绿标》进行认证、建设。梳理2019版《绿标》内容，得到表1。

表1 2019版《绿色建筑评价标准》内容梳理

通过分析发现，2019版《绿标》一定程度上关注了建筑对环境方面的影响，绿色建筑可持续性的其他方面如社会可持续性在很大程度上被忽视。除此之外，2019版《绿标》采用的分条列项加分方法不仅限制了创新，还存在一定的交叉现象。

因此，拟依托可持续发展理念进行功能评价指标体系构建。从绿色建筑性质与功能出发，对两版《绿标》内容进行整合，参考国内外相关文献[13～21]的指标体系，形成安全耐久、生活便利、环境宜居和资源节约四个一级指标。鉴于绿色建筑具有社会效益，在构建功能指标体系时借鉴国外指标体系的社会效益、组织效益部分指标，形成社会效益指标，采用调查问卷及电话咨询方式向包括企业技术人员(27%)、政府人士(15%)和高校教师(58%)等绿色建筑领域专家学者共计26人进行调查访问。最终形成绿色建筑投资决策功能指标体系，见图1。

图1 绿色建筑投资决策功能指标体系

图1中，生活便利指标的废弃物管理主要指全寿命周期内废弃物的收集、管理及循环利用；资源节约指标侧重对资源的合理配置和高效循环利

用，在此处不考虑对其他方面(如成本等)的影响；环境宜居指标的室外环境包括场地生态与环境、光污染、环境噪声、风环境和热岛效应降低程度等，室内环境包括室内声环境、光环境、湿热环境、水质及室内空气质量等；社会效益指标的使用者健康改善主要指使用者心理健康改善及使用者的生产力与绩效提高；功能指标体系未提及部分，参照国家现行相关标准的规定。

1.2 模型建立

基于直觉模糊理论的绿色建筑投资决策模型具体建模过程为：(1)建立指标两两比较的直觉模糊判断矩阵；(2)进行一致性检验并输出通过检验的直觉模糊判断矩阵；(3)求取指标直觉模糊权重；(4)建立备选方案针对各指标两两比较的直觉模糊判断矩阵；(5)进行一致性检验并输出通过检验的直觉模糊判断矩阵；(6)结合指标直觉模糊权重运算得到方案功能评价系数；(7)考虑资金的时间价值，计算全寿命周期成本年值，求得成本系数；(8)计算得到价值系数，进行投资决策方案比选决策。

1.2.1 确定功能指标权重

(1)构造直觉模糊判断矩阵

本文认为，除了指标对目标的影响度，指标重要程度还应考虑指标可信度。指标可信度主要受指标的可操作性、敏感性和合理必要性等影响，在投资决策过程中，指标信息是否能够获得，针对不同备选方案指标是否存在明显的区别和差异，以及指标存在本身是否必要合理都将影响指标的可信度，进而影响决策的准确性。针对指标可信度对权重进行修正可看作决策的容错机制，一定程度上降低决策失误带来的风险。

(2)一致性检验

根据距离测度[22]，有一致性检验公式[23]：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(3)确定功能指标权重及耦合权重

依据通过一致性检验的矩阵，可求得权重wi(x)[23]：

(6)

构成权重向量Wx=(wi(x))1×n(i=1,2,…,n;x=1或2)。

令ρ为W1在决策者心中的偏好，ρ∈(0,1)，依据直觉模糊数运算法则及相关性质[22]，比较相关算子，依据IFWG算子建立权重耦合关系，突出单个数据的作用，使结果满足一般直觉与决策者偏好(即A确定的权重应该落在A1与A2确定的权重之间)：

(7)

（2）在完成上述步骤后，原始权益人会就信托管理事项与合作信托公司协商具体细节，将具备流动性的基础资产移交至后者，再由后者设立具有特殊目的的载体并进行管理，达到在资本市场出售资产的目的，从而隔离风险。常见的SPV形态主要有公司、信托及有限合伙3种形式，在信托公司设立SPV前，必须对其具体形态进行确认，从实例看，信托形式居多。

1.2.2 确定功能评价系数

设有m个方案可供选择，相关专家针对各指标对备选方案两两对比打分，得到绿色建筑投资决策备选方案的直觉模糊功能得分矩阵Ri=(rpq)m×m(p,q=1,2,…,m;i=1,2,…,n)，其中rpq=(μrpq，vrpq)，μrpq，vrpq指各方案对指标的相对满足、不满足，利用式(1)～(5)对得分矩阵进行一致性检验，针对每个得分矩阵利用式(6)求得方案k对指标i的直觉模糊得分fik。进一步求得方案k的直觉模糊功能得分Sk=(μSk，vSk)，其中μSk+vSk+πSk=1，πSk可省略，有[23]：

i=1,2,…,n，k=1,2,…,m

(8)

第k个方案的功能得分Hk为[24]：

(9)

进行归一化，得到第k个方案的功能评价系数Fk：

(10)

