粗糙理论的建筑节能方法

1建筑节能评价指标体系的构建

1.1指标设立基本原则建筑节能评价体系是建筑节能评价的基本工作，为建筑节能评价提供评价依据。它在建筑节能评价中有着非常重要的地位。评价工作是根据评价体系一步步进行的，所以在制定评价体系时需要明确一下原则:1)不是所有的指标都可以精确量化，部分指标只能指明方向。评价体系的指标是一部分精确一部分模糊;2)为了便于评价工作的开展，作为评价依据的评价体系要求方便可操作；3)评价体系需要考虑全方位的评价，即要有层次性。1.2各级指标的设置本文建筑节能评价体系指标分为一级指标、二级指标与三级指标。一级指标定为建筑节能综合评价;二级指标分为建筑结构、环境与设备设施、运营管理三个方面;本文的建筑节能评价体系中的三级指标对应于二级指标的分类，借鉴《节能建筑评价标准》来建立，建筑结构对应的三级指标为建筑规划、建筑围护结构;环境与设备设施对应的三级指标为采暖通风与空调调节、给水排水、电气与照明、室内环境;运营管理对应的三级指标为设备定期检修维护、设备的控制程度。若评价对象是新建建筑，则可去掉运营管理这个二级指标，若评价对象是已投入使用的建筑，则所有三级指标都要进行评分。1.3指标的说明评价体系中的一级指标为建筑节能综合评价，主要是用于给出评价对象一个最终评价结果。方便了解评价对象的节能状态，以及不同建筑物之间的节能评价结果比较;二级指标将建筑节能的评价方面分别为建筑结构、环境与设备设施、运营管理三个方面，主要是为了通过对二级指标的细分，可得出三级指标。三级指标的简要说明，主要是简介在评价各个指标时应考虑的主要评价选项。建筑节能评价体系三级指标简介如表1所示。

2建筑节能粗糙集评价方法

建筑节能涉及的指标因素、评价指标层次多，而且评价标准或自然状态模糊，在进行综合评价时必须考虑多个相关因素［1］。指标的增多不仅让评价体系变得复杂，还存在指标的评价选项中出现类似、因果情况，若采用综合分析法来评价建筑节能，因综合分析法未考虑约简冗余属性，在确定权重系数时，会出现因不同指标的评价选项部分出现上述情况而造成它们的权重系数相似的情况，这样就不能准确判断出指标对建筑节能评价的影响程度。而采用粗糙集理论的评价方法则是在综合多位专家评分的基础上，约简出冗余属性，使得最后的权重系数更为准确。粗糙集理论作为一种新的数学工具，主要处理不确定和模糊知识。本文采用基于粗糙集的评价方法来应用于建筑节能这个多属性多准则的评价问题，确定出更为准确的权重系数，并通过判断冗余属性，去掉多余属性，使评价结果更为准确、科学。2.1评价模型构建条件本文评价模型构建所需的建筑节能评价体系已在前面介绍，如表2所示。2.2评价模型构建及结果说明1)确定条件属性C集合、决策属性D集合。由表1中的第三级指标记作条件属性C={C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8}，建筑节能评价等级为D集合，D={1、2、3、4、5}，其中1、2、3、4、5为模糊语言，表示评价状态分别为很好、好、一般、差、很差。2)专家打分。组成10人的专家组，用fn来代表第n个专家。每个专家分别对条件属性集合中的元素Ci(i=1、2、3、4、5、6、7、8)用D集合中的元素(1、2、3、4、5)来打分，且还要分别对评价建筑给出一个综合评价，以D集合中的模糊语言(1、2、3、4、5)来表示。3)求正域与横向约简。正域:设U={Vij/i=1、2…8，j=1、2…10}，Vij表示第j个专家对属性Ci的评价、VDj表示第j个专家对被评价建筑的节能综合评价。关于U的属性集的下进似集R如下确定:若Vij=VDj，则Ci为R中的元素(i=1、2…8、j=1、2…10);若Vij≠VDj，则Ci不为R中的元素(i=1、2…8、j=1、2…10)。通过确定R，得出关于U的属性集的下近似集，因而得出正域(正域等于得出的下进似集)。若简约属性Ci(i=1、2…8)后得出的正域与原正域相同，那么可判断Ci为冗余属性。横向约简:如果出现m位专家给出的评价结果相同的情况，那么专家总数为=10－m+1，(0≤m≤10)。4)舍去冗余属性Ci，得到其余属性对建筑节能评价集D的依赖度，由公式ri=posCi(D)/W(其中posCi(D)为每位专家对属性Ci的评价与他给出的综合评价相同的个数，W代表横向约简后的专家个数)得出每个属性的依赖度，汇总于属性依赖表中。5)根据属性依赖度，按公式αi=ri/∑ri，计算出每个属性的权重，组成模糊集合A=(αi/i=1、2…8)。由建筑节能评价表中的统计结果得到模糊关系R(具体见例子中的模糊关系R)。由模糊集合A与模糊关系集合R相乘得出模糊评价集合B，B=［b1、b2、b3、b4、b5］。最后的评价结果为bk，若bj(j=1、2、3、4、5)为B集合中最大值j，则k=j。当k分别取不同的j时，结果如下:(1)当k=1时，评价结果为b1，被评价建筑物的评分等级为很好，表示此建筑物具有优质的节能效果，为最佳的节能住宅建筑。(2)当k=2时，评价结果为b2，被评价建筑物的评分等级为好，表示此建筑物具有较好的节能效果，为良好的节能住宅建筑。(3)当k=3时，评价结果为b3，被评价建筑物的评分等级为一般，表示此建筑物的节能符合国家的最低要求，为不浪费能源的住宅建筑。(4)当k=4时，评价结果为b4，被评价建筑物的评分等级为差，表示此建筑物不节能，为存在一定程度的能源浪费的住宅建筑，为响应国家节能环保可持续发展的号召，需要专业人员进行节能改造。(5)当k=5时，评价结果为b5，被评价建筑物的评分等级为很差，表示此建筑物存在严重的能源浪费，为能源浪费严重的住宅建筑，为了可持续发展，节约能源，需要专业人员进行节能改造。

