基于建筑本体视角的美丽乡村房屋综合性能评价研究*

2022-07-27张兆昌范旭红石启印

工业建筑 2022年4期

张兆昌范旭红石启印惠卓

(1.东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室, 南京 210096；2.东南大学国家预应力工程技术研究中心, 南京 211189；3.江苏大学, 江苏镇江 212013)

美丽乡村房屋性能提升是国家“十一五—十四五”规划、《乡村振兴战略规划(2018—2022年)》等的战略部署要求，也是美丽乡村建设过程中解决“美丽宜居”这一问题的现实需求[1-3]。房屋性能评价是房屋性能提升的基础和关键。

当代房屋的性能需求已经从“使用、安全”基本需求发展到“美丽、宜居”层次。目前我国每年农村房屋改造提升投入上千亿，但由于乡村房屋量大面广、不同房屋性能差异较大，如何快速、准确地量化房屋现状水平和提升重点，使经济效益最大化，仍是一道难题。因此，急需一套理论用于衡量美丽乡村房屋的综合性能。

目前国内关于乡村房屋评价较少，已有乡村房屋评价标准[4-5]仅对房屋功能、结构安全进行了单一性能评价。而国内外已有针对城市房屋的综合性能评价标准，如法国《住宅性能评定制度Q》、美国《住宅建筑用后评估RPES》、英国《住宅品质评价系统HQI》、日本《住宅性能表示制度JPRR》、欧共体《产品指令制度CPD》[6]、国内GB/T 50362—2005《住宅性能评定技术标准》[7]等，但其评价方法和部分评价指标不适用于乡村房屋。文献[8-11]采用层次分析法、主成分分析法等建立了相关民居评价体系。这些标准和评价方法为本文研究提供了重要参考，但现有评价极少涉及美丽乡村房屋乡土特色方面的内容、评价指标尚不完善，也无法量化乡村房屋综合性能水平。

为此，在国家科技部的支持下，开展美丽乡村房屋综合性能评价研究。研究紧紧围绕美丽乡村建设背景下房屋“安全、舒适、美丽、宜居”的建设目标[1-2]，从“建筑本体”的视角出发，提出了“整体评价、专项评价”的两层次评价策略，量化了美丽乡村房屋的四个特性“乡土性、安全性、功能性、舒适性”，从而实现大规模房屋性能的准确、快速评价。

1 美丽乡村房屋综合性能评价理论框架

1.1 评价思路

美丽乡村房屋与传统房屋显著区别在于，其不仅关注“安全、功能”，更加强调“美丽、舒适、宜居”。其性能不仅取决于传统意义上的使用功能、结构安全，还与房屋的乡土特色、健康舒适、绿色节能、所处气候环境、地理位置、日常安全等自然、社会、人为因素密切相关[2,12]。其评价涉及了建筑设计、建筑物理、结构设计、供暖通风、水电设计、景观设计等多个学科内容，因此在评价时必须重视评价指标的全面性和关键性，同时还要解决关键因素影响多方面性能的难题。如房屋结构既影响安全性能，又影响房屋架构造型，也间接影响房屋的功能布置，这与传统房屋结构安全的单一性能评价完全不同。

基于上述特点，提出采用两层次评价的方法来解决此难题(图1)。第一层次，即“整体评价”，考虑体现房屋性能的关键宏观因素和一些引导性因素，利用权重及组合关系，对房屋进行综合评价。第二层次，即“专项评价”，当第一层次房屋整体评价较差时，对影响性能的某些关键指标进行深入精细评价。最终通过第一、二层次的评价判定房屋的综合性能。注意，当第一层次的评价结果为优良时，即为最终评价结果，不必进行第二层次的专项评价，以显著提高大规模房屋评价的速度。

图1 两层次评价策略

1.2 评价体系框架

当前“乡土特色保护与传承”已引起国家和学者的高度重视[2-3,13]，然而房屋乡土特色评价标准仍处于空白，为此，从“建筑本体”的角度提出了房屋评价指标“乡土性U1”，用于体现房屋保持本土乡村特色、地方特色和民族文化特色的程度。其次，从“大安全、优功能、高宜居”的角度构建和完善了房屋“安全性U2、功能性U3、舒适性U4”的评价指标。四个指标从不同角度较为综合地阐述了美丽乡村房屋的内涵。

