林彰银，明显诚

(1. 邵阳学院城乡建设学院，湖南 邵阳422000； 2. 重庆理工大学工程训练与经管实验中心，重庆400054)

1 引言

经济的发展带动建筑行业的共同进步，建筑行业的整体发展格局都呈现出比较良好的发展趋势。建筑公司所承担的建筑工作量也逐年上升，建筑过程中所面临的技术挑战也在逐渐增加。建筑建造能耗实际上是指为实现建筑合格的目标而消耗的能源，从建筑施工能耗方面分析，实际施工时所需的原材料、运输造成的能耗、加工零件时产生的损耗、生产加工的资源损耗都是建筑建造能耗。过去经常使用的建筑施工能耗控制方式主要依靠人力工作经验，但是这种控制方法带有较强的个人主观意识而且经验分享的机会也较少，不能实现各类形式建筑能耗的高效控制，不能达到理想的控制目标。国外对于建筑建造能耗控制的起步较早，并且已经取得可观成就，近年来在建筑建造节能减排相关工作的研究已经具有一定效果。我国对于建筑建造能耗控制的起步较晚，但是随着经济的发展，建筑施工项目越来越多，因此建筑建造的相关能耗在社会生产的总能耗中占比越来越高，建造节能控制方法也得到越来越多相关人员的重视，众多研究者已经积极开展建造能耗调研并制定相关控制措施，已经收集大量有效数据。田东等研究者将装配式建筑物作为研究对象，研究建筑能耗控制方法，通过保温围护技术，降低建筑的能耗，尽管该方法在一定程度上实现能耗的控制，但是成本较高，不适用于低成本建筑建造；还有栗凯伟等学者研究以知识推理作为基础的能耗管理方法，从施工的三个阶段开展能耗控制，并且通过XML语言优化能耗控制方案，结合推理方法，构建能耗控制模型，对于建筑能耗控制发挥一定借鉴作用。

价值链是建筑行业根据建筑本身价值而产生的链式价值，建筑建造过程中可以将价值划分成两种分别为基本活动与辅助活动。在建筑建造过程中为了降低建筑成本过度投入却未达到预期目的导致施工效率较低，因此会采用价值链的有关模型分析建筑施工，以此提升建筑施工的经济效益，在一定程度上有效解决成本，降低建筑施工的能耗，使用价值链模型分析建筑建造能耗问题，能够在建筑有关的其它项目上节约更多成本，在整个建筑施工链上降低损耗。使用价值链方式控制建筑建造能耗，能够在一定程度上获得良好的效果。

本文研究以价值链作为基础，结合层次分析法，设计建筑建造能耗增量控制模型，以此实现建筑施工能耗的有效控制，也为今后建筑施工的研究打下良好基础。

2 基于价值链的建筑建造能耗增量控制模型

2.1 建筑能耗增量动因分析

2.1.1 动因体系构建

对参考资料中的建筑价值链开展详细分析，经过研究发现建筑施工的相关内容并没有形成一个成熟的产业链，所以建筑施工能耗增量较高，如果想要有效降低建筑施工的能耗增益先要探索降低施工能耗增量的关键驱动因素。根据管理学经验，对驱动因素开展分析，可以把能耗增量动因划分成执行性和结构性两种能耗增量动因，这两种动因分别为微观层面动因与建筑企业本身的能耗增量定位。对这两类能耗增量动因开展详细分析，能够在一定程度上发挥建筑企业优势，得到耗能增量优势。

1)结构性能耗增量动因

建筑建造的损耗增量是从建筑建造工程的总体出发，不再只着眼于某个独立建造项目，在开始实际工程建造时，建筑建造的耗能增量雏形已经形成，而且人力很难作出修改，该影响因素也就是结构性能耗增量动因。根据相关研究者提出的对建筑施工过程中损耗增量存在直接影响的各种结构性损耗增量驱动因素，综合考虑建筑建造的特性，对结构性耗能增量动因作出归纳。

2)执行性能耗增量动因

执行性能耗增量动因主要是建筑建造过程中出现的动因，主要对于建筑施工的作业情况影响作出分析，主要管理工程的流程内容，综合考虑建筑建造能耗与工艺流程，决定执行性能耗增量动因。

