基于熵值法的装配式建筑绿色建造研究

宋联杰

(中国十九冶集团有限公司, 成都 610017; 重庆大学 管理科学与房地产学院, 重庆 400044)

建筑业消耗的资源巨大,位居能源消费总量的前列[1],每年有将近30亿t的原材料用于工程建设[2]。不同的国家已经开发了不同的建筑评估工具,如绿色建筑评估体系(Leadership in Energy &Environmental Design Building Rating System,LEED)、建筑研究院环境评估方法(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM),以及德国第二代绿色评估体系(Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen,DGNB),以确保不同国家的可持续发展[3]。评估可持续建筑方面的研究方法较多,现阶段可持续评估方法有101种[4]。国家在大力推行装配式建筑,为装配式建筑的发展提供了政策支撑,相对于传统建筑来说产生的环境问题更少,绿色建造方面的天然优势明显[5]。装配式建筑的发展迅速,除了酸化和矿物资源消耗外[6],在碳排放、能源消耗、材料消耗和废物利用等方面有着天然的优势[7],为改善自然环境带来了很多好处[8]。

绿色建筑和传统建筑对管理人员的感知是不同的,为项目管理带来了新的挑战[9]。新兴技术的应用会给绿色建筑带来巨大的潜力[10]。建筑项目的三大重要施工任务是场地准备(土方和平整等)、子结构(锚固和基础等)、上层结构(承重元素、立面、管道和布线等)[11]。各个施工阶段主要的废物是不同的,管理侧重点有所不同,如在结构混凝土施工阶段主要的废物是混凝土和砖石[12]。循环建筑材料的应用能提高建筑环境的友好度,促进生态环境的改善[13]。同时采用整体思维法提升管理水平,从环境可持续发展到整体可持续框架考虑绿色建造[14]。

由此可知,装配式建筑的发展潜力巨大,但建造中容易对环境和人员造成负面影响。建立完善装配式建筑绿色建造的评价体系能促进绿色建造水平的提升,有利于实现装配式建筑的可持续发展。

1 构建评价指标体系

规范要求评价绿色建造水平的要素应包含环境保护、节材与材料资源利用、节水与水源利用、节能与能源利用和节地与土地资源保护,在此基础上结合二级指标参考文献整理归纳后增加施工管理,最终形成装配式建筑绿色建造水平的一级评价指标。一级指标主要从规范标准中提取和二级指标的分类整理,可信度很高,没必要运用德尔菲法进行一级指标筛选。在参考阅读文献的基础上,初步选择46个二级评价指标,设计指标体系重要性问卷调查,运用德尔菲法,发放纸质调查问卷方式咨询20位来自施工单位、建设单位、高校和环保机构等建筑工程绿色建造管理方面的专家。采用5组标度法,专家们对装配式建筑绿色建造水平评价指标的重要性进行评分,然后计算出集中度、离散程度和协调程度。整理20位评审专家的意见,计算结果见表1。

根据表1,只选取集中度>3.5、协调度<0.4和离散度较小的评价指标。由此剔除了技术交底的针对性、封闭施工管理情况、生活废水处理后回用率、水管漏水情况、是否占用耕地、木质材料的占比、施工机械设备的管理制度合规性、灯罩的使用率和生活垃圾分类回收的规范性9个指标,剩下的37个二级指标和6个一级指标构成了装配式建筑绿色施工水平评价的关键指标体系。

2 建立评价指标模型

2.1 计算评价指标的权重

定性指标采用专家打分,定量指标运用项目数据。采用熵值法对定性和定量指标合并计算出权重,见表2。

表2 装配式建筑的绿色建造评价指标权重

2.2 建立评语集

评语集是对各个影响因素进行评判的集合,具体的评价等级标准见表3。

表3 评价等级标准

2.3 确定单因素评价矩阵

在构建了评价矩阵后,量化评价分析每个影响因素,然后根据每个专家的评分情况来确定从单因素来看被评价的对象对各个评价等级的模糊子集的隶属度,从而求得模糊评价矩阵。

2.4 建立评价模型

模糊综合评价法依据隶属度矩阵和指标权重计算出某个评价指标的综合隶属度矩阵,然后由评语集和综合隶属度矩阵计算出装配式建筑绿色建造水平的综合分数。

1)计算综合隶属度矩阵。确定综合隶属度。隶属度矩阵和指标权重矩阵相乘得到综合隶属度矩阵。依据隶属度原则,综合隶属度向量中的最大值所对应的评价等级就是绩效评价的最终等级。

2)求出生态环保效果的综合分数。在综合隶属度向量的基础上,根据指标评价集对应分值,计算出装配式建筑绿色建造评价的最终得分。

3 案例项目

3.1 科学城天府科创园项目概况

科学城天府科创园项目位于成都市天府新区兴隆湖南侧,天府大道南延线和梓州大道之间,紧挨科学城中路,交通便利。该项目占地面积约3.17万m2,总建筑面积约154 260 m2,住宅层数为15～30层,商业楼为2～3层,地下室为2层。场地地层为第四系全新统人工填土层、第四系中下更新统冰水堆积层,场区内下伏基岩为白垩系灌口组地层。场区内多填土,回填杂乱,地形变化较大,多沟壑。局部形成陡坎,坡度为25°～60°,9-1地块高程差14.85 m,9-2地块高程差14.4 m,9-3地块高程差9.23 m。植被多为新生草丛和小灌木。地貌单元属岷江水系成都平原三级阶地(台地)地貌。场区地下水类型主要为上层滞水、基岩风化带网状裂隙水。