由于层次分析法具有系统性好、简单实用等优点[10]，采用该方法构建了第一层次评价模型，如图2所示。该模型以“美丽乡村房屋综合性能U”为目标层，下设4个子目标层、18个分因素层、55个指标层。评价内容具体见表1～4，前三层满分均为100分；下层权重通过在上一层中的重要性确定。

图2 美丽乡村房屋综合性能评价框架

对于第二层次评价，也即“专项评价”，是在第一层次评价后当分因素层评价小于50分时才触发。因此，首先需要根据第一层次的结果判定是否需要进行第二层次，且只有当需要进行第二层次评价时，将第一层评价中得分为50分以下且影响生命健康安全的某些分因素层作为第二层次的目标层，如仅对某房屋的结构安全U21、热湿环境U41进行评价。其评价可依据规范方法或理论方法等。

由上可知，第一层次指标是固定的，但是第二层次的目标层指标根据房屋具体实际情况进行动态确定，且其分项评价指标根据评价方法也不同。

2 指标评价和权重

2.1 整体评价

2.1.1指标评价及量化

美丽乡村房屋评价指标的选取不仅要反映当下房屋性能特征，也要体现乡村环境优势，更要体现乡村房屋的未来发展需求。如选取乡土特色传承、可再生能源利用、舒适宜居等方面的引导性指标。

考虑到评价指标的繁多广杂、房屋数量的量大面广、评价实施效率以及评价人员可操作性等特点和难点，在指标定性定量时采用“是/否”等可直接判定得分的方式，具体分值确定依据见第2.1.2节。

1)“乡土性U1”评价指标。

目前关于“乡土性”的研究大多集中于历史人文、遗产保护等方面的研究[13-14]，而本体系采用化虚为实的方式，从“建筑本体”的构造、布局、细节等角度着手，评价房屋所具有的乡土特色。另外，由于我国地域广、民族多，长期以来形成了各地独具特色的乡土建筑风格，评价需因地制宜，采取“完全符合/基本符合/不符合”等方式。

通过总结大量研究成果[15-17]，构建了“乡土性U1”评价指标，见表1。

表1 “乡土性U1”指标及量化

布局形态：受地形、气候的影响，已形成了典型的乡村聚落布局，如散点式、街巷式等；同时形成典型的院落布局，如四合院、天井式民居等[16]。

架构造型：传统典型构架系统有抬梁式、穿斗式等。屋顶形式有庑殿、悬山等；屋面形式有青瓦、琉璃瓦等；墙体形式有山墙、马头墙等；窗户形式有什锦窗、露花窗等；门匾形式有实塌门、斗子匾等[18]。

装饰装修：房屋墙面、窗户、屋面的色彩、图案、线条等外观符合当地传统，且其设计宜具有保温、遮阳、导风、防渗等功能。

乡土建材：房屋使用木、竹、石等乡土材料，不仅节约资源，还体现了农村气息。

公共空间：祠堂、寺庙、棋牌室等场所，不仅丰富居民生活，而且具有一定的文化价值。

考虑指标反映乡土性的程度和后期改造提升难易性，U1中指标重要性从大到小依次为架构造型、装饰装修、布局形态、乡土建材、公共空间。

2)“安全性U2”评价指标。

安全性是房屋的基础保障。乡村房屋建造时受经济、技术以及居民安全意识的限制，使用时常发生结构、电气、火灾、滑跌等事故[19]，且当前乡村房屋基本没有消防设计[20-21]。为此，本体系从“大安全”的角度增加了“消防安全、电气安全、日常安全”等指标(与CECS 326∶2012[5]相比)，提高农村房屋的广义安全性。这从国内外住宅性能评价标准中涉及“安全性”内容的对比也可以看出(表2)。