3实例说明

为了说明基于粗糙集的评价方法在建筑节能中具体的应用，这里举出一个具体的例子。以西华大学第6教学楼为列，此教学楼不属于新建建筑，已投入使用，在评价过程中考虑了建筑物的运营管理这个指标，该评价活动聘请了专业节能建筑评价公司组织评价，由公司邀请了3位一级绿色建筑节能监测评估师、7位二级绿色建筑节能监测评估师组成10人评价专家组，为监测评估师提供监测所需设备，用基于粗糙集理论的评价方法，评价出了该建筑的节能等级。1)由表1中的第二级指标记作条件属性C={C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7}，建筑节能评价等级为D集合，D={1、2、3、4、5}，其中1、2、3、4、5为模糊语言，表示评价状态分别为很好、好、一般、差、很差。2)10人的专家小组，对该建筑物进行打分，下表中的fj(j=1、2…10)表示第j个专家，Ci(i=1、2…8)表示第i个属性，D表示对被评价建筑的综合评价，Vij(当i=1、2…8时)表示第j个专家对属性Ci的评价、Vij(当i=D时)表示第j个专家对被评价建筑的节能综合评价，具体数据如表3所示。3)设U={Vij/i=1、2…8、D，j=1、2…10}，具体数据如表5所示，关于U的属性集的下进似集R如下确定:若Vij=VDj，则Ci为R中的元素(i=1、2…8，j=1、2…10);若Vij≠VDj，则Ci不为R中的元素(i=1、2…8，j=1、2…10)。将Vij和VDj一一进行上述对比，确定出R，得出关于U的属性集的下近似集，因而得出正域(正域等于得出的下进似集)，正域为{C1、C3、C4、C5、C6、C7、C8}。简约属性C2后的U1={Vij/i=1、3…8、D，j=1、2…10}，具体数据如表4所示。关于U1的属性集的下进似集R如下确定:若Vij=VDj，则Ci为R中的元素(i=1、3…8，j=1、2…10);若Vij≠VDj，则Ci不为R中的元素(i=1、3…8，j=1、2…10)。将Vij和VDj一一进行上述对比，确定出R1，得出关于U1的属性集的下近似集，因而得出正域(正域等于得出的下进似集)，正域为{C1、C3、C4、C5、C6、C7}，和未去掉属性C2的原正域{C1、C3、C4、C5、C6、C7}相同，那么属性C2可以约去。根据表3进行横向约简，发现f5与f8的评价结果相同，那么专家总数=10－2+1=9。4)舍去冗余属性C2，得到其余属性对建筑节能评价集D的依赖度，由公式ri=posCi(D)/W(其中posCi(D)为每位专家对属性Ci的评价与他给出的综合评价相同的个数，W代表横向约简后的专家个数)，得出每个属性的依赖度ri，汇总与属性依赖度如表5所示。5)设条件属性权重系数为αi，通过公式αi=ri/∑ri，得出条件属性权重系数集A=(α1、α3、α4、α5、α6、α7、α8)=(0.11、0.11、0.22、0.22、0.11、0.11、0.11)。由建筑节能评价表中的统计结果得到模糊关系为:式中，mij为属性Ci受到的评价结果为j的个数;ni为横向约简后，属性Ci受到的评价次数。由模糊集合A与模糊关系集合R相乘得模糊评价集合B，B=［b1、b2、b3、b4、b5］=［0.22、0.26、0.33、0.13、0.01］。最后的评价结果为bk，若bj(j=1、2、3、4、5)为B集合中最大值，则k=j。本次评价中b3=0.33，为bj中最大值，则k=3。评价结果为b3，被评价建筑物的评分等级为一般，表示此建筑物的节能符合国家的最低要求，为不浪费能源的住宅建筑。

4总结

建筑节能即与环保相关，又响应国家政策，在可持续发展中有着重要作用。它不是一个简单的工程，因为得由各个方面的因素来决定。从建筑物的构造到其中的设备设施，无一不是决定建筑物是否节能的评价指标。在实例中运用基于粗糙集理论的节能评价方法:①确定出了建筑物围护结构(C2)这个条件属性为多余属性;②评价选取10个专家意见，给基于粗糙集理论的评价方法一个全面、客观的评价基础;③评价中出现第5个专家和第8个专家意见相同的情况，但对结果进行了横向约简。本文用基于粗糙集理论的评价方法来评价建筑节能，以多个专家的评分为基础，运用粗糙集简约属性，使得评价客观公正且计算简单，可以说是一种科学的方法。

作者：邹宛伶 滕静 吴珊 单位：西华大学建筑与土木工程学院