1.2.3 确定成本系数

首先计算绿色建筑投资决策备选方案的全寿命周期成本。结合文献[25]，本文绿色建筑全寿命周期成本LCC的计算公式为：

LCC=建设期成本+运营维护成本+

拆除成本-废弃物回收收益

其中运维成本分为绿色建筑运营日常性支出和定期检修，日常性支出逐年上升，在定期检修后降低，呈周期性循环状。简化运维成本在一个循环周期内为等比序列年金，并假定经过定期检修后绿色建筑能够维持原有性能水平(即功能评价系数在运营期内不发生变化)，考虑资金的时间价值和不同寿命周期投资决策备选方案的可比性，有全寿命周期成本年值(Annual Value of Life Cycle Cost，AVLCC)：

(11)

式中：t0为运营期；P0为建设期折算至运营期期初的所有费用；N为运营维护成本的一个循环周期时长；C1为循环周期第一年的日常性支出；q为日常性支出逐年递增的比例；H为循环周期期末检修、更新的成本；R为期末残值回收；D为期末拆除成本；i为基准收益率。

此外，因处于投资决策阶段，故投资决策成本可看作沉没成本不予考虑。

进行归一化，方案k(k=1,2,…,m)的成本系数可表示为：

(12)

1.2.4 确定价值系数与决策

方案k的价值系数为：

(13)

2 实例分析

青岛某国有企业拟建新办公楼项目，建筑用地面积约5200 m2，地上18层，地下2层，框架结构，抗震设防烈度为6度，主要构件耐火等级为一级，景观绿化采用雪松、圆柏等适宜当地气候的植物，合理搭配，四季常绿，并对公众开放。为积极响应我国节能减排综合工作方案，践行绿色发展理念，拟建为绿色建筑，投资决策备选方案有如下三个：

方案一：容积率为3.71，墙体采用新型环保墙体材料的比例超过40%，绿地率为41.9%，希望成为该地地标性建筑，耐久性设计按100年计算，外墙立面采用不规则设计；设绿色屋顶、下凹式绿地，景观步道铺设透水路面并布置雨水收集系统，建筑内部布置集中空调系统，改善室内环境，设中水回收系统，运营管理采用智能化系统实时监控建筑资源与能源消耗情况，垃圾分类并对部分垃圾进行预处理；方案有效利用非传统水源，缓解城市热岛效应及城市雨水径流压力，地标性建筑利于拉动周围经济，同时园林式景观布局有利于所在地人口户外活动，方案有望申报“绿色建筑创新奖”。

方案二：容积率为3.48，绿地率为 47.3%，设计使用年限为100年，装配式结构，装配率大于55%，并将开放建筑理论应用于装配式建筑设计中，采用综合管网，主体结构与管线分离；布置下凹式绿地，设中水回收系统；方案使用空间灵活可变，施工中环境污染问题得到有效控制，也利于建筑节能，缓解城市热岛效应，一定程度上促进绿色建筑发展。

方案三：容积率为3.26，设计使用年限为100年，建筑外观简洁，体形系数小于0.2，绿地率为50.7%；设下凹式绿地、屋顶花园，采用智能照明、采暖空调系统，设高效新风系统，有利于能源节约，制冷采暖用电小于55度/(年·m2)，利用分布式光伏发电技术，结合当地气候，基本能实现电力自给自足，通过设计，最大限度利用自然通风与自然采光等被动式技术，布设中水回收系统及雨水收集系统，并设相关设施对能耗、水耗进行有效监管；依据此方案的拟建绿色建筑能耗与排放较低，对城市热岛效应具有较好的缓解作用，方案建成有利于我国被动房技术与近零能耗建筑技术推广。

2.1 确定功能评价系数

步骤一：指标权重确定。咨询设计院、监理公司、施工企业、主管部门和高校等绿色建筑领域相关专家，依据构建的绿色建筑投资决策功能指标体系，将指标转化为问题项，分别对指标进行两两比较和针对每个指标各方案进行两两比较，得到两两比较的结果，再分析汇总，整合结果得到依据指标对目标的影响度的直觉模糊判断矩阵A1和依据指标可信度的直觉模糊判断矩阵A2。

W1=[(0.2071,0.6191)(0.1768,0.6734)(0.1333,0.7319)(0.0827,0.8265)(0.1182,0.7564)]
W2=[(0.1472,0.5751)(0.0627,0.7724)(0.1738,0.5713)(0.1172,0.6412)(0.0710,0.6914)]
W=[(0.1807,0.6021)(0.1168,0.7173)(0.1482,0.6765)(0.0951,0.7680)(0.0964,0.7322)]

步骤二：功能评价系数确定。针对每个指标对绿色建筑投资决策备选方案进行两两比较，利用式(1)～(6)及式(8)进行一致性检验并得到各方案直觉模糊功能得分，见表2。

表2 绿色建筑投资决策备选方案直觉模糊功能得分

依据式(9)得到各方案的功能得分H1=0.3890，H2=0.3352，H3=0.3918，依据式(10)得到各方案的功能评价系数F1=0.3486，F2=0.3004，F3=0.3511。

