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基于主成分分析的绿色建筑评价体系研究 摘 要：在能源日益紧张和环境污染等问题日趋严重的背景下，如何科学准确地建立绿色建筑评价体系来衡量绿色建筑的建设水平，对于建筑业实现可持续发展具有重要作用。文章从规划、设计、施工、验收与运营管理四个阶段建立评价指标，采用主成分分析方法构建绿色建筑评价模型并对建筑进行评价，为我国绿色建筑评价提供新思路，为完善绿色建筑评价标准提供理论参考。 下载 关键词：绿色建筑 绿色建筑评价体系 主成分分析 中图分类号：F061.3 文献标识码：A 文章编号：1004-4914（2015）02-173-03 根据2013年的环境状况公报显示：建筑用能排放的温室气体已占全国总量的27%，74个按空气质量新标准监测的城市中，仅有4.1%的城市达标；未经处理的城市垃圾总量年均增长3%，其中建筑活动产生的垃圾占总数的40%，超过1/3的中国城市被垃圾山包围；4778个地下水监测点位中，较差和极差水质的监测点比例为59.6%，相当于一半地下水源都已经遭受到污染。1除此之外，由于能源供应的压力日益增加，目前我国已经成为全球第一大资源消耗国。据统计，每年城乡新建房屋的80%以上为高耗能建筑，其中建筑活动消耗的能源占自然资源的30%40%，能源利用效率却仅为33%。面对城市环境每况愈下，生态系统日益退化，资源快速枯竭的状况，大力推广绿色建筑已成为社会共识，是实现建筑业可持续发展的重要举措。因此，如何科学合理地建立绿色建筑评价体系等问题已成为建筑业关注的热点。 近年来，国内外学者对绿色建筑的理论内涵和其评价体系构建的方法进行了积极探索，并取得了一些理论成果。如美国的LEED、英国的BREEAM、德国的LNB、法国的ESCALE、日本的CASBEE以及加拿大联合多国的GBTool等，都取得了良好的效果。我国的绿色奥运建筑评估体系和绿色建筑评价标准。2然而，由于大多数绿色建筑评价方法研究都是采用层次分析法和模糊数学的方法，容易产生主观人为因素的影响，不利于做出客观、准确的评价。为完善我国绿色建筑评价指标、弥补以往评价方法的不足，本文将采用主成分分析法对绿色建筑评价体系进行研究，为推广绿色建筑和实现建筑业的可持续发展提供建设性意见。 一、绿色建筑 绿色建筑又称为可持续发展建筑、生态建筑、节能环保建筑等，是指在建筑的全寿命周期内，与自然和谐共生的建筑，既对环境无害，又能充分利用环境自然资源并且在不破坏环境基本生态平衡的条件下最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、减少污染，为人们提供健康、适用和高效的生存空间。3与传统建筑技术相比较，绿色建筑技术更加注重低耗、高效、经济、环保、集成与优化，创造良好、健康的居住环境的同时，尽可能地控制和减少对自然环境的破坏。4 首先，我国建筑与绿色建筑标准存在很多差距，例如选址规划不合理，导致建筑周边交通、配套设施不完善，空置率极高。为了减少土地开发成本，一些开发商尽可能提高建筑容积率，而致使小区内的楼层增高，出现绿地比例减少、楼间距过近、日照阳光不足、小区内道路狭窄、停车位置不足等诸多问题，从而影响居住区内的生活环境与品质。其次，装修过程中油漆、涂料、胶及其材料中甲苯、甲醛等有害物质的排放，建设过程中噪声、粉尘的排放、大量建筑垃圾的废弃、资源能源的消耗等现象也是当下建筑普遍存在的状况。屋面漏水、墙皮脱落，甚至倒塌等严重的工程质量问题，这些都困扰着我国绿色建筑发展。因此，绿色建筑是真正能与周边环境相融合，合理使用资源和能源，与环境协调统一并能提高生活质量，延长建筑寿命且质量合格的建筑。 二、绿色建筑评价体系的构建 1.绿色建筑评价体系指标的建立。绿色建筑评价体系，是应用在绿色建筑整个寿命周期内的一套明确的评价及认证系统，以一定的准则来衡量建筑在各个阶段达到的“绿色”程度。本文通过建立一系列指标体系和综合评价模型为绿色建筑提供具体清晰的标准，以指导和鉴定绿色建筑的发展水平。5 绿色建筑评价指标建立的原则： （1）可持续发展原则。推广绿色建筑的最终目标是实现建筑业的可持续发展，既要考虑到人们的需求，又不能伤害自然生态环境。指标要体现可持续发展的内涵。 （2）寿命周期原则。将绿色建筑整个全寿命周期作为考量的对象，涉及建筑发展的各个阶段，做到准确合理的绿色评价。 （3）定量优先原则。结合定性指标，尽量将定性指标转化为可以量化的指标，用客观的数据科学地评价，准确地反映出评价对象的“绿色”程度。 （4）可操作性性原则。评价体系中的指标要简明清晰，数据获取方便快捷，性能判断要简单明了，指标数量要适中，可以广泛应用于各个区域，便于推广使用。 