以价值链理论作为根本，结合层次分析-熵权法，对两个动因中包含的详细内容作出重要性排序，以便后续有效控制重要因素。

以层次分析法作为基础，将建筑建造能耗增量动因划分成目标层、准则层与指标层三个具有低阶规律的层次，层次整体结构见图1。

图1 能耗增量动因层次结构

2.1.2 决策方法

确定能耗增量动因层次之后，使用层次分析-熵权法分别确定主观与客观权重，以此实现建筑建造能耗增量重要度评价结果，以下为具体分析过程：

1)层次分析法

层次分析法是一种具有综合性的综合决策方法，只需要较少的定量数据信息就能够实现决策分析。将目标较多的复杂问题做出拆分，获得多个指标层次，为获得每个层次的单独排序与整个层次的综合排序使用模糊量化计算，由此实现多目标决策，以下为层次分析法具体步骤：

①构建判断矩阵

能耗增量动因层次确定的基础上，依据每层相对于上一层某个因素的重要度程度开展比较，构建该判断矩阵的最主要要素赋值使用九级标度法。

②一致性检验

多阶判断过程中具有较强的复杂性，受到这种复杂性影响，判断矩阵中所涉及的部分数值在某些情况下有可能存在前后矛盾关系，所以需要使用一致性检验处理判断矩阵

(1)

在式(1)中，代表随机平均一致性指标，与分别代表极限特征值与判断矩阵阶数。判断矩阵的一致性由值决定，二者呈现反比例关系。判断矩阵存在较好一致性的前提是的值小于01。

假如判断矩阵的一致性检验不合格，则要赋值每个动因之间的重要性程度，待判断矩阵的一致性检验合格才能停止赋值。

③确定权重

经过以上研究，所构建判断矩阵已经符合一致性检验，与极限特征值相对应的特征向量就是上级动因与该动因之间的重要性排序：。

2)熵权法

熵权法是一种可客观决策方式，以信息熵作为理论基础。动因与信息熵之间存在反比例关系。假设存在某个待评价动因体系，待评价对象个数使用表示，评价动因个数使用表示，*矩阵代表原始数据，以下为熵权法具体评价过程：

①无量纲化处理初始数据

为避免各个动因单位不同导致的影响，需要通过无量纲化处理初始数据。每一列的极大或者极小值作为选定的值开展无量纲化处理初始数据，矩阵结果使用=()*表示。

③计算动因熵值

依据熵的相关定义，通过式(2)计算每个动因的熵值

(2)

(3)

④确定熵值

第个动因的熵值使用式(4)表示

(4)

第个动因差异系数表示为，同时=1-。

根据以上过程获得每个动因的熵权，也就能获得整个结构的权重。

3)优化组合层次分析-熵权法

仅使用一种决策方法不能实现准确评价，因此需要将层次分析法与熵权法组合到一起，获得主观和客观两种权重，优化组合两种方法时使用最小二乘法。

使用层次分析法获得动因权重表示为，由熵权法确定的权重表示为。设置表示各动因综合权重，经过无量纲化的动因体系矩阵表示为，针对待评价对象可使用式(5)获得评价值

(5)

对于全部待评价动因主观与客观权重之间偏差应该越低效果越优。构建最小二乘法权重优化模型

(6)

使用拉格朗日算法求解式(6)获得动因的综合权重结果。

213 动因排序分析

经过上文评价方法一致性检验及权重确定，依据权重结果排序动因，对排序结果作出一致性检验，由此分析出整个动因体系中占比最重要动因，详细内容将在实验中验证。

2.2 建筑建造能耗增量控制模型

基于以上评价结果，从各动因的重要程度构建建筑建造能耗增量控制模型，模型结构见图2。

图2 基于价值链的建造能耗增量控制模型

以价值链作为基础，控制建造能耗增量先需要将目标能耗增量确定下来，由建造企业接受能耗增量目标，由该企业向下级职能部门分派任务。

确定能耗增量目标并完成目标下达以后，可以开展详细的能耗增量核算，获得建造工程各个施工阶段的能耗增量情况，将这个增量控制在目标范围之内，实际施工时，如果能耗增量超出该目标范围，需要从作业层次角度出发，分析施工的作业链与作业能耗，找出偏离目标的原因，使用能够纠正偏差的措施实现最终控制目标，能耗增量控制流程见图3。