表2 国内外标准中关于“安全性”内容涉及对比

乡村房屋主要以1～3层为主，建造时并没有像城市房屋进行严格的结构、消防、电气设计和施工验收。安全性指标判定不宜采取对原各专业设计图纸、验收资料等进行审查的方式(如GB/T 50362—2005[7])，而是选用“结构类型、层数、有无灭火器具”等可直观、易操作的指标，易于量大面广房屋的普查。

通过大量文献调研、安全事故成因的总结归类[5, 19, 22-24]，建立了“安全性U2”的指标内容(表3)。如在分因素层“结构安全U21”中，选取地震烈度、地基基础等6个指标。其中，地震烈度主要考虑地震时可能发生的响应大小，反映地震对房屋的破坏程度；地基基础主要考虑由于地基土类型、地基基础类型对房屋安全性的影响；结构类型、抗震构造措施、房屋层数三个指标主要考虑结构自身对外界荷载的抗力；建造年代、表观状况两个指标主要反映结构耐久性问题。再如根据我国GB 50011《建筑抗震设计规范》制定的实施时间“1989、2001”，对“6)建造年代Y”量化为“Y≥2001年/1990年≤Y<2001年/Y<1990年”三个等级。其他分因素层评价详见表2。限于篇幅，其他指标定性定量原因不赘述。

表3 “安全性U2”指标及量化

考虑指标发生不安全后的危害程度、易损性等因素，U2中指标重要性从大到小依次为结构安全、电气安全、消防安全、日常安全。

3)“功能性U3”评价指标。

乡村房屋以独家独院为主，房屋功能、布局与城市房屋不同。调研并参考已有研究成果[6-7, 4, 9](表4)，构建了“功能性U3”的指标评价内容(表5)。

表4 国内外标准中关于“功能性”内容涉及对比

表5 “功能性U3”指标及量化

与GB/T 50362—2005[7]相比，其指标的选用和量化不同，如：1)城市房屋无需“独立储藏室”，而乡村房屋由于储藏粮食等的需要，需设置“独立储藏室”；2)城市住宅净高≥2.4 m，而乡村住宅净高≥2.7 m。与CECS 324∶2012[4]相比，本体系：1)考虑无障碍设施为老幼人群及行走不便者提供的便利性，增加“有无障碍设施”项；2)考虑光热和光伏为住户带来的便利性和节能性，增加“有太阳能热水系统”“光伏”项；3)考虑到基础设施为住户提供生活的便利性，且其便利性与房屋所处的位置等有关，增加“基础设施”项。

考虑住户对不同功能的需求程度，U3中指标重要性从大到小依次为使用功能、设备设施、基础设施、庭院环境。

4)“舒适性U4”评价指标。

“舒适性U4”指标选取要充分体现乡村环境优势(如风环境、光环境、空气品质)，进而引导房屋被动式性能提升。结合乡村房屋特点，参照已有研究成果[26-30]，构建U4的具体指标内容(表6)。

表6 “舒适性U4”指标及量化

与CECS 324∶2012[4]相比，本体系：1)将舒适性单独列出，体现“功能性”“舒适性”在主观需求上的层次递进关系，突出当前乡村房屋对舒适性的更高需求。2)内容更加全面：a.“热湿环境”增加“体型系数、窗墙比、结露现象”可直观评价项；b.增加“风环境”项，这是因为乡村居民对室内自然通风的依赖性强[31]，良好的室内自然通风不仅可以促进室内外温湿度交换，还能保证室内空气的新鲜度；c.“声环境”增加“室外声环境”，这主要是由于乡村住户常在室外庭院活动、劳作；d.“光环境”增加“户外视野”，这主要是由于乡村房屋常为独家独院，需要有良好的视野；e.增加了“空气品质”项，这是因为尽管乡村空气品质较高，但由于当前居民对装饰装修材料的大量使用，反而可能会给室内带来污染源、辐射源，因此本体系将空气质量指标提出。3)定性定量评价时尽可能减少复杂计算。