综合以上原则及分析国家颁布的绿色建筑评价技术细则和绿色建筑评价标准基础上，为了更加全面地衡量绿色建筑不同发展阶段所达到的“绿色标准”，本文按照绿色建筑整个寿命周期分为规划阶段、设计阶段、施工阶段、验收与运营使用管理阶段共四个一级指标，然后对应每个发展阶段相关内容又分为多个二级指标，一共22个，具体指标体系如图1所示。 2.绿色建筑评价模型的构建。 （1）主成分分析。主成分分析法也称主分量分析法，旨在利用降维的思想，通过数学变换的方法将多指标问题转化为较少的综合指标的一种重要统计方法。它能将高维空间的问题转化到低维空间去处理，使问题变得比较简单、直观，而且这些较少的综合指标之间互不相关，又能提供原有指标的绝大部分信息。6 本文利用绿色建筑发展的整个寿命周期构建了22个数据指标，由于这些指标体系中涉及的变量较多，并且彼此之间存在一定的相关性，使得观测数据会发生部分信息的重叠。因此采用主成分分析法提取能够涵盖较多信息量的较少主成分，降低变量维数，剔除重叠信息，突出数据变异的方向，最后归纳重要指标。将精练后的主成分指标赋以一定的客观权重，构造相应的综合评价模型。 （2）绿色建筑评价模型的技术路线。绿色建筑评价指标体系是由大量的定性和定量的指标构成的复杂体系，要从这些22个指标中得到主要影响因素，即确定主成分指标，然后根据调研数据的计算得到客观权数，进而建立综合评价模型，得出最终评价结果。整个模型过程如图2所示。 （3）指标的量化和评价的实现。首先明确各指标的重要性，并将其量化，获得基础数据。本文使用德尔菲法将各二级指标的重要性用5分法表示，按照“几乎不重要、不太重要、一般重要、很重要、非常重要”5个级别，并依次赋予分数1、2、3、4、5，将其发放给有关专家进行打分。由于这里采用专家打分法构成原始数据，没有单位之间的差别，直接可以利用。 一是求各标准化后指标两两相关系数，然后计算样本数据的协方差矩阵即相关系数矩阵： R=（rij）pp=r11 r12 r1pr21 r22 r2p. . . . . . .rp1 rp2 rpp，其中rij=（xai-）（xaj-），（i，j=1，2，p）。 二是利用因子载荷阵和相关系数矩阵R的特征根来计算特征向量，然后再将特征向量单位正交化后得到其主成分指标。根据特征根的累计方差贡献率为m=kk，取其特征值大于1或是累计贡献率85%以上为主成分指标，可确定其个数为m。 三是根据所得的成分矩阵数据，输入spss软件中进一步计算，得到特征向量矩阵，便可以确定主成分表达式即Fi=ai/X*=a1iX1*+a2iX2*+apiXp*，（i=1，2，m）。 四是将特征根归一化得到方差的贡献率wi=ii（i=1，2，p），可以确定主成分权重系数，由此构造综合评价函数为Z=w1F1+w2F2+wmFm。7 在确定绿色建筑综合评价函数方程式基础上，参考各指标的评价准则和行业标准，结合观察法、问卷法、专家访谈法对某绿色建筑进行实地分析，得到待评价的绿色建筑的变量数据；最后取各指标数据的平均值，带入综合评价函数等式中便可得到该绿色建筑的最终评价值，据此判断该建筑是否符合绿色建筑基本标准。 现从60份有效调查问卷中获得原始数据输入spss统计软件中进行绿色建筑综合评价分析，得到相关数据结果如表1所示。 根据表1所示的方差贡献率大小，可得到最终绿色建筑综合评价函数为： W=0.15F1+0.12F2+0.11F3+0.09F4+0.08F5=-0.11X1+0.1X2+0.05X3 +0.01X4-0.03X5+0.05X6-0.02X7-0.04X8+0.01X9-0.02X10-0.01X11+ 0.05X12+0.05X13+0.06X14-0.09X15+0.03X16-0.02X17-0.02X18+ 0.11X19+0.01X20+0.05X21+0.04X22 根据德尔菲法对待评价的建筑进行5分制打分，然后对得到的22个指标分数值分别取其平均数，代入该综合评价函数中，按照满分为1.25的60%比例为合格标准，即达到0.75分以上视为绿色建筑，否则不是绿色建筑。 三、结论 绿色建筑是一个与时俱进，顺应可持续发展战略而兴起的概念，它会随着技术的提高和社会的进步而不断发展。本文将可持续发展理论运用到绿色建筑发展的整个全寿命周期，考虑了建筑物每个发展阶段的绿色评价因素，使其评价过程贯穿建筑物整个生命周期。运用主成分分析方法构建绿色建筑评价体系模型，将客观权重和指标相结合，减小主观评价影响，并适用于各个地区性绿色建筑评价，突出地域特点，有的放矢、有所侧重地建立相应权重，最终能更加准确地进行系统全面的评价。 注释： 1中华人民共和国环保总局.2013年中国环境状况公报R.中国环境科学出版社，2013 2孙佳媚，张玉坤，隋杰礼，周术.绿色建筑评价体系在国内外的发展现状J.建筑技术，2008，39（1）：63-65 3中华人民共和国建设部.绿色建筑评价标准S.中国建筑工业出版社，2006，3 4马维娜，梅洪元，俞天琦.我国绿色建筑技术现状与发展策略J.建筑技术，2010，41（7）：641-644 5段胜辉.绿色建筑评价体系方法GBToo