2.2 确定成本系数

依据类似工程建设成本运营维护成本、拆除成本、废弃物回收收益，对三个备选方案的成本进行估算，得到表3。

表3 备选方案成本数据 元/m2

通过分析类似工程成本曲线，取N=10年，并取循环周期内日常性支出以10%递增，即q=110%。考虑到绿色建筑环境友好，可取较低折现率[26]，即未来的资金在现在看来价值高，设折现率i=8%。

依据备选方案全寿命周期成本相关数据，由式(11)可求得各方案全寿命周期成本年值AVLCC1=281.44元/m2，AVLCC2=263.25元/m2，AVLCC3=264.87元/m2，由式(12)可得成本系数C1=0.3476，C2=0.3252，C3=0.3272。

2.3 确定价值系数并决策

由VE公式(13)可知，各方案价值系数V1=1.0029，V2=0.8534，V3=1.0730。因为V3最大，所以方案三为最优方案。

2.4 结果对比与分析

为验证该模型决策结果，选择基于FAHP的价值工程方法进行验证。根据FAHP法，根据指标对目标的影响度和指标可信度求取指标权重，并进行权重耦合，求得指标权重w′1=0.310，w′2=0.190，w′3=0.270，w′4=0.135，w′5=0.095，由专家打分求得各方案得分，进而求得功能评价系数F′1=0.3590，F′2=0.2982，F′3=0.3428。因对比模型的成本不变，故直接使用2.2中数据。本文模型和对比模型比较见表4。

表4 本文模型和对比模型数据对比

分析两模型结果易知，方案一与方案三的价值系数均大于1，方案二价值系数均小于1，且方案三价值系数均最大，即方案三均为最优方案，两模型结论一致。

方案一的价值系数大于1，说明功能系数大于成本系数，投入能实现要求的功能，但分析该方案发现设有集中空调系统、中水回收系统、智能化运营系统等来达到节能减排目的，其前期投资大，运营成本高，较难通过使用阶段节能减排回收，是现今较为常见的“过绿”现象；方案二设有综合管网、下凹式绿地、中水回收系统增加了投资，但节能效果不明显，导致功能系数低，价值系数小于1；方案三充分利用被动房技术，充分利用可再生能源，热负荷和空气密度均符合特定标准，人居舒适和保护环境的同时，成本亦较低，所以方案三最好。在进行方案比选时，两方案的价值系数差距越大越能体现方案差别，从表4可知，本文模型比对比模型计算出的结果差异大，结果更显著，优于对比模型。

此外，由于本文模型基于直觉模糊理论确定权重并进行方案比选，考虑了指标及方案的优势、劣势与不确定性，能够更加精准地刻画决策者在不确定条件下的偏好信息，亦表明本文模型较常用模型更符合实际情况。

3 结 论

绿色建筑是我国建筑市场的主流方向。绿色建筑投资决策涉及的技术、环境、社会与经济等因素具有较大不确定性，加之现有绿色建筑投资决策考虑环境、社会因素不全面等问题，研究不确定条件下绿色建筑投资决策，为投资决策主体提供全面客观的投资决策方法顺应我国可持续发展趋势和时代潮流。

基于可持续发展理念，从绿色建筑投资决策备选方案的安全耐久、生活便利、舒适宜居、资源节约及社会效益五个方面构建功能指标体系。融合IFAHP与VE，形成IFVE法，建立基于直觉模糊理论的绿色建筑投资决策模型，考虑指标可操作性、敏感性等的影响，首先针对指标对目标的影响度和指标可信度建立直觉模糊判断矩阵，经一致性检验后计算得到初步的权重直觉模糊得分，利用IFWG算子建立一种突出单个数据作用且符合决策者偏好的直觉模糊权重耦合方法，得到耦合后的直觉模糊权重。之后针对各指标对备选方案两两比较求得方案对指标的直觉模糊得分，结合直觉模糊权重运算得到直觉模糊功能得分，进而得到功能评价系数。考虑资金的时间价值，利用全寿命周期成本年值成本系数，最终确定价值系数，进行方案比选决策。利用实例展示了投资决策过程并与FAHP进行了对比，应用结果证明了本文构建的绿色建筑投资决策指标体系与模型具有可行性、优越性和适用性。

直觉模糊理论考虑隶属度、非隶属度和犹豫度，一定程度上解决了由于决策者犹豫或信息缺乏造成的决策偏差，能够较为准确地在指标赋权与方案比较过程中提供相对精准的偏好信息，消除传统方法中人为主观因素干扰，提出的IFVE法在决策精度上具有较大优势，具有一定的参考价值。文章着重研究绿色建筑投资决策指标体系与不确定条件下的绿色建筑投资决策方法，未考虑低劣化对绿色建筑功能的影响，后续将对此进行深入研究。