图3 能耗增量控制流程

能耗增量各种目标的制定与分解都需要从建筑建造项目的价值链出发，保证处于价值链节点的各个部门形成良好的合作关系，这种关系直接影响能耗增量控制的结果。

3 实验分析

本文研究对象是某在建高层建筑，高度接近31m，总共包含28层，其中地下1层，地上26层，总建筑面积共1.9万平方米。使用MATLAB仿真软件开展仿真，收集该高层建筑的相关建筑数据，开展仿真，研究本文模型在建筑建造能耗控制方面的效果。

3.1 建筑能耗增量动因分析结果

表1 判断矩阵

经过判断矩阵构建以及一致性检验后，依据获得的目标层权重排序动因，准则层中的两个动因的特征向量分别值分别为0.68和0.32。使用层次分析-熵权法获得主、客观权重后，经优化组合后得到综合权重结果，对权重结果综合排序，对层次开展总体排序：{0.165，0.128，0.136，0.043，0.107，0.080，0.016，0.042，0.032，0.016}，CI值为0.038，由此得出随机一致性指标为1.10。检验系数为0.039，低于0.1。总排序符合一致性检验，判断矩阵属于合理范围。经过以上分析结果，在建筑建造能耗增量动因中，结构性能耗增量的作用更大，C1、C2、C3、C5、C6、C8是排序较为靠前的6个动因，这几个动因的权重相加后占总权重的75%以上，是建筑建造能耗增量控制的重点控制对象。

3.2 耗能增量控制结果

建筑建造过程中所使用的燃油机、发电机等机械设备，使用电能的各种施工设备以及建筑运行过程中采暖等行为产生的运行能耗都会直接影响建筑建造能耗增量的变化，利用本文模型对这三类能耗形式开展控制，对比24h内控制前后能耗增量的变化情况，对比结果见图4。

图4 能耗增量控制情况

从图4中三种建筑建造设备的能耗增量控制结果来看，无论何种工作效率的建造能耗设备，在使用本文模型开展能耗控制之后，能耗结果都出现明显下降。图4(a)与图4(b)两种设备属于建造施工设备，一般只在8：00-20：00的工作时间内使用，使用本文模型控制之前，工作时间内出现显著能耗上升趋势，在使用本文模型控制以后尽管机械设备的能耗情况仍旧出现上升趋势，但是各设备整体能耗增量都出现下降情况，由此可以看出，使用本文模型能够实现建筑建造过程中各类设备的讲好控制。

为进一步实现建筑建造整体能耗增量的控制，并对控制结果实现直观对比，使用同类模型在仿真平台中对实验对象的能耗增量作出控制，两种同类模型分别为参考文献[8]的超低能耗控制模型与参考文献[9]的知识推理能耗控制模型，三种模型对于建筑建造整体能耗增量的控制结果见图5。

图5 整体能耗增量控制对比

从图5中能够明显看出，两种对比模型能够在一定程度上实现能耗增量控制，但是控制效果使用高于本文模型，但最终都能实现稳定控制。使用本文模型在仿真平台中开展能耗增量控制时使用保持较低能耗，也就是说，使用本文模型能够实现建筑建造能耗增量的稳定控制。

在仿真平台中模拟仿真使用本文模型3个月后，建筑建造的成本变化情况，结果见图6。

图6 建筑成本变化情况

从图6中能够看出，使用本文模型对建筑建造对象开展控制以后，极大程度节约了建筑施工的成本，由此也能看出，由于使用本文模型有效控制建筑建造能耗增量，能够在一定程度上降低施工成本，说明使用本文模能够实现成本优化。

4 结论

本文结合仿真平台设计基于价值链的建筑建造能耗增量控制模型，通过评价方法获得建造能耗增量的重要程度，以此为依据构建能耗增量控制模型，实现建筑建造能耗的有效控制。将本文所设计的模型实际应用在某个建筑建造工程中，验证能耗控制效果，通过仿真发现，使用本文模型控制建筑施工各个设备时能够有效降低能耗增量；与同类模型相比也具有能耗增量控制优势，通过能耗增量控制，为建筑工程大大节约成本。