考虑指标对人体舒适度影响、改造提升难易性等因素，U4中指标重要性从大到小依次为热湿环境、光环境、声环境、风环境、空气品质。

2.1.2集成多种赋权法的指标权重确定

由前文构建的评价指标体系看出，该评价涉及子目标层、分因素层、指标层等多个层次、涉及建筑、结构、水电等多个领域。而不同领域的内容不宜采用同一种权重计算方法，因此针对各层指标的特点，提出采用集成层次分析法、主客观组合赋权法、规范对比法的指标权重确定方法。

1)子目标层权重。

在美丽乡村房屋的四个子目标中，由于四个指标之间很难确定地认为一个指标比其他指标重要或不重要，但决策者可以根据已有认识指定一个大概重要性范围，即给定一个标度区间灰数。因此，采用灰色层次分析法[31]进行子目标权重的确定。

通过调研乡村规划、建筑、结构等专业技术人员(占比66%)、乡村管理人员(占比17%)、部分农民(占17%)等，对“U1～U4”的权重确定，结果为“0.15∶0.33∶0.30∶0.22”。可以看出：1)安全性、功能性的权重占主导；2)与文献[4]中舒适性内容与功能性内容的权重比“0.383∶0.617”相比，本文“舒适性U4”与“功能性U3”的相对重要性增大；3)“乡土性”权重由无到有。这恰恰反映了本指标体系制定的客观性、时代性、导向性。

2)分因素层权重。

(1)

分因素层权重汇总如图3所示。由图可知，美丽乡村房屋性能的高权重项(≥0.30)，包括结构安全、使用功能、热湿环境、架构造型、装饰装修。

图3 分因素层指标权重

3)指标层权重和分值量化。

指标层内容涉及领域多、范围广，其权重的确定采用层次分析法和规范对比法。对于规范中已体现的指标，直接采用规范中的权重，如“U31”中“1)室内空间布局、2)功能空间设置、3)室内空间尺度”的权重采用CECS 324∶2012[4]中的权重。对于其他指标，采用基于调查的层次分析法[34]确定，评价者为各行业专家，如“U11”中“1)总体布局、2)单体布局”的权重通过调查建筑方面的专家确定。

为实际操作方便，将同一分因素层中各指标的权重转化为百分值。经多轮专家讨论后，得到表1、表3、表5、表6中各指标层分数值。

2.2 专项评价

第二层次“专项评价”是采用定量方法对房屋性能较差且直接影响生命健康安全的指标进行分析。

1)评价指标。

在第一层评价中，“结构安全U21”“设备设施U32”“热湿环境U41”中某个指标的评价得分低于50分时，需对该指标进行专项评价。

2)指标评价。

“结构安全U21”评价可以按照CECS 326∶2012[5]进行结构安全性专项评价。

“设备设施U32”可以采用分层法、专家鉴定法等进行进一步评价。

“热湿环境U41”可以采用节能保温性能计算、热工性能测试等方法进行深入评价。

3 评价等级

3.1 整体评价得分和等级

3.1.1基于层次分析法的评价得分

考虑整体评价模型的分层特点和评价计算的便捷性，第一层次整体评价得分采用加权求和方法。设指标体系中总目标层U得分为D；子目标层Ui的权重为wiωi，得分为Di；分因素层Uij的权重为wij，得分为相应指标层的实际评价得分之和Dij。

则子目标层分项得分：

(2)

房屋综合性能得分为：

(3)

3.1.2基于得分概率分布的评价等级划分

参考现有房屋性能评价标准[7,28]，将美丽乡村房屋综合性能划分为4个等级，如表7所示。

表7 房屋性能评价等级量化

由于各分因素层“U11～U45”评价后的分值分布不同，且不同分因素层的分值个数也不同，如U11得分分布为“0、19、31、38、50、62、69、81、100”(9个)，U45得分分布为“0、38、62、100”(4个)，为此提出将四个等级对应的得分分布个数按区间等概率化，即取分因素层“U11～U45”各指标得分分布的最小值、中下分为值、中间值、中上分为值、最大值为区间界限值，如U11临界值取为0、31、50、69、100，然后分别代入式(2)、式(3)计算得到相应界限值。