3.2 绿色建造评价实施

在进行案例项目的绿色建造研究时,选择施工单位的项目管理人员、建设单位的管理人员、勘察设计人员、监理人员、行业专家和周边群众代表等作为调研对象。其中,施工项目管理人员4名,建设单位的管理人员2名,勘察设计人员2名,监理人员2名,行业专家3名,周边群众代表2名,参与调查的人员总共15名。参与评价的人员直接参与项目的建设,得到的调研数据具有代表性和真实性,能够充分反映项目的实际管理情况。

运用模糊综合评价法求出项目的一级评价指标的得分Si和项目的总得分S,见表4。

表4 科学城天府科创园项目的绿色建造评价结果

3.3 绿色建造评价结果分析

3.3.1 项目总体生态环保成效评价结果分析

由表4可知,对科学城天府科创园项目的绿色建造水平进行评价分析,案例项目的总得分为89.59分,绿色建造的评语等级为良好,距离优秀评分线90分只差了0.41分,可提升的潜力大。其中,节地与土地资源保护、节能与能源利用和环境保护的评语等级为优秀,施工管理、节水与水源利用和节材与材料资源利用的评语等级为良好。由此来看,在项目绿色建造中值得优化的地方为施工管理、节水与水源利用和节材与材料资源利用。

3.3.2 施工管理评价结果分析

施工企业为骨干央企,资质健全,有着优秀的业绩,获得过省级绿色施工标杆工地和鲁班奖等奖项。项目成员全部是中标文件里面的管理人员,未出现随意进行人员变更等违规乱象。在项目的施工过程中,采用了智慧工地监测系统,工地的覆盖率达到100%,监测结果实现可上传到政府监管系统,项目部自控和政府监管相结合,动态监控的整体效果好。项目部单独制定了绿色施工的奖惩细则,包含了机构与职责、创奖计划和表彰奖励与惩罚等。出现违规现象时能够及时发现并制止,开出具体的整改单,促进了绿色施工水平的有效提高。项目部成立了绿色施工宣传小组,在工地大门和围挡等处张贴宣传绿色施工的工艺和好处点。在绿色施工的培训方面包含了大部分施工管理和作业人员,部分作业人员的培训不到位,相应的培训成本未单独计划、列支和有效管理。

3.3.3 节水与水源利用评价结果分析

工地大量采用了节水型设备,安装了计量表,对用水量进行精确控制。项目部集思广益,开拓创新,发明了一种新型的排水系统,提高了雨水和地下水的收集和利用效率,使得工地的用水成本大幅降低。混凝土的用水方面存在浪费现象,如地下水等低成本水源的利用率偏低,普遍采用了自来水,提高了混凝土的养护等用水成本。工地现场的平面布置合理,供水管网的设计采用专业分包,同时经过公司部门的审批,手续完备。

3.3.4 节材与材料资源利用评价结果分析

建筑结构主体的装配率达到了36%,超过了本地区不低于30%的要求。结构主体大量采用了HRB400级的热轧带肋钢筋,此钢筋具有优良的力学性能,减少了整体钢筋用量。在施工过程中,合理布置钢筋间距和加工的锚固长度,避免了不必要的钢筋浪费。混凝土采用搅拌站预拌,标准化程度高,减少了原材料的浪费,同时加强对运输及浇筑现场的管理,减少了混凝土的遗撒。对于厂家的控制极为严格,全部进行公开招标筛选,保证了结构主体大量采用了环保绿色和耐腐蚀的材料。部分钢筋从省外距离远的地方运输到施工现场,增加了材料的运输成本。钢管和模板等周转材料利用合理,使用前计划了到场时间、规格和数量,使用中轻拿轻放,减少磕碰和损耗,使用后联系商家回收。

4 提升绿色建造水平的建议

1)合理管理绿色施工培训成本。施工成本的控制原则为全面控制、动态控制和创收节约相结合。在进行绿色施工培训时,提前制定计划,保证培训到每一位管理人员和作业人员,提升全体人员的绿色施工意识和施工技术。严格控制成本支出,减少不必要的培训,培训后及时进行考试,加深理解,提升培训的效果。提升项目部管理人员的绿色施工技能知识,培养多名专业人才,尽量采用内培形式,减少外培支出,利用农民工夜校等平台对人员进行培训教育。

2)加强控制混凝土养护用水。混凝土养护用水应大量采用地下水和雨水等回用水,减少成本支出,提高水源的利用率。在进行混凝土养护用水时,选派专人进行管理,对于养护用水的时间和次数进行合理规划和记录。对于养护的工艺也应进行优化研究,可采用喷雾器等节水设备对混凝土进行洒水养护,洒水后及时覆盖薄膜层减少水分蒸发。在高温天气施工时,采用专用养护液进行养护,减少水资源的浪费。在管理砂浆罐过程中,每天进行严格检查,避免发生遗漏现象。在养护过程中,发现水管有破裂或者遗漏时,应立即暂停供水,及时对管道进行修补或更换。

3)减少建筑材料与建设地之间的距离。提前策划建筑材料的采购计划,减少外省、远距离和高成本商家的数量,在同等条件下尽量选择本地供货企业,减少运输成本。特别是对于钢筋和混凝土等大宗材料的选购,质量标准化程度高,出现质量问题的概率低,减少运输距离能大大减少整体